панель солнечного отопления здания

Формула изобретения

Стеновая панель солнечного отопления здания, содержащая лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, выполненный из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенный с зазором относительно обшивки и служащий теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные элементы, установленные одними торцами в фокальных зонах линз, а другими - контактирующими с приемником, и слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный над приемником и заполняющий зазор между приемником и лицевой обшивкой, в котором выполнены воздушные конические полости, большими основаниями обращенные к линзам, а меньшими - к теплопроводным элементам, отличающаяся тем, что теплопроводные элементы выполнены в виде съемных тепловых трубок с односторонней теплопроводимостью, установленных в направляющие гильзы наклонно к горизонту, а приемник тепловой энергии имеет гнезда из теплоемкого материала, покрытые перед установкой тепловых трубок в панель слоем смазки и состоящие непосредственно из гнезда и входящего в него винта, головка которого расположена заподлицо с внутренней поверхностью панели.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительной гелиотехнике и предназначено для строительства зданий и сооружений с обогревом за счет солнечной радиации.

Известна панель солнечного отопления (а.с. СССР 1247631, Кл.⁵ F 24 J 2/08, 1983), содержащая лицевую обшивку с закрепленными на ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, расположенный на некотором расстоянии от обшивки, теплопроводные стержни, установленные так, что торцы одной из сторон находятся в фокальных зонах линз, а другой контактирует с приемником тепловой энергии, и утеплитель, расположенный над приемником.

Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве, так как не может воспринимать нагрузку от других вышележащих конструктивных элементов стенового ограждения здания.

Известна также стеновая панель солнечного отопления здания (патент РФ 2011933, Кл.⁵ F 24 J 2/08, 1994), принятая в качестве прототипа, содержащая лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, выполненный из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенный с зазором относительно обшивки и служащий теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные стержни, установленные одними торцами в фокальных зонах линз, а другими - контактирующими с приемником, и слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный над приемником и заполняющий зазор между приемником и лицевой обшивкой, в котором выполнены воздушные конические полости, большими основаниями обращенные к линзам, а меньшими - к теплопроводным стержням.

Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве, так как в жаркие дни летнего периода в помещение передается излишне большой поток тепловой энергии, создавая условия дискомфорта.

Задача, на решение которой направлено изобретение состоит в обеспечении возможности регулирования направления теплового потока в зависимости от времени года.

Поставленная цель достигается тем, что в стеновой панели солнечного отопления здания, содержащей лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, выполненный из тяжелого бетона с мелкозернистым заполнителем и дисперсным армированием, расположенный с зазором относительно обшивки и служащий теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой здания, теплопроводные элементы, установленные одними торцами в фокальных зонах линз, а другими - контактирующими с приемником, и слой теплоизоляции из легкого бетона с пористым заполнителем, расположенный над приемником и заполняющий зазор между приемником и лицевой обшивкой, в котором выполнены воздушные конические полости, большими основаниями обращенные к линзам, а меньшими - к теплопроводным элемента, теплопроводные элементы выполнены в виде съемных тепловых трубок с односторонней теплопроводимостью, установленных в направляющие гильзы наклонно к горизонту, а приемник тепловой энергии имеет гнезда из теплоемкого материала, покрытые перед установкой тепловых трубок в панель слоем смазки и состоящие непосредственно из гнезда и входящего в него винта, головка которого расположена заподлицо с внутренней поверхностью панели. В летнее время года тепловые трубки могут быть вынуты из панели либо частично, либо все.

Такая конструкция стеновой панели солнечного отопления дает возможность частичного регулирования мощности теплового потока, поступающего внутрь помещения, путем изменения направления положения тепловых трубок, обладающих односторонней проводимостью тепловой энергии (работающих в режиме теплового диода) [3, с.170], и их количества. При установке всех тепловых трубок так, чтобы тепловая энергия поступала через них внутрь помещения, происходит передача наибольшего количества тепловой энергии.

Если некоторую часть тепловых трубок переставить, перевернув их на 180^o, то ввиду того, что через них тепловая энергия внутрь помещения не передается, произойдет уменьшение мощности теплового потока, поступающего в помещение.

Этот же результат можно получить путем выемки части тепловых трубок.

Если все тепловые трубки повернуть на 180^o, то в этом положении через панель будет передаваться наименьшее количество тепловой энергии внутрь помещения. Материал панели в этом случае передает тепло путем естественного теплопереноса через конструкцию панели.

Поскольку конструкция панели предусматривает в процессе эксплуатации выемку и перестановку тепловых трубок, то их тепловой контакт с приемником тепловой энергии будет нарушаться. Для предотвращения этого недостатка в приемнике устраиваются специальные гнезда, выполненные из какого-либо теплоемкого материала, например стальные, которые изготавливаются в виде винта, завинчиваемого в приемник тепловой энергии. Одна сторона этого винта выполнена в виде гнезда, поверхность которого предназначена для плотного контактирования с поверхностью тепловой трубки, а вторая - в виде головки винта, утапливающейся в теплоаккумулятор заподлицо с внутренней поверхностью панели. Перед установкой тепловых трубок, работающих по прямому назначению, для улучшения теплового контакта эти гнезда должны смазываться какой-либо смазкой, например солидолом.

Для удобства смены тепловых трубок необходимо предусмотреть установку направляющих гильз.

Установку тепловых трубок производят наклонно к горизонту в пределах возможностей, предоставляемых конструктивной схемой панели, поскольку максимальный коэффициент теплопередачи у тепловых трубок достигается в вертикальном положении [3, с.65].

Изобретение применимо в строительстве гражданских и промышленных зданий различного назначения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен поперечный разрезы панели солнечного отопления с плоской лицевой обшивкой. Панель солнечного отопления включает лицевую обшивку 1, которая может быть выполнена из любого приемлемого материала: металла, пластика, керамики. В лицевой обшивке установлены оптические линзы 2, концентрирующие солнечную радиацию через теплоприемные гнезда 3 на торцах тепловых трубок 4. Теплоприемные гнезда 3 тепловых трубок 4 расположены в фокальных зонах линз 2 (например, линз Френеля). Другие концы тепловых трубок 4 соединены через специальные гнезда из теплоемкого материала 5 со слоем плотного бетона 6 на мелком заполнителе, являющегося теплоаккумулятором. Для этих целей можно использовать бетон класса В-10 с плотностью до 2500 кг/м³, применяя в качестве заполнителя крупнозернистый песок. Слой плотного бетона выполнен с дисперсным армированием 7 в виде проволочной обрези, металлической стружки или опилок. Полость между лицевой обшивкой 1 и слоем плотного бетона 6 заполнена слоем теплоизоляции в виде легкого бетона 8 с пористым заполнителем. Для этих целей используют легкий бетон класса В-5 с керамзитовым заполнителем. В слое легкого бетона 8 образованы воздушные полости 9 по форме усеченного конуса. Большое основание этого конуса обращено к линзе, а малое - к торцу теплоприемного гнезда 3 4. Тепловые трубки 4 установлены в направляющие гильзы 11, которые заключены в слой теплоизоляции. Толщина слоев легкого и тяжелого бетонов, а также размеры оптических линз определяются теплотехническими расчетами, а наклон тепловых трубок 4 к горизонту определяется геометрическим расчетом, исходя из конструктивных особенностей панели.

Для улучшения теплового контакта тепловых трубок 4 при их работе по прямому назначению с аккумулятором тепловой энергии 6 гнезда из теплоемкого материала 3 и 5 смазываются мастикой, в качестве которой может быть использован солидол. При наклонном расположении тепловых трубок гнезда 5 выполняются из двух деталей (гнезда и винта, входящего в гнездо).

Вся панель солнечного отопления по контуру заключена в силовой каркас 10, снабженный узлами крепления (на чертеже не показаны) для монтажа панели на несущие конструкции здания или для соединения панелей между собой.

Панель солнечного отопления работает следующим образом. Солнечные лучи, попав на оптические линзы 2, фокусируются ими на теплоприемных гнездах 3, в которые помещаются тепловые трубки 4 и нагревают их. Тепловая энергия через тепловые трубки и гнезда 5 из теплопроводного материала передается к слою тяжелого бетона 6, аккумулируется в нем и передается через внутреннюю поверхность панели непосредственно в здание. Все элементы панели солнечного отопления жестко соединены между собой, образуя монолитную конструкцию, способную воспринимать действующую на нее нагрузку аналогично типовым панелям стенового ограждения зданий.

В случае необходимости уменьшения теплового потока внутрь помещения тепловые трубки могут частично или полностью быть вынутыми из панели, либо частично или полностью повернуты на 180^o.

Таким образом, технический результат достигается за счет создания конструктивной возможности перемены направления тепловых трубок, обладающих односторонней тепловой проводимостью, или их выемки из панели.