ресурсосберегающая система энергоснабжения здания

Формула изобретения

Ресурсосберегающая система энергоснабжения здания, включающая несущие ограждения, покрытые снаружи декоративными ограждениями, армированными контурной арматурой, с образованием между ними и несущими ограждениями здания воздушного зазора, сообщающегося с атмосферой через отверстия, кровельное покрытие на несущей конструкции крыши, отличающаяся тем, что воздушный зазор сообщается с помещением чердака через щели, кровельное покрытие и декоративные ограждения состоят из секций, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь, состоящий из прямоугольного корпуса, выполненного из материала-диэлектрика, крышка которого изготовлена из материала с высокой теплопроводностью, а полость заполнена первым слоем материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, примыкающим к крышке, и вторым слоем материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, который примыкает к днищу корпуса, в котором помещена контурная арматура, состоящая из элементов термоэлектрического преобразователя, представляющих собой парные оголенные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые части проволочных отрезков с левыми спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в первом слое материала-диэлектрика параллельно крышке секции, не касаясь ее, а правые части проволочных отрезков пропущены через второй слой материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью и через отверстия в днище корпуса секции так, что частично проволочные отрезки с правыми спаянными концами выступают из его днища наружу, а именно, в воздушный зазор или в помещение чердака, а крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении вентилируемых стеновых ограждений и кровельных покрытий, позволяющих утилизировать тепло наружного воздуха и тепловые потери здания в летний и зимний периоды соответственно.

Известен вентилируемый стеновой элемент, содержащий внутренние вертикальные щелевые полости между несущей конструкцией ограждения, соединенного через ребра жесткости с его наружной поверхностью (декоративным ограждением), сообщающейся с атмосферой через отверстия в ней [Патент РФ № 2181821, МКЛ. Е04С 2/26, МКЛ. Е04В 2/42, 2002].

Известно вентилируемое кровельное покрытие, включающее основание кровли и размещенные на нем готовые мастичные элементы, образующие вентилируемые полости [Патент РФ № 2079615, МКЛ. Е04D 13/00, 1997].

Основными недостатками известных вентилируемых стенового элемента и кровельного покрытия являются недостаточная прочность декоративного ограждения и мастичных элементов, невозможность утилизации тепла наружного воздуха и тепловых потерь здания, что снижает их надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является слоистая панель вентилируемого стенового ограждения, включающая несущий внутренний слой (несущее ограждение) и наружный слой из бетона плотной структуры (декоративное ограждение), армированные контурной сеточной арматурой, средний слой из крупнопористого материала со сквозными пустотами (щелями, воздушными зазорами), сообщающимися с атмосферой через систему вытяжных отверстий и каналов [Патент РФ № 2221119, МКЛ. Е04С 2/26, МКЛ. Е04В 2/14, 2004].

Основным недостатком известной слоистой панели вентилируемого стенового ограждения является невозможность утилизации тепла наружного воздуха и тепловых потерь здания, что снижает ее эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности ресурсосберегающей системы энергоснабжения здания.

Технический результат достигается ресурсосберегающей системой энергоснабжения здания, включающей: несущие ограждения, кровельное покрытие крыши и электрический аккумулятор, причем несущие ограждения здания покрыты снаружи декоративными ограждениями, армированными контурной арматурой, с образованием между ними и несущими ограждениями здания воздушного зазора, который сообщается с помещением чердака через щели, а с наружным воздухом через отверстия, кровельное покрытие и декоративные ограждения состоят из секций, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь, состоящий из прямоугольного корпуса, выполненного из материала-диэлектрика, крышка которого выполнена из материала с высокой теплопроводностью, а полость заполнена первым слоем материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, примыкающим к крышке, и вторым слоем материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью, который примыкает к днищу корпуса, в котором помещена контурная арматура, состоящая из элементов термоэлектрического преобразователя, представляющих собой парные оголенные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые части проволочных отрезков с левыми спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в первом слое материала-диэлектрика, параллельно крышке секции, не касаясь ее, а правые части проволочных отрезков пропущены через второй слой материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью и через отверстия в днище корпуса секции так, что частично проволочные отрезки с правыми спаянными концами выступают из его днища наружу, а именно в воздушный зазор или в помещение чердака, а крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором.

На фиг.1-5 представлена предлагаемая ресурсосберегающая система энергоснабжения здания (на фиг.1 - общий вид, на фиг.2-5 - основные узлы).

Предлагаемая ресурсосберегающая система энергоснабжения здания (РСЭЗ) содержит: наружные ограждения 1, кровельное покрытие 2 на несущей конструкции крыши (на фиг.1-5 не показана) и электрический аккумулятор 3, помещенный, например, на чердачном перекрытии 4, причем наружные ограждения здания 1 покрыты снаружи декоративными ограждениями 5, армированные контурной арматурой, с образованием между ними и ограждением здания 1 (узлы соединения между несущими ограждениями 1 и декоративными ограждениями 5 на фиг.1-5 не показаны) воздушного зазора 6, который сообщается с помещением чердака 7 через щели 8, а с наружным воздухом через отверстия 9, расположенные в нижней части декоративных ограждений 5, при этом кровельное покрытие 2 и декоративные ограждения 5 состоят из секций 10, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь (ТЭП), состоящий из прямоугольного корпуса 11, выполненного из материала-диэлектрика, крышка 12 которого выполнена из материала с высокой теплопроводностью, а полость заполнена первым слоем материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью 13, примыкающим к крышке 12, и вторым слоем материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью 14, который примыкает к днищу корпуса, в котором помещена контурная арматура, состоящая из элементов ТЭП, представляющих собой парные оголенные проволочные отрезки 15 и 16, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой, образуя зигзагообразные ряды 17, устроенные таким образом, что левые части проволочных отрезков 15 и 16 с левыми спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в первом слое материала-диэлектрика 13, параллельно крышке 12, не касаясь ее, а правые части проволочных отрезков 15 и 16 пропущены через второй слой материала-диэлектрика с низкой теплопроводностью и через отверстия в днище корпуса 11 так, что частично проволочные отрезки 15 и 16 с правыми спаянными концами выступают из его днища наружу (в воздушный зазор 6 или в помещение чердака), крайние проволочные отрезки 15 и 16 крайних зигзагообразных рядов 17 соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов 18 и 19, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором 3.

В основу работы предлагаемой РСЭЗ положено следующее. Так как контурная арматура секций 10 декоративного ограждения 5 и кровельного покрытия 2 выполнена в виде зигзагообразных рядов 17, изготовленных из парных оголенных проволочных отрезков 15 и 16, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, то при нагреве (охлаждении) одних спаянных концов проволочных отрезков 15 и 16 элементов ТЭП снаружи и охлаждении (нагреве) противоположных им спаянных концов элементов ТЭП воздухом, поднимающимся в зазорах 6 в летнее время (зимнее время), на противоположных спаянных концах парных проволочных отрезков 15, 16 устанавливаются разные температуры, в результате чего в зигзагообразных рядах 17 появляется термоэлектричество [С.Г.Калашников. Электричество. - М.: «Наука», 1970, с.502-506]. При этом зигзагообразные ряды 17 одновременно выполняют функцию контурной арматуры, в секциях 10, повышая прочностные свойства кровельного покрытия 2 и декоративных ограждений 5.

РСЭЗ работает следующим образом. В летнее время наружный воздух поступает в воздушный зазор 6 между декоративными ограждениями 5 и наружными ограждениями 1 через отверстия 9, расположенные в нижней части декоративных ограждений 5 (например, у цоколя здания), и движется по воздушному зазору 6 снизу вверх, одновременно снижая количество тепла, поступающего от солнечных лучей в здание, и охлаждая правые части парных проволочных отрезков 15 и 16 элементов ТЭП со спаянными концами элементов ТЭП секций 10 декоративных ограждений 5, находящихся в воздушном зазоре 6, после чего этот воздушный поток через щели 8 поступает в помещение чердака 7, в котором омывает открытые правые части парных проволочных отрезков 15 и 16 со спаянными концами, элементов ТЭП секций 10 кровельного покрытия 2 и также охлаждает их. Параллельно вышеописанному процессу охлаждения правых концов элементов ТЭП внутри ТЭП секций 10 декоративных ограждений 5 и кровельного покрытия 2 под воздействием солнечных лучей, нагревающих крышку 12, выполненную из материала с высокой теплопроводностью и первый слой материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью 13, происходит нагрев путем теплопроводности левых частей проволочных отрезков 15 и 16 со спаянными концами элементов ТЭП, которые согнуты под углом 90° (параллельное расположение левых частей элементов ТЭП крышке 12 выбрано из условия увеличения поверхности контакта отрезков 15, 16 и повышения прочности конструкции секций 10) и располагаются в первом слое материала-диэлектрика 13 с высокой теплопроводностью. При этом, одновременно с процессом теплопередачи в результате нагрева левых спаянных концов проволочных отрезков элементов ТЭП и охлаждения правых спаянных концов проволочных отрезков элементов ТЭП их температуры становятся различными и в зигзагообразных рядах 17 появляется термоэлектричество, которое из секций 10 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 18 и 19 поступает в электрический аккумулятор 3, откуда подается потребителю.

В зимнее время холодный наружный воздух также поступает в воздушный зазор 6 между декоративными ограждениями 5 и наружными ограждениями 1 через отверстия 9, расположенные в нижней части декоративных ограждений 5, и движется по воздушному зазору 6 снизу вверх, одновременно воспринимая тепло, поступающее от наружных ограждений 1 здания, и нагревая им правые части парных проволочных отрезков 15 и 16 элементов ТЭП со спаянными концами элементов ТЭП секций 10 декоративных ограждений 5, находящихся в воздушном зазоре 6, после чего этот нагретый воздушный поток через щели 8 поступает в помещение чердака 7, в котором омывает открытые правые части проволочных отрезков 15 и 16 со спаянными концами, элементов ТЭП секций 10 кровельного покрытия 2 и также нагревает их. Параллельно вышеописанному процессу нагревания правых концов элементов ТЭП секций 10 декоративных ограждений 5 и кровельного покрытия 2, внутри секций 10 под воздействием холодного наружного воздуха, охлаждающего крышку 12 и первый слой материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью 13, происходит охлаждение путем теплопроводности левых частей парных проволочных отрезков 15 и 16 со спаянными концами элементов ТЭП, которые согнуты под углом 90° и находятся внутри материала-диэлектрика 13 с высокой теплопроводностью. При этом, одновременно со снижением теплопотерь здания, в результате охлаждения левых спаянных концов проволочных отрезков элементов ТЭП и нагрева правых спаянных концов проволочных отрезков элементов ТЭП их температуры становятся различными и в зигзагообразных рядах 17 появляется термоэлектричество, которое из секций 10 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 18 и 19 поступает в электрический аккумулятор 3, откуда подается потребителю.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 18 и 19 и сила электрического тока зависит от характеристик пар металлов M1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 15 и 16, числа их пар в зигзагообразных рядах 13 и их числа в секциях 10, разности температур на правых и левых спаянных концах элементов ТЭП и числа секций 10 в декоративных ограждениях 5 и кровельном покрытии 2. Полученный электрический ток можно использовать для освещения здания, горячего водоснабжения и обогрева чердачных помещений.

Таким образом, предлагаемая РСЭЗ обеспечивает, как в летнее, так и зимнее время, наряду с уменьшением нагрева наружных ограждений здания и уменьшением теплопотерь от них в окружающую среду, также получение электрической энергии, которую можно использовать для нужд освещения, горячего водоснабжения и обогрева чердачных помещений здания (в зимнее время), снизив тем самым энергопотребление здания и опасность возникновения наледей на кромках крыши здания.