Пристенный гелиоколлектор

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(72) Авторы Богданович Петр Францевич Григорьев Дмитрий Алексеевич Цыбульский Геннадий Станиславович Пестис Витольд Казимирович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гродненский государственный аграрный университет(57) Пристенный гелиоколлектор, содержащий вертикально установленные и последовательно расположенные в каркасе светопрозрачное ограждение, первую полость нагрева воздуха, поглотитель, слой теплоизоляции с отражающим покрытием, полость охлаждения воздуха, связанную с первой полостью нагрева через отверстие в нижней части слоя теплоизоляции и поглотителя, аккумулятор тепла в виде стены здания, водонагреватель в виде оребренной трубы, защищенный с трех сторон теплоизоляцией, установленный в верхней части гелиоколлектора и незащищенной стороной ориентированный вниз, заслонку на три положения, установленную в верхней части слоя теплоизоляции и имеющую три положения, при этом в первом ее положении выход первой полости нагрева по воздуху через водонагреватель связан с входом полости охлаждения, во втором или третьем положениях заслонки перекрыты, соответственно, выход первой полости нагрева или вход полости охлаждения, штору, установленную перед светопрозрачным ограждением, отличающийся тем, что он дополнительно содержит воздушный фильтр, соединяющий первую полость нагрева воздуха с атмосферой, установленный на одной из боковых стенок каркаса, вторую 50712009.02.28 полость нагрева воздуха, образованную слоем теплоизоляции и поглотителем, который со стороны слоя теплоизоляции снабжен вертикальными ребрами жесткости, а вторая полость нагрева воздуха в верхней части связана с первой полостью нагрева воздуха, в нижней части связана с первой полостью нагрева воздуха и с полостью охлаждения воздуха.(56) 1. Патент России 2193147, МПК 24 2/24, 2/34. 2. А.с. СССР 1663343, МПК 24 2/42, 2001. 3. Патент РБ на полезную модель 3760, МПК 24 2/42, 2007. Полезная модель относится к гелиотехнике и может быть использована для горячего водоснабжения и отопления зданий. Для нагрева воды и отопления зданий используют устройство 1, содержащее каркас,светопрозрачное ограждение, водонагреватель и аккумулятор тепла, обеспечивающее получение горячей воды и нагретого воздуха для отопления. Однако его эксплутационные возможности ограничены, и оно не обеспечивает эффективное горячее водоснабжение и отопление зданий при всесезонном использовании. Известно также устройство 2, содержащее каркас, светопрозрачное ограждение, первую полость нагрева воздуха, поглотитель, водонагреватель, аккумулятор тепла и заслонку, позволяющее обеспечивать горячее водоснабжение и отопление зданий. Недостатками данного устройства являются конструктивная сложность, ограниченные функциональные возможности, обусловленные перегревом здания в летнее время и низкой эффективностью в зимний период. В качестве прототипа принято устройство 3, содержащее каркас, светопрозрачное ограждение, первую полость нагрева воздуха, поглотитель, слой теплоизоляции с отражающим покрытием, полость охлаждения воздуха, связанную с первой полостью нагрева через отверстие в нижней части слоя теплоизоляции и поглотителя, аккумулятор тепла в виде стены здания, водонагреватель в виде оребренной трубы, защищенный с трех сторон теплоизоляцией, установленный в верхней части гелиоколлектора и незащищенной стороной ориентированный вниз, заслонку на три положения, установленную в верхней части слоя теплоизоляции и имеющую три положения, при этом в первом ее положении выход первой полости нагрева по воздуху через водонагреватель связан с входом полости охлаждения, во втором или третьем положениях заслонки перекрыты, соответственно,выход первой полости нагрева или вход полости охлаждения и штору, установленную перед светопрозрачным ограждением. Устройство является всесезонным и обеспечивает горячее водоснабжение и отопление зданий. Недостатками устройства являются относительно невысокая эффективность использования энергии солнечного излучения и сложность эксплуатации, связанная с необходимостью периодической частичной разборки гелиоколлектора для очистки от пыли внутренней поверхности светопрозрачного ограждения, поглотителя и водонагревателя. Заявляемая полезная модель направлена на повышение эффективности использования энергии солнечного излучения эксплуатационных свойств гелиоколлектора. Сущность полезной модели заключается в следующем. Пристенный гелиоколлектор содержит вертикально установленные и последовательно расположенные в каркасе светопрозрачное ограждение, первую полость нагрева воздуха, поглотитель, вторую полость нагрева воздуха, образованную слоем теплоизоляции и поглотителем, который со стороны слоя теплоизоляции снабжен вертикальными ребрами жесткости, вторая полость нагрева воздуха в верхней части связана с первой полостью нагрева воздуха, слой теплоизоляции с отражающим покрытием, полость охлаждения воздуха, аккумулятор тепла в виде стены здания, водонагреватель в виде оребренной трубы, защищенный с трех сторон теплоизоляцией, установленный в верхней части гелиоколлектора и незащищенной стороной ориентированный вниз, заслонку на три положения, установленную в верхней части слоя 2 50712009.02.28 теплоизоляции и имеющую три положения, при этом в первом ее положении выходы первой и второй полостей нагрева по воздуху через водонагреватель связаны с входом полости охлаждения, во втором или третьем положениях заслонки перекрыты, соответственно,выходы первой и второй полостей нагрева или вход полости охлаждения, воздушный фильтр, соединяющий первую полость нагрева воздуха с атмосферой, установленный на одной из боковых стенок каркаса, отверстия в нижней части слоя теплоизоляции и поглотителя, связывающие полость охлаждения воздуха с первой и второй полостями нагрева воздуха, а также штору, установленную перед светопрозрачным ограждением. Сущность полезной модели поясняется фиг. 1, 2 и 3, на которых приведены, соответственно, схема устройства гелиоколлектора в вертикальном поперечном сечении (фиг. 1),место установки фильтра и устройство поглотителя в горизонтальном сечении (фиг. 2) и схема устройства фильтра (фиг. 3). Пристенный гелиоколлектор содержит (фиг. 1) каркас 1, примыкающий к стене здания, светопрозрачное ограждение 2, первую полость 3 нагрева воздуха, поглотитель 4,вторую полость 5 нагрева воздуха, образованную слоем 6 теплоизоляции с отражающим покрытием 7 и поглотителем 4, в верхней части связанную с первой полостью 3 нагрева воздуха, слой теплоизоляции 6, полость 8 охлаждения воздуха, аккумулятор 9 тепла, в качестве которого использована стена здания, водонагреватель 10, выполненный в виде оребреннной трубы и защищеннный с трех сторон от теплопотерь теплоизоляцией 11, установленный в верхней части коллектора над поглотителем 4 и слоем теплоизоляции 6 и ориентированный незащищенной стороной вниз, заслонку 12, установленную в верхней части слоя теплоизоляции и имеющую три положения (, , ). В положениизаслонки 12 выходы полостей 3 и 5 нагрева по воздуху через водонагреватель 10 связаны с входом полости 8 охлаждения. В положениизаслонка 12 перекрывает выходы полостей 3 и 5 нагрева воздуха, а в положенииперекрывает вход полости 8 охлаждения воздуха. В нижней части гелиоколлектора полость 8 охлаждения воздуха связана с второй 5 и первой 3 полостями нагрева воздуха через отверстие 13 в слое теплоизоляции 6 и отверстие 14 в поглотителе 4. Перед светопрозрачным ограждением 2 установлена штора 15, оборудованная механизмом 16 привода (ручным или электрическим), позволяющим полностью ее закрыть, полностью открыть или обеспечить некоторое промежуточное положение. Конструктивно она может быть выполнена в виде роллеты. Пристенный гелиоколлектор содержит также фильтр 17, установленный в одной из боковых стенок каркаса 1 и соединяющий первую полость 3 нагрева воздуха с атмосферой(фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3). Конструктивно он может быть выполнен в виде сменного фильтра(из волокнистых материалов), проницаемого для воздуха и удерживающего пылевидные частицы, взвешенные в атмосферном воздухе. От атмосферных осадков фильтр защищен накладкой 18 (фиг. 2, фиг. 3), плотно соединенной с каркасом 1 гелиоколлектора и открытой стороной обращенной вниз (фиг. 3). Поглотитель 4 снабжен ребрами 19 жесткости (фиг. 2) и может быть выполнен, например, путем штамповки. Ребра 19 жесткости ориентированы вертикально и вершинами примыкают к слою теплоизоляции 6, и делят полость 5 на вертикальные каналы 20. Отверстия 13 и 14 в слое теплоизоляции и в поглотителе имеют продолговатую форму,ориентированы вдоль нижней стенки каркаса 1 и имеют площадь проходного сечения, достаточную для перетекания воздуха из полости 8 охлаждения в полости 5 и 3 нагрева воздуха. Пристенный гелиоколлектор работает следующим образом. В режиме отопления и горячего водоснабжения штора 16 открыта, а заслонка 12 находится в положении . Солнечное излучение, проникая через светопрозрачное ограждение 2, воспринимается темной поверхностью поглотителя 4, который нагревается. Воздух, находящийся в полостях 3 и 5 нагрева, контактируя с нагретым поглотителем 4, нагревается и поднимается вверх к водонагревателю 10. Контактируя с водонагревателем, нагретый воздух охлаждается, отдавая тепло водонагревателю, и поступает в полость 8 охлаждения воздуха, где опускается вниз и дополнительно охлаждается, отдавая тепло аккумулятору 9 тепла, роль которого выполняет стена здания. Из полости 8 охлажденный воздух через отверстия 13 и 14 снова 3 50712009.02.28 поступает в полости 3 и 5 нагрева, где нагревается, и процесс переноса тепла от поглотителя 4 к водонагревателю 10 и к стене 9 здания повторяется. Направления циркуляции воздуха в полостях 3, 5 и 8 указаны стрелками на фиг. 1. Нагретый в водонагревателе 10 жидкий теплоноситель может использоваться в системе горячего водоснабжения и для отопления комнат здания, не связанных со стеной 9, аккумулирующей тепловую энергию. При избыточном поступлении солнечной энергии штора 16 может быть частично закрыта, что обеспечивает снижение теплопроизводительности гелиоколлектора как по нагреву жидкого теплоносителя, так и по поступлению тепла в аккумулирующую стену 9. При полном закрытии шторы 15 теплопроизводительность гелиоколлектора будет минимальной. При отсутствии солнечного излучения (ночные часы) для предотвращения теплопотерь за счет обратного конвективного процесса необходимо заслонку 12 перевести в положениеи штору 15 закрыть. В случае, когда потребность в отоплении отсутствует (летнее время), заслонка 12 устанавливается в положение . При этом поступление нагретого воздуха в полость 8 охлаждения прекращается, и нагрев стены 9 не происходит. Циркуляция нагретого воздуха будет происходить в полостях 3, 5 и водонагревателе 10, в процессе которой будет происходить перенос тепла от поглотителя 4 к водонагревателю 10. Регулировать производительность гелиоколлектора по нагреву жидкого теплоносителя в водонагревателе 10 можно с помощью поднятия или опускания шторы 15. Выравнивание давления воздуха внутри гелиоколлектора осуществляется за счет связи с атмосферой через фильтр 16. При этом поступающий через фильтр в коллектор атмосферный воздух очищается от пыли, что исключает необходимость периодической разборки гелиоколлектора для очистки внутренней поверхности прозрачного ограждения 2 и других поверхностей от пыли. За счет этого упрощается эксплуатация гелиоколлектора. За счет наличия второй полости 5 нагрева воздуха снижаются потери тепла через прозрачное ограждение 2 и эффективность использования энергии солнечного излучения повышается. Кроме того, введение полости 5 обеспечивает снижение потерь тепла в направлении от стены 9 здания к ограждению 2 в точные часы, когда коллектор играет роль теплозащитного устройства. Предлагаемый пристенный гелиоколлектор является многофункциональным устройством, не требует реконструкции существующих зданий, пригоден для использования в строящихся зданиях и может иметь большую площадь. При покрытии свободных от дверных и оконных проемов участков стен здания, ориентированных на юг, запад и восток, его теплопроизводительность будет высокой и в периоды с низким уровнем солнечной радиации. При отсутствии солнечной радиации и в зимнее время гелиоколлектор будет выполнять роль эффективного теплоизолирующего слоя для стен здания. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4