CZ304148B6

CZ304148B6 - Zarízení pro solární ohrev vzduchu

Info

Publication number: CZ304148B6
Application number: CZ20120270A
Authority: CZ
Inventors: Vanek@Milan; Vanek@Petr
Original assignee: Vanek@Milan; Vanek@Petr
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-11-20
Also published as: CZ2012270A3

Abstract

Zarízení obsahuje v systému prímého ohrevu nebo v systému akumulace zapojený velkoplosný panel solárního ohrevu vzduchu slozený z dílcích panelových modulu s tím, ze kazdý z techto panelových modulu (2) je tvoren kostrou (3) príhradové konstrukce z kovových profilu (3.1), na zadní strane a u panelových modulu (2) tvorících okrajové cásti velkoplosného panelu (1) i na bocních stranách je opatren uchycenými krycími plechy (5) s alespon jednou vrstvou tepelné izolace, na prední strane má v kostre (3) ulozeny zasklívací moduly (6) a uvnitr kazdého panelového modulu (2) jsou umísteny kose (7) vyplnené náhodne ulozenými dutými tenkostennými telesy (8), pri cemz panelové moduly (2) v horních, dolních a bocních partiích velkoplosného panelu (1) jsou dále vybaveny na zadní a/nebo bocní strane umístenými vzduchotechnickými prvky (9).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká zařízení pro solární ohřev vzduchu, zejména k vyhřívání objektů, např. vytápění budov.

Dosavadní stav techniky

V současné době je známa celá řada solárních zařízení k přímému ohřevu vzduchu pro vytápění, resp. i vysoušení vnitřních prostor objektů. Dopadající sluneční paprsky ohřívají absorpční plochu vzduchového kolektoru, v němž se pak ohřívá vzduch. Při nahřátí tohoto absorbéru na nastavenou teplotu se automaticky uvádí do provozu ventilátor, který ve spodní části nasává chladný vzduch z objektu a vhání do místnosti vzduch ohřátý ze slunečního kolektoru. Zařízení se většinou používají k vytápění objektů vkombinaci s klasickým ústředním vytápěním, nebo elektrickým přímotopným vytápěním.

Limitující faktory těchto zařízení je především vhodná konstrukce solárního kolektoru a celkové řešení zařízení s ohledem na minimalizaci energetických ztrát.

Pokud jde o konstrukci solárních kolektorů, jsou známa řešení, která (podobně jako u kapalinových solárních kolektorů) tvoří ploché panely s průsvitnými nebo průhlednými skly, pod nimiž je systém trubek naplněných vzduchem.

Vzduchový solární kolektor podle užitného vzoru CZ 23111 je tvořen rámem, který je opatřen transparentním krytem a v němž je umístěn plošný absorbér. Na zadní stěně absorbéru je umístěn systém žeber, který spolu s žebry uspořádanými na protilehlé stěně kolektoru vytváří labyrint.

U jiného řešení solárního teplovzdušného kolektoru - podle užitného vzoru CZ 22342 je za průhlednou polykarbonátovou nebo skleněnou deskou nainstalován plošný absorpční materiál na bázi černé textilie, černého (výhodně profilovaného perforovaného) plechu, resp. desky z plastu tmavé barvy.

Zasklený solární teplovzdušný kolektor podle užitného vzoru CZ 20368 sestává z trojbokého hranolu s bočními stěnami, jehož zadní stěna přiléhá ke stěně vyhřívaného objektu a jehož čelní stěna je skleněná nebo z plastu a má vůči základně hranolu sklon v úhlu 30 až 50°. Pod sklem čelní stěny je trapézový plech s otvory, výhodně hliníkový, svrchu natřený černou matnou barvou. Vnitřní prostor trojbokého hranolu, včetně jeho bočních stěn je pokryt hliníkovou fólií se zabudovaným termoregulátorem. Ve vrchní části prostoru trojbokého hranolu je otvor pro potrubí s ventilátorem vyúsťující do vyhřívaného objektu.

Vedle konstrukční optimalizace kolektorů pro solární ohřev je s ohledem na plochy kolektorů zřejmá i snaha po optimalizaci materiálové. V tomto směru jdou pozoruhodná řešení se sekundárním využitím použitých nápojových plechovek. U řešení solárního kolektoru podle francouzského patentu FR 2946130 se ohřívá cirkulující vzduch ve vnitřních prostorech plechovek s odstraněnými horními částmi, popř. kapalina v trubkách soustavou plechovek procházejících.

Kolektor (výměník) pro solární ohřev podle čínské patentové přihlášky CN 1069333 zase využívá soustavu uzavřených plechovek, jejichž vnitřní prostory jsou spojovacími trubkami spojeny do dlouhého potrubního systému, v němž probíhá ohřev procházejícího média.

Při celkovém pohledu na současná zařízení pro solární ohřev vzduchu k vytápění objektů je nutno konstatovat, že přes celou řadu známých řešení se jedná vesměs o zařízení poměrně náročná

- 1 CZ 304148 B6 a nákladná z konstrukčního i materiálového hlediska. Z toho pak vyplývá celá řada výrobních i aplikačních omezení - např. pokud jde o rozměry kolektorů, komplikace při výrobě složitějších konstrukcí apod.

Podstata vynálezu

K odstranění výše uvedených nedostatků přispívá do značné míry zařízení pro solární ohřev vzduchu, zejména k vyhřívání objektů, např. vytápění budov podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že toto zařízení obsahuje v systému přímého ohřevu nebo v systému akumulace zapojený velkoplošný panel solárního ohřevu vzduchu složený z dílčích panelových modulů. Každý z těchto panelových modulů je tvořen kostrou příhradové konstrukce z kovových profilů, na zadní straně a u panelových modulů tvořících okrajové části velkoplošného panelu i na bočních stranách je opatřen uchycenými krycími plechy s alespoň jednou vrstvou tepelné izolace. Každý z panelových modulů má na přední straně v kostře uloženy zasklívací moduly a uvnitř každého panelového modulu jsou umístěny koše vyplněné náhodně uloženými dutými tenkostěnnými tělesy. Panelové moduly v horních, dolních a bočních partiích velkoplošného panelu jsou dále vybaveny na zadní a/nebo boční straně umístěnými vzduchotechnickými prvky.

Dutými tenkostěnnými tělesy v koších panelových modulů jsou s výhodou odpadní plechovky povrchově upravené nátěrem tmavé barvy.

Zasklívacími moduly přední strany panelových modulů jsou s výhodou moduly čirého ditermického dvojskla, při čemž mezi přední stranou košů s dutými tenkostěnnými tělesy a vnitřní stranou přední zasklené plochy panelových modulů je s výhodou vytvořena vzduchová mezera 20 až 80 mm.

Vzduchotechnickými prvky panelových modulů v horních a dolních partiích velkoplošného panelu jsou především vzduchotechnické kanály, jejichž vstupy do panelových modulů, resp. výstupy z panelových modulů jsou vybaveny ovládacími klapkami. Vzduchotechnickými prvky panelových modulů v bočních partiích velkoplošného panelu jsou pak zejména nasávací otvory vybavené ovládacími klapkami.

V systému přímého ohřevu mohou být vstupy vzduchotechnických kanálů v dolních partiích velkoplošného panelu otevřením ovládacích klapek spojeny s výstupy tlakových ventilátorů vzduchotechniky vyhřívaného objektu, zatímco výstupy vzduchotechnických kanálů v horních partiích velkoplošného panelu jsou otevřením ovládacích klapek spojeny se vstupy vzduchotechniky vyhřívaného objektu.

V systému akumulace jsou pak zase otevřeny ovládací klapky nasávacích otvorů v bočních partiích velkoplošného panelu, uzavřeny ovládací klapky výstupů vzduchotechnických kanálů v horních partiích velkoplošného panelu do vstupů vzduchotechniky vyhřívaného objektu a vzduchotechnický kanál je otevřením ovládací klapky spojen se vstupem subsystému tepelného čerpadla s výměníkem.

Hlavní přínosy zařízení podle vynálezu spočívají vtom, že panelové moduly jsou důkladně tepelně izolovány a zaskleny čirým ditermickým sklem. Zachycení sluneční energie zde velmi účinně probíhá na trojrozměrné ploše vložených odpadních plechovek, čímž je dosaženo maximální absorpční plochy i tepelného výkonu (min. 500 kW/m² za rok). V převládajícím pracovním režimu přímé cirkulace je v provozu pouze systém tlakových ventilátorů.

Další výhodou je skutečnost, že při použití nápojových plechovek v drátěných koších zaručuje náhodné rozmístění plechovek příjem plného slunečního svitu bez ohledu na polohu slunce. Sáláním, vedením a odrazem dochází k prohřátí i zadních plechovek.

Nezanedbatelnou výhodou řešení podle vynálezu je také to, že nedochází k tepelnému přehřívání budovy vlivem zařízení.

Konkrétními projevy výše uvedených výhod jsou pak nízká cena, vysoká účinnost a rychlá návratnost investice zařízení. Při výrobě zařízení není třeba žádných speciálních drahých technologií a příliš nehrozí konkurence z jiných zemí kvůli nutnosti dopravy a montáže zařízení. Navíc je zde možnost recyklace nápojových plechovek v množství 200 až 300 kusů na nr plochy panelu. Zařízení podle vynálezu je dále charakteristické vysokou bezúdržbovou životností, snížením emisní zátěže (a související úsporou plateb emisních poplatků) a vhodným využitím ve vysokohorském prostředí.

Přehled obrázků na výkresech

K bližšímu objasnění předmětu vynálezu slouží přiložené výkresy, kde představuje obr. 1 - celkový pohled velkoplošného panelu solárního ohřevu vzduchu, obr. 2 - velkoplošný panel solárního ohřevu vzduchu v systému (režimu) přímého ohřevu, obr. 3 - velkoplošný panel solárního ohřevu vzduchu v systému (režimu) akumulace, obr. 4 - axonometrický pohled na zasklený panelový modul (okrajový) obr. 5 - axonometrický pohled na vnitřek panelového modulu (okrajového).

Příklad provedení vynálezu

Příklad 1

Zařízení pro solární ohřev vzduchu k vytápění budov obsahuje v systému (režimu) přímého ohřevu A (viz obr. 2) zapojený velkoplošný panel i solárního ohřevu vzduchu (viz obr. 1). Tento velkoplošný panel i se základní rozlohou 5000 x 2000 mm se skládá z dílčích panelových modulů 2 (viz obr. 4 a 5).

Každý z těchto panelových modulů 2 je tvořen kostrou 3 příhradové konstrukce z kovových profilů 3.1. Ze zadní strany je kostra 3 tvořena roštem z ocelových profilů T 80 x 50 mm, přední strana je svařena z ocelových profilů 40 x 40 mm. Přední strana je pak se zadní stranou spojena vzpěrami 30 x 30 mm, čímž vznikne pevná příhradová ocelová konstrukce. Na přední straně je přivařen rám na zasklení panelového modulu. Ten je tvořen profilem T 35 x 35 mm.

Na zadní straně a u panelových modulů 2 tvořících okrajové části velkoplošného panelu 1 pak i na bočních stranách jsou na kostrách 3 jednotlivých panelových modulů 2 uchyceny krycí plechy 5 se dvěma vrstvami tepelné izolace na bázi minerální vlny. Izolace je překryta hliníkovou fólií, která slouží jako reflektor tepla.

Na přední straně velkoplošného panelu i jsou v rámečcích zT profilu na kostrách jednotlivých panelových modulů 2 uloženy zasklívací moduly 6 čirého ditermického dvojskla typu Float.

Složení okna je následující: 4 mm sklo, 12 mm prostor vyplněný argonem, 4 mm sklo. Okno je v rámu podloženo měkkou plastovou podložkou a z venkovní strany ukotveno tmelem. Rozměry a uchycení skel jsou zvoleny tak, aby byla ocelová nosná konstrukce uschována pod skly z důvodu minimalizování tepelných úniků z panelu. Čiré sklo je použito kvůli maximální světelné propustnosti.

- J CZ 304148 B6

Uvnitř každého panelového modulu 2 jsou uloženy koše 7 vyplněné náhodně uloženými dutými tenkostěnnými tělesy 8 - odpadními nápojovými plechovkami povrchově upravenými nátěrem tmavé barvy. Koše 7 jsou drátěné o rozměrech 2140 x 980 x 200 mm, z drátu o průmětu 3 mm. Jsou v panelovém modulu 2 rozmístěny nad sebou a uchyceny plastovými pásky na vzpěrách. Systémem náhodného rozložení plechovek umožňuje maximální zachycení světelného záření a jeho další šíření přenosem, sáláním a odrazem do masy plechovek. Hloubka drátěných košů 7 je 200 mm - proto, aby vznikl akumulační masiv, který pohltí maximum světelného záření a má určitou tepelnou setrvačnost. Mezi přední stranou košů 7 s dutými tenkostěnnými tělesy 8 a vnitřní stranou přední zasklené plochy panelových modulů 2 je vytvořena vzduchová mezera 50 mm, sloužící k ochlazování skla.

Na panelových modulech 2 v horních, dolních a bočních partiích velkoplošného panelu 1 jsou umístěny vzduchotechnické prvky 9. V horních a dolních partiích panelu 1 jsou to vzduchotechnické kanály 9.1, jejichž vstupy 9.2 do velkoplošného panelu i a výstupy 9.3 z velkoplošného panelu i jsou vybaveny ovládacími klapkami 11. Vzduchotechnickými prvky 9 v bočních partiích velkoplošného panelu 1 jsou nasávací otvory 9.4 vybavené rovněž ovládacími klapkami JJ_.

V systému (režimu) přímého ohřevu A (viz obr. 2) jsou vstupy 9.2 vzduchotechnických kanálů 9.1 v dolních partiích velkoplošného panelu 1 otevřením ovládacích klapek 11 spojeny s výstupy tlakových ventilátorů vzduchotechniky vyhřívaného objektu, zatímco výstupy 9.3 vzduchotechnických kanálů 9.1 v horních partiích velkoplošného panelu 1 jsou otevřením ovládacích klapek UL spojeny se vstupy vzduchotechniky vyhřívaného objektu.

Příklad 2

Zařízení pro solární ohřev vzduchu k vyhřívání objektů obsahuje v systému (režimu) akumulace B (viz obr. 3) zapojený velkoplošný panel i solárního ohřevu. Konstrukce panelu i i jeho dílčích panelových modulů 2 je shodná s příkladem 1.

V systému (režimu) akumulace B (viz obr. 3) jsou otevřeny ovládací klapky 11 nasávacích otvorů 9.4 v bočních partiích velkoplošného panelu i, uzavřeny ovládací klapky ii výstupů 93 vzduchotechnických kanálů 9.1 v horních partiích velkoplošného panelu i do vstupů vzduchotechniky vyhřívaného objektu a vzduchotechnický kanál 9.1 je otevřením ovládací klapky JJ_ spojen se vstupem subsystému tepelného čerpadla 12 s výměníkem J_3.

Přepínání systémů (režimů) je řízeno regulací a řešeno změnou polohy klapek 11 a zapínáním ventilátorů případně tepelného čerpadla 12. Regulace je nastavena tak, aby zařízení pracovalo s maximálním využitím přímého ohřevu vzduchu. Přechod na režim ohřevu tepelného čerpadla nastane až po snížení tepelného výkonu panelu. Tento režim je v chodu, pokud je teplota v panelu minimálně 20 °C. Při slunečním počasí je možno tuto teplotu dosáhnout i při venkovní teplotě -10 °C. Režim využití tepelného čerpadla je regulací zvolen pokud:

a) v budově je dostatečné teplo,

b) teplota panelu klesla pod teplotu požadovanou v budově,

c) jestliže teplota panelu je větší než 70 °C.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení pro solární ohřev vzduchu, zejména k vyhřívání objektů, např. vytápění budov, vyznačující se tím, že obsahuje v systému přímého ohřevu (A) nebo v systému akumulace (B) zapojený velkoplošný panel (1) solárního ohřevu vzduchu složený z dílčích panelových modulů (2) s tím, že každý z těchto panelových modulů (2) je tvořen kostrou (3) příhradové konstrukce z kovových profilů (3.1), na zadní straně a u panelových modulů (2) tvořících okrajové části velkoplošného panelu (1) i na bočních stranách je opatřen uchycenými krycími plechy (5) s alespoň jednou vrstvou tepelné izolace, na přední straně má v kostře (3) uloženy zasklívací moduly (6) a uvnitř každého panelového modulu (2) jsou umístěny koše (7) vyplněné náhodně uloženými dutými tenkostěnnými tělesy (8), při čemž panelové moduly (2) v horních, dolních a bočních partiích velkoplošného panelu (1) jsou dále vybaveny na zadní a/nebo boční straně umístěnými vzduchotechnickými prvky (9).
2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dutými tenkostěnnými tělesy (8) v koších (7) panelových modulů (2) jsou odpadní plechovky povrchově upravené nátěrem tmavé barvy.
3. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že zasklívacími moduly (6) přední strany panelových modulů (2) jsou moduly čirého ditermického dvojskla.
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mezi přední stranou košů (7) s dutými tenkostěnnými tělesy (8) a vnitřní stranou přední zasklené plochy panelových modulů (2) je vytvořena vzduchová mezera 20 až 80 mm.
5. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že vzduchotechnickými prvky (9) panelových modulů (2) v horních a dolních partiích velkoplošného panelu (1) jsou vzduchotechnické kanály (9.1), jejichž vstupy (9.2) do panelových modulů (2) velkoplošného panelu (1), resp. výstupy (9.3) z panelových modulů (2) velkoplošného panelu (1) jsou vybaveny ovládacími klapkami (11) a že vzduchotechnickými prvky (9) panelových modulů (2) v bočních partiích velkoplošného panelu (1) jsou nasávací otvory (9.4) vybavené ovládacími klapkami (11).
6. Zařízení podle nároků 1 a 5, vyznačující se tím, že v systému přímého ohřevu (A) jsou vstupy (9.2) vzduchotechnických kanálů (9.1) v dolních partiích velkoplošného panelu (1) Otevřením ovládacích klapek (11) spojeny s výstupy tlakových ventilátorů vzduchotechniky vyhřívaného objektu, zatímco výstupy (9.3) vzduchotechnických kanálů (9.1) v horních partiích panelu (1) jsou otevřením ovládacích klapek (11) spojeny se vstupy vzduchotechniky vyhřívaného objektu.
7. Zařízení podle nároků 1 a 5, vyznačující se itím, že v systému akumulace (B) jsou otevřeny ovládací klapky (11) nasávacích otvorů (9.4) v bočních partiích panelu (1), uzavřeny ovládací klapky (11) výstupů (9.3) vzduchotechnických kanálů (9.1) v horních partiích panelu (1) do vstupů vzduchotechniky vyhřívaného objektu a vzduchotechnický kanál (9.1) je otevřením ovládací klapky (11) spojen se vstupem subsystému tepelného čerpadla (12) s výměníkem (13).