RU2783359C2

RU2783359C2 - Apparatus for heating a building using alternative energy sources

Info

Publication number: RU2783359C2
Application number: RU2021123956A
Authority: RU
Inventors: Николай Сергеевич Попов; Вячеслав Яковлевич Борщев; Юлия Александровна Суворова
Filing date: 2020-07-23
Publication date: 2022-11-11

Abstract

FIELD: building.

SUBSTANCE: invention relates to the field of building, in particular, to an apparatus for heating a building. The heating apparatus consists of a solar collector in the form of corrugated steel sheets simultaneously being roof cover elements of the building, a heat carrier circulation system, a roof ridge, and the load-bearing attic flooring. The heat carrier circulation system is made in the form of cavities for the passage of heat carrier, formed between the corrugations of the metal profile and the load-bearing attic flooring and connected with the roof ridge cavity of the building by the upper ends of the corrugated profile overlapping with the sides of the ridge and with a pipe passed at one end into the ridge cavity and at the other end into the heated building; wherein a shaft with a wind wheel fixed at the upper end thereof and a fan at the lower end thereof through the pipe.

EFFECT: use of alternative energy sources for heating a room.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к отопительному оборудованию, применяемому в качестве дополнительной или основной системы отопления для обогрева помещений.The invention relates to heat power engineering, in particular to heating equipment used as an additional or main heating system for space heating.

Известно устройство для отопления здания (патент РФ 2612725 по классу H02S 10/30), состоящее из солнечных фотоэлектрических модулей, установленных в корпусе на кровельных панелях крыш зданий, а в стенке корпуса устройства имеются каналы с размещенными в них встроенными трубами для прокачки теплоносителя.A device for heating a building is known (RF patent 2612725 class H02S 10/30), consisting of solar photovoltaic modules installed in the housing on the roof panels of the roofs of buildings, and in the wall of the housing of the device there are channels with built-in pipes placed in them for pumping the coolant.

Недостатком данного устройства является технологическая сложность конструкции, высокая стоимость солнечных фотоэлектрических модулей и их обслуживания.The disadvantage of this device is the technological complexity of the design, the high cost of solar photovoltaic modules and their maintenance.

Наиболее близким по технической сущности к достигаемому результату является устройство для отопления здания, состоящее из солнечных коллекторов в виде стальных гофрированных листов, одновременно являющихся элементами строительных конструкций кровли здания, системы циркуляции теплоносителя, конька крыши и несущего настила чердака (патент РФ 2539936 по классу E04D 13/18).The closest in technical essence to the achieved result is a device for heating a building, consisting of solar collectors in the form of corrugated steel sheets, which are simultaneously elements of the building structures of the roof of the building, the coolant circulation system, the roof ridge and the attic load-bearing flooring (RF patent 2539936 class E04D 13 /eighteen).

Недостаток данного устройства заключается в сложности конструкции системы циркуляции теплоносителя, обусловленной наличием трубопроводов для организации движения воды (теплоносителя).The disadvantage of this device lies in the complexity of the design of the coolant circulation system, due to the presence of pipelines for organizing the movement of water (coolant).

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности работы устройства для отопления здания с использованием альтернативных источников энергии за счет организации непосредственной передачи тепла в помещение.The technical objective of the invention is to simplify the design and increase the efficiency of a device for heating a building using alternative energy sources by organizing direct heat transfer to the room.

Решение поставленной технической задачи достигается тем, что в устройстве для отопления здания с использованием альтернативных источников энергии, состоящем из солнечного коллектора в виде стальных гофрированных листов, одновременно являющихся элементами строительных конструкций кровли здания, системы циркуляции теплоносителя, конька крыши и несущего настила чердака, система циркуляции теплоносителя выполнена в виде полостей для прохода теплоносителя, образованных между гофрами металлического профиля и несущим настилом чердака и соединенных с полостью конька крыши здания путем перекрытия верхних концов гофрированного профиля боковыми сторонами конька и с трубой, один конец которой входит в полость конька, а другой - в отапливаемое здание, при этом через трубу проходит вал с закрепленными на его верхнем конце ветроколесом и на нижнем конце - вентилятором.The solution of the stated technical problem is achieved by the fact that in a device for heating a building using alternative energy sources, consisting of a solar collector in the form of steel corrugated sheets, which are simultaneously elements of the building structures of the roof of the building, the coolant circulation system, the roof ridge and the attic load-bearing flooring, the circulation system of the coolant is made in the form of cavities for the passage of the coolant, formed between the corrugations of the metal profile and the attic load-bearing flooring and connected to the cavity of the roof ridge of the building by overlapping the upper ends of the corrugated profile with the sides of the ridge and with a pipe, one end of which enters the cavity of the ridge, and the other - into a heated building, while a shaft passes through the pipe with a wind wheel fixed at its upper end and a fan at its lower end.

При этом ветроколесо и вентилятор приводятся во вращение от энергии ветра.In this case, the wind wheel and the fan are driven by wind energy.

На фиг. 1 изображено здание с предложенным устройством для отопления с использованием альтернативных источников энергии, на фиг. 2 - разрез А - А на фиг. 1.In FIG. 1 shows a building with a proposed device for heating using alternative energy sources, FIG. 2 - section A - A in Fig. one.

Устройство для отопления здания состоит из солнечных коллекторов, выполненных в виде металлических гофрированных листов 1 кровли здания, конька крыши 2, несущего настила чердака 3. Между гофрами металлического профиля 1 и несущим настилом 3 образована система циркуляции воздуха в виде полостей (воздух при этом выполняет функцию теплоносителя). Под коньком крыши 2 также имеется полость, в которую входят полости гофрированных листов. Полости гофрированных листов и конька соединяются путем перекрытия верхних концов гофрированных листов боковыми сторонами конька. С одной стороны полость конька крыши соединена с трубой 4, конец которой входит в полость конька. Внутри трубы 4 проходит вал 5, на концах которого закреплены ветроколесо 6, находящееся над кровлей здания, и вентилятор 7, находящийся в помещении отапливаемого здания.The device for heating the building consists of solar collectors made in the form of metal corrugated sheets 1 of the roof of the building, the ridge of the roof 2, the bearing attic flooring 3. Between the corrugations of the metal profile 1 and the bearing flooring 3, an air circulation system is formed in the form of cavities (air performs the function coolant). Under the roof ridge 2 there is also a cavity, which includes the cavity of the corrugated sheets. The cavities of the corrugated sheets and the ridge are connected by overlapping the upper ends of the corrugated sheets with the sides of the ridge. On the one hand, the cavity of the roof ridge is connected to pipe 4, the end of which enters the cavity of the ridge. A shaft 5 passes inside the pipe 4, at the ends of which a wind wheel 6 is fixed, located above the roof of the building, and a fan 7, located in the heated building.

Устройство для отопления здания работает следующим образом.Device for heating the building works as follows.

Наружный воздух поступает в полости системы циркуляции солнечного коллектора, и под действием ветрового напора движется по полостям, образованным гофрами металлических листов 1 и несущим настилом чердака 3. Металлический профиль крыши здания нагревается за счет теплового излучения падающего на него потока солнечной радиации. Нагретый металлический профиль посредством теплоотдачи нагревает движущийся в полостях системы циркуляции воздух. Нагретый воздух из полостей солнечного коллектора поступает в полость конька крыши 2 и далее направляется в трубу 4, соединенную с коньком крыши. По трубе 4 нагретый воздух за счет разряжения, создаваемого в помещении с помощью вращающегося вентилятора 7, поступает в здание. При этом нагретый в солнечном коллекторе воздух смешивается с воздухом, находящимся в здании, и нагревает его за счет теплообмена конвекцией. Ветроколесо 6 преобразует энергию ветра в крутящий момент, который передается вентилятору 7, приводя его во вращение от ветроколеса 6 через вал 5 и гипоидную передачу. Эффективная циркуляция нагретого воздуха в объеме помещения обеспечивается с помощью вентилятора 7.Outside air enters the cavities of the solar collector circulation system, and under the influence of wind pressure moves through the cavities formed by the corrugations of metal sheets 1 and the load-bearing flooring of the attic 3. The metal roof profile of the building is heated due to the thermal radiation of the solar radiation flux incident on it. The heated metal profile, by means of heat transfer, heats the air moving in the cavities of the circulation system. The heated air from the cavities of the solar collector enters the cavity of the roof ridge 2 and then goes to the pipe 4 connected to the roof ridge. Through pipe 4, heated air enters the building due to the vacuum created in the room with the help of a rotating fan 7. At the same time, the air heated in the solar collector mixes with the air in the building and heats it up due to heat exchange by convection. The wind wheel 6 converts wind energy into torque, which is transmitted to the fan 7, causing it to rotate from the wind wheel 6 through the shaft 5 and the hypoid gear. Efficient circulation of heated air in the volume of the room is provided by a fan 7.

Для выполнения своего функционального назначения элементы конструкции предлагаемого устройства должны отвечать следующим требованиям.To fulfill their functional purpose, the design elements of the proposed device must meet the following requirements.

В связи со своим функциональным назначением - обеспечивать перемещение воздуха - теплоносителя - система циркуляции теплоносителя должна иметь полости между гофрами металлического профиля и несущим настилом чердака, которые соединяются с полостью конька крыши и трубой. Полости гофрированного профиля и конька крыши соединяются путем перекрытия верхних концов профиля боковыми сторонами конька. Соединение полости конька и трубы обеспечивается входом одного конца последней в полость конька. При этом полости всех элементов заполнены теплоносителем - воздухом.In connection with its functional purpose - to ensure the movement of air - the coolant - the coolant circulation system must have cavities between the corrugations of the metal profile and the attic load-bearing flooring, which are connected to the cavity of the roof ridge and the pipe. The cavities of the corrugated profile and the roof ridge are connected by overlapping the upper ends of the profile with the sides of the ridge. The connection of the cavity of the ridge and the pipe is provided by the entrance of one end of the latter into the cavity of the ridge. In this case, the cavities of all elements are filled with a coolant - air.

Для обеспечения высокой эффективности перемешивания воздуха во всем объеме помещения здания необходимо обеспечить интенсивную циркуляцию теплоносителя с помощью вентилятора, работающего от ветроколеса. При этом необходимо поддерживать кратность воздухообмена равную 5…10 раз в час. Число лопастей ветроколеса и вентилятора может быть равно от 2 до 6.To ensure high efficiency of air mixing in the entire volume of the building, it is necessary to ensure intensive circulation of the coolant using a fan powered by a wind turbine. In this case, it is necessary to maintain the air exchange rate equal to 5 ... 10 times per hour. The number of blades of the wind wheel and the fan can be from 2 to 6.

Использование в предложенном устройстве энергии ветра в качестве привода вентилятора, а также воздуха в качестве теплоносителя для обогрева здания позволяет значительно упростить и удешевить конструкцию. При этом также существенно повышается эффективность работы устройства для отопления здания с использованием солнечной энергии за счет организации непосредственной передачи тепла в помещение. Кроме того, исключается необходимость использования дополнительных приборов и трубопроводов.The use of wind energy as a fan drive in the proposed device, as well as air as a heat carrier for heating the building, makes it possible to significantly simplify and reduce the cost of the design. At the same time, the efficiency of the device for heating a building using solar energy is also significantly increased due to the organization of direct heat transfer to the room. In addition, the need for additional devices and pipelines is eliminated.

Кроме того, за счет использования энергии ветра для перемешивания воздуха в помещении система отопления становится автономной и не требует использования традиционных источников энергии.In addition, due to the use of wind energy to mix the air in the room, the heating system becomes autonomous and does not require the use of traditional energy sources.

В целом такая конструкция наряду с непосредственной передачей тепла в помещение позволяет значительно упростить отопительную систему путем преобразования солнечного излучения в тепловую энергию в системах отопления зданий и может быть использована в качестве дополнительной или основной системы отопления для обогрева помещений.In general, such a design, along with the direct transfer of heat to the room, makes it possible to significantly simplify the heating system by converting solar radiation into thermal energy in building heating systems and can be used as an additional or main heating system for space heating.

Claims

1. A device for heating a building using alternative energy sources, consisting of a solar collector in the form of steel corrugated sheets, which are simultaneously elements of the building structures of the roof of the heated building, the coolant circulation system, the roof ridge and the attic load-bearing flooring, characterized in that the coolant circulation system is made in the form of cavities for the passage of the coolant, formed between the corrugations of the metal profile and the load-bearing flooring of the attic, and connected to the cavity of the ridge of the roof of the building by overlapping the upper ends of the corrugated profile with the sides of the ridge and with a pipe, one end of which enters the cavity of the ridge, and the other - into the heated building, while a shaft passes through the pipe with a wind wheel fixed at its upper end and a fan at its lower end.

2. The device according to claim 1, characterized in that the wind wheel and the fan are driven by wind energy.