RU2011933C1

RU2011933C1 - Building heating system solar panel

Info

Publication number: RU2011933C1
Application number: SU915014959A
Authority: RU
Inventors: В.И. Коробко
Original assignee: Ставропольский политехнический институт
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: building solar-energy engineering. SUBSTANCE: panel has face lining 1 with optical lenses 2 concentrating sun light on the ends of heat-conducting rods 4 connected to a heat energy receiver in the form of a heat-accumulating layer. The heat-accumulating layer is made from tight concrete 5 with fine-grained and dispersed reinforcement. A heat insulation from light concrete 7 is located between the face lining and the heat-accumulating layer. Conical cavities are made in the layer of light concrete between the optical lenses and the ends of the heat-conducting rods. EFFECT: improved structure. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к строительной гелиотехнике и предназначено для строительства зданий и сооружений с обогревом солнечной радиации. The invention relates to building solar technology and is intended for the construction of buildings and structures with heating of solar radiation.

Известна стеновая панель, предназначенная для отопления зданий, содержащая последовательно установленные слои: передний слой - проницаемый для теплового излучения, поглощающий слой, изолирующий слой, выполненный в виде емкости из пористого материала с жидким наполнителем и расположенный на поверхности стены. Known wall panel designed for heating buildings, containing sequentially installed layers: the front layer is permeable to thermal radiation, an absorbing layer, an insulating layer made in the form of a container of porous material with a liquid filler and located on the wall surface.

Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве из-за сложности герметизации изолирующего слоя. Known wall panel has limited use in construction due to the difficulty of sealing the insulating layer.

Известна панель солнечного отопления, принятая в качестве прототипа и содержащая лицевую обшивку с закрепленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, расположенный на некотором расстоянии от обшивки, теплопроводные стержни, установленные так, что торцы одной из сторон находятся в фокальных зонах линз, а другой контактируют с приемником, и утеплитель, расположенный над приемником. A known solar heating panel, adopted as a prototype and containing a face skin with optical lenses fixed therein, a heat energy receiver located at some distance from the skin, heat-conducting rods installed so that the ends of one of the sides are in the focal areas of the lenses and the other contact with the receiver, and a heater located above the receiver.

Известная панель имеет ограниченное применение в строительстве, так как не может воспринимать нагрузку от других конструктивных элементов здания. Known panel has limited use in construction, as it can not absorb the load from other structural elements of the building.

Технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в повышении несущей способности панели солнечного отопления, что позволит использовать ее как конструктивный элемент стенового ограждения здания. The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to increase the load-bearing capacity of the solar heating panel, which will allow it to be used as a structural element of the wall of the building.

Поставленная цель достигается тем, что в панели солнечного отопления, содержащей лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, приемник тепловой энергии, который расположен на некотором расстоянии от обшивки, теплопроводные стержни, заключенные в слой теплоизоляции и установленные так, что торцы одной из сторон находятся в фокальных зонах линз, а другой контактируют с приемником, и воздушные полости между торцами теплопроводных стержней и соответствующих им линз, слой теплоизоляции выполнен из легкого бетона с пористым наполнителем, заполняющего пространство между лицевой обшивкой и приемником тепловой энергии, воздушные полости выполнены в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями к оптическим линзам и малыми к торцам теплопроводных стержней, а приемник - из плотного бетона с мелкозернистым наполнителем и дисперсным армированием и служит теплоаккумулирующей и теплопередающей стенкой панели. This goal is achieved by the fact that in the solar heating panel containing the face skin with optical lenses installed therein, a thermal energy receiver, which is located at a certain distance from the skin, heat-conducting rods enclosed in a thermal insulation layer and installed so that the ends of one of the sides are in the focal zones of the lenses, and the other is in contact with the receiver, and the air cavities between the ends of the heat-conducting rods and their corresponding lenses, the insulation layer is made of lightweight concrete with porous the filler filling the space between the face skin and the heat energy receiver, the air cavities are made in the form of truncated cones, facing the large bases to optical lenses and small to the ends of the heat-conducting rods, and the receiver is made of dense concrete with fine-grained filler and dispersed reinforcement and serves as heat storage and heat transfer panel wall.

Кроме того, в панели солнечного отопления в зоне контакта плотного бетона с теплопроводным стержнем размещено дополнительное дисперсное армирование. In addition, in the solar heating panel in the zone of contact of dense concrete with a heat-conducting core, additional dispersed reinforcement is placed.

Лицевая обшивка панели солнечного отопления может быть выполнена с параллельными выступами, одна из полок которых расположена под углом к плоскости панели, а оптические линзы установлены в наклонной полке выступа. The front skin of the solar heating panel can be made with parallel protrusions, one of the shelves of which is located at an angle to the plane of the panel, and optical lenses are installed in the inclined shelf of the protrusion.

Такая конструкция панели солнечного отопления дает возможность создать монолитную жесткую бетонную панель, аналогичную типовым строительным конструкциям, так как все силовые элементы панели жестко соединены между собой. Использование легкого бетона с пористым наполнителем обеспечивает теплоизолирующие параметры панели при ее высокой несущей способности. Наличие конических полостей в слое легкого бетона обеспечивает передачу лучистой энергии с минимальными потерями к торцам теплопроводных стержней и ограничивает обратные конвективные тепловые потоки между теплопроводными стержнями и лицевой обшивкой панели. Выполнение теплоаккумулирующей стенки из плотного бетона с дисперсным армированием дает возможность не только равномерно распределить тепловой поток на внутренней поверхности панели, но и обеспечивает ее прочность и жесткость. Хорошее соединение слоев легкого и плотного бетона гарантирует высокую несущую способность панели солнечного отопления как конструктивного элемента здания. This design of the solar heating panel makes it possible to create a monolithic rigid concrete panel, similar to typical building structures, since all the power elements of the panel are rigidly interconnected. The use of lightweight concrete with porous filler provides insulating parameters of the panel with its high load-bearing capacity. The presence of conical cavities in the layer of lightweight concrete ensures the transfer of radiant energy with minimal losses to the ends of the heat-conducting rods and limits the reverse convective heat fluxes between the heat-conducting rods and the front panel skin. The implementation of the heat-accumulating wall of dense concrete with dispersed reinforcement makes it possible not only to evenly distribute the heat flux on the inner surface of the panel, but also ensures its strength and rigidity. A good combination of light and dense concrete layers ensures high load-bearing capacity of the solar heating panel as a structural element of the building.

Размещение дополнительного дисперсного армирования в зоне контакта теплопроводных стержней с плотным бетоном позволит улучшить теплоотвод от теплопроводных стержней в теплоаккумулирующий слой и повысит прочность бетона в зоне наибольших тепловых потоков. Placing additional dispersed reinforcement in the zone of contact between the heat-conducting rods and dense concrete will improve the heat removal from the heat-conducting rods to the heat-accumulating layer and increase the strength of concrete in the zone of greatest heat fluxes.

Параллельные выступы лицевой обшивки и расположение в их наклонных гранях оптических линз дают возможность оптимизировать использование солнечной энергии в зависимости от региона строительства и, кроме того, повышают жесткость полученной конструкции. Parallel projections of the face skin and the location of optical lenses in their inclined faces make it possible to optimize the use of solar energy depending on the region of construction and, in addition, increase the rigidity of the resulting structure.

Изобретение применимо в строительстве жилых зданий и объектов другого назначения. The invention is applicable in the construction of residential buildings and other facilities.

На фиг. 1 представлен продольный разрез панели солнечного отопления с плоской лицевой обшивкой; на фиг. 2 - панель солнечного отопления с параллельными выступами лицевой обшивки; на фиг. 3 - узел I на фиг. 1 (зона контакта слоя плотного бетона с теплопроводными стержнями). In FIG. 1 is a longitudinal section through a flat face panel solar heating panel; in FIG. 2 - solar heating panel with parallel projections of the front skin; in FIG. 3 - node I in FIG. 1 (contact zone of a dense concrete layer with heat-conducting rods).

Панель солнечного отопления включает лицевую обшивку 1, которая может быть выполнена из любого приемлемого материала: металла, пластики, керамики. В лицевой панели установлены оптические линзы 2, концентрирующие солнечную радиацию на торцах 3 теплопроводных стержней 4. Теплопроводные стержни 4 изготавливают из высокопроводных металлов: меди, алюминия, железа и т. д. Торцы 3 теплопроводных стержней расположены в фокальных зонах линз 2. Теплопроводные стержни 4 соединены со слоем плотного бетона 5 на мелком заполнителе, являющегося теплоаккумулятором. Для этих целей можно использовать бетон класса В-10 с плотностью до 2500 кг/м³, используя в качестве наполнителя крупнозернистый песок. Слой плотного бетона 5 выполнен с дисперсным армированием 6 в виде проволочной обрези, металлической стружки и опилок. Полость между лицевой обшивкой 1 и слоем плотного бетона 5 заполнена слоем теплоизоляции в виде легкого бетона 7 с пористым наполнителем. Для этих целей используют легкий бетон класса В-5 с керамзитовым наполнителем. В слое легкого бетона 7 образованы воздушные полости 8 по форме усеченного конуса. Большое основание усеченного конуса обращено к линзе, а малое - к торцу теплопроводного элемента. Теплопроводные стержни 4 заключены в слой теплоизоляции и в конические воздушные каналы выступают только их торцы 3. Толщина слоев легкого и плотного бетона, а также размеры оптических линз определяются теплотехническими расчетами.The solar heating panel includes a front skin 1, which can be made of any suitable material: metal, plastic, ceramics. Optical lenses 2 are installed in the front panel, concentrating solar radiation at the ends of 3 heat-conducting rods 4. Heat-conducting rods 4 are made of highly conductive metals: copper, aluminum, iron, etc. The ends of 3 heat-conducting rods are located in the focal zones of lenses 2. Thermal conductive rods 4 connected to a layer of dense concrete 5 on a fine aggregate, which is a heat accumulator. For these purposes, concrete of class B-10 with a density of up to 2500 kg / m ^{3 can} be used, using coarse-grained sand as a filler. The dense concrete layer 5 is made with dispersed reinforcement 6 in the form of wire trimmings, metal chips and sawdust. The cavity between the face skin 1 and the dense concrete layer 5 is filled with a thermal insulation layer in the form of light concrete 7 with porous filler. For these purposes, lightweight concrete of class B-5 with expanded clay aggregate is used. In the light concrete layer 7, air cavities 8 are formed in the shape of a truncated cone. The large base of the truncated cone is facing the lens, and the small one is toward the end of the heat-conducting element. The heat-conducting rods 4 are enclosed in a thermal insulation layer and only their ends 3 protrude into the conical air channels. The thickness of the layers of light and dense concrete, as well as the dimensions of the optical lenses, are determined by thermotechnical calculations.

Панель солнечного отопления может быть выполнена с параллельными выступами 9 на лицевой обшивке 1. Полка 10 выступа 9 выполнена наклонной к плоскости панели. Оптические линзы 2 установлены в наклонной полке 10. Для вертикальных панелей это будет верхняя полка выступа, а для горизонтальных панелей - наклонная полка выступа. Конкретные углы наклона полки определяются расчетом с учетом региона строительства и высоты подъема Солнца над горизонтом. The solar heating panel can be made with parallel protrusions 9 on the front skin 1. The shelf 10 of the protrusion 9 is made inclined to the plane of the panel. Optical lenses 2 are installed in the inclined shelf 10. For vertical panels, this will be the upper shelf of the protrusion, and for horizontal panels, the inclined shelf of the protrusion. The specific tilt angles of the shelf are determined by calculation taking into account the region of construction and the height of the Sun above the horizon.

Дисперсное армирование 6 в основном равномерно распределено в слое плотного бетона, но для улучшения характеристик панели солнечного отопления в зоне 11 контакта плотного бетона с теплопроводными элементами размещено дополнительное дисперсное армирование, контактирующее с теплопроводными стержнями. Дополнительное дисперсное армирование можно осуществить, частично намотав на теплопроводный стержень проволочную обрезь 12, как это показано на фиг. 3. Dispersed reinforcement 6 is generally evenly distributed in the dense concrete layer, but to improve the characteristics of the solar heating panel in the zone of contact 11 of dense concrete with heat-conducting elements, an additional dispersed reinforcement is placed in contact with the heat-conducting rods. Additional dispersed reinforcement can be carried out by partially wrapping a wire trim 12 on the heat-conducting rod, as shown in FIG. 3.

Вся панель солнечного отопления по контуру заключена в силовой каркас 13, снабженный узлами крепления (на чертежах не показаны) для монтажа панели на несущих конструкциях здания или для соединения панелей между собой. The entire solar heating panel along the circuit is enclosed in a power frame 13, equipped with fasteners (not shown in the drawings) for mounting the panel on the supporting structures of the building or for connecting the panels to each other.

Панель солнечного отопления работает следующим образом. Солнечные лучи, попав на оптические линзы 2, фокусируются ими на торцах 3 теплопроводных стержней 4 и нагревают их. Тепло передается вдоль теплопроводных стержней к слою плотного бетона 5, аккумулируется в нем и передается от него непосредственно в здание. Все элементы панели солнечного отопления жестко соединены между собой, образуя монолитную конструкцию, способную воспринимать действующую на нее нагрузку аналогично типовым панелям ограждения здания. The solar heating panel operates as follows. The sun's rays, having fallen on optical lenses 2, are focused by them on the ends 3 of the heat-conducting rods 4 and heat them. Heat is transferred along the heat-conducting rods to the dense concrete layer 5, is accumulated in it and transferred directly from it to the building. All elements of the solar heating panel are rigidly interconnected, forming a monolithic structure, capable of absorbing the load acting on it, similar to typical building fencing panels.

Элементы конструкции панели солнечного отопления: теплопроводные стержни, дополнительное дисперсное армирование, обеспечивающие передачу энергии солнечной радиации в теплоаккумулирующий слой, включены в силовую схему панели, что повышает ее несущую способность. Воздушные каналы имеют коническую форму, занимают малый объем и не оказывают существенного влияния на несущую способность панели солнечного отопления. The structural elements of the solar heating panel: heat-conducting rods, additional dispersed reinforcement, which ensure the transfer of solar radiation energy to the heat storage layer, are included in the power circuit of the panel, which increases its load-bearing capacity. The air channels are conical in shape, occupy a small volume and do not significantly affect the load-bearing capacity of the solar heating panel.

Это позволит использовать панель солнечного отопления непосредственно в конструкции стенового ограждения здания и строить дома и сооружения с обогревом солнечной радиацией. This will make it possible to use the solar heating panel directly in the wall construction of the building and build houses and structures with solar radiation heating.

Claims

1. BUILDING SOLAR HEATING PANEL, comprising a face skin with optical lenses installed therein, an energy receiver located with a gap relative to the skin, heat-conducting rods installed at one end in the focal areas of the lenses and others contacting the receiver, and a thermal insulation layer located above a receiver, characterized in that in the insulation layer filling the gap between the receiver and the face skin, conical cavities are made, with large bases facing the lenses, and smaller ones with heat conducting m rods, a layer of insulation is made of lightweight concrete with a porous filler, and the receiver - of dense concrete with the filler and fine-grained particulate reinforcement and serves as a heat storage and heat transfer wall of the building.

2. The panel according to claim 1, characterized in that the receiver has an additional dispersed reinforcement in contact with heat-conducting elements.

3. The panel according to claim 1, characterized in that the face skin is made with parallel protrusions, one shelf of which is located at an angle to the plane of the panel, while the lenses are installed in the inclined shelves of the protrusions.