Плоский солнечный тепловой коллектор отопительной гелиосистемы

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПЛОСКИЙ СОЛНЕЧНЫЙ ТЕПЛОВОЙ КОЛЛЕКТОР ОТОПИТЕЛЬНОЙ ГЕЛИОСИСТЕМЫ(71) Заявитель Зарецкий Александр Константинович(72) Автор Зарецкий Александр Константинович(73) Патентообладатель Зарецкий Александр Константинович(57) Плоский солнечный тепловой коллектор отопительной гелиосистемы, состоящий из светопрозрачной ограждающей конструкции, наружного корпуса, теплоизолированных от упомянутого наружного корпуса и находящихся в тепловом контакте между собой адсорбера солнечной тепловой энергии и как минимум одной полости для протекания теплоносителя, сообщенных с упомянутой полостью как минимум двух узлов для присоединения солнечного коллектора к системе циркуляции теплоносителя, отличающийся тем, что выполнен с полостью для протекания теплоносителя, герметически изолированной от внутренней поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции или селективной поверхности адсорбера солнечной тепловой энергии, например в виде короба или змеевика, или трубы.(56) 1. А.с. СССР 1206573, МПК 24 2/42 // Бюл.3. - 1983. 2. Патент РБ 4823, МПК 24 2/00, 2008. Заявляемая полезная модель конструкций плоского солнечного теплового коллектора отопительной гелиосистемы, далее по тексту солнечный коллектор, относится к области отопления производственных и жилых зданий и сооружений, в частности к обустройству отопительных и климатических систем с использованием солнечной тепловой энергии. Существующий уровень техники характеризуется наличием множества разработок солнечных коллекторов, из наиболее близких по конструкции - аналогов - известны,например, следующие конструкции. Стеновая панель гелиосистемы воздушного отопления 1 Московского НИПИ типового и экспериментального проектирования. Панель имеет два слоя прозрачного ограждения с двумя воздушными каналами наружным и внутренним, тыльную перегородку с верхней приточной щелью, поглощающую перегородку с верхним и нижним воздушными отверстиями, нагнетающий вентилятор. При работе панели наружный воздух поступает в солнечный коллектор во внутренний воздушный канал, там нагревается и с помощью вентилятора нагнетается в отапливаемое помещение. Выходящий из помещения воздух через верхнюю приточную щель поступает по воздуховодам в наружный воздушный канал панели, через светопрозрачное ограждение отдает часть своего тепла нагреваемому во внутреннем канале приточному воздуху (происходит частичная рекуперация тепла) и выбрасывается наружу. Общие признаки стеновой панели гелиосистемы воздушного отопления 1 и заявляемой конструкции плоского солнечного коллектора отопительной гелиосистемы - это плоская форма панели, вертикальное ее размещение на фасаде здания, наличие, как минимум, однослойного светопрозрачного ограждения (остекления). Недостатки панели 1 заключаются, как видно из описания и фигур, в том, что закрепление остекления выполнено непосредственно на корпус панели, тем самым по периметру остекления возникают мостики холода и, как следствие, большие тепловые потери. При такой конструкции стеновой панели 1 во время эксплуатации в зимний период за счет тепловых потерь резко снижается тепловой КПД, что препятствует получению удовлетворительного технического результата - эффективного нагрева воздушного теплоносителя в зимний период при отрицательных температурах наружного воздуха. Также, как видно из описания и фигур, в конструкции стеновой панели 1 проточный воздушный теплоноситель омывает внутреннюю поверхность прозрачного ограждения и селективную поверхность адсорбера, и в процессе работы эти поверхности загрязняются осаждающейся пылью, тем самым резко снижается КПД коллектора, требуется его разборка и очистка от пыли, что препятствует получению удовлетворительного технического результата - эффективного нагрева воздушного теплоносителя в течение длительного периода времени. Также известна отечественная белорусская разработка - полезная модель солнечного коллектора для подогрева приточного воздуха 2 Белорусского национального технического университета. Солнечный коллектор 2 представляет собой стену здания, пассивный утеплитель, термодинамическую и защитную светопроницаемую панели, вентилятор и воздушные промежутки. Система работает следующим образом. Наружный воздух поступает в коллектор, подогревается и воздушным вентилятором нагнетается в систему вентиляции здания. Задача полезной модели - подогрев приточного воздуха с помощью солнечной энергии в системах вентиляции зданий и, как следствие, снижение общих энергозатрат на отопление и вентиляцию здания. Общие признаки солнечного коллектора для подогрева приточного воздуха 2 и заявляемой конструкции плоского солнечного коллектора отопительной гелиосистемы - это 2 89872013.02.28 плоская форма коллектора, вертикальное его размещение на фасаде здания, наличие, как минимум, однослойного светопрозрачного ограждения (остекления). Недостатки коллектора 2 заключаются, как видно из описания и фигур, в том, что закрепление остекления выполнено непосредственно на корпус коллектора, тем самым по периметру остекления возникают мостики холода и большие тепловые потери. При такой конструкции коллектора 2 во время эксплуатации в зимний период за счет тепловых потерь резко снижается тепловой КПД, что препятствует получению удовлетворительного технического результата - эффективного нагрева воздушного теплоносителя в зимний период при отрицательных температурах наружного воздуха. Также, как видно из описания и фигур, в конструкции коллектора 2 проточный воздушный теплоноситель омывает внутреннюю поверхность прозрачного ограждения и селективную поверхность абсорбера,и в процессе работы эти поверхности загрязняются осаждающейся пылью, тем самым резко снижается КПД коллектора, требуется его разборка и очистка от пыли что препятствует получению удовлетворительного технического результата - эффективного нагрева воздушного теплоносителя в течение длительного периода времени. Полезная модель солнечного коллектора для подогрева приточного воздуха 2 обладает наибольшим сходством с заявляемой полезной моделью плоского солнечного теплового коллектора отопительной гелиосистемы и может быть выбрана в качестве прототипа. Очень многие известные конструкции солнечных тепловых коллекторов проточного типа с воздушным теплоносителем, в частности 1, 2, имеют конструкцию, при которой циркулирующий между солнечным коллектором и тепловым аккумулятором воздушный теплоноситель омывает одновременно селективную поверхность светопоглощающего адсорбера и внутреннюю поверхность светопрозрачной ограждающей конструкции солнечного коллектора. В процессе длительной работы при такой конструкции солнечного коллектора светопрозрачная ограждающая конструкция и селективная поверхность адсорбера постепенно и довольно быстро загрязняются осаждающейся пылью, находящейся во взвешенном состоянии в воздушном теплоносителе. При этом в результате загрязнения внутренней поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции и селективной поверхности адсорбера солнечного коллектора уменьшается светопропускание светопрозрачной конструкции и светопоглощение селективной поверхности и, как следствие, резко снижается эффективность и КПД солнечного теплового коллектора. Работы по обслуживанию и чистке таких конструкций солнечных тепловых коллекторов чрезвычайно трудоемки и связаны с демонтажем и разборкой солнечных тепловых коллекторов. При размещении коллекторов на фасадах многоэтажных зданий трудоемкость таких работ резко возрастает. Поэтому предпочтительно использовать такие конструкции солнечных тепловых коллекторов, в которых контур воздушного теплоносителя изолирован от светопрозрачной ограждающей конструкции и селективного покрытия адсорбера солнечного теплового коллектора, например конструкции плоских солнечных коллекторов, в которых воздушный теплоноситель омывает обратную сторону адсорбера солнечной энергии. При этом внутренние поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции и поверхность селективного покрытия адсорбера, выполненные в виде герметичного модуля, длительно остаются чистыми, и работы по обслуживанию солнечных коллекторов такой конструкции сводятся только к периодической очистке наружных светопрозрачных поверхностей без демонтажа и разборки коллектора. Задачей настоящей полезной модели является разработка конструкции солнечного теплового коллектора с прозрачной ограждающей конструкцией в виде пластиковой, ПВХ или алюминиевой оконной системы с унифицированным стеклопакетом, лишенной вышеуказанных недостатков. Поставленная задача решена следующим образом. Заявляется солнечный тепловой коллектор отопительной гелиосистемы, состоящий из светопрозрачной ограждающей конструкции, наружного корпуса, теплоизолированных от 3 89872013.02.28 упомянутого наружного корпуса и находящихся в тепловом контакте между собой адсорбера солнечной тепловой энергии и как минимум одной полости для протекания теплоносителя, сообщенных с упомянутой полостью как минимум двух узлов для присоединения солнечного коллектора к системе циркуляции теплоносителя, отличающийся тем, что выполнен с полостью для протекания теплоносителя, герметически изолированной от внутренней поверхности светопрозрачной ограждающей конструкции или селективной поверхности адсорбера солнечной тепловой энергии, например в виде короба, змеевика,трубы. На фигуре показан частный случай выполнения солнечного теплового коллектора воздушного типа для нагрева проточного воздуха. Как показано на фигуре, солнечный тепловой коллектор для нагрева проточного воздуха состоит из следующих элементов. Светопрозрачной ограждающей конструкции, выполненной в виде пластиковой, ПВХ,или алюминиевой оконной системы 1. Применяемая пластиковая, ПВХ или алюминиевая оконная система может быть любой известной конструкции, любого известного производителя и торговой марки с как минимум однослойным, а предпочтительно многослойным(стеклопакетным) остеклением. На фигуре показана оконная система 1 с однокамерным стеклопакетом 2. Между солнечным адсорбером 4 и рамой окна 1 располагают предпочтительно высокотемпературный и негорючий теплоизолятор 3, например, в виде слоя асбеста, каолиновых или керамических теплоизоляционных материалов (каолиновая вата, картон, бумага). Солнечного адсорбера 4, выполненного в виде листа теплопроводного материала,например металла (сталь, алюминий, медь), теплопроводящего композитного материала,ткани, стекла. На поверхность солнечного адсорбера 4, обращенную к светопрозрачной конструкции, нанесено светопоглощающее покрытие 5, предпочтительно в виде селективного покрытия темного или черного цвета, с обратной стороны адсорбера 4 размещена воздушная полость 6, имеющая тепловой контакт с адсорбером, воздушная полость 6 может быть выполнена в виде короба, змеевика, трубы, воздушная полость 6 имеет элементы сообщения с внешними системами (воздуховоды) 11, воздушная полость 6 изолирована от задней стенки 9 солнечного коллектора с помощью слоя 7, отражающего электромагнитные волны для уменьшения лучевых потерь, например слоя алюминиевой фольги, и слоя теплоизолятора 8, уменьшающего тепловые потери от теплопереноса, выполненного,например, в виде слоя пенопласта, минераловатной плиты, пенополиуретана, вспененного полиэтилена, экструдированного пенополистирола, теплоизолятора из вспененного каучука или другого известного материала с выбранными теплоизоляционными свойствами. Предпочтительно, для улучшения пожарной безопасности солнечного коллектора,между слоем фольги 7 и слоем теплоизолятора 8, окружающего адсорбер 4 и воздушную полость 6, располагать слой высокотемпературного и негорючего теплоизолятора, например слой каолиновой или минеральной ваты, либо материалов на основе каолинового или керамического волокна (на фигуре не показано). Задняя стенка 9 солнечного коллектора выполнена в виде листа из предпочтительно негорючего и коррозионностойкого материала, например металла (оцинкованная, окрашенная сталь, нержавеющая сталь, окрашенный алюминий), композитного материала(пластик, углепластик, гетинакс, текстолит, стеклопластик и т.д.), термосветостабилизированных и долговечных полимерных материалов - пластмасс (ПВХ, ПНД, ПВД, ПУ,ПЭТ, поликарбонат, акрил, полиамид, полиакрилонитрил и т.д.). По периметру солнечный коллектор ограничен П-образными или Г-образными профилями 10 из предпочтительно негорючего и коррозионностойкого материала, например металла (оцинкованная, окрашенная сталь, нержавеющая сталь, окрашенный алюминий),композитного материала (пластик, углепластик, гетинакс, текстолит, стеклопластик и 89872013.02.28 т.д.), термосветостабилизированных и долговечных полимерных материалов - пластмасс(ПВХ, ПНД, ПВД, ПУ, ПЭТ, поликарбонат, акрил, полиамид, полиакрилонитрил и т.д.). Наружный корпус солнечного коллектора дополнительно в узлах стыков панелей и выходов воздуховодов, фитингов и вспомогательных элементов предпочтительно дополнительно герметизируется с помощью термосветостабилизированных и долговечных герметиков, например с помощью силикона. Заявляемые конструкции солнечных тепловых коллекторов являются очень перспективными для проектирования и применения в современном промышленном и гражданском строительстве. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5