HRP20201784A1 - Toplozračni solarni panel - Google Patents

Abstract

Toplozračni solarni panel spada u podskupinu bezstaklenih toplozračnih kolektora, namijenjen je za poboljšanje energetske učinkovitosti stambenih i nestambenih zgrada a postiže se ugradnjom na osunčane zidova i na kose krovove. Temeljna funkcija panela je kvalitetna arhitektonsko dekorativna limena ovojnica s debelom negorivom toplinskom izolacijom a za sunčana vremena i toplozračno solarno zagrijavanje prostorija te ventiliranje ovojnice i ventiliranje prostorije. Ovime se mogu ispuniti temeljni zahtjevi i propisi koncepta gotovo nulte energetske gradnje, „nZEB“, jer debela toplinska izolacija smanjuje energiju potrebnu za zagrijavanje prostorija a ona se ostvaruje primjenom obnovljivog izvora, energije sunca. Bez spojnih cijevi za zrak, panel se može ugraditi na dijelove ovojnice zgrade bez solarnog zagrijavanja ali se zadržava temeljna funkcija toplinski izolirane ovojnice zgrade s ventiliranjem panela.

Description

Područje na koje se izum odnosi

Predmet izuma je nova konstrukcija toplozračnog solarnog panela za ugradnju na osunčane zidove i kose krovove stambenih i nestambenih zgrada radi povećanja energetske učinkovitosti primjenom obnovljivog izvora solarne energije. Prema međunarodnoj klasifikaciji patenata, izum spada u područje F24J2/04: Upotreba sunčeve topline, kolektori s vođenjem radnog medija kroz kolektor.

Tehnički problem

Mnoge stambene i nestambene zgrade, zbog nedovoljne toplinske izolacije, troše previše energije za njihovo zagrijavanje u zimskom periodu a u ljetnom periodu za hlađenje. Zbog toga su uvedeni novi tehnički propisi i zakoni za energetsku učinkovitost zgrada sukladno strategiji gotovo nulte energetske gradnje, „nZEB“, kojom se ograničava energija za zagrijavanje prostorija i uvodi obveza primjene obnovljivih izvora energije.

Stanje tehnike

Pored razvoja odvojenih solarnih kolektora, razvijaju se i solarni (sunčevi) kolektori (pretvornici) integrirani u osunčane dijelove zgrada (Building Integrated Solar Collectors) a to je u krov, solarni krovovi (Solar roofs) i u fasadu, solarne fasade (Solar Facades). Oni još uključuju učinkovitu toplinsku izolaciju, dekorativan izgled i ventiliranje. Osnovna podjela takovih kolektora je na fotonaponske, toplovodne i na toplozračne, koji se dijele i na ostakljene (glased) i neostakljene (glassles, opaque).

Toplozračna ostakljena solarna fasada (EP2520870) sastoji se od okvira izrađenog od šupljih aluminijskih profila s ugrađenim kuglastim trosmjernim ventilima za usmjeravanje zraka. Na okvir je pričvršćena brtva i prozirno staklo a ispod njega zračni kanal te apsorpcijska ploča i tanka toplinska izolacija. Za sunčana vremena apsorbirana toplina zagrijava zrak u zračnom kanalu, koji se prirodnim toplinskim uzgonom diže prema gornjem dijelu zračnog kanala te kroz gornju spojnu cijev ulazi u prostoriju a hladniji zrak iz donjeg dijela prostorije kroz donju spojnu cijev ulazi u zračni kanal i na taj se način ostvaruje prirodno cirkuliranje zraka i prijenos topline u prostoriju, što je princip tzv. pasivnog solarnog kolektora. Paneli se na zid zgrade pričvršćuju pomoću nosivih profila i nosive podkonstrukcije, koja je vijcima i ulošcima pričvršćena na vanjsku stranu zida zgrade.

Kod neostakljenog toplozračnog solarnog modula (US8863741) na prednjoj strani su orebreni cijevni profili u kojima se zagrijava zrak te pomoću ventilatora usmjerava u zagrijavanu prostoriju. Zbog vanjskog izgleda, modul nema estetski izgled za ovojnicu zgrade. Posebna podvrsta kolektora (EP3371522) je od perforiranog profiliranog metalnog lima, pa vanjski zrak prolazi kroz male rupice u zračni kanal uvučen podtlakom jakog ventilatora iz sustava centralnog ventiliranja, grijanja i klimatizacije. Zato je ta vrsta kolektora namijenjene za velike prostorije (trgovačkih centara i proizvodnih hala) a ne za individualne manje prostorije. Takova solarna fasada služi za stalnu dobavu svježeg vanjskog zraka a za sunčana vremena još i za uvođenje solarne topline za dopunjavanje osnovnog grijanja.

Izlaganje suštine izuma

Razvijeni toplozračni solarni panel spada u podvrstu neostakljenih jer je prednja ploča ravna limena. U usporedbi s postojećim konstrukcijama toplozračnih solarnih panela, razvijeni panel na prednjoj strani nema prozirnu staklenu ploču, kod koje postoji rizik loma i pada na površinu ispred zgrade, nego ima čvrsti limeni okvir (5), odabrane arhitektonske apsorpcijske boje, pa se panel može ugraditi na zid ili na kosi krov zgrade bez takova rizika. Umjesto okvira od aluminijskih profila, okvir panela formira se savijanjem i spajanjem tanke limene ploče u čvrsti okvir (5) u kojega se ugradi debela negoriva toplinska izolacija (7), što nije slučaj kod ostalih vrsta solarnih kolektora. Panel ne zahtijeva noseće profile niti noseću podkonstrukciju, kao ostale vrste solarnih kolektora, jer je panel izravno čvrsto spojen s razdjelnikom zraka (10) i sa sabirnikom zraka (3) i s njima spojne cijevi za zrak (13 i 23), koje nose panel u zidu zgrade (8) a vijčani zatezači (15 i 22) pričvršćuju panel uz zid ili na kosi krov s unutarnje strane zida. Razdjelnik zraka (10) i sabirnik zraka (3) imaju istu širinu kao i okvir panela (5) i zračni kanal (6), što omogućava jednoliki raspored zraka po cijeloj širini zračnog kanala (6) a ne samo po sredini zračnog kanala. Na otvorima razdjelnika i sabirnika zraka (10 i 3) ugrađene su brtvene zaklopke (9 i 4), pogonjene linearnim aktuatorima (21 i 17) sa spojnim šipkama za usmjeravanje zraka kroz zračni kanal (6). Otvorena donja brtvena zaklopka (9) omogućava prolaz zraka iz prostorije, kroz donju spojnu cijev za zrak (23) i razdjelnik zraka (10) u zračni kanal (6) a zatvorena ta zaklopka omogućava prolaz vanjskog zraka od ulaza (12) u zračni kanal (6). Otvorena gornja brtvena zaklopka (4) omogućava prolaz zraka iz zračnog kanala (6) u sabirnik zraka (3) te kroz gornju spojnu cijev (13) i jednosmjernu zaklopku (16) u prostoriju a zatvorena ta zaklopka omogućava prolaz zraka iz zračnog kanala (6) do otvora za izlaz zraka (1) iz panela. Za sunčana vremena u zračnom kanalu (6) se zagrijava zrak i ostvaruje prirodni toplinski uzgon zraka, koji omogućava prirodno cirkuliranje zagrijanog zraka u funkciji tzv. pasivnog solarnog kolektora. Ugrađeni ventilator (25) pojačava cirkuliranje zraka u zračnom kanalu i time pojačava prijenos topline u funkciji tzv. aktivnog solarnog kolektora, što uspoređivani panel nema mogućnost. Priključak ventilatora (25) može biti izravno na fotonaponski modul (2) ili na električnu mrežu prostorije preko termostata (19) i osjetila temperature (18). Pomoću dvije brtvene zaklopke (4 i 9), za usmjeravanje zraka, mogu se ostvariti 4 načina primjene panela: solarno zagrijavanje prostorije unutarnjim zrakom (crtež 2a), solarno zagrijavanje prostorije vanjskim zrakom (crtež 2b), ventiliranje panela (crtež 2c) i ventiliranje prostorije (crtež 2d). Panel se može ugraditi na vanjski zid ili na kosi krov zgrade (crtež 3). Debela negoriva toplinska izolacija smanjuje toplinsku energiju za zagrijavanje prostorija a solarno zagrijavanje prostorije ispunjava zahtjev da se za zagrijavanje prostorija primjenjuje energija iz obnovljivog izvora. Panel bez spojnih cijevi za zrak može se ugraditi na dijelove ovojnice bez solarnog zagrijavanja prostorije ali se zadržava temeljna funkcija toplinski izolirane ovojnice zgrade s ventiliranjem panela (crtež 3).

Kratak opis crteža

Crtež 1 prikazuje presjek na zid zgrade ugrađenog toplozračnog solarnog panela sa sastavnim dijelovima i pripadnim pozivnim oznakama. Od lijevo prema desno sastavni dijelovi su sljedeći: tanki dekorativno obojeni apsorpcijski lim (5) savijen je na sve čeone strane i spojen u čvrsti okvir panela u kojemu se nalazi zračni kanal (6) s otvorom za ulaz vanjskog zraka (12) i otvor za izlaz zraka (1) te negoriva toplinska izolacija (7) u paropropusnoj foliji. Okvir panela (5) čvrsto je spojen sa razdjelnikom zraka (10) i sabirnikom zraka (3) a oni sa spojnim cijevima za zrak (13 i 23) koje se ugrađuju kroz rupe u zidu zgrade (8). Donji dio okvira panela spojen je s razdjelnikom zraka (10) i donjom spojnom cijevi (23) a pritegnut je donjim vijčanim zatezačima (22) s donjom prstenastom pločom (20) na zid zgrade (8). Gornji dio okvira panela spojen je sa sabirnikom zraka (3) i gornjom spojnom cijevi za zrak (13) i pritegnut gornjim vijčanim zatezačima (15) s gornjom prstenastom pločom (14) na zid zgrade (8). Na otvoru razdjelnika (10) je donja brtvena zaklopka (9), koja je spojena s donjim linearnim aktuatorom (21) a na otvoru sabirnika (3) je gornja brtvena zaklopka (4), spojena s gornjim linearnim aktuatorom (17). U donjoj spojnoj cijevi za zrak (23) ugrađen je ventilator (25) i prigušnici buke (24). Iznad donje spojne cijevi za zrak (23) je termostat (19) s osjetilom temperature (18). Na kraju gornje spojne cijevi (13) je jednosmjerna zaklopka (16).

Crtež 2 prikazuje 4 načina primjene toplozračnog solarnog panela:

2a: Solarno zagrijavanje prostorije unutarnjim zrakom,

2b: Solarno zagrijavanje prostorije vanjskim zrakom,

2c: Ventiliranje panela,

2d: Ventiliranje prostorije.

Crtež 3 prikazuje primjene panela na zidu i na kosom krovu zgrade.

Detaljan opis najmanje jednog od načina ostvarivanja izuma

Razvijeni toplozračni solarni panel ima temeljne funkcije; kvalitetnu limenu ovojnicu odabrane dekorativne boje s debelom negorivom toplinskom izolacijom, primjerenu za niskoenergetske zgrade. Osim temeljne funkcije, toplozračni solarni panel služi i za toplozračno solarno zagrijavanje zgrade kao i za ventiliranje fasade i ventiliranje zgrade na slijedeće načine:

1. Solarno zagrijavanje prostorije unutarnjim zrakom, crtež 2a.:

Pomoću donjeg linearnog aktuatora (21) otvori se donja brtvena zaklopka (9) a pomoću gornjeg linearnog aktuatora (17) otvori se i gornja brtvena zaklopka (4). Za osunčana vremena limena ploča (5) se zagrijava a također i zrak u zračnom kanalu (6), pa se prirodnim toplinskim uzgonom on diže te kroz otvorenu gornju brtvenu zaklopku (4) ulazi u sabirnik zraka (3) te prolazi kroz gornju spojnu cijev za zrak (13) i jednosmjernu zaklopku (16) u prostoriju. Hladniji zrak pri dnu prostorije spontano ulazi kroz donju spojnu cijev za zrak (23), razdjelnik zraka (10) i otvorenu donju brtvenu zaklopku (9) u zračni kanal (6) ostvarujući prirodno kružno cirkuliranje zraka. Ovo je tzv. pasivno solarno zagrijavanje, ono se može pojačati uključenjem ventilatora (25) izravnom vezom s malim fotonaponskim solarnim modulom (2) ili priključenjem na električnu mrežu prostorije preko termostata (19) i osjetila temperature (18), što je princip tzv. aktivnog solarnog zagrijavanja. Kada je temperatura u zračnom kanalu niža od temperature u prostoriji, cirkuliranje zraka u suprotnom smjeru nije moguće jer ga sprječava jednosmjerna zaklopka (16) na izlazu gornje spojne cijevi za zrak (13).

2. Solarno zagrijavanje prostorije vanjskim zrakom, crtež 2b.:

Pomoću donjeg linearnog aktuatora (21) donja brtvena zaklopka (9) zatvara razdjelnik zraka (10) a time se otvara prolaz vanjskog zraka kroz otvor za vanjski zrak (12), koji ulazi u zagrijani zračni kanal (6). Pomoću gornjeg linearnog aktuatora (17) gornja brtvena zaklopka (4) otvara sabirnik zraka (3) u kojega ulazi zagrijani zrak iz zračnog kanala (6) te prolazi kroz gornju spojnu cijev za zrak (13) i jednosmjernu zaklopku (16) u prostoriju. Ovime se ostvaruje solarno zagrijavanje ali i ventiliranje prostorije.

3. Ventiliranje panela, crtež 2c.:

Pomoću donjeg linearnog aktuatora (21) donja brtvena zaklopka (9) zatvara razdjelnik zraka (10) a time otvara prolaz zraka od otvora za ulaz vanjskog zraka (12) u zračni kanal (6). Za sunčana vremena se taj zrak zagrijava i uzdiže prema gore, prolazi pored zatvorene gornje brtvene zaklopke (4) pomoću gornjeg linearnog aktuatora (17). Zagrijani zrak izlazi kroz otvor (1) i na taj način smanjuje zagrijavanje zgrade ljeti.

4. Ventiliranje prostorije, crtež 2d.:

Pomoću donjeg linearnog aktuatora (21) donja brtvena zaklopka (9) otvara prolaz zraka iz prostorije, kroz donju spojnu cijev za zrak (23) i razdjelnik zraka (10) u zračni kanal (6), gdje se sunčevim zračenjem zrak zagrijava i prirodnim toplinskim uzgonom pored zatvorene gornje brtvene zaklopke (4), pomoću gornjeg linearnog aktuatora (17), te izlazi iz zračnog kanala (6) kroz otvor (1). Ovo je princip tzv. solarnog dimnjaka (solar chimnay).

Način primjene izuma

Toplozračni solarni panel može se primijeniti za dogradnju na osunčane zidove ili na osunčane kose krovove zgrada. Visina panela treba biti dovoljna da pokrije cijelu visinu etaže uključujući i međuetažnu ploču kako ne bi ostao toplinski most. Na osunčanom zidu probuše se dvije rupe za ugradnju spojnih cijevi za zrak (13 i 23), koje su čvrsto povezane s okvirom panela te se pomoću vijčanih zatezača (15 i 22) panel pričvrsti na zid zgrade (8). Ovisno o vremenskim uvjetima i načinu primjene panela (crteži 2a, 2b, 2c i 2d), pomoću linearnih aktuatora (17 i 21) upravlja se s brtvenim zaklopkama (4 i 9), kojima se usmjerava zrak, iz prostorije ili izvan panela. Cirkuliranje unutarnjeg zraka kroz otvorenu donju brtvljenu zaklopku (9) i zračni kanal (6) može se povećati uključenjem ventilatora (25) priključkom na fotonaponski modul (2) ili na električnu mrežu prostorije preko termostata (19) i osjetila temperature (18). Ugradnja panela na kosi krov zgrade provodi se na identičan način, kao i na zid zgrade ali na dio koji odgovara unutarnjem stanju grijane prostorije. Na dijelove zgrade iznad negrijanih prostorija, gdje nije potrebno solarno grijanje, panel je bez spojnih cijevi za zrak ali ima identičnu osnovnu konstrukciju; okvir panela, zračni kanal sa ulazom i izlazom zraka te toplinsku izolaciju, što odgovara principu toplinski izolirane ventilirane ovojnice zgrade.

Popis upotrijebljenih pozivnih oznaka

1. Otvor za izlaz zraka,

2. Fotonaponski modul,

3. Sabirnik zraka,

4. Gornja brtvena zaklopka,

5. Prednja ploča panela,

6. Zračni kanal,

7. Negoriva toplinska izolacija u paropropusnoj foliji,

8. Zid zgrade,

9. Donja brtvena zaklopka,

10. Razdjelnik zraka,

11. Brtva panela,

12. Otvor za ulaz vanjskog zraka,

13. Gornja spojna cijev za zrak,

14. Gornja prstenasta ploča,

15. Gornji vijčani zatezači,

16. Jednosmjerna zaklopka,

17. Gornji linearni aktuator,

18. Osjetilo temperature,

19. Termostat,

20. Donja prstenasta ploča,

21. Donji linearni aktuator,

22. Donji vijčani zatezači,

23. Donja spojna cijev za zrak,

24. Prigušnici buke,

25. Ventilator,

2a. Solarno zagrijavanje prostorije unutarnjim zrakom,

2b. Solarno zagrijavanje prostorije vanjskim zrakom,

2c. Ventiliranje panela,

2d. Ventiliranje prostorije.

Claims (7)

1. Toplozračni solarni panel, koji se sastoji od prednje ploče (5), zračnog kanala (6) s otvorom za ulaz vanjskog zraka (12) i otvorom za izlaz zraka (1), negorive toplinske izolacije u paropropusnoj foliji (7), donje spojne cijevi za zrak (23) i gornje spojne cijevi za zrak (13), naznačen time, da je limena prednja ploča na čeonim stranama savijena i spojena u kompaktni okvir panela (5) i izravno čvrsto spojen za donju spojnu cijev za zrak (23) preko razdjelnika zraka (10) te s gornjom spojnom cijevi za zrak (13) preko sabirnika zraka (3) a pomoću vijčanih zatezača (22 i 15) pričvršćen na zid zgrade (8) preko prstenastih ploča (20 i 14).

2. Solarni panel prema zahtjevu 1, naznačen time, da razdjelnik zraka (10) i sabirnik zraka (3) imaju širinu zračnog kanala (6) i širinu okvira panela (5),

3. Solarni panel prema zahtjevu 2, naznačen time, da je na otvoru razdjelnika zraka (10) ugrađena donja brtvena zaklopka (9), koja, pomoću donjeg linearnog aktuatora (21) preko spojne šipke, otvara prolaz zraka iz prostorije, kroz donju spojnu cijev na zrak (23) i razdjelnik zraka (10) u zračni kanal (6) dok u zatvorenom položaju zaklopka omogućava prolaz vanjskog zraka od otvora za ulaz vanjskog zraka (12) u zračni kanal (6).

4. Solarni panel prema zahtjevu 2, naznačen time, da je na otvoru sabirnika zraka (3) ugrađena gornja brtvena zaklopka (4), koja, pomoću gornjeg linearnog aktuatora (17) preko spojne šipke, otvara prolaz zraka iz zračnog kanala (6) u sabirnik zraka (3) i dalje kroz gornju spojnu cijev za zrak (13) i jednosmjernu zaklopku (16) prolazi u prostoriju dok u zatvorenom položaju ova zaklopka omogućava prolaz zraka iz zračnog kanala (6) do otvora za izlaz zraka (1),

5. Solarni panel prema zahtjevu 1, naznačen time, da je u donjoj spojnoj cijevi za zrak (23) ugrađen ventilator (25) i prigušne pregrade (24),

6. Solarni panel prema zahtjevu 5, naznačen time, da se pomoću termostata (19) s osjetilom temperature (18) može uključiti ventilator (25) priključen na mali fotonaponski modul (2) ili na električnu mrežu prostorije.

7. Solarni panel prema zahtjevu 1, naznačen time, da bez ugradnje spojnih cijevi za zrak (13 i 23), razdjelnika zraka (10) i sabirnika zraka (3), panel zadržava temeljne funkcije toplinski izolirane ovojnice zgrade s njenim ventiliranjem ali bez solarnog zagrijavanja prostorije i bez ventiliranja prostorije.