CS246609B1

CS246609B1 - Equipment for the active use of solar energy in buildings

Info

Publication number: CS246609B1
Application number: CS849238A
Authority: CS
Inventors: Frantisek Tichy
Original assignee: Frantisek Tichy
Priority date: 1984-11-30
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS923884A1

Abstract

Zařízení je určeno pro tepelnou úpravu vnitřního prostoru objektů, zejména rekreačních, pomocí solární energie. Je tvořeno solárním termickým panelem, propojeným nahoře s vnitřním prostorem objektu vzduichovým vyhřívacím kanálem, který je opatřen zpětným vzduchovým uzávěrem. Ten je upraven [na vyústění vzduchového vyhřívacího kanálu do vnitřního prostoru objektu ze solárního termického panelu.The device is intended for thermal treatment of the interior space of buildings, especially recreational buildings, using solar energy. It consists of a solar thermal panel, connected at the top to the interior space of the building by an air heating channel, which is equipped with a return air lock. This is adjusted [to the outlet of the air heating channel into the interior space of the building from the solar thermal panel.

Description

(54) Zařízeni pro aktivní využití solární energie ve stavebních objektech(54) Equipment for the active use of solar energy in buildings

Zařízení je určeno pro tepelnou úpravu vnitřního prostoru objektů, zejména rekreačních, pomocí solární energie. Je tvořeno solárním termickým panelem, propojeným nahoře s vnitřním prostorem objektu vzduichovým vyhřívacím kanálem, který je opatřen zpětným vzduchovým uzávěrem. Ten je upraven ^[na vyústění vzduchového vyhřívacího kanálu do vnitřního prostoru objektu ze solárního termického panelu.The device is designed for thermal treatment of the interior space of buildings, especially recreational, using solar energy. It consists of a solar thermal panel, connected at the top with the interior space of the building through an air heating channel, which is equipped with a return air closure. This is provided ^[on the air outlet of the heating channel into the interior of an object from a solar thermal panel.

Obr. 1Giant. 1

Vynález se týká zařízení pro aktivní využití solární energie ve stavebních objektech, zejména rekreačních chatách nebo chalupách, které je však použitelné též u jiných objektů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a device for the active use of solar energy in buildings, in particular holiday homes or cottages, but which is also applicable to other buildings.

Jsou známy různé aktivní i pasivní energetické solární systémy pro vyhřívání objektů i pro jiné energetické účely. Aktivní solární systémy využívají tepelných panelů, v nichž je ohříváno sluncem médium, např. vzduch nebo voda, které při ohřátí cirkuluje a předává své teplo tepelnému zásobníku, který je pak využit pro vytápění, ohřev vody nebo pro jiné energetické účely.Various active and passive energy solar systems are known for building heating and other energy purposes. Active solar systems use heat panels in which the medium, such as air or water, is heated by the sun, which circulates and transfers its heat to the heat storage tank, which is then used for heating, water heating or other energy purposes.

Tyto systémy jsou jednak náročné z hlediska pořizovacích nákladů, jednak není jejich energetická účinnost na žádoucím stupni vzhledem k poměrně značným ztrátám. Náklady na jejich pořízení zahrnují nejen tepelné kolektory samé, ale i rozvody, zásobníky, výměníky, čerpadla a další součásti. Vzhledem ke složitosti těchto systémů a délce jejich rozvodů jsou pak tepelné ztráty často takové, že značně snižují rentabilitu těchto zařízení, zejména na územích s menší dobou slunečního svitu.On the one hand, these systems are expensive to purchase and, on the other hand, their energy efficiency is not at the desired level due to the relatively large losses. The cost of their acquisition includes not only the heat collectors themselves, but also distribution, storage tanks, exchangers, pumps and other components. Due to the complexity of these systems and the length of their distribution, heat losses are often such as to significantly reduce the profitability of these systems, especially in areas with less sunshine.

Pasivní solární systémy, využívající přímo stěn nebo jiných stavebních součástí objektu pro ohřev média, nejčastěji vzduchu, jsou pak výhodné pouze tam, kde je značně dlouhá doba přímého slunečního svitu, protože v důsledku využití zdivá nebo stěn pro ohřívání mají poměrně značnou tepelnou setrvačnost.Passive solar systems using directly the walls or other building components for heating the medium, most often air, are then advantageous only where there is a very long period of direct sunlight, because the use of masonry or walls for heating have a relatively high thermal inertia.

Ta je sice výhodná např. v noci, kdy ohřátá stěna dodává teplo do stěnového kolektoru i přímo do objektu, avšak je značně nevýhodná v oblastech s nižší nebo velmi proměnnou denní dobou sluněčního svitu. Stěnový kolektor totiž právě v důsledku své tepelné setrvačnosti přivodí cirkulaci vzduchu až za poměrně značnou dobu po svém ohřátí.Although it is advantageous, for example, at night, when the heated wall supplies heat to the wall collector as well as directly to the building, it is very disadvantageous in areas with lower or very variable daylight hours. Indeed, due to its thermal inertia, the wall collector does not cause air circulation until quite a considerable time after its heating.

Dojde-li v důsledku přerušení přímého slunečního svitu, např. oblačností, ke snížení nebo úplnému přerušení ohřevu kolektoru, dojde též velmi snadno při nízké venkovní teplotě k poměrně rychlému ochlazení vzduchu v kolektoru, takže vzduch v místnosti je oproti vzduchu v kolektoru teplejší. Dochází pak k obrácení cirkulace a do místnosti tak z kolektoru proudí chladný vzduch a naopak z místnosti se do kolektoru dostává teplý vzduch.If, due to the interruption of direct sunlight, eg through the clouds, the heating of the collector is reduced or completely interrupted, the air in the collector is relatively quickly cooled at a low outdoor temperature, so that the room air is warmer than the air in the collector. The circulation is then reversed and cold air flows into the room from the collector and warm air flows into the collector from the room.

To je přirozeně naprosto nežádoucí a pokud se tato cirkulace zásahem obyvatele nepřeruší, dochází k ochlazování prostoru, který by měl být vytápěn. U některých dočasně neobývaných objektů, např. rekreačních nebo ještě nevyschlých novostaveb, pak účinnost solárního topení takto rapidně klesá.This is naturally absolutely undesirable and if this circulation is not interrupted by the intervention of the occupant, the space that should be heated will cool down. For some temporarily uninhabited buildings, eg recreational or not yet dry new buildings, the efficiency of solar heating decreases rapidly.

Zařízení pro aktivní využití solární energie ve stavebních objektech podle vynálezu tyto nevýhody a nedostatky odstraňuje. Jeho podstata spočívá v tom, že vzduchový vyhřívací kanál je opatřen zpětným vzduchovým uzávěrem, který je upraven na vyústění vzduchového vyhřívacího kanálu do vnitřního prostoru objektu.The device for the active use of solar energy in the building objects according to the invention removes these disadvantages and disadvantages. It is based on the fact that the air heating channel is provided with a return air closure which is adapted to open the air heating channel into the interior space of the object.

Zařízení pro aktivní využití solární energie ve stavebních objektech podle vynálezu je při nízkých pořizovacích nákladech schopno dosáhnout i při krátké nebo relativně často přerušované době slunečního svitu dostatečného tepelného proudění a účinného ohřevu objektu za účelem jeho vytápění nebo vysušování, protože zabraňuje samočinně ochlazování objektu při přerušení slunečního svitu.The device for active use of solar energy in the buildings according to the invention is able to achieve sufficient heat flow and efficient heating of the object for heating or drying even at short or relatively often intermittent time of sunshine in order to heat or dry it. svitu.

Toto přerušení je zařízením podle vynálezu využíváno při snížení teploty vzduchu v kolektoru k přerušení cirkulace a zamezení nežádoucí obrácené cirkulace. Zpětný vzduchový uzávěr zabraňuje tomuto nežádoucímu pochodu jednak velmi účinně sám o sobě přisátím na vyústění vzduchového vyhřívacího kanálu okamžitě při obrácení cirkulace, kterou takto ihned přeruší, a je držen uzavřený horizontálním vzduchovým sloupcem ve vyhřívacím kanálu, který v důsledku nízké teploty v ochlazeném vnějším solárním panelu, resp. kolektoru, má tendenci pohybu směrem do kolektoru, takže drží uzávěr zavřený.This interruption is used by the device according to the invention to reduce the air temperature in the collector to interrupt the circulation and prevent undesired reverse circulation. The air return valve prevents this undesired operation, on the one hand, very effectively by sucking in at the outlet of the air heating duct immediately upon reversing the circulation, thus immediately interrupting it, and is held closed by a horizontal air column in the heating duct which , respectively. the collector tends to move towards the collector so that it holds the closure closed.

Tak se velmi účinně zabraňuje zbytečným tepelným ztrátám a udržuje se tak daná vnitřní teplota objektu. Rovněž velmi efektivně přispívá ke snížení doby vyhřátí objektu po delší době jeho neobývání a ke zpříjemnění pobytu v něm, nehledě na prodloužení doby životnosti zařízení objektu a tam ponechaných věcí přes zimní období, protože tolik netrpí vlhkostí. Zařízení je též využitelné i pro jiné-účely, např. k urychlení vysoušení nově postavených objektů a lze je využít do určité míry i ke klimatizaci objektu chlazením pomocí studenějšího vzduchu ze severní nebo stinné strany v letním období.This avoids unnecessary heat loss very effectively and maintains a given internal temperature of the object. It also contributes very effectively to reducing the heating time of an object after a longer period of non-occupancy and to making it more pleasant to stay there, notwithstanding the extension of the service life of the object and the things left there over the winter as it does not suffer from moisture. The device is also usable for other purposes, for example to speed up the drying of newly built buildings and can be used to some extent to air-conditioning the building by cooling with colder air from the northern or shady side in summer.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je schematicky znázorněn na připojených výkresech, kde obr. 1 představuje svislý řez objektem a obr. 2 znázorňuje v perspektivě detail zpětného vzduchového uzávěru.An exemplary embodiment of the device according to the invention is shown schematically in the accompanying drawings, in which Fig. 1 represents a vertical section of the object and Fig. 2 shows in perspective the detail of the air return valve.

Vně objektu 1, nejlépe na jeho směrem k jihu obrácené vnější stěně 2, je umístěn solární termický panel 3 vhodného provedení, např. zasklený alespoň dvojitým sklem 4 a opatřený absorpční tmavou deskou 5, nejlépe kovovou. Může být použit jakýkoliv vhodný známý termický panelový kolektor, ten sám o sobě není předmětem tohoto vynálezu. Solární termický panel 3 může být pomocí nosných úchytů j6 upevněn k vnější stěně 2 objektu 1 » s výhodou je od ní oddělen tepelně-izolační vrstvou T_, např. vzduchovou mezerou, může však být opatřen z druhé strany absorpční tmavé desky 2 i jinou tepelně-izolační vrstvou 2 ^z vhodného materiálu /neznázorněno/ pro zvýšení tepelně-izolační schopnosti a tím tepelné účinnosti při snížení přestupu tepla mimo solární termický panel 3, např. na vnější stěnu 2 objektu 1.Outside the object 1, preferably on its south-facing outer wall 2, a solar thermal panel 3 of a suitable embodiment, for example glazed with at least double glass 4 and provided with an absorbent dark plate 5, preferably metal, is located. Any suitable known thermal panel collector may be used, and it is not itself an object of the present invention. The solar thermal panel 3 can be fastened to the outer wall 2 of the object 1 by means of support brackets 16, preferably it is separated from it by a heat-insulating layer T, for example an air gap, but it can also be provided with an insulating layer 2 ^{of a} suitable material (not shown) to increase the heat-insulating ability and hence the thermal efficiency by reducing the heat transfer outside the solar thermal panel 3, eg on the outer wall 2 of the object 1.

Ohřívaný prostor 8 solárního termického panelu 3 je ve své horní části propojen prostřednictvím alespoň jednoho vzduchového vyhřívacího kanálu 9, např. potrubí, s vnitřním prostorem 10 objektu 2· Vzduchový vyhřívací kanál 2 j®, nejlépe na svém vyústění 11 do vnitřního prostoru 10 objektu 2» opatřen zpětným vzduchovým uzávěrem 12, který však může být umístěn i jinde, např. uvnitř vzduchového vyhřívacího kanálu 2 /neznázorněno/.The heated space 8 of the solar thermal panel 3 is in its upper part interconnected by means of at least one air heating channel 9, e.g. a duct, with the interior space 10 of the object 2, the air heating channel 2, preferably at its outlet 11 into the interior space 10 of the object 2. Provided with a non-return air closure 12, which, however, can be located elsewhere, for example within the air heating duct 2 (not shown).

Zpětný vzduchový uzávěr 12 je opatřen závěsem 13, např. vláknovým, není to však podmínkou. Zpětný vzduchový uzávěr 12 je s výhodou tvořen lehkou destičkou, např. s balsovou kostrou a papírovým potahem, opět to však není podmínkou, může být použita i např. destička z pěnového polystyrenu. Důležité je, aby zpětný vzduchový uzávěr 12 byl lehký anebo vyvážený na lehký přítlak a aby jeho závěs 13 byl proveden s minimálním odporem proti pohybu zpětného vzduchového uzávěru 12. S výhodou je zpětný vzduchový uzávěr 12 oddělen od solárního termického panelu 2 horizontálním vzduchovým soupcem 14 ve vzduchovém vyhřívacím kanále 9. Z vnitřního prostoru 10 objektu 2 3® proveden výstup 15 do alespoň jednoho vzduchového odváděcího kanálu 16.» zaústěného do spodní části ohřívaného prostoru 8 solárního termického panelu 2·The air check valve 12 is provided with a hinge 13, eg a fiber hinge, but this is not a requirement. The air return valve 12 is preferably a lightweight plate, e.g. with a balsa skeleton and a paper coating, but again this is not a requirement, eg a foamed polystyrene plate may be used. It is important that the air return valve 12 is lightweight or balanced to a light thrust and that its hinge 13 is designed with minimal resistance to the movement of the air return valve 12. Preferably, the air return valve 12 is separated from the solar thermal panel 2 by a horizontal air seal 14 in air outlet duct 9. From the interior 10 of the object 23, an outlet 15 is provided to at least one air outlet duct 16. »leading to the bottom of the heated space 8 of the solar thermal panel 2.

Důležité je, aby vyústění 11 vzduchového vyhřívacího kanálu 2 bylo provedeno nahoře, nejlépe u stropu vnitřního prostoru 10 objektu 2, v každém případě pak výše než výstup 15 z vnitřního prostoru 10 do vzduchového odváděcího kanálu 13, což je však známé a samo o sobě není předmětem vynálezu.It is important that the opening 11 of the air heating duct 2 is provided at the top, preferably at the ceiling of the interior space 10 of the object 2, and in any case higher than the outlet 15 from the interior space 10 into the air exhaust duct 13. object of the invention.

Výhodné pro účinnost vytápění vnitřního prostoru 10 objektu 2 j®, aby výstup 15 do vzduchového odváděcího kanálu 16 byl ve vnitřním prostoru 10 objektu 2 proveden co nejdále od vyústění 11 vzduchového vyhřívacího kanálu 9 do vnitřního prostoru 10, konkrétně aby vyústění 11 vzduchového vyhřívacího kanálu 9 bylo provedeno blíže k solárnímu termickému panelu 3 než výstup 15 z vnitřního prostoru 10 do vzduchového odváděcího kanálu 16.Advantageously, for the heating efficiency of the interior 10 of the object 2, the outlet 15 into the air exhaust duct 16 in the interior 10 of the object 2 is made as far as possible from the air heating duct opening 11 to the interior 10, in particular the air heating duct opening 11. it has been made closer to the solar thermal panel 3 than the outlet 15 from the interior 10 to the air exhaust duct 16.

Solární termický panel 2 může být opatřen ve své horní části výstupním uzávěrem 17 do ovzduší pro případné ochlazení vnitřního prostoru 10 objektu 2· ^Za tím účelem může být vnitřní prostor 10 opatřen ve své zadní části, tj. co možno nejdále od solárního termického panelu 2» např. v zadní stěně 18 objektu 2 obrácené na sever, vstupem 22. chladnějšího vzduchu, který je uzavíratelný vstupním uzávěrem 20. To však není podmínkou, vstup 19 chladnějšího vzduchu může nahradit přirozená dehermetizace objektu 2· Zařízení podle vynálezu funguje takto:The solar thermal panel 2 may be provided at its upper part with an air outlet cap 17 to cool the interior 10 of the object 2, if necessary. ^For this purpose, the interior 10 may be provided at its rear, i.e. as far as possible from the solar thermal panel 2. eg in the rear wall 18 of the object 2 facing north, by an inlet 22 of cooler air that can be closed by an inlet closure 20. However, this is not a requirement, the inlet 19 of cooler air can replace the natural dehermetization of the object 2.

K vyhřívání vnitřního prostoru 10 objektu 2 dochází automaticky ihned, jakmile se solární energií zahřeje ohřívaný prostor ÍS solárního termického panelu 3. Teplý ohřátý vzduch stoupá nahoru a přechází vzduchovým vyhřívacím kanálem 9 pod otevřeným zpětným vzduchovým uzávěrem 12, oddáleným vzduchovým prouděním od vstupu, resp. od vyústění 11 vzduchového vyhřívacího kanálu 9, do vnitřního prostoru 10 objektu 1.The interior space 10 of the object 2 is automatically heated as soon as the heated space 15 of the solar thermal panel 3 heats up with solar energy. The warm heated air rises up and passes through the air heating duct 9 under the open air return 12, separated by air flow from the inlet. from the outlet 11 of the air heating channel 9, to the interior 10 of the object 1.

Postupně jej tak vyplňuje, protože vzadu dole odchází z vnitřního prostoru 10 výstupem 15 do vzduchového odváděcího kanálu 16 chladný vzduch, který proudí do spodní části ohřívaného prostoru Q solárního termického panelu 2< kde se sluneční energií ohřívá a tak dochází k pracovnímu topnému koloběhu vzduchu.It gradually fills it, because at the bottom down from the interior 10 through the outlet 15 into the air exhaust duct 16, cool air flows into the lower part of the heated space 6 of the solar thermal panel 2 where the solar energy is heated.

Zpětný vzduchový uzávěr 12 zabraňuje při obrácení koloběhu vzduchu, je-li solární termický panel 3. nedostatečným nebo nulovým slunečním osvitem a chladným ovzduším ochlazován, úniku teplého vzduchu z-vnitřního prostoru 10 objektu 2< protože uzavře vzduchový vyhřívací kanál 9, kudy by v tomto případě jinak teplý vzduch odcházel ven do solárního termického panelu 2» kde by se dále ochlazoval a vnikal by pak vzduchovým odváděcím kanálem 16 dole do vnitřního prostoru 10 objektu 2·When the solar thermal panel 3 is cooled by insufficient or zero solar radiation and cold air, the air return valve 12 prevents the escape of warm air from the interior 10 of the object 2 because it closes the air heating channel 9 otherwise, the warm air would leave the solar thermal panel 2, where it would continue to cool and enter the air outlet duct 16 down into the interior 10 of the object 2.

K omezení obrácení vzduchového proudění přispívá též horizontální vzduchový sloupec 14 ve vzduchovém vyhřívacím kanále 9, který tvoří určitou tepelnou izolaci. Naopak při teplém slunečném pačasí, kdy je účelné alespoň částečné ochlazení vnitřního prostoru 22 objektu 2» může se toto ochlazování zajistit tak, že se otevře výstupní uzávěr 17 do ovzduší nahoře na solárním termickém panelu 2 ^a ohřátý vzduch z jeho ohřívaného prostoru 8 vystupuje ven, přičemž se tímto prouděním odsává i teplý vzduch z vnitřního prostoru 22 objektu 2» kam vniká otevřeným vstupním uzávěrem 20 a vstupem 22' případně netěsnostmi dehermetizovaného objektu 2» chladnější vzduch, např. z jeho severní strany.The horizontal air column 14 in the air heating duct 9, which forms a certain thermal insulation, also contributes to reducing the reversal of the air flow. Conversely, in warm sunny weather, where at least partial cooling of the interior space 22 of the object 2 is expedient, this cooling can be ensured by opening the outlet shutter 17 to the atmosphere at the top of the solar thermal panel 2 ^and leaving heated air from its heated space 8. with this flow, warm air is also drawn from the interior 22 of the object 2, where cooler air, for example from its northern side, enters through the open inlet closure 20 and the inlet 22 'or leaks of the dehermetized object 2.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

An apparatus for actively utilizing solar energy in a building, comprising at least one solar thermal panel outside the building, communicating with the interior of the building with at least one air heating duct at the top and at least one air outlet duct at the bottom into which the interior is provided. arranged further from the solar thermal panel than the inlet from the air heating channel to the interior space of the object, characterized in that the air heating channel (9) is provided with a return air shutter (12) which is adapted to the outlet (11) of the air heating channel (9) into the interior (10) of the object (1) from the solar thermal panel (3).

Device according to claim 1, characterized in that the air return valve (12) is suspended by means of a hinge (13) in the interior space (10) of the object (1).

Device according to claim 1, characterized in that the air return valve (12) is separated from the solar thermal panel (3) by a horizontal air column (14) in the air heating duct (9).

Device according to claim 1, characterized in that the solar thermal panel (3) is provided at the top with an outlet shutter (17) from its heated space (8) to the atmosphere and the interior space (10) of the object (1) has an inlet (19) cooler air from the atmosphere, closable by the inlet closure / 2o /.