Кровельный элемент и устройство для нагрева теплоносителя

 

Группа полезных моделей относится к строительству, а именно к конструкции кровли здания, позволяющей размещать и использовать устройства, аккумулирующие солнечную энергию и способные осуществлять теплообмен с окружающей средой.

Кровельный элемент изготавливается методом экструзии из полимерного материала и содержит внутри себя полости, предназначенные для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя, при этом кровельный элемент выполнен с возможностью подключения внутренних полостей к внешней, по отношению к элементу, системе циркуляции теплоносителя.

Устройство для нагрева теплоносителя содержит теплообменник, сообщенный с системой циркуляции теплоносителя, при этом в качестве теплообменника используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом указанные кровельные элементы.

Группа полезных моделей относится к строительству, а именно к конструкции кровли здания, позволяющей размещать и использовать устройства, аккумулирующие солнечную энергию и способные осуществлять теплообмен с окружающей средой.

Известны различные устройства, предназначенные для использования кровли здания для нагрева воды с помощью солнечной энергии (например, патент США 4201193, патент Франции 2566032, патент Германии 4006116, патент Китая 1749671).

Известно солнцеприемное устройство, совмещенное с кровлей здания, содержащее плоский участок теплоизолированной кровли здания с нанесенным на ее поверхность гидроизоляционным битумным слоем, в котором размещены трубы теплообменника, на поверхность которых уложена металлическая сетка (авт.св. СССР 1746155, МПК F24J 2/24, публикация 1992 г.).

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус, выполненный из теплоизоляционного материала на основе пенополиуретана, теплопоглощающую пластину, установленную на дне корпуса, и прозрачную изоляцию, при этом теплоизоляционный материал выполнен анизотропным, в виде трех слоев с гидрозащитными мембранами из полиуретана между слоями, при этом наружный слой имеет пористость ниже пористости двух других слоев (авт.св. СССР 1815525, F24J 2/02, публикация 1991 г.).

Известен солнечный коллектор, содержащий профилированную металлическую поверхность, выполненную из листового материала и служащую в качестве кровли, при этом под кровлей расположен гибкий гофрированный трубопровод, заполненный рабочей средой в виде газа или жидкости и выполненный из полимерного материала, причем гофрированный трубопровод размещен с внутренней стороны профилированной металлической поверхности в ее желобах и выполнен с возможностью поглощения рабочей средой тепловой энергии от нагреваемой извне кровли (патент РФ 104680, МПК F24J 2/00, публикация 2011 г.).

Известен солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент и приспособления для входа и выхода теплоносителя и являющийся элементом кровли крыши, при этом солнечный коллектор содержит корпус, герметично соединенный с тепловоспринимающим элементом, последний из которых имеет развитую поверхность или в виде гофр, или в виде ребер, или в виде игольчатых выступов с одной стороны, которая обращена к теплоносителю, или с обеих сторон, при этом на корпусе имеются крепления для соединения коллекторов между собой и для прикрепления их к каркасу крыши, а места соединения коллекторов герметично заделываются герметиком (патент РФ 2183801, МПК F24J 2/04, публикация 2002 г.).

Известные устройства экономически неэффективны при их использовании в качестве кровли здания для нагрева воды с помощью солнечной энергии.

Известна кровля здания с устройством, аккумулирующим солнечную энергию, и состоящим из нескольких соединенных друг с другом элементов с сообщающимися полостями, при этом каждый элемент содержит полый корпус из теплоизоляционного материала и расположенные внутри корпуса и находящиеся в тепловом контакте теплоноситель и светопоглощающий приемник с рабочей поверхностью, на которую падает солнечное излучение (патент РФ 27195, МПК F24J 2/05, публикация 2003 г.).

Технической задачей предлагаемой группы полезных моделей является расширение арсенала технических средств, относящихся к конструкции кровли здания, позволяющей размещать и эффективно использовать устройства, аккумулирующие солнечную энергию.

Предлагаемые технические решения технологичны в изготовлении и использовании, обладают минимальной себестоимостью, и обеспечивают эффективное использование солнечной энергии для нагрева теплоносителя.

Сущность предлагаемой группы полезных моделей заключается в следующем.

Кровельный элемент изготавливается методом экструзии из полимерного материала и содержит внутри себя полости, предназначенные для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя, при этом кровельный элемент выполнен с возможностью подключения внутренних полостей к внешней, по отношению к элементу, системе циркуляции теплоносителя.

Кровельный элемент может быть выполнен из двух и более слоев.

Кровельный элемент содержит УФ стабилизатор.

Кровельный элемент может быть выполнен в виде пластины плоской или волнистой формы.

Кровельный элемент может быть выполнен в форме черепицы.

Кровельный элемент может быть выполнен с облицовкой, например, декоративной, по крайней мере, с одной ее стороны.

Кровельный элемент может содержать краситель, позволяющий придать элементу необходимую цветовую гамму.

Устройство для нагрева теплоносителя содержит теплообменник, сообщенный с системой циркуляции теплоносителя, при этом в качестве теплообменника используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом указанные кровельные элементы.

Кровельные элементы на крыше здания размещаются наклонно.

Кровля крыши здания состоит из кровельных элементов, уложенных внахлест.

Система циркуляции теплоносителя содержит коллекторы, выполненные в виде элементов трубчатого типа.

Система циркуляции теплоносителя содержит термос-накопитель, расположенный под коньком крыши здания выше расположения полостей кровельных элементов.

Полости каждого кровельного элемента соединены посредством коллекторов параллельно или последовательно.

Полости в каждых двух близлежащих кровельных элементах соединены посредством коллектора последовательно.

Термос-накопитель системы циркуляции теплоносителя может быть выполнен с треугольным поперечным сечением.

На представленных чертежах изображено предложенное техническое решение, где на фиг.1 изображен кровельный элемент; на фиг.2 схематично изображена крыша здания с кровлей; на фиг.3 - поперечное сечение крыши здания с кровлей; на фиг.4 - кровельный элемент с нижним и верхним коллекторами (продольное сечение); на фиг.5 - вариант исполнения крыши здания с кровлей; на фиг.6 - поперечное сечение крыши здания с кровлей на фиг.5.

Кровельный элемент 1 выполнен в виде пластины волнистой формы, образованной методом экструзии из полимерного материала. На крыше здания кровельные элементы 1 скрепляются друг с другом при помощи стандартного крепления, образуя кровлю здания.

Каждый кровельный элемент содержит внутри себя полости 2, предназначенные для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя.

Полости 2 сообщены с внешней, по отношению к элементу, системой циркуляции теплоносителя, включающей нижний 3 и верхний 4 коллекторы трубчатого типа.

Полости 2 могут быть выполнены различной формы, при этом в каждом кровельном элементе может быть образовано множество полостей. Полости 2 могут быть соединены друг с другом параллельно или последовательно.

Под коньком крыши здания выше расположения полостей 2 кровельных элементов размещен термос-накопитель 5 системы циркуляции теплоносителя, имеющий треугольное поперечное сечение.

При использовании предложенного технического решения в качестве устройства для нагрева теплоносителя и аккумулирования тепла (фиг.2, 3) полости 2 соединяются друг с другом параллельно. Вся система заполнена теплоносителем (например, водой) и находится под давлением. Приток теплоносителя осуществляется через нижний коллектор 3. Под действием солнечных лучей теплоноситель нагревается в полостях 2.

Далее возникает эффект естественной конвекции - нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Таким образом, нагретый теплоноситель через верхний коллектор 4 попадает в термос-накопитель 5, установленный под коньком крыши здания выше расположения полостей 2 кровельных элементов. Из верхней части термоса теплоноситель поступает к потребителю тепловой энергии.

Предложенное техническое решение может быть использовано в качестве испарителя в тепловом насосе (фиг.5, 6), предназначенного для переноса тепловой энергии от источника с низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.

В качестве испарителя используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом указанные кровельные элементы.

Полости 2 в кровельных элементах 1 вместе с коллекторами 3 и 4 образуют единую систему. Вся система заполнена теплоносителем и находится под давлением. Приток теплоносителя осуществляется через нижний коллектор 3. Входу в коллектор предшествует дроссель (не показан), понижающий давление и этим самым понижающий температуру теплоносителя. Далее теплоноситель поступает в полости 2. Полости 2 соединяются друг с другом последовательно посредством коллектора, выполненного в виде трубчатых элементов 3, 4.

Теплоноситель при помощи циркуляционного насоса (не показан) проходит последовательно через все полости всех элементов. За время прохождения теплоносителя через полости 2 его температура повышается в связи с тем, что температура теплоносителя значительно ниже температуры окружающей среды. После прохождения полостей теплоноситель поступает в компрессор, повышающий давление (не показан). В результате увеличения давления растет температура. Далее теплоноситель поступает к потребителям тепла и температура понижается. После прохождения всех потребителей тепла, теплоноситель возвращается к дросселю, и цикл повторяется вновь.

Предложенная конструкция кровельного элемента проста и технологична в изготовлении. При использовании предложенных кровельных элементов на крыше здания в качестве устройства для нагрева теплоносителя обеспечивается возможность эффективно использовать энергию солнечных лучей, падающих на поверхность крыши.

При использовании предложенных кровельных элементов на крыше здания в качестве испарителя теплового насоса решается главная проблема теплового насоса - дороговизна испарителя и во многих случаях невозможность установки испарителя.

Предложенное техническое решение может быть применено для производства кровель в промышленном и гражданском строительстве.

1. Кровельный элемент, характеризующийся изготовлением посредством экструзии из полимерного материала и наличием внутренних полостей, предназначенных для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя, при этом кровельный элемент выполнен с возможностью подключения внутренних полостей к внешней, по отношению к элементу, системе циркуляции теплоносителя.

2. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что в полимерный материал введен УФ-стабилизатор.

3. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из двух и более слоев.

4. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в виде пластины плоской или волнистой формы.

5. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен в форме черепицы.

6. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с облицовкой, например, декоративной, по крайней мере, с одной ее стороны.

7. Кровельный элемент по п.1, отличающийся тем, что он содержит краситель, позволяющий придать элементу необходимую цветовую гамму.

8. Устройство для нагрева теплоносителя, содержащее теплообменник, сообщенный с системой циркуляции теплоносителя, отличающееся тем, что в качестве теплообменника используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом кровельные элементы, выполненные по любому из пп.1-7.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что кровельные элементы на крыше здания размещены наклонно.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что кровля крыши здания состоит из кровельных элементов, уложенных внахлест.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что система циркуляции теплоносителя содержит коллекторы, выполненные в виде элементов трубчатого типа.

12. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полости каждого кровельного элемента соединены посредством коллекторов параллельно.

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полости каждого кровельного элемента соединены посредством коллекторов последовательно.

14. Устройство по п.8, отличающееся тем, что полости в каждых двух близлежащих кровельных элементах соединены посредством коллекторов последовательно.

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что система циркуляции теплоносителя содержит термос-накопитель, расположенный под коньком крыши здания выше расположения полостей кровельных элементов.

16. Устройство по п.8, отличающееся тем, что термос-накопитель системы циркуляции теплоносителя выполнен с треугольным поперечным сечением.



 

Похожие патенты:

Полезная модель относится к области строительства преимущественно к ремонту и реконструкции покрытий зданий и может быть использована в различных отраслях народного хозяйства
Наверх