RU2473848C2 - Perforated transparent glazing for heat removal and air heating due to solar radiation - Google Patents
Perforated transparent glazing for heat removal and air heating due to solar radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2473848C2 RU2473848C2 RU2011112928/06A RU2011112928A RU2473848C2 RU 2473848 C2 RU2473848 C2 RU 2473848C2 RU 2011112928/06 A RU2011112928/06 A RU 2011112928/06A RU 2011112928 A RU2011112928 A RU 2011112928A RU 2473848 C2 RU2473848 C2 RU 2473848C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- transparent
- glazing
- air
- perforated
- solar radiation
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 43
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000003570 air Substances 0.000 claims abstract description 85
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 18
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 239000006100 radiation absorber Substances 0.000 description 2
- 229920004142 LEXAN™ Polymers 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000008635 plant growth Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/60—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
- F24S20/67—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of roof constructions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S20/60—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings
- F24S20/66—Solar heat collectors integrated in fixed constructions, e.g. in buildings in the form of facade constructions, e.g. wall constructions
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/50—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed between plates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
- F24S10/80—Solar heat collectors using working fluids comprising porous material or permeable masses directly contacting the working fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S80/00—Details, accessories or component parts of solar heat collectors not provided for in groups F24S10/00-F24S70/00
- F24S80/50—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings
- F24S80/56—Elements for transmitting incoming solar rays and preventing outgoing heat radiation; Transparent coverings characterised by means for preventing heat loss
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
- F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
- F24S2020/10—Solar modules layout; Modular arrangements
- F24S2020/18—Solar modules layout; Modular arrangements having a particular shape, e.g. prismatic, pyramidal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Building Environments (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
- Roof Covering Using Slabs Or Stiff Sheets (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение в общем относится к устройству, выполненному с возможностью предварительного нагрева свежего наружного воздуха при помощи свободной энергии, такой как солнечная энергия, и/или извлечения тепла.The present invention generally relates to a device configured to preheat fresh outdoor air using free energy, such as solar energy, and / or to extract heat.
В состав традиционных солнечных воздухонагревателей с остеклением обычно входит прозрачная крышка из стекла, поликарбоната или материала Lexan®, расположенная перед поглотителем солнечного излучения темного цвета. Передняя прозрачная крышка обеспечена для снижения до минимума потерь тепла из верхней части коллектора. Обычно свежий наружный воздух впускают с одного края коллектора между передней прозрачной крышкой и поглотителем солнечного излучения. Воздух проходит через коллектор вдоль ребер и поглощает тепло из поглотителя солнечного излучения по мере своего перемещения вдоль поглотителя. Теплый или горячий воздух выпускается с противоположного конца коллектора. По мере поступления воздуха в коллектор его температура поднимается выше температуры окружающей среды. Чем выше температура в коллекторе, тем выше становится потеря тепла в направлении окружающей среды. Потеря тепла происходит через дно, боковые стороны и верх (где находится остекление) коллектора. Как правило, боковые стороны и дно изолированы, в результате чего потеря тепла происходит, главным образом, через верх, а именно, за счет конвекции между поглотителем и остеклением, а затем за счет теплопроводности через остекление. Когда остекление становится очень теплым, коллекторы становятся менее эффективными.Traditional glazed solar air heaters typically include a transparent cover made of glass, polycarbonate or Lexan® material in front of a dark-colored solar radiation absorber. A transparent front cover is provided to minimize heat loss from the top of the collector. Typically, fresh outside air is admitted from one edge of the collector between the front transparent cover and the solar absorber. Air passes through the collector along the ribs and absorbs heat from the solar absorber as it moves along the absorber. Warm or hot air is discharged from the opposite end of the manifold. As air enters the collector, its temperature rises above ambient temperature. The higher the temperature in the collector, the higher the heat loss in the direction of the environment. Heat loss occurs through the bottom, sides and top (where the glazing is located) of the collector. As a rule, the sides and the bottom are insulated, as a result of which heat loss occurs mainly through the top, namely, due to convection between the absorber and the glazing, and then due to thermal conductivity through the glazing. When the glazing becomes very warm, the collectors become less efficient.
За прошедшие годы также были разработаны различные солнечные воздухонагреватели без остекления. Известные в настоящее время коллекторы по конструкции таковы, что поверхность, поглощающая солнечное излучение, расположена снаружи обращенной к солнцу и не защищена остеклением. Перфорированный поглотитель связан с вентилятором, который создает разрежение между зданием (или дном коллектора) и поглотителем. Когда вентилятор работает, воздух втягивается через поглотитель. Воздух, проходящий через отверстия перфорации во внешнем непрозрачном поглотителе, разрушает возникающую естественным образом пленку теплого воздуха на обращенной наружу стороне (в граничном слое) поглотителя. Этот способ обеспечивает приемлемые эксплуатационные характеристики, когда поток воздуха на единицу площади превышает 6 кубических футов в минуту на квадратный фут коллектора. Однако при скоростях равномерного потока меньше 5 кубических футов в минуту на квадратный фут, количество холодного воздуха, выносимого через перфорированную пластину, недостаточно, чтобы предотвратить нагрев пластины коллектора, что отрицательно влияет на общий тепловой КПД системы. При скорости, составляющей 2 кубических фута в минуту на квадратный фут, КПД падает до 30% или даже менее.Over the years, various non glazed solar air heaters have also been developed. Currently known collectors in design are such that the surface that absorbs solar radiation is located outside facing the sun and is not protected by glazing. The perforated absorber is connected to a fan, which creates a vacuum between the building (or the bottom of the collector) and the absorber. When the fan is running, air is drawn in through the absorber. The air passing through the perforation holes in the external opaque absorber destroys the naturally occurring film of warm air on the outward-facing side (in the boundary layer) of the absorber. This method provides acceptable performance when the air flow per unit area exceeds 6 cubic feet per minute per square foot of collector. However, at uniform flow rates of less than 5 cubic feet per minute per square foot, the amount of cold air carried through the perforated plate is not enough to prevent the collector plate from heating, which negatively affects the overall thermal efficiency of the system. At a speed of 2 cubic feet per minute per square foot, the efficiency drops to 30% or even less.
Таким образом, задачей изобретения является решение указанных выше проблем.Thus, the object of the invention is to solve the above problems.
Поэтому, в соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения, предлагается тепловой коллектор, содержащий прозрачное остекление, контактирующее с окружающей средой, которое расположено на расстоянии от задней поверхности с получением между ними камеры; множество сквозных отверстий перфорации, созданных в прозрачном остеклении, чтобы сделать возможным протекание наружного воздуха через прозрачное остекление в камеру, причем эти отверстия распределены по части поверхности прозрачного остекления, а камера имеет выпуск; и средство перемещения воздуха, предназначенное для втягивания нагретого воздуха из камеры через выпуск.Therefore, in accordance with one aspect of the present invention, there is provided a heat collector comprising transparent glazing in contact with the environment, which is located at a distance from the rear surface to provide a chamber between them; a plurality of through holes of perforations created in the transparent glazing to allow external air to flow through the transparent glazing to the chamber, these holes being distributed over part of the surface of the transparent glazing, and the chamber has an outlet; and air moving means for drawing heated air out of the chamber through the outlet.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, задняя поверхность включает панель, поглощающую солнечное излучение.In accordance with another aspect of the present invention, the rear surface includes a panel that absorbs solar radiation.
В соответствии со следующим аспектом настоящего изобретения, предлагается устройство для нагрева воздуха, содержащее перфорированную прозрачную поверхность, которая пропускает солнечное излучение; поверхность, поглощающую солнечное излучение, которая расположена позади перфорированной прозрачной поверхности для поглощения солнечного излучения; и воздушный зазор, созданный между перфорированной прозрачной поверхностью и поверхностью, поглощающей излучение, причем воздух, протекающий в зазоре, поглощает тепло, поступающее от поверхности, поглощающей излучение, в то время как свежий воздух окружающей среды, протекающий через отверстия в перфорированной прозрачной поверхности, обеспечивает минимальный градиент температур в поперечном сечении этой поверхности.In accordance with a further aspect of the present invention, there is provided a device for heating air, comprising: a perforated transparent surface that transmits solar radiation; a surface that absorbs solar radiation, which is located behind a perforated transparent surface to absorb solar radiation; and an air gap created between the perforated transparent surface and the radiation absorbing surface, the air flowing in the gap absorbing heat coming from the radiation absorbing surface, while fresh ambient air flowing through the holes in the perforated transparent surface provides minimum temperature gradient in the cross section of this surface.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения, предлагается прозрачная и перфорированная поверхность, контактирующая с окружающей средой. Эта перфорированная прозрачная поверхность расположена на расстоянии от задней поверхности таким образом, чтобы создать воздушный зазор или камеру между ними. Свежий наружный воздух втягивается в камеру через перфорированную прозрачную поверхность. Задняя поверхность может быть обеспечена, например, в виде дна солнечного коллектора, стены или крыши здания, внешней поверхности теплицы, фотоэлектрической панели, поверхности земли или любой непористой поверхности. В воздушном зазоре между перфорированной прозрачной поверхностью и задней поверхностью поддерживают разрежение при помощи механических или естественных средств. Обеспечен выпуск, позволяющий втягивать воздух, протекающий через камеру, в проход или канал для использования его для подпитки и вентиляции, а также в качестве технологического или обеспечивающего горение воздуха в устройстве, которое потребляет тепловую энергию, либо нуждается в ней.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a transparent and perforated surface in contact with the environment. This perforated transparent surface is located at a distance from the rear surface so as to create an air gap or chamber between them. Fresh outside air is drawn into the chamber through a perforated transparent surface. The rear surface may be provided, for example, in the form of the bottom of a solar collector, a wall or roof of a building, the outer surface of a greenhouse, photovoltaic panel, ground surface, or any non-porous surface. In the air gap between the perforated transparent surface and the rear surface, vacuum is maintained by mechanical or natural means. An outlet is provided that allows the air flowing through the chamber to be drawn into the passage or channel for use as a make-up and ventilation, as well as as a process or burning air in a device that consumes heat energy or needs it.
Воздух в камере нагревается либо солнечным излучением, падающим на поверхность задней панели, работающей как поглотитель солнечного излучения, и/или теплом, поступающим от задней поверхности. Таким образом, устройство может работать как солнечный воздухонагреватель и/или как блок извлечения тепла. При использовании в качестве солнечного воздухонагревателя, задняя поверхность может быть темного цвета, в результате чего падающее солнечное излучение, проходящее через перфорированную прозрачную поверхность, поглощается задней поверхностью в виде тепла и не отражается обратно во внешнее пространство. Однако если задняя поверхность, по эстетическим или другим соображениям, должна быть светлого цвета, тепловой КПД солнечного излучения остается выше, чем у других коллекторов обычной конструкции без остекления. Это особенно четко выражено, когда устройство используется в качестве устройства для извлечения тепла, так как задняя поверхность может быть любого цвета без влияния на КПД (она может быть даже прозрачной, как в случае теплицы), при этом, чем ниже тепловое сопротивление (изолирование) задней поверхности, тем больше степень извлечения тепла. Устройство можно одновременно использовать для выполнения как функции нагрева за счет солнечного излучения, так и функции извлечения тепла.The air in the chamber is heated either by solar radiation incident on the surface of the rear panel, acting as an absorber of solar radiation, and / or heat coming from the rear surface. Thus, the device can operate as a solar air heater and / or as a heat recovery unit. When used as a solar air heater, the rear surface may be dark in color, as a result of which the incident solar radiation passing through the perforated transparent surface is absorbed by the rear surface in the form of heat and is not reflected back to the outside. However, if the back surface, for aesthetic or other reasons, should be light in color, the thermal efficiency of solar radiation remains higher than that of other collectors of a conventional design without glazing. This is especially pronounced when the device is used as a device for extracting heat, since the back surface can be of any color without affecting the efficiency (it can even be transparent, as in the case of a greenhouse), while the lower the thermal resistance (insulation) back surface, the greater the degree of heat extraction. The device can be simultaneously used to perform both the heating function due to solar radiation, and the heat recovery function.
Если необходимо, на пути предварительно нагретого воздуха, покидающего упомянутое устройство, ниже по направлению потока может быть установлено дополнительное нагревательное устройство (например, система, работающая на сжигаемом газе) для доведения его температуры до заданного уровня.If necessary, an additional heating device (for example, a system operating on a combustible gas) can be installed downstream of the preheated air leaving the device, downstream of the flow, to bring its temperature to a predetermined level.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, предлагается способ предварительного нагрева наружного воздуха для здания, имеющего поверхность, обращенную к солнцу, и этот способ содержит следующие этапы: обеспечивают на поверхности здания, обращенной к солнцу, перфорированную прозрачную поверхность, пропускающую солнечное излучение, таким образом, чтобы между перфорированной прозрачной поверхностью и поверхностью, обращенной к солнцу, возникла камера; втягивают наружный воздух через перфорированную прозрачную поверхность в камеру; улавливают падающее солнечное излучение, проходящее через перфорированную прозрачную поверхность, нагревают воздух в камере, используя улавливаемое солнечное излучение; и отводят нагретый воздух из камеры.In accordance with another aspect of the present invention, there is provided a method for preheating outdoor air for a building having a surface facing the sun, and this method comprises the following steps: providing a perforated transparent surface transmitting solar radiation on the surface of the building facing the sun, thereby so that a camera appears between the perforated transparent surface and the surface facing the sun; draw in external air through a perforated transparent surface into the chamber; they capture incident solar radiation passing through a perforated transparent surface, heat the air in the chamber using the captured solar radiation; and remove the heated air from the chamber.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:The invention is illustrated in the drawings, where:
фиг.1 - схематично показанный вид сбоку солнечного коллектора, включающего перфорированную прозрачную поверхность, в соответствии с одним из вариантов реализации настоящего изобретения;figure 1 is a schematic side view of a solar collector comprising a perforated transparent surface, in accordance with one embodiment of the present invention;
фиг.2 - схематично показанный вид сбоку другого варианта солнечного коллектора, имеющего перфорированное прозрачное остекление;FIG. 2 is a schematic side view of another embodiment of a solar collector having perforated transparent glazing; FIG.
фиг.3 и 4 - схематично показанные виды сбоку установленных на земле солнечных коллекторов, имеющих перфорированное прозрачное остекление, в соответствии с другими вариантами реализации настоящего изобретения;3 and 4 are schematic side views of solar collectors installed on the ground having perforated transparent glazing in accordance with other embodiments of the present invention;
фиг.5 - схематично показанный вид сбоку установленного на стене солнечного коллектора, имеющего перфорированное прозрачное остекление;5 is a schematic side view of a wall mounted solar collector having perforated transparent glazing;
фиг.6 - схематично показанный вид сбоку установленного на крыше солнечного коллектора, имеющего перфорированное прозрачное остекление;6 is a schematic side view of a roof mounted solar collector having perforated transparent glazing;
фиг.7 - схематично показанный вид, иллюстрирующий перфорированное прозрачное остекление, окружающее оболочку теплицы для предварительного нагрева холодного наружного воздуха перед его втягиванием в теплицу при помощи вентиляционной системы; и7 is a schematic view illustrating perforated transparent glazing surrounding a greenhouse shell for preheating cold outdoor air before being drawn into the greenhouse using a ventilation system; and
фиг.8 - графическое сравнение КПД перфорированных коллекторов с остеклением и перфорированных коллекторов без остекления как функции от количества проходящего через них воздуха.Fig. 8 is a graphical comparison of the efficiency of perforated collectors with glazing and perforated collectors without glazing as a function of the amount of air passing through them.
Здесь предполагается, что термин "остекление" в широком смысле относится к любой прозрачной поверхности, пропускающей свет.Here it is assumed that the term "glazing" in the broad sense refers to any transparent surface that transmits light.
На фиг.1 показан солнечный воздухонагреватель 10 в виде вытянутого желобоподобного корпуса, установленный на основании и включающий обращенное к солнцу, перфорированное прозрачное остекление 12, контактирующее с окружающей средой и размещенное перед задней панелью, имеющей дугообразную пластину 14 поглотителя солнечного излучения, установленную над изоляционным слоем 15. Задняя панель в общем выполнена в виде стенки, имеющей форму половинки трубы, которая покрыта перфорированным прозрачным остеклением 12. Пластина 14 поглотителя может быть темного цвета, чтобы увеличить до максимума долю улавливаемой солнечной энергии. Перфорированное остекление 12 может быть выполнено в виде перфорированной пластины из поликарбоната или прозрачного материала, стойкого к ультрафиолету. Также можно было бы использовать и другие прозрачные полимеры. Остекление 12 может быть жестким или гибким. Отверстия перфорации могут быть распределены по всей поверхности остекления, либо только по выбранной ее части. Плотность расположения отверстий на поверхности остекления может быть неизменной или переменной.Figure 1 shows a
Между перфорированным остеклением 12 и пластиной 14 поглотителя солнечного излучения образуется камера 16. С выпуском 18, созданным на одном краю задней панели, с возможностью оперативного управления соединен вентилятор или другое подходящее средство перемещения воздуха, чтобы втягивать свежий наружный воздух через перфорированное остекление 12 в камеру 16 перед его направлением в вентиляционную систему, например, вентиляционную систему здания. Солнечное излучение, проходящее через перфорированное прозрачное остекление 12, поглощается пластиной 14 поглотителя. Воздух в камере 16 забирает тепло, поглощенное пластиной 14 поглотителя, перед отведением этого воздуха из камеры 16. По мере перемещения воздуха в продольном направлении камеры 16 между пластиной 14 поглотителя и перфорированным остеклением 12, дополнительный свежий наружный воздух втягивается через перфорированное остекление 12. За счет этого температура остекления 12 остается, по существу, равной температуре окружающей среды. Соответственно, разность температур между поступающим воздухом и окружающей средой равна нулю или близка к нулю, в результате чего тепловой КПД остается на максимально возможном уровне. Потери тепла через крышку остекления, таким образом, удерживаются на минимальном уровне.A chamber 16 is formed between the perforated glazing 12 and the solar absorber plate 14. With the outlet 18, which is created on one edge of the rear panel, a fan or other suitable means of moving air is connected with the possibility of operational control to draw fresh outside air through the perforated glazing 12 into the chamber 16 before being sent to a ventilation system, such as a building’s ventilation system. Solar radiation passing through perforated transparent glazing 12 is absorbed by the absorber plate 14. The air in the chamber 16 takes the heat absorbed by the absorber plate 14, before this air is removed from the chamber 16. As the air moves in the longitudinal direction of the chamber 16 between the absorber plate 14 and the perforated glazing 12, additional fresh outside air is drawn in through the perforated glazing 12. of this, the glazing temperature 12 remains substantially equal to the ambient temperature. Accordingly, the temperature difference between the incoming air and the environment is zero or close to zero, as a result of which the thermal efficiency remains at the highest possible level. Heat losses through the glazing cover are thus kept to a minimum.
На фиг.2 показан второй вариант реализации настоящего изобретения, в котором аналогичные элементы указаны аналогичными ссылочными обозначениями. Солнечный воздухонагреватель 10а, показанный на фиг.2, по сути, отличается от солнечного воздухонагревателя 10, показанного на фиг.1, тем, что этот воздухонагреватель 10а имеет плоскую форму за счет параллельных прозрачного остекления и задней панели, которые расположены на расстоянии друг от друга. Задняя панель выполнена в виде плоской пластины 14а поглотителя, установленной над плоским слоем изоляционного материала 15а. Пластина 14а поглотителя могла бы быть волнистой. По периметру задней панели и перфорированного прозрачного остекления 12а расположены боковые или опорные стенки 19а, позволяющие создать между ними равномерный воздушный зазор 16а. В предпочтительном случае перфорированное остекление 12а и задняя панель имеют одинаковую протяженность в пространстве. Задняя панель 14а может быть выполнена в виде фотоэлектрических панелей, чтобы обеспечить как нагрев воздуха, так и охлаждение фотоэлектрических панелей, которые генерируют больше электричества, когда на их поверхности поддерживаются низкие температуры. Как показано на фиг.1 и 2, в предпочтительном случае перфорированное прозрачное остекление 12а поддерживается под наклоном, равным широте данной местности и обращенным к экватору, в зависимости от варианта использования. Однако понятно, что прозрачное остекление можно сориентировать и наклонить иначе. Например, на фиг.4 показано перфорированное прозрачное остекление, которое ориентировано горизонтально, а на фиг.5 - остекление, которое ориентировано вертикально.Figure 2 shows a second embodiment of the present invention, in which like elements are indicated by like reference numerals. The
Как показано на фиг.3 и 4, солнечный воздухонагреватель может быть установлен непосредственно на земле, при этом поверхность земли образует заднюю панель устройства. В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.3, где аналогичные элементы указаны аналогичными ссылочными обозначениями, камера 16b образована перфорированным прозрачным остеклением 12b, стеной 20b здания и поверхностью G земли. Свежий наружный воздух, втягиваемый в камеру 16b, нагревается за счет солнечного излучения, поглощенного поверхностью G земли, а также за счет тепла, выходящего из здания через стену 20b. Свежий наружный воздух, протекающий через отверстия перфорации, созданные в прозрачном остеклении 12b, поддерживает градиент температур в поперечном сечении остекления близким к нулю, что обеспечивает высокий тепловой КПД. Нагретый воздух отводится из камеры 16b и направляется в здание В через вентиляционную систему здания (не показана). Как показано на фиг.4, где аналогичные элементы также указаны аналогичными ссылочными обозначениями, солнечный воздухонагреватель также может быть выполнен в виде корпуса, имеющего периферийную стенку 19с, закрытое дно, образованное поверхностью земли, и верх, закрытый перфорированным прозрачным остеклением 12с. Для отвода нагретого воздуха из камеры 16с предусмотрен выпуск 18с, соединенный с подходящим средством перемещения воздуха.As shown in figures 3 and 4, the solar air heater can be installed directly on the ground, while the surface of the earth forms the rear panel of the device. In the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, where like elements are indicated by like reference numerals, the
Как показано на фиг.5 и 6, перфорированное прозрачное остекление 12d и 12е может быть установлено напротив стены 20d или крыши 22е здания. В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.5, камера 16d создана между наружной поверхностью стены 20d здания и соседним, вертикально ориентированным, перфорированным прозрачным остеклением 12d. В варианте реализации настоящего изобретения, показанном на фиг.6, камера 16е образована наружной поверхностью крыши 22е здания и перфорированным прозрачным остеклением 12е. В обоих вариантах тепло, выходящее из коробки здания через стену 20d или крышу 22е, извлекается для нагрева воздуха в камерах 16d и 16е. Как крыша 22е, так и стена 20d здания работают как поглотители солнечного излучения, чтобы дополнительно нагреть воздух окружающей среды, втягиваемый в камеры 16d и 16е. Солнечное излучение проходит через перфорированное прозрачное остекление и поглощается расположенными ниже поверхностями стены или крыши здания, и воздух в камере поглощает тепло, поступающее от стены или крыши здания. В противоположность обычным стенам или крышам с поглощением солнечного излучения, где солнечное излучение непосредственно поглощается панелями темного цвета, покрывающими стену или крышу зданий, прозрачное остекление не меняет отрицательным образом внешний вид здания (т.е. не изменяет цвет его стены или крыши). В отличие от известного уровня техники, на эксплуатационные характеристики системы не влияет или их не ограничивает цвет перфорированных панелей, установленных на стене или крыше здания. Перфорированное остекление 12d и 12е прозрачно, и поэтому оно не изменяет цвет стены или крыши здания. Нет необходимости в компромиссе по эстетическим соображениям.As shown in FIGS. 5 and 6, perforated
На фиг.7 показано другое возможное применение настоящего изобретения. Если говорить более конкретно, на фиг.7 изображена теплица В', имеющая каркас, покрытый прозрачной облицовкой 25f или мембраной, что хорошо известно в данной области техники. Перфорированное прозрачное остекление 12f установлено на стене и крыше теплицы с получением двустенной конструкции, имеющей воздушный зазор 16f, созданный между перфорированным прозрачным остеклением 12f и внутренней прозрачной облицовкой 25f. В этом варианте реализации настоящего изобретения перфорированное прозрачное остекление 12f работает как второй изоляционный слой для теплицы В'. Тепло, выходящее из теплицы через внутреннюю облицовку 25f, извлекается в воздушном зазоре 16f. Для втягивания нагретого воздуха из воздушного зазора обратно в теплицу B' может быть предусмотрен вентилятор или тому подобное. Перфорированное прозрачное остекление 12f обеспечивает необходимую прозрачность, требующуюся для роста растений.7 shows another possible application of the present invention. More specifically, FIG. 7 shows a greenhouse B ′ having a frame covered with a
Как можно понять из приведенных выше вариантов реализации настоящего изобретения, устройство может быть использовано в нескольких областях, включая:As can be understood from the above embodiments of the present invention, the device can be used in several areas, including:
- Солнечные воздухонагреватели;- Solar air heaters;
- Устройство предварительного нагрева свежего воздуха за счет солнечного излучения, установленное на стенах или крышах зданий;- A device for preheating fresh air due to solar radiation, mounted on the walls or roofs of buildings;
- Гибридные системы нагрева воды/воздуха за счет солнечного излучения;- Hybrid systems for heating water / air due to solar radiation;
- Тепловые насосы для предварительного нагрева воздуха или воды за счет воздуха (воздух-воздух или воздух-вода);- Heat pumps for preheating air or water due to air (air-air or air-water);
- Прозрачное устройство извлечения энергии для теплиц;- Transparent energy extraction device for greenhouses;
- Охлаждение фотоэлектрических панелей;- Cooling of photovoltaic panels;
- Недорогое бытовое устройство для предварительного нагрева за счет солнечного излучения.- Inexpensive household appliance for preheating due to solar radiation.
Кроме того, после упомянутого устройства могут также быть установлены различные устройства для дополнительной обработки воздуха. Например, упомянутое устройство можно соединить со следующими блоками:In addition, after the aforementioned device, various devices for additional air treatment can also be installed. For example, said device can be connected to the following blocks:
- Блок подпитки воздухом, работающий на сжигаемом газе;- The block of make-up air working on the burned gas;
- Воздушный тепловой насос (воздух-воздух или воздух-вода);- Air heat pump (air-air or air-water);
- Тепловой насос для плавательных бассейнов;- Heat pump for swimming pools;
- Камера сгорания;- The combustion chamber;
- Блок извлечения тепла.- Heat recovery unit.
Описанное выше прозрачное или перфорированное остекление предоставляет множество преимуществ. Поступающий воздух вводится через поверхность остекления, либо в большей ее части, либо по всей ее площади. Соответственно, поверхность остекления остается холодной, в результате чего, по существу, предотвращается потеря тепла через верх коллектора. Кроме того, температура воздуха внутри коллектора остается относительно низкой, что снижает потери тепла через дно и боковые стороны. Предлагаемая конструкция перфорированного прозрачного остекления обеспечивает КПД использования солнечного излучения, по меньшей мере, на уровне обеспечиваемого конструкцией на основе перфорированных пластин при высоких скоростях потока. При этом в случае более низких скоростей потока КПД использования солнечного излучения остается высоким и значительно превышает КПД светонепроницаемых перфорированных коллекторов, и даже превышает КПД коллекторов с остеклением, при стоимости менее половины. Что легко можно понять из фиг.8. Если говорить более конкретно, можно видеть, что при скорости потока от 2 до 6 кубических футов в минуту на квадратный фут перфорированной поверхности КПД перфорированного остекления с задней поверхностью черного цвета значительно превосходит КПД обычного солнечного коллектора на основе перфорированного листового металла черного цвета. Разница в эксплуатационных характеристиках еще более заметна в случае солнечных коллекторов светлого или белого цвета. Перфорированное остекление с задней поверхностью белого цвета до 100% более эффективно, чем коллектор на основе перфорированного листового металла белого цвета. Кроме того, можно заметить, что разница в эксплуатационных характеристиках между обычными перфорированными коллекторами без остекления и описанными выше перфорированными конструкциями с остеклением еще более значительна при низких скоростях потока, составляющих, например, 3 или 4 кубических фута в минуту на квадратный фут.Transparent or perforated glazing described above offers many advantages. The incoming air is introduced through the surface of the glazing, either in its greater part, or over its entire area. Accordingly, the glazing surface remains cold, as a result of which heat loss through the top of the collector is essentially prevented. In addition, the air temperature inside the collector remains relatively low, which reduces heat loss through the bottom and sides. The proposed design of perforated transparent glazing provides the efficiency of using solar radiation, at least at the level provided by the design based on perforated plates at high flow rates. Moreover, in the case of lower flow rates, the efficiency of using solar radiation remains high and significantly exceeds the efficiency of light-proof perforated collectors, and even exceeds the efficiency of glazed collectors, at a cost of less than half. What can be easily understood from Fig. 8. More specifically, it can be seen that at a flow rate of 2 to 6 cubic feet per minute per square foot of the perforated surface, the efficiency of the perforated glazing with the back surface of black is significantly higher than the efficiency of a conventional solar collector based on perforated black sheet metal. The difference in performance is even more noticeable with light or white solar collectors. Perforated glazing with a white rear surface is up to 100% more efficient than a collector based on white perforated sheet metal. In addition, it can be noted that the performance difference between conventional non-glazed perforated collectors and the glazed perforated structures described above is even greater at low flow rates of, for example, 3 or 4 cubic feet per minute per square foot.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что в изображенных вариантах реализации настоящего изобретения могут быть сделаны модификации, не выходящие за пределы сущности и объема этого изобретения, которые определены в пунктах формулы изобретения.It will be apparent to those skilled in the art that modifications may be made in the illustrated embodiments of the present invention without departing from the spirit and scope of this invention as defined in the claims.
Claims (18)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/CA2008/001588 WO2010025537A1 (en) | 2008-09-05 | 2008-09-05 | Perforated transparent glazing for heat recovery and solar air heating |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011112928A RU2011112928A (en) | 2012-10-10 |
| RU2473848C2 true RU2473848C2 (en) | 2013-01-27 |
Family
ID=41796665
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011112928/06A RU2473848C2 (en) | 2008-09-05 | 2008-09-05 | Perforated transparent glazing for heat removal and air heating due to solar radiation |
Country Status (9)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2326890A4 (en) |
| JP (1) | JP5389925B2 (en) |
| KR (1) | KR20110055712A (en) |
| CN (1) | CN102149986A (en) |
| AU (1) | AU2008361495A1 (en) |
| BR (1) | BRPI0823056A2 (en) |
| MX (1) | MX2011002452A (en) |
| RU (1) | RU2473848C2 (en) |
| WO (1) | WO2010025537A1 (en) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2731689A1 (en) | 2008-07-29 | 2010-02-04 | Syenergy Integrated Energy Solutions Inc. | Curved transpired solar air heater and conduit |
| DE202014100751U1 (en) | 2014-02-20 | 2015-05-21 | Hans-Jörg Häller | Solar collector for heating gases |
| TWI718284B (en) | 2016-04-07 | 2021-02-11 | 美商零質量純水股份有限公司 | Solar thermal unit |
| TWI817925B (en) | 2016-05-20 | 2023-10-11 | 美商資源環球公司 | Systems and methods for water extraction control and water generation network |
| AU2018300250B2 (en) | 2017-07-14 | 2024-04-18 | Source Global, PBC | Systems for controlled treatment of water with ozone and related methods therefor |
| WO2019050866A1 (en) | 2017-09-05 | 2019-03-14 | Zero Mass Water, Inc. | Systems and methods for managing production and distribution of liquid water extracted from air |
| US11384517B2 (en) | 2017-09-05 | 2022-07-12 | Source Global, PBC | Systems and methods to produce liquid water extracted from air |
| MX2020004213A (en) | 2017-10-06 | 2021-01-15 | Zero Mass Water Inc | Systems for generating water with waste heat and related methods therefor. |
| AU2018380168B2 (en) | 2017-12-06 | 2023-11-02 | Source Global, PBC | Systems for constructing hierarchical training data sets for use with machine-learning and related methods therefor |
| US11607644B2 (en) | 2018-05-11 | 2023-03-21 | Source Global, PBC | Systems for generating water using exogenously generated heat, exogenously generated electricity, and exhaust process fluids and related methods therefor |
| WO2020082038A1 (en) | 2018-10-19 | 2020-04-23 | Zero Mass Water, Inc. | Systems and methods for generating liquid water using highly efficient techniques that optimize production |
| US20200124566A1 (en) | 2018-10-22 | 2020-04-23 | Zero Mass Water, Inc. | Systems and methods for detecting and measuring oxidizing compounds in test fluids |
| CN113747962A (en) | 2019-04-22 | 2021-12-03 | 环球源公司 | Water vapor adsorption air drying system and method for producing liquid water from air |
| AU2021368580A1 (en) | 2020-10-27 | 2023-06-22 | Source Global, PBC | Systems and methods for water treatment and storage |
| AU2022210999A1 (en) | 2021-01-19 | 2023-08-24 | Source Global, PBC | Systems and methods for generating water from air |
| USD1094637S1 (en) | 2021-04-21 | 2025-09-23 | Source Global, PBC | Water generation panel |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU932164A1 (en) * | 1980-07-28 | 1982-05-30 | Туркменский Государственный Университет Им.А.М.Горького | Solar air heater |
| US5081982A (en) * | 1990-01-02 | 1992-01-21 | Mackenzie John A | Solar window air heater |
| US5692491A (en) * | 1996-04-19 | 1997-12-02 | Midwest Research Institute | Unglazed transpired solar collector having a low thermal-conductance absorber |
| WO2003048655A1 (en) * | 2001-12-01 | 2003-06-12 | Christensen Hans Joergen | Solar collector panel for heating ventilation air |
| US20080139106A1 (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-12 | Vachon Christian | Roof-mounted ventilation air duct |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US562491A (en) * | 1896-06-23 | Drawer-pull | ||
| US3412728A (en) * | 1965-10-22 | 1968-11-26 | Harry E. Thomason | Solar heating equipment |
| US4219011A (en) * | 1977-12-01 | 1980-08-26 | Aga Aktiebolag | Modular solar energy collector systems |
| JPS5891675U (en) * | 1981-12-15 | 1983-06-21 | 日立化成工業株式会社 | heat pump heating machine |
| GB2214710A (en) * | 1988-01-29 | 1989-09-06 | Univ Open | Solar collectors |
| JP2000241031A (en) * | 1999-02-18 | 2000-09-08 | Tadashi Murai | Solar thermal air conditioning unit |
| JP2008116176A (en) * | 2006-11-07 | 2008-05-22 | Shin Nikkei Co Ltd | Solar thermal collection panel and solar thermal collection system |
-
2008
- 2008-09-05 JP JP2011525378A patent/JP5389925B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2008-09-05 EP EP08800292.8A patent/EP2326890A4/en not_active Withdrawn
- 2008-09-05 KR KR1020117007635A patent/KR20110055712A/en not_active Ceased
- 2008-09-05 AU AU2008361495A patent/AU2008361495A1/en not_active Abandoned
- 2008-09-05 BR BRPI0823056-0A patent/BRPI0823056A2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-09-05 MX MX2011002452A patent/MX2011002452A/en unknown
- 2008-09-05 WO PCT/CA2008/001588 patent/WO2010025537A1/en not_active Ceased
- 2008-09-05 RU RU2011112928/06A patent/RU2473848C2/en not_active IP Right Cessation
- 2008-09-05 CN CN2008801310192A patent/CN102149986A/en active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU932164A1 (en) * | 1980-07-28 | 1982-05-30 | Туркменский Государственный Университет Им.А.М.Горького | Solar air heater |
| US5081982A (en) * | 1990-01-02 | 1992-01-21 | Mackenzie John A | Solar window air heater |
| US5692491A (en) * | 1996-04-19 | 1997-12-02 | Midwest Research Institute | Unglazed transpired solar collector having a low thermal-conductance absorber |
| WO2003048655A1 (en) * | 2001-12-01 | 2003-06-12 | Christensen Hans Joergen | Solar collector panel for heating ventilation air |
| US20080139106A1 (en) * | 2006-12-12 | 2008-06-12 | Vachon Christian | Roof-mounted ventilation air duct |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP2326890A4 (en) | 2014-01-22 |
| JP5389925B2 (en) | 2014-01-15 |
| AU2008361495A8 (en) | 2011-04-14 |
| CN102149986A (en) | 2011-08-10 |
| MX2011002452A (en) | 2011-06-24 |
| KR20110055712A (en) | 2011-05-25 |
| WO2010025537A1 (en) | 2010-03-11 |
| RU2011112928A (en) | 2012-10-10 |
| AU2008361495A1 (en) | 2010-03-11 |
| JP2012502241A (en) | 2012-01-26 |
| BRPI0823056A2 (en) | 2015-06-16 |
| EP2326890A1 (en) | 2011-06-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2473848C2 (en) | Perforated transparent glazing for heat removal and air heating due to solar radiation | |
| CA2638257C (en) | Perforated transparent glazing for heat recovery and solar air heating | |
| DK200800168Y6 (en) | Air collector to heat air flow | |
| US9574783B2 (en) | Method and apparatus for two stage cooling of ambient air | |
| JP2011033276A (en) | Solar heat collecting structure | |
| WO2006102891A2 (en) | Solar collector panel | |
| SE509473C2 (en) | Building elements for thermal insulation, insulation and / or - regulation of building envelopes | |
| Ali et al. | Experimental investigation of developed solar still using vertical backside wick with circulation tactics | |
| US20120312293A1 (en) | Perforated transparent glazing for heat recovery and solar air heating | |
| US20100186308A1 (en) | Solar uv transmissive device for sterilizing and/or heating air | |
| CA2780423C (en) | Perforated transparent glazing for heat recovery and solar air heating | |
| JP2014047529A (en) | Dwelling house utilizing solar heat | |
| DE3144807A1 (en) | Installation for at least partially covering the energy requirement (heat) of rooms | |
| HK1160506A (en) | Perforated transparent glazing for heat recovery and solar air heating | |
| FR2727957A1 (en) | SOLAR DESALINATOR SENSOR | |
| EP1998121A2 (en) | Balustrade with integrated thermal absorber for hot water production | |
| KR20120092491A (en) | Public baths operated by natural energy and renewed energy | |
| RU2241916C2 (en) | Solar heating panel for building | |
| RU2521442C1 (en) | Growing house | |
| CN202598883U (en) | Indoor flexible solar air heat collector below light-transmitting roof | |
| GB2052727A (en) | Solar heating panels | |
| NL1037355C2 (en) | CLIMATIZATION DEVICE. | |
| CN101876199A (en) | Heating and cooling type color-changing solar wall | |
| Vasilevich et al. | The Use of Solar Energy for Ventilation System of Cult Buildings | |
| EP0315556A2 (en) | Process and device for the ventilation heating, regulation and air conditionning of buildings, building making use thereof and process for laying their foundations |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140906 |