FI64005C - Energiuppsamlare - Google Patents

Description

6 4 CCS

ENERGIAN KERÄIN

Keksinnön kohteena on energian keräin, joka käsittää säteilyä läpäisevän levymäisen osan, säteilyä absorboivan osan, joka edullisimmin muodostuu tummapintaisesta aaltomaisesta tai vastaavasta profiililevyrakenteesta,ja lämpöä eristä-5 vän osan.

Auringosta saatavaa suoraa tai hajasäteilyenergiaa voidaan hyödyntää monin tavoin. Auringon säteilyenergian keräämiseksi on kehitetty suuri joukko toimintavoiltaan toisistaan poikkeavia laitteita. Auringon säteilyenergian keräili) met ovat usein tasomaisia laitteita. Keräimen kautta kierrätetään ilmaa tai nestettä, joka sitoo auringon lämpöä itseensä. Tätä lämpöenergiaa käytetään hyväksi joko suoraan tai lämpövaraajan kautta esim. asuin- ym. tilojen ja/tai käyttöveden lämmitykseen.

15 Yksinkertaisia keräimiä, joissa ilma toimii energiaa siir tävänä väliaineena, tunnetaan ainakin neljää tyyppiä, joissa 1) ilmaa kierrätetään mustan absorptiopinnan alapuolella olevassa kanavistossa, 20 2) ilmaa imetään mustassa absorptiopinnassa olevan rei'i- tyksen läpi, 3) ilmaa kierrätetään läpinäkyvän katteen ja mustan absorptiopinnan välisessä kanavistossa ja 4) ilmaa kierrätetään mustan absorptiopinnan alapuolella 25 olevassa kanavistossa ja läpinäkyvän katteen ja .absorp tiopinnan välisessä kanavistossa.

Näissä tunnetuissa keräintyypeissä läpinäkyvän säteilyä läpäisevän osan eli katteen muodostaa yleensä lasilevy tai muovilevy. Kanavat on rakennettu puukoolausten, profiloi-30 tujen katto- tai seinäverhoukseen tarkoitettujen levyjen tai muiden listojen varaan. Keräimen pohja tai absorptio-pinta on tehty puukuitu- tai muista vastaavista levyistä.

2 6-:005

Profiililevyä on myös käytetty yhdistettynä pohjana ja absorptiopintana. Kanavistojen lämmöneristykseen käytetään yleensä mineraalivillaa, joka tarvitsee omat tuki- ja kiinnitysrakenteensa.

5 Keräimiä suunniteltaessa ja rakennettaessa pyritään yleensä hyvään hyötysuhteeseen ts. mahdollisimman suuri osa auringon säteilyenergiasta pyritään käyttämään hyödyksi. Edellä esitetyille keräintyypeille on ominaista lähes poikkeuksetta hyötysuhteen ja kustannusten välinen risti-10 riita. Kohtien 1 ja 2 keräimien kustannukset ovat kohtuulliset, mutta hyötysuhteet jäävät hyvin vaatimattomiksi.

Näin on usein laita varsinkin pienillä ilmanvirtausnopeuk-silla. Kohdan 3 ratkaisulla päästään edellisiä parempaan hyötysuhteeseen, mutta kustannukset ovat suuremmat, koska 15 absorptiopinnan alla tarvitaan runsaasti lämpöeristettä.

Kohdan 4 ratkaisulla päästään parhaimpaan hyötysuhteeseen myös pienillä virtausnopeuksilla, mutta ratkaisu on myös kallein monikerroksisen koolauksen ja kanavistorakenteen tähden.

20 Nykyisten keräinrakenteiden haittapuolista voidaan todeta lyhyesti seuraavaa. Keräinten käyttö rajoittuu ajallisesti tilanteisiin, jolloin auringon säteilyenergiaa on riittävästi saatavilla; siis lähinnä kevät- ja kesäpäiviin. Muulloin keräintä ei käytetä. Keräin muodostuu monimutkai-25 seksi ja kalliiksi pyrittäessä hyvään hyötysuhteeseen.

Tunnetut keräimet ovat pääosin rakennukseen liitettäviä erillisiä rakenteita, jotka eivät muodosta olennaista osaa itse rakennuksesta.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada rakenteeltaan yksin-30 kertainen uuden tyyppinen aurinkoenergian keräin, jolla voidaan välttää mm. edellä esitetyt epäkohdat. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaiselle aurinkoenergian keräi-melle tunnusomaista patenttivaatimuksessa 1 esitetyt seikat.

6400 5 3

Keksinnön suurimpina etuina voidaan todeta seuraavaa. Hyötysuhde on suhteellisen korkea; keräin vastaa edellä mainituista tyypeistä viimeistä. Keräimen rakenne on erittäin yksinkertainen ja se on helppo kiinnittää alustaansa.

5 Keräin muodostaa rakennuksen rakenteellisen osan. Keräimen kanavistoa voidaan muunnella tarpeen mukaan. Normaali aurinkoenergian keräin voidaan helposti muuttaa lämmön-vaihtimeksi ja taas takaisin. Erityisen hyvin keräin soveltuu seinään asennettavaksi, jolloin se toimii samalla sei-10 nän ulkoverhouksena. Seinäkeräimen yhteyteen voidaan asentaa myös ikkunoita.

Seuraavassa keksintöä ja sillä saavutettavia muita etuja selitetään yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin piirustuksiin .

15 Kuvio 1 esittää erästä keksinnön mukaisen seinäkeräimen poikkileikkausta, jossa lämpöeristeenä ja kantavana rakenteena on käytetty kevytbetonia Kuvio 2 esittää erästä keksinnön mukaisen ikkunalla varustetun seinäkeräimen poikkileikkausta, jossa lämpö-20 eristeenä on mineraalivilla ja kantavana rakenteena puukoolaus

Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen seinäkeräimen erästä sovellutusesimerkkiä edestä katsottuna kanaviston pään kansiluukku poistettuna 25 Kuvio 4 esittää leikkausta kuvion 3 mukaisesta seinäkeräi-mestä kansi luukun kohdalta

Kuvio 5 esittää keksinnön mukaisen absorboivan profiili-levyn erästä profilointimallia Kuvio 6 esittää keksinnön mukaisen absorboivan profiili-30 levyn erästä toista profilointimallia.

Kuvion 1 mukaisesta kaaviollisesta esityksestä selviää keräimen sijainti seinäkokonaisuudessaan sekä läpinäkyvän katteen 1 ja profiililevyn 2 kiinnitystäpä sekä eräs keräimen pohjarakenteen 7 toteutustapa. Pohjarakenne 7 35 muodostuu keräimen poikkileikkauksen levyisestä kevytsora-harkkomuurista, joka on kiinnitetty muuraamalla ja 4 64005 tartunnoilla perusmuuriin tai sokkelipalkkiin. Rakenteella saavutetaan yhtenäinen näkö ulospäin sekä lämpöeristysvai-kutus. Rakennemateriaali voi olla myös muuta, kunhan keräi-men alimman kanavan tiiviys tältä osin varmistetaan.

5 Profiililevy 2 kiinnitetään seinän 10 puoleisista harjoistaan nauloilla tai ruuveilla 4 kevytbetoniharkkoseinään 10. Kiinnityskohdan väliin asennetaan koko profiililevyn 2 pituudelle lämpöeriste-/tiivistysnauha 5, joka estää lämmön suoran johtumisen seinään 10 sekä estää ilman vuotamisen 10 kanavasta toiseen. Auringon säteilyä läpäisevä, läpinäkyvä kate kiinnitetään peltiruuvein 3 profiililevyyn 2 ja tiivistetään kuten edellä. Keräimen yläreunaan asennetaan verholevy 6, jonka alareuna kiinnittyy läpinäkyvän katteen 1 yläreunan päälle.

15 Läpinäkyvän katteen 1 ja seinäosan 10 väliin jää tila, joka muodostuu korkeusuunnassa sisä- 8 ja ulkopuolisten 9 kanavien riviksi, jotka kanavat ovat poikkileikkaukseltaan kolmionmuotoisia. Absorptiopinta eli profiililevy jakaa näin ollen keräimen kahteen kanavistoon, joissa ilmaa on 20 mahdollista kierrättää ja näin päästä mahdollisimman hyvään hyötysuhteeseen lämpöenergian talteenotossa. Profiililevyn 2 taitteiden eli harjojen profiilikulmia on merkitty a:11a ja ne ovat kuviossa mielivaltaisesti valittu. Tähän palataan tarkemmin kuvioiden 5 ja 6 yhteydessä. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Kuvion 2 mukainen kaaviollinen esitys poikkeaa kuviosta 1 2 vain kantavan seinärakenteen osalta. Kuvion 1 kevytbetoni- 3 seinän 10 tilalla kuviossa 2 on puukoolaus 11 kantavana 4 rakenteena, sisäverhous ja kosteussulku 12, mineraalivilla- 5 lämpöeristys 13 sekä tuulensuojalevy 14. Kuviosta käy 6 selville, ettei ko. seinärakenteessa normaalisti käytettä 7 viä tuuletusvälikoolausta ja ulkoverhousta tarvita, vaan ne 8 on korvattu keräinrakenteella, jossa absorboiva profiilile 9 vy 2 muodostaa tuuletusvälin ja läpinäkyvä kate 1 ulko 10 verhouksen. Profiililevyn 2 kiinnitys seinän puolelta 11 vaatii puukiinnitykseen sopivat naulat tai ruuvit 15, jotka 5 6 4 O C 5 kiinnitetään koolauksen 11 kuvassa näkymättömiin pystysuoriin juoksuihin tuulisuojan 14 lävitse. Mikäli lämpö-eriste/ tiiviste 5 ei puristu koolausten väliltä tiiviiksi niin kiinnitys tapahtuu myös tuulisuojaan 14.

5 Kuvion 2 mukainen seinäkeräin on myös varustettu ikkunalla 16, jossa ei ole vesisuojausta eikä muita normaalisti tarvittavia listoituksia. Valon saamiseksi ikkunaan profiili-levyyn 2 tehdään ikkunan 16 kokoinen aukko. Aukko katkaisee kanaviston, jolloin, jos käytetään vain seinän sisäpuolisia 10 kanavia, voidaan ulkopuolisiin asentaa aukon sivuihin päätylevyt 17 ilman sekoittumisen estämiseksi uiko- ja sisäpuolisten kanavaryhmien välillä. Tällöin kuitenkin myös ilman virtaus suljetuissa kanavissa estetään, mikä pienentää tehollista konvektiopinta-alaa esim. keräintä käytettä-15 essä lämmönvaihtimena. Pelkästään aurinkoenergian keräyksessä ja käytettäessä sisäpuolisia kanavia virtausteinä ei ulkopuolisten kanavien sulkemisella ole negatiivisiä vaikutuksia. Ikkunan kokoinen lasi voidaan asentaa ja listoittaa myös ikkuna-aukon kohdalle läpinäkyvään katteeseen 1 tehtä-20 vään aukkoon, jolloin ulkoapäin katsoen ikkuna näyttää tavanomaiselta ja myös valo pääsee normaalisti ikkunan läpi.

Kuviot 3 ja 4 esittävät erästä keksinnön mukaista seinä-keräintä. Kuvion 3 esittäessä keräintä edestäpäin katsottuna yläreunasta saranoitu seinän korkuinen ja läpinäkyvän kat-25 teen 1 päätyreunan ja kanaviston päätylevyn 20 välisen tilan levyinen kansiluukku 23 poistettuna sekä kuvion 4 esittäessä keräimen poikkileikkausta aukkojen 21 ja 22 kohdalta. Tasainen, jäykkyytensä säilyttävä esim. vesivane-rista valmistettu kate 23 on saranoitu tai vastaavasti 30 kiinnitetty yläreunastaan keräimen yläreunaan tai rakennuksen kattorakenteisiin. Kuviossa 3 nähdään seinän 10 lävitse johtavat kanavat 21 ja 22. Keräimen sisempi ilmankierrätys-kanavisto muodostuu kahden kanavan ryhmistä, joita päistään rajoittavat päätylevyt 20, ulkopuolisen kanaviston katkai-35 seva väliseinä 19, ohjainlevyt 18 ja kate 23. Ohjainlevyt 6 64005 18 voivat olla erillisiä levyjä tai profiililevyn 2 päähän leikkaamalla aikaansaatuja jatkeita.

Kuvioiden 3 ja 4 mukaisesti kahden kanavan ryhmät toteutetaan kolmella ohjainlevyllä 18, joista kaksi on kuvioissa 5 näkyvissä ja kolmas kanavisto toisessa päässä korkeussuunnassa kanaviston keskellä. Väliseinä 19 muodostuu käytännössä sarjasta kolmionmuotoisia levyjä, jotka on asennettu jokaisen ulkopuolisen kanavan päähän.

Kuvattu seinäkeräin toimii ainakin kahdella tavalla. Kun 10 kate 23 on tiiviisti suljettu keräimen muun osan päälle, ilmaa kierrätetään auringon sätei]yenergiaa hyödyntävän rakennuksen ja keräimen sisäpuolisen kanaviston välisenä suljettuna kiertona. Kun kate 23 avataan kuvan 4 pistekat-koviivoin esittämällä tavalla, ilmaa johdatetaan koko kana-15 viston poikkileikkauksen pinta-alalle, josta se edelleen imetään kanaviston toisen pään avatun katteen sulkemasta aukosta rakennuksen sisään. Ko. toisen pään kate voi olla katteen 23 mukainen mikäli jatkuva seinä liittyy kohtisuoraan energiaseinään tai muunlainen, jos seinä jatkuu ener-20 giaseinän suuntaisena.

Suljetun kierron tapauksessa kate 23 painuu tiiviisti päätylevyn 20 ulkoreunaa, väliseinän 19 ulkoreunaa, ohjainle-vyn 18 ulkoreunaa 18a vasten. Näin on aikaansaatu sisemmille kanaville pakko-ohjattu kiertosuunta ja ohjainlevyjen 18 25 lukumääriä ja paikkoja molemmissa päissä muuttelemalla saadaan ilma kiertämään suuntaan ja toiseen halutussa sisä-kanavalukumäärässä.

Ilman kierto tapahtuu seuraavasti. Kanavasta 21 virtaa puhaltimella aikaansaadun imun tai paineen avulla huone-30 tilassa jäähtynyt tai lämpövaraajan avulla jäähdytetty ilma tässä tapauksessa kahteen alimpaan sisempään kanavaan, joita myöten se se virtaa keräimen toiseen päähän, josta se palaa ohjainlevyjen 18, väliseinän 19 ja päätylevyn 20 ohjaamana takaisin kahta seuraavaa ylempää kanavaa pitkin 35 sitoen itseensä lämpöä profiililevyn 2 kuumista pinnoista.

64005 7

Ilma kiertää kahden kanavan ryhmissä keräimen päästä päähän edestakaisin, kunnes lämmenneenä poistuu kanavasta 22 rakennuksen sisäpuolelle hyödynnettäväksi aloittaen jäähtyneenä kanavan 21 kautta uuden kierroksen.

5 Kun seinäkeräintä käytetään kansiluukku 23 avattuna pääsee ilma virtaamaan kanaviston toisessa päässä esim. puhalti-mella aikaansaadun imun vaikutuksesta päätylevyn 20 ja väliseinärakenteen 19 välisestä tilasta koko sisäpuoliseen kanavistoon sekä väliseinärakenteen 19 ja läpinäkyvän kat-10 teen 1, reunan välisestä tilasta ulkopuoliseen kanavistoon sitoen lämpöenergiaa itseensä absorboivan pinnan 2 molemmin puolin. Ratkaisulla saadaan aikaan yksinkertaisesti suuri kanaviston poikkileikkauksen pinta-ala tilanteessa, jossa käytetään suuria ilmamääriä, mutta sen lämpötilassa tarvi-15 taan vain muutaman asteen nousu, kuten asian laita on esim. viljan kylmäilmakuivauksessa.

Kuvioiden 3 ja 4 seinäkeräintä voidaan käyttää pienin muutoksin edellä esitetyn lisäksi kylmällä ilmalla lämmönvaih-timena. Kun rakennuksen ilmanvaihdon yhteydessä lämmin 20 sisäilma puhalletaan keräimen ulkopuolista kanavistoa pitkin ulos ja vastaavasti raitis ulkoilma otetaan sisäpuolista kanavistoa pitkin sisään, niin tällöin voidaan ottaa talteen melkoinen osa siitä lämpömäärästä, jonka sisäilma sisältää, samalla osa seinärakenteen läpi karanneesta lämmöstä saa-25 daan talteen. Auringosta saatava pienikin säteilyenergia tulee myös hyödynnettyä.

Seinäkeräintä lämmönvaihtimena käytettäessä läpinäkyvän katteen 1 tulisi nyt edullisimmin olla kaksinkertainen ja ilmavälillä varustettu pyrittäessä mahdollisimman korkeaan 30 hyötysuhteeseen. Kansiluukku 23 voidaan rakentaa suorakaiteen muotoiseksi torveksi, jonka yhtenä sivuna toimii itse kate 23 (kuvio 3) ja jonka torven kapeat sivut nostavat ulommaisen sivun läpinäkyvään katteeseen 1 nähden ulospäin. Kun katteesta 23 (kuvio 3) väliseinän 19 ja läpinäkyvän 35 katteen 1 reunan väliseltä'osalta poistetaan suikale, avautuu virtaustie keräimen ulkopuoliseen kanavistoon. Vastaava 640C5 8 suikale poistetaan keräimen toisen reunan katteesta 23, jolloin virtaustie ulos avautuu. Torvimainen kansiluukku on edelleen avattavissa kuten normaalissa keräimessä.

Poistoilmakanavaan 21 voidaan asentaa säätöluukku tai 5 vastaava, jonka avulla ilma voidaan ohjata suljettuun aurinkokeräintä käyttävään kiertoon tai lämmönvaihdin kiertoon tai molempia hyväksikäyttävään säädettävään sekakier-toon. Raitis ilma rakennukseen imetään keräimen sisemmän kanaviston kautta esim. sopivin reikä/luukkujärjestelyin.

10 On huomattava, että normaali aurinkokeräin voidaan edellä-kuvatuin lisävälinein vaivattomasti muuttaa lämmönvaihti-meksi.

Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty eräitä edullisia absorboivan profiililevyn 2 harja- tai taitekulman a vaihtoehtoja.

15 Suuri harjakulma a (kuvio 5) soveltuu hyvin auringon ener-giankeräimeen. Periaatteessa se saa olla suuruudeltaan säteilyä läpäisevän katteen sallittu kiinnitysväli. Harja-kulmaan vaikuttaa luonnollisesti myös profiililevyn korkeus, joka kasvaessaan pienentää kulmaa, jos katteen kiinnitys-2Q väli on vakio.

Jos keräintä käytetään myös lämmönvaihtimena on edullista käyttää suhteellisen pieniä harjakulmia a (kuvio 6), jolloin konvektiopinta saadaan suureksi. Tällöin profiililevyn kiinnitystä ei tarvitse tehdä joka taitteesta alustaan eikä 25 myöskään katetta tarvitse kiinnittää joka taitteeseen.

Auringon säteilyä läpäisevänä katteena 1 voidaan käyttää keksinnön mukaisissa keräimissä yksi- tai kaksikerroksista lasilevyä, lasikuituvahvisteista muoviprofiilia, akryyli-muovilevyä ja halvimpana vaihtoehtona tavallista tai kudos-30 vahvistettua muovikelmua, joka on helppo uusia tarvittaessa. On huomattava, että katteen rikkoutuminen ei aiheuta seu-raushaittoja; esim. kosteusvaurioita, koska absorboiva profiililevy voi toimia ulkoverhouksena normaalin seinä- 9 64GC 5 pinnan tai vastaavan tavoin. Profiililevy on myös helppo puhdistaa esim. katteen vaihdon yhteydessä.

Säteilyä absorboiva osa muodostuu edullisimmin tummapintaisesta tai mustasta aaltomaisesta tai vastaavasta profiili-5 levyrakenteesta. Sen materiaaliksi soveltuu mikä tahansa metallinen (teräs, alumiini, kupari) ohutlevy.

Edellä keksintöä on selitetty lähinnä vain yhteen sen edulliseen suoritusesimerkkiin viittaamalla. On tietysti selvää, ettei keksintöä ole tarkoitus millään tavoin rajoittaa vain 10 mainittua esimerkkiä koskevaksi.

Keksinnön mukainen aurinkoenergian keräin voidaan sijoittaa myös esimerkiksi katolle. Tällöin katemateriaali on luonnollisesti valittava olosuhteet huomioiden sopivasti.

Keräin voidaan asentaa suoraan sellaisille kattopinnoille, 15 joissa lämpöeriste on tarkoitus asentaa suoraan vesikatteen alle.

Claims (7)

1. 640C 5
2. 1. Energian keräin» erityisesti aurinkoenergiankeräin, joka käsittää säteilyä läpäisevän levymäisen osan (1), säteilyä absorboivan osan (2), joka edullisimmin muodostuu tummapintaisesta profiililevyrakenteesta ja lämpöä eristävän 5 osan (10)» jossa keräimessä profiililevy (2) on asennettu säteilyä läpäisevän levymäisen osan (1) ja lämpöä eristävän osan (10) väliin» tunnettu siitä» että profiililevy (2) on harjoiltaan hyvin kapea ja että profiililevyn harjat jakavat välitilan vuorottaisiin sisäpuolisiin eli lämpöä 10 eristävän osan (10) puoleisiin ja ulkopuolisiin eli levymäisen osan (1) puoleisiin kanaviin, joista kanavista ainakin sisäpuoliset (8) on yhdistettävissä yhden tai useamman kanavan ryhmiin sopivin levyin (18» 20) tai vastaavin, jolloin ilmaa voidaan kierrättää sisäpuolisten ja/tai ulkopuolisten 15 kanavaryhmien kautta ja että profiililevy (2) ainakin kana-varyhmien väliltä ön harjoistaan ilmatiiviisti eristetty lämpöerlste/tiivistenauhalla (5) sekä säteilyä läpäisevästä levymäisestä ösasta (1) että lämpöä eristävästä osasta (10). 20 2· Patenttivaatimuksen 1 mukainen keräin, tunnettu siitä, että lämpöä eristävänä osana toimii suoraan rakennuksen tai vastaavan tilan ulkopinta, jota el ole ulkoverhoiltu tai vastaavasti käsitelty.
3. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen keräin, t u n -25 n e t t u siitä, että sisäpuoliset kanavat (8) on yhdistetty yhden tai useamman kanavan ryhmiin, joita rajoittavat päätylevyt (20), ulkopuolisen kanaviston katkaiseva väliseinä (19), ohjainlevyt (18) ja edellisten ulkoreunoja vasten tiiviisti asettuva kansilevy (23).
4. 4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen keräin, tun nettu siltä, että sisäpuoliset kanavat (8) on yhdistetty toisesta päästään kanavaan (22), jota kautta ilmaa li 6 4005 Imetään rakennukseen ja toisesta päästään ulkoilmaan ja ulkopuoliset kanavat (9) on yhdistetty toisesta päästään kanavaan (21), jota kautta ilmaa puhalletaan ulos rakennuksesta ja toisesta päästään myös ulkoilmaan, jolloin keräin 5 toimii myös lämmönvaihtimena.
5. 5. Patenttivaatimuksen 2, 3 tai 4 mukainen keräin, tunnettu siitä, että lämpöä eristävänä osana toimii rakennuksen seinäpinta (10, 14), jota ei ole ulkoverhoiltu ja jonka seinäpinnan ulkoverhouksen kerääjä muodostaa.
6. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen keräin, tunnettu siitä, että profiililevy (2) on asennettu rakennuksen seinäpinnalle niin, että sen harjat ovat likipitäen vaakasuunnassa.
7. 7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen keräin, tunnettu 15 siitä, että kanaviston pään kansi ja aukon sadesuoja eli kate (23) on saranoitu tai vastaavasti kiinnitetty yläreunastaan keräimen yläreunaan tai vastaavaan. 1 2 3 4 5 Jokin edeltävän patenttivaatimuksen mukainen keräin, 2 tunnettu siitä, että se koostuu keräimestä, jonka 3 20 profiililevyyn (2) on järjestetty ikkunaa (16) vastaava 4 aukko ja ulkopuolisiin kanaviin aukon kohdalle on asennettu 5 päätylevyt (17). 6 4 0 0 5