Конструкция энергосберегающего здания с системой теплохладоснабжения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИ 818508 ЕСПУБЛИК)з Р 24 3 2/4 ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИ Я Т АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 06 трукцищн ость ь 7 южан ного го кол" вляется О(21) 4802847 (22) 19.03.90 (46) 30.05.93 (75) В,Ф.Ни (56) Патент С 1986.Раззче ч 1. Справоч с пассивным 1986, т. 1. с. Бюл, В 20олаевский и Т.Ю.КузьменкоША М 4580487, кл, Р 24 Р 7/О оаг без 9 п сопсертз, ОЯА 1980,ик по проектированию зданийсолнечным теплоснабжением,33 2(54) КОНСТРУКЦИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮ ЩЕГО ЗДАНИЯ С СИСТЕМОЙ ТЕПЛОХЛА ДОСНАБЖЕНИЯ(57) Использование: в гелиотехнике, в систе мах отопления, совмещенных с кокс ями энергосберегающих зданий. Су изобретения: железобетонный цокол ного фасада хорошо теплоизолиров здания выполняет функцию теплово лектора, а напольное перекрытие я1818508 10 15 20 25 30 ния 7 35 аккумулятором тепла и отопительным прибором, оно дополнительно нагревается солнечной радиацией, прошедшей через окна здания, имеющие контротражатели 5 из светоотражающего материала. Гелиоколлектор здания состоит иэ зеркального ячеистого концентратора 10. светопропускающего покрытия 9, рифленой зигзагообразной пленки 12 и теплового коллектора, расположенного в цоколе здания 7. Зеркальный концентратор 10 и светопропускающие покрытия 9, 12 отстоят на некотором рассто-, янии от железобетонного, зачерненного, покрытого стеклокрышкой цоколя 7 и образуют воздушный канал 15, который соединен с воздушными каналами в напольном Изобретение относится к гелиотехнике, к системам отопления, совмещенным с конструкциями энергосберегающих зданий.Область использования - малоэтажная жилая застройка (индивидуальный жилой дом, дача), обьекты сельскохозяйственного строительства, коммунально-бытовые обьекты.Задачи изобретения: применение эффективного гелиоприемника с зеркальным ячеистым концентратором, автоматически следящим за движением солнца, применение напольного лучистого отопления с подпольным рециркуляционным воздушным контуром, применение дублирующего источника теплоты и принудительной вентиляции.На фиг. 1 изображена конструкция здания с системой теплохладоснабжения, вид сбоку в вертикальном сечении; на фиг. 2 - конструкция концентратора.Новизна конструкции заключается в следующем: цоколь хорошо теплоиэолированноо здания, выполняет функцию теплового коллектора, а напольное перекрытие - аккумулятора тепла и отопительного прибора, перекрытие дополнительно нагревается солнечной радиацией, прошедшей через окна здания, Рециркуляционная система с лучистым отоплением, имеет дублер в виде калорифера с вентилятором, который нагревается от ветрогенератора или местной электросети, нагрев возможен посредством сжигания твердого, жидкого или газообразного топлива,Конструкция здания (фиг.1) состоит из кирпичной или бетонной стены 1 и мощной теплоизоляции 2, на наружной или внутренней поверхности пенополиуретан, пенопоперекрытии 6, воздушными каналами на северной стороне цоколя и пространством подполья, образуя рециркуляционный контур лучистого напольного отопления с гравитационной или принудительной циркуляцией. Поверхности южной стены цоколя и перекрытия со стороны подполья покрыты слоем теплоизоляции 2. У основания теплового коллектора в подполье подключен к рециркуляционному контуру дублер в виде калорифера 16 с вентилятором 17. В летний, неотопительный, период теплоизолирующая панель 13 закрыта, окна зашторены белой тканью, клапаны 19, 20 открыты и прохладный воздух подполья охлаждает напольное перекрытие. 2 ил,ливинилхлорид), на чертеже показано с наружной. Гидроизоляцией 3 отделен цоколь от фундамента. Оконные рамы 4 смещены к внутренней поверхности стены, а откосы оконных проемов 5 покрашены светоотражающей краской и образуют контротражатель. Напольное железобетонное перекрытие 6 выполнено из стандартных многопустотных панелей и отделено от горизонтальной поверхности стен 1 слоем жесткой теплоизоляции 8 (асбестокартон). Железобетонные панели перекрытия защемлены несущим ограждением, с южНой стороны, открытым способом, Железобетонный цоколь 7 южного фасада, кроме арматуры. имеет металлическую стружку, для увеличения теплопроводности. Цоколь окрашен черной краской или оштукатурен раствором с добавлением черногопигмента и покрыт сверху тонким слоем стеклокрошки 1,5-2 мм, Для лучшего поглощения солнечной радиации и для создания турбулентности при прохождении воздуха вдоль цоколя. Цоколь здания южного фасада и напольное перекрытие со стороны подполья, а также потолочное перекрытие со стороны чердака имеют слой теплоизоляции 2. Впереди цоколя 7 южного фасада расположен гелиоприемни к, который имеет: зеркальный ячеистый концентратор 10, с контротражателем 11, светопропускающее покрытие 9 (стекло). рифленую зигзагообразную пленку 12 (тефлон) и зачерненный, покрытый стеклокрошкой тепловой коллектор-цоколь здаЗеркальный ячеистый концентратор состоит иэ пересекающихся прямоугольных полос светопропускающего диэлектрика, который изменяет линейно при нагревании1818508. 30 ха. проходящего по пустотам панели, а 35 40 45 50 свой показатель преломления. Светопропускающий диэлектрик (полиметилметакрилат) армирован металлической сеткой из материала с хорошей теплопроводности (дуралюмин, нержавеющая сталь), инсолируемый торец сетки зачернен, Ячеистый концентратор из металлических зеркал (пластины отполированные и покрытые лаком), диэлектрических зеркал пленочные многослойные покрытия) и смешанных; выше описана конструкция металло-диэлектрического зеркала, основанная на явлении рефракции световой волны.Зеркальный ячеистый концентратор 10 по периметру имеет контротражатель 11 (алюминиевая фольга).Угол обзора гелиоприемника с зеркальным ячеистым концентратором 160-170 градусов, т,е. гелиоприемник является бесповоротной "солнечной ловушкой", так как солнечное излучение попадает на ячейки структуры и полностью отражается в сторону поглотителя - зачерненного цоколя 7,Ячеистая структура имеет и второе свойство - гаситель конвективных потоков, т,е. сводит к нулю конвективные теплопотеГелиоприемник имеет трансформируемую панель 13, которая выполнена из бакелитовой фанеры и теплоизоляционного материала (пенополиуретан), покрыта с внутренней стороны светоотражающим материалом (алюминиевая фольга), а с наружной стороны покрашена белой краской. В закрытом положении панель работает как теплоизолирующая ставня, в открытом - как дополнительный солнцеотражающий экран, Остекление гелиоприемника имеет деревянные коробчатые рамы 14. которые делят его на секции, Коробчатые рамы 14 с зеркальным концентратором и остеклением (см,фиг.1) отстоят от цоколя здания на 15 см и образуют воздушный канал 15. который впадает в воздушные каналы многопустотной стандартной панели напольного перекрытия 6, покрытой линолеумом 18, переходят в воздушные, каналы поколя северного фасада, покрытые изнутри алюминиевой фольгой и выходят в подполье, образуя рециркуляционный воздушный контур лучистого напольного отопления, который имеет клапаны 19, 20, закрывающие воздуховоды. Воздушные каналы у основания теплового коллектора 7. в подполье, сведены в общий канал и к нему подключен дублирующий источник теплоты - калорифер 16 и вентилятор 17, работающие совместно или раздельно. Внутренняя поверхность воздуховода северного фасада 5 10 15 20 25 покрыта алюминиевой фольгой для уменьшения трения охлажденного воздуха.В режиме отопления конструкция работает следующим образом (см,фиг.1). Ориентация здания южная или юго-западная.Теплоизолирующая панель 13 открыта, т.е. находится по отношению к гелиоколлектору под углом 90. Солнечное излучение, на чертежах показано острыми стрелками, попадает на зеркальный ячеистый концентратор 10 и светоотражающую поверхность теплоизолирующей панели 13, от которой отражается и попадает также на ячеистую структуру. Суммарный поток солнечного излучения проходит через остекление 9, зигзагообразную пленку 12 и поглощается железобетонным зачерненным цоколем здания 7, нагревая его. Выходящий из подполья воздух через открытый клапан 19 попадает в воздушный канал 15 гелиоприемника, нагревается, и поступая в каналы железобетонного перекрытия, отдает тепло панели перекрытия 6, Охлаждаясь, воздух опускается по воздуховоду на северном фасаде здания, в подполье, Далее цикл продолжается, т,е. возникает гравитационная циркуляция. Напольные железобетонные многопустотные панели перекрытия 6 аккумулируют теплоту от теплоносителя - воздутакже дополнительно напольное перекрытие нагревается солнечнЬй радиацией, прошедшей через остекление окон (на фиг,1 показаны острыми стрелками). А так как перекрытие изолировано от подполья теплоизоляцией 2, а от стен - жесткой тепло- изоляцией 8, .излучать тепло оно может только в сторону внутреннего жилого обьема (на чертеже показано короткими вертикальными стрелками), образуя напольное лучистое отопление, В часы восхода или захода солнца, когда прием солнечной радиации по показаниям температурных датчиков неэффективен, а также ночью теплоизолирующая панель 13 закрыта, причем циркуляция воздуха в системе продолжается. При возникновении пиковых нагрузок, в связи с похолоданием или иэ-за плохой прозрачности атмосферы, включаются калорифер 16 свентилятором 17, при этом теплоизолирующая панель 13 и клапан воздуховода 19 закрыты. В летний - неотопительный период, теплоизолирующая панель 13 закрыта, окна зашторены белой тканью, клапаны воздуховодов 19, 20 открыты и прохладный воздух подполья охлаждает железобетонное напольное перекрытие 6. При необходимости циркуляцию можно усилить, включив венти 1818508лятор 17, но клапан 19 при работе с вентилятором надо закрыть,Экономичность данной конструкции показывает следующий пример, так 2-комнатный кирпичный дом общей площадью 54 м 5гс применением железобетонных панелейперекрытия имеет суточные теплопотериОсут. = 105 КВт чсогласно формулеОсут. = Хк Е(1 в-тн) пх 24, КВт ч., 10где Г - площадь ограждения, м;2,к - коэффициент теплопередачи ограждения, кДж/(м ч С), к = - ;2, ,о 1Вои - поправочный коэффициент к разности температур;Ь- Ь - температура внутреннегои наружного воздуха, С,Если ограждающие конструкции жилого дома (наружные стены, панели перекрытия), 20изолировать снаружи мощным слоем теплоизоляции, например пенополиуретан, пенополистирол. перлитопластбетон толщиной30 см с коэффициентом теплопроводностиЛ= 0,04 - 0,06 вт/м С, тогда сопротивление теплопередачи Яо составит: для наружных стен - 8,5 м С/Вт,для перекрытия,6 м С/Вт,согласно формуле Во = - + Хд/Л+ - 301 1ав йнгде ав, ан - коэффициенты теплообмена навнутренних и на 2 оужных поверхностях ограждения, кдж/м ч Сд - толщина слоев материала конструкции, м; 35Л - коэффициент теплопроводностислоев материала конструкции, вт/м С,Тогда суточные теплопотери изолированного здания составятОсут. = 33,6 квт ч 40Конструкции здания с внешней изоляциеймогут аккумулировать тепло, Так, напримерпри нагревании панелей перекрытия от18 С до 25 С, можно получить количествотеплоты О = 24,3 кВт согласно формуле 45О = спт Ьс,.где в - масса конструкций, кг,с - теплоемкость материала, кДж/кг С,Ь 1 - разность температур, С.В нашем примере 6 панелей перекрытия ПК 5012,5-58,15 весом 2480 кг. Сжб =, 0,84кдж/кг С могут накопить тепла: 084 х 6 х 2480 х 7 2433600Железобетонный цоколь площадью 9 м, объемом 4,5 м, южного фасада, может 2 знакопить количество тепла:0,84 х 7 х 11250 18 43600Перекрытие, состоящее из 6 панелей ПК 12,5-58,15 и железобетонный цоколь площадью 9 м иобъемом 4,5 м могутнакопить тепла вместе:Ообщ = Оп+ Оц Ообщ = 24,3+ 18,4 = 42,7 кВт. Эта цифра превышает на 9,1 кВт суточные теплопотери в нашем примере. Вывод: аккумулирование энергии солнца и ветра в теплоизолированных конструкциях здания, является самым дешевым способом аккумулирования и отопления, так как не требует так как не требует дополнительных затрат на устройство аккумулятора и отопительных приборов, поэтому эффективность таких конструкций максимальна.Ф о р мул а изобретен ияКонструкция энергосберегающего здания с системой теплохладоснабжения, содержащая обращенные на юг оконные проемы и воздушный солнечный коллектор, размещенный в южной стене цоколя здания и связанный с техническим подпольем последнего, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения эффективности использования солнечной энергии, коллектор имеет ячеистый зеркальный концентратор, состоящий из пересекающихся прямоугольных полос диэлектрика с двусторонним светоотражающим покрытием, светопропускающее покрытие, рифленую зигзагообразную пленку и зачерненный, покрытый стеклокрошкой цоколь, перекрытие между помещением и техническим подпольем выполнено в виде отопительного прибора, имеющего каналы для циркуляции воздуха, подключенные каждый одним концом к солнечному коллектору, а другим с северной стороны цоколя - к техническому подполью, поверхности южной стены цоколя и перекрытия, обращенные в сторону технического подполья, теплоизолированы, а в последнем установлены дублирующий источник теплоты и вентилятор.1818508 Коля дакт аказ 1932 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 тельский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 О Производственн Составитель В.НиколаеТехред М,Моргентал йКорректор Н, Ревска