PL239214B1

PL239214B1 - Solar active wall

Info

Publication number: PL239214B1
Application number: PL432717A
Authority: PL
Inventors: Jerzy Szyszka
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2020-01-28
Filing date: 2020-01-28
Publication date: 2021-11-15
Also published as: PL432717A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest ściana słonecznie aktywna do zastosowania zwłaszcza jako ściana osłonowa lub jej część w budynkach mieszkalnych.The subject of the invention is a solar-active wall for use, in particular, as a curtain wall or part of it in residential buildings.

Znaczna ilość energii zużywanej w budownictwie jest przeznaczana do ogrzewania pomieszczeń w sezonie zimowym. Ogrzewane budynki w sezonie grzewczym z uwagi na występującą różnicę temperatur po przeciwległych stronach przegród zewnętrznych generują straty ciepła. Podstawowym sposobem ich ograniczenia jest wkomponowanie w przegrodę materiałów termoizolacyjnych. Redukcja strat ciepła jest proporcjonalna do oporu cieplnego termoizolacji a w konsekwencji całej przegrody. O ile stosowanie materiałów termoizolacyjnych o coraz większej grubości lub doskonalszych parametrach zabezpiecza przed stratami ciepła to jednocześnie ogranicza możliwość poprawy bilansu cieplnego budynku dzięki pozyskiwaniu ciepła od promieniowania słonecznego. Wykorzystanie energii odnawialnej w budownictwie jest oczywiście możliwe dzięki tzw. systemom aktywnym, do których zalicza się między innymi kolektory słoneczne, pompy ciepła, wymienniki gruntowe. Wymagają one jednak kosztownych kontrolerów, pomp, instalacji oraz energii konwencjonalnej, bez których dystrybucja pozyskanego ciepła nie byłaby możliwa. Alternatywę dla systemów aktywnych stanowią systemy pasywne i semipasywne. Z uwagi na ich integrację z elementami obudowy budynku są one tańsze i w zasadzie nie wymagają obsługi eksploatacyjnej. Na drodze do ich upowszechnienia w typowych dla obszaru Polski warunkach klimatycznych stoi przede wszystkim nierównomierny i losowy charakter promieniowania słonecznego. Praca typowego systemu pasywnego polega na odbierze energii słonecznej przez zintegrowany z obudową budynku, na przykład ścianą, kolektor i dystrybucji ciepła dzięki zjawisku przewodzenia do wnętrza budynku. Najprostszym i najbardziej znanym rozwiązaniem tego rodzaju systemu jest ściana Trombe'a. Składa się ona z przezroczystej osłony, warstwy absorpcyjnej i materiału magazynującego i przewodzącego ciepło takiego jak mur ceglany, czy ściana betonowa. Przeszklenie umożliwia przenikanie krótkofalowego wysokoenergetycznego promieniowania słonecznego i jego absorpcję na powierzchni ściany. Powstałe w wyniku fototermicznej konwersji ciepło jest magazynowane i przewodzone w ścianie. Jego przepływ w kierunku środowiska zewnętrznego jest ograniczony dzięki termoizolacyjnym właściwościom przeszklenia. Czas związany z przepływem fali termicznej do wnętrza budynku zależy od pojemności cieplnej muru i wynosi od kilku do kilkunastu godzin. Typowa ściana Trombe'a składa się ze 150 do nawet 500 mm grubości murowanej ściany pokrytej ciemnym materiałem, przykładowo tynkiem, absorbującym promieniowanie. Jako przeszklenie stosuje się pojedynczą, warstwę szkła lub szyby zespolone jedno lub dwukomorowe. Przestrzeń pomiędzy przeszkleniem a częścią murową (rdzeniem) wynosi od 20 do 50 mm.A significant amount of energy used in construction is spent on heating rooms in the winter season. In the heating season, heated buildings generate heat losses due to the temperature difference on the opposite sides of the external partitions. The basic way to limit them is to integrate thermal insulation materials into the partition. The reduction of heat losses is proportional to the thermal resistance of the thermal insulation and, consequently, the entire partition. While the use of thermal insulation materials of increasing thickness or better parameters protects against heat loss, it also limits the possibility of improving the thermal balance of the building thanks to obtaining heat from solar radiation. The use of renewable energy in construction is of course possible thanks to the so-called active systems, which include, among others, solar collectors, heat pumps, ground exchangers. However, they require expensive controllers, pumps, installations and conventional energy, without which the distribution of the obtained heat would not be possible. An alternative to active systems are passive and semi-passive systems. Due to their integration with the building envelope elements, they are cheaper and do not require maintenance. The main obstacle to their dissemination in climatic conditions typical of Poland is the uneven and random nature of solar radiation. The work of a typical passive system consists in receiving solar energy through a collector integrated with the building envelope, for example a wall, and heat distribution thanks to the phenomenon of conduction to the interior of the building. The simplest and best known solution of this type of system is the Trombe wall. It consists of a transparent cover, an absorption layer and a heat-conducting and storage material, such as a brick wall or a concrete wall. Glazing enables the penetration of short-wave high-energy solar radiation and its absorption on the wall surface. The heat generated by the photothermal conversion is stored and conducted in the wall. Its flow towards the outside environment is limited due to the thermal insulation properties of the glazing. The time associated with the flow of the thermal wave inside the building depends on the heat capacity of the wall and ranges from several to several hours. A typical Trombe wall consists of a 150 to even 500 mm thick masonry wall covered with a dark material, for example plaster, that absorbs radiation. The glazing is made of a single layer of glass or double or triple glazed units. The space between the glazing and the masonry part (core) is 20 to 50 mm.

Typowe rozwiązania ściany Trombe'a cechuje na ogół słaba izolacyjność termiczna (u = 0,9-0,5 W/m²K). Podczas zimnych nocy, lub pochmurnych dni w sezonie ogrzewczym mogą wystąpić znaczne straty ciepła. Biorąc pod uwagę warunki klimatyczne Europy Centralnej typowa ściana Trombe’a nie gwarantuje porównywalnego ze ścianą tradycyjną, zawierającą materiał termoizolacyjny, bilansu ciepła. Podejmowane są próby poprawy bilansu dzięki ograniczeniu strat ciepła lub poprawie zdolności do magazynowania energii. Różnorodne modyfikacje typowej ściany Trombe’a opisano w między innymi w pracach Saadatian O., Sopian K., Lim C.H., Asim N., Sulaiman M.Y.: Trombe walls: a review of opportunities and challenges in research and development, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 16, Issue 8, October 2012, s. 6340-6351 ; Saadatian O., Lim C.H Sopian K. Salleh E.: A state of the art review of solar walls: Concepts and applications, Journal of Building Physics July 2013 vol. 37 no. 1 s, 55-79. Wśród rozwiązań służących poprawie oporu termicznego przegród pasywnych dobre efekty dają tzw. ściany kompozytowe znane między innymi z publikacji Ji J., Luo C., Sun W., Yu H., He W., Pei G.: An improved approach for the application of Trombe wall system to building construction with selective thermo-insulation faęades. Chinese Science Bulletin, 54(11), (2009). s. 1949-1956. Stosuje się w nich materiał termoizolacyjny umieszczony tuż za absorberem lub od strony wnętrza budynku. Skutkiem umieszczenia izolacji termicznej za absorberem może być ograniczenie przewodzenia ciepła do części magazynującej ściany i wnętrza budynku. Zamontowanie absorbera na termoizolacji może skutkować j ego nadmiernym przegrzewaniem i intensyfikacją - proporcjonalną do wzrostu temperatury - strat ciepła do środowiska zewnętrznego. W takich rozwiązaniach dostarcza się ciepło do wnętrza budynku w drodze swobodnej lub wymuszonej konwekcji powietrza, Z tym sposobem dystrybucji ciepła, stosowanym także w rozwiązaniu znanym z Shen J, Lassue S, Zalewski L, Huang D.: Numerical study on thermal behavior of classical or composite Trombe solar walls. Energy and Buildings 39/2007; Shen J, Lassue S, Zalewski L,Typical Trombe wall solutions are generally characterized by poor thermal insulation (u = 0.9-0.5 W / m ² K). Significant heat losses can occur during cold nights or cloudy days during the heating season. Taking into account the climatic conditions of Central Europe, a typical Trombe wall does not guarantee a heat balance comparable to a traditional wall containing thermal insulation material. Attempts are made to improve the balance by reducing heat losses or improving the capacity to store energy. Various modifications of a typical Trombe wall have been described, among others, in the works of Saadatian O., Sopian K., Lim CH, Asim N., Sulaiman MY: Trombe walls: a review of opportunities and challenges in research and development, Renewable and Sustainable Energy Reviews , Volume 16, Issue 8, October 2012, pp. 6340-6351; Saadatian O., Lim CH Sopian K. Salleh E .: A state of the art review of solar walls: Concepts and applications, Journal of Building Physics July 2013 vol. 37 no. 1 s, 55-79. Among the solutions to improve the thermal resistance of passive partitions, the so-called composite walls known, among others, from the publications of Ji J., Luo C., Sun W., Yu H., He W., Pei G .: An improved approach for the application of Trombe wall system to building construction with selective thermo-insulation faęades . Chinese Science Bulletin, 54 (11), (2009). pp. 1949-1956. They use thermal insulation material located just behind the absorber or on the inside of the building. Placing the thermal insulation behind the absorber may result in limiting heat conduction to the storage part of the wall and the interior of the building. Installing the absorber on the thermal insulation may result in its excessive overheating and intensification - proportional to the temperature increase - of heat loss to the external environment. In such solutions, heat is supplied to the interior of the building by free or forced air convection. With this method of heat distribution, also used in the solution known from Shen J, Lassue S, Zalewski L, Huang D .: Numerical study on thermal behavior of classical or composite Trombe solar walls. Energy and Buildings 39/2007; Shen J, Lassue S, Zalewski L,

PL 239 214 B1PL 239 214 B1

Huang D.: Numerical study of classical and composite solar walls by TRNSYS. Journal of Thermal Science 200, s.46-55. związane jest ryzyko zanieczyszczenia powietrza między innymi mikroorganizmami i kurzem.Huang D .: Numerical study of classical and composite solar walls by TRNSYS. Journal of Thermal Science 200, pp. 46-55. there is a risk of air pollution, inter alia by microorganisms and dust.

Z polskiego opisu zgłoszeniowego wynalazku P.408488 znana jest przegroda kolektorowo-akumulacyjna dla budownictwa, obejmująca zewnętrzną ścianę budynku oraz przeszklenie zewnętrzne tworzące wraz z nią zewnętrzną komorę, w której położony jest absorber ciepła słonecznego. W ścianie przegrody utworzona jest wewnętrzna szczelina dzieląca tą ścianę na dwie części. Szczelina połączona jest kanałami wentylacyjnymi z komorą mieszczącą absorber. Rozwiązanie umożliwia przejmowanie i magazynowanie ciepła, a następnie jego wykorzystanie do dogrzewania pomieszczeń.From the Polish patent application description P.408488, a collector-accumulation barrier for the construction industry is known, including the outer wall of the building and external glazing which together form an outer chamber, in which the solar heat absorber is located. There is an internal gap in the partition wall dividing the wall into two parts. The slot is connected by ventilation ducts to the chamber containing the absorber. The solution allows for taking over and storing heat, and then using it for additional heating of rooms.

Z polskiego opisu patentowego PL 205941 B1 znany jest kolektor słoneczny, który może być stosowany miedzy innymi jako zewnętrzna ściana budynku mieszkalnego, lub suszami płodów rolnych. Kolektor zawiera panel przedni w postaci przeszklenia, panel tylni, który jest przepuszczalny dla powietrza oraz znajdującą się pomiędzy tymi panelami komorę. Wewnątrz komory zamocowany jest absorber przepuszczający powietrze. Dzięki takiemu rozwiązaniu pomieszczenie jest dogrzewane powietrzem ogrzanym w komorze kolektora. Powyższe rozwiązanie nie uwzględnia zmieniających się warunków atmosferycznych, w związku z czym jego zastosowanie jako przegrody budowlanej lub jej części jest znacznie ograniczone biorąc pod uwagę warunki klimatyczne Europy Centralnej. Dla takiego zastosowania koniecznym jest aby przegroda kolektorowo-akumulacyjna oprócz dogrzewania pomieszczeń w okresie występowania niskich temperatur, zapobiegała ich nadmiernemu nagrzewaniu w okresach występowania wysokich temperatur.From the Polish patent specification PL 205941 B1, a solar collector is known, which can be used, inter alia, as the outer wall of a residential building, or in the drought of agricultural crops. The manifold includes a front panel in the form of glazing, a rear panel that is permeable to air, and a chamber therebetween. Inside the chamber there is an air permeable absorber. Thanks to this solution, the room is heated with air heated in the collector chamber. The above solution does not take into account the changing weather conditions, therefore its use as a building partition or its part is significantly limited, taking into account the climatic conditions of Central Europe. For such an application, it is necessary that the collector-accumulation partition, in addition to heating the rooms in the period of low temperatures, prevents their excessive heating in periods of high temperatures.

W znanych rozwiązaniach występują problemy związane miedzy innymi z ich nadmiernym nagrzewaniem, w okresach występowania wysokich temperatur, przedostawaniem się zanieczyszczeń do dogrzewanego pomieszczenia, a także izolacyjnością niższa niż w przypadku ścian tradycyjnych zawierających izolację termiczną, przekładającą się na znaczne straty ciepła w dni pochmurne w sezonie grzewczym.In the known solutions, there are problems related, among others, to their excessive heating, in periods of high temperatures, the ingress of pollutants into the heated room, as well as lower insulation than in the case of traditional walls with thermal insulation, which translates into significant heat losses on cloudy days in the season. heating.

Z polskiego opisu, zgłoszeniowego P.431511 znana jest interaktywna przegroda kolektorowo-akumulacyjna pozwalająca na zabezpieczenie przegrody, a tym samym i budynku, przed nadmiernym nagrzewaniem, a także daje izolacyjność w pochmurne dni na poziomie izolowanych termicznie ścian tradycyjnych. Wynalazek nie rozwiązuje jednak problemu zapewnienia temperatur z przedziału komfortu w okresie letnim.From the Polish description, application P.431511, an interactive collector-accumulation partition is known, which allows the partition, and thus the building, to be protected against excessive heating, and also provides insulation on cloudy days at the level of thermally insulated traditional walls. However, the invention does not solve the problem of providing comfort compartment temperatures during the summer period.

Ściana słonecznie aktywna, zawierająca przegrodę zewnętrzną z przeszkleniem, od strony zewnętrznej budynku, przegrodę wewnętrzną, od strony wewnętrznej budynku, a także umiejscowioną pomiędzy przeszkleniem a przegrodą wewnętrzną, komorę powietrzną, w której jest absorber słoneczny, a także mająca w swojej przegrodzie wewnętrznej komorę akumulacyjną połączoną przepustnicą z komorą powietrzną, a ponadto wewnątrz komory akumulacyjnej jest rura, której wlot jest w górnej części komory akumulacyjnej a wylot jest w dolnej części komory akumulacyjnej, przy czym w rurze jest zamontowany wentylator, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jej wentylator jest dwukierunkowy a w dnie komory akumulacyjnej jest przewód rurowy, którym komora akumulacyjna jest połączona z gruntowym wymiennikiem ciepła albo pomieszczeniem piwnicy, zaś komora dystrybucyjna od strony zewnętrza ma luft wywiewny prowadzący na zewnątrz.Solar active wall, including an external partition with glazing, from the outside of the building, an internal partition, from the inside of the building, and also located between the glazing and the internal partition, an air chamber with a solar absorber, and an accumulation chamber in its internal partition a throttle connected to the air chamber, and moreover, inside the accumulation chamber there is a pipe, the inlet of which is in the upper part of the accumulation chamber and the outlet of which is in the lower part of the accumulation chamber, and a fan is mounted in the tube, according to the invention, its fan is bi-directional and at the bottom of the accumulation chamber there is a pipe, through which the accumulation chamber is connected to a ground heat exchanger or a basement room, and the distribution chamber from the outside has an exhaust port leading to the outside.

Korzystnie luft wywiewny ściany jest sterowany elektromechanicznie.Preferably, the wall exhaust port is electromechanically controlled.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli luft wywiewny ściany jest, w postaci okna wywiewnego albo przepustnicy zewnętrznej izolowanej termicznie.Further advantages are obtained if the wall exhaust port is, in the form of an exhaust window or a thermally insulated external damper.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli na przegrodzie wewnętrznej ściany słonecznie aktywnej, od strony komory powietrznej, jest warstwa izolacyjna.Further advantages are obtained if there is an insulating layer on the inner partition of the solar-active wall, on the side of the air chamber.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli pomiędzy pierwszą przepustnicą a komorą akumulacyjną jest komora dystrybucyjna przechodząca w tą komorę akumulacyjną.Further advantages are obtained if there is a distribution chamber between the first throttle and the accumulation chamber which passes into this accumulation chamber.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli absorber ściany jest w postaci pomalowanej na czarno blachy albo w postaci panelu fotowoltaicznego albo w postaci szyby z wtopionymi ogniwami fotowoltaicznymi.Further advantages are obtained if the wall absorber is in the form of a black painted sheet or in the form of a photovoltaic panel or in the form of a glass pane with embedded photovoltaic cells.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeżeli przegroda wewnętrzna ściany jest z materiału modyfikowanego materiałem zmiennofazowym albo z pojemników wypełnionych wodą a korzystnie z pojemników wypełnionych materiałem zmiennofazowym o temperaturze przemiany fazowej z przedziału Tm = (19-21°C).Further advantages are obtained if the inner partition of the wall is made of a material modified with a phase change material or of containers filled with water, and preferably of containers filled with a phase change material with a phase change temperature in the range Tm = (19-21 ° C).

Następne korzyści uzyskuje się, jeśli przegroda wewnętrzna jest podzielona na dwie warstwy akumulacyjne, a komora akumulacyjna jest pomiędzy tymi warstwami akumulacyjnymi.Further advantages are obtained if the inner partition is divided into two accumulation layers and the accumulation chamber is between these accumulation layers.

PL 239 214 B1PL 239 214 B1

W wariancie wykonania przegroda wewnętrzna ściany jest z jednej warstwy akumulacyjnej, a komora akumulacyjna jest pomiędzy tą warstwą akumulacyjną a warstwą izolacyjną.In an embodiment variant, the internal partition of the wall is made of one accumulation layer, and the accumulation chamber is between this accumulation layer and the insulation layer.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeżeli przeszkleniu ściany od strony zewnętrza komory powietrznej jest zamontowana żaluzja.Further advantages are obtained if a shutter is installed on the wall glazing from the outside of the air chamber.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli żaluzja ściany ma lamele zawierające ogniwa fotowoltaiczne.Further advantages are obtained if the wall shutter has lamellas containing photovoltaic cells.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli ściana zawiera termoregulator, którego czujnik temperatury jest zamontowany wewnątrz komory powietrznej, przy czym do termoregulatora podłączony jest wentylator, pierwsza przepustnica oraz druga przepustnica.Further advantages are obtained if the wall comprises a thermoregulator, the temperature sensor of which is mounted inside the air chamber, and a fan, a first damper and a second damper are connected to the thermoregulator.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli na spodzie komory akumulacyjnej jest rozpraszacz strumienia nawiewanego powietrza w postaci dwóch płaszczyzn dna komory akumulacyjnej pochylonych do wewnątrz i połączonych ze sobą bezpośrednio pod wylotem rury.Further advantages are obtained if at the bottom of the accumulation chamber there is a diffuser of the blown air stream in the form of two planes of the bottom of the accumulation chamber inclined towards the inside and connected with each other directly under the outlet of the pipe.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli ścianki komory dystrybucyjnej są wyłożone od wewnątrz materiałem izolacyjnym.Further advantages are obtained if the walls of the distribution chamber are lined on the inside with insulating material.

Ściana słonecznie aktywna według wynalazku jest zintegrowana z obudową budynku i posiada znaczny opór termiczny - nie mniejszy od ścian tradycyjnych - a ponadto zdolność do przekazywania do wnętrza budynku ciepła pochodzącego od promieniowania słonecznego. Połączenie wymienionych cech stało się możliwe dzięki zastosowaniu w ścianie kolektorowej selektywnego sposobu dystrybucji ciepła wraz ze strumieniem krążącego powietrza oraz interaktywnego sterowania prostym układem elektrycznym przepustnic wyposażonych w wentylator. W przedmiotowym wynalazku dystrybucja ciepła wynika z rozprowadzania w drodze cyrkulacji, w płaszczyźnie równoległej do ściany wewnętrznej, gorącego powietrza zasysanego z izolowanej termicznie komory dystrybucyjnej. Cyrkulacja wywołana jest pracą wentylatora zamontowanego w rurze zamocowanej w komorze akumulacyjnej. Dzięki cyrkulacji ciepło powietrza jest oddawane ścianie wewnętrznej a za jej pośrednictwem do przylegającego pomieszczenia.The solar-active wall according to the invention is integrated with the building envelope and has a significant thermal resistance - not less than traditional walls - and, moreover, the ability to transfer heat from solar radiation to the interior of the building. The combination of these features has become possible thanks to the use of a selective method of heat distribution along with the circulating air stream in the collector wall and interactive control of a simple electrical system of dampers equipped with a fan. In the present invention, the heat distribution results from the circulation, in a plane parallel to the inner wall, of the hot air sucked in from the thermally insulated distribution chamber. The circulation is caused by the operation of the fan mounted in the pipe installed in the accumulation chamber. Thanks to the circulation, the air heat is transferred to the internal wall and through it to the adjacent room.

Ściana umożliwia funkcjonowanie w trybie letnim, które polega na jej schładzaniu, dzięki zastosowaniu wentylatora dwukierunkowego oraz połączenia komory akumulacyjnej z pomieszczeniami piwnicy lub gruntowym wymiennikiem ciepła. Połączenie ściany przewodem rurowym z piwnicą pozwala dodatkowo na regenerację powietrza w pomieszczeniu piwnicznym.The wall enables operation in summer mode, which consists in cooling it down thanks to the use of a two-way fan and the connection of the accumulation chamber with the basement rooms or a ground heat exchanger. Connecting the wall with a pipe to the basement additionally allows for air regeneration in the basement room.

Ściana słonecznie aktywna, według wynalazku w przykładzie wykonania jest bliżej wyjaśniona na rysunku, na którym na fig. 1 przedstawiono ścianę słonecznie aktywną w przekroju poprzecznym, w pierwszym przykładzie wykonania, fig. 2 - w przekroju poprzecznym w drugim przykładzie wykonania, fig. 3 - w przekroju wzdłuż linii A-A pokazanej na fig. 1, fig. 4 - w przekroju wzdłuż linii B-B pokazanej na fig. 1, fig. 5 - w przekroju poprzecznym w trzecim przykładzie wykonania, fig. 6 poglądowo w widoku perspektywicznym, w przekroju poprzecznym w pierwszym przykładzie wykonania w trybie zimowym, w, fig. 7 - w rzucie perspektywicznym w przekroju poprzecznym w trybie letnim.A solar-active wall according to the invention in an exemplary embodiment is explained in more detail in the drawing, in which fig. 1 shows a solar-active wall in cross section, in a first embodiment, fig. 2 - in a cross-section in a second embodiment, fig. 3 - in a section along the line AA in fig. 1, fig. 4 - a section taken along the line BB in fig. 1, fig. 5 - a cross-sectional view of a third embodiment, fig. of the first embodiment in winter mode, in, fig. 7 - in perspective view in cross-section in summer mode.

Ściana słonecznie aktywna, według wynalazku w pierwszym przykładzie wykonania zawiera przeszklenie 1 zewnętrzne, przegrodę wewnętrzną 2, komorę powietrzną 3 będącą pomiędzy przeszkleniem 1 a przegrodą wewnętrzną 2. Wewnątrz komory powietrznej 3 zamontowany jest absorber 4 w postaci blachy o powierzchni równoległej do powierzchni przeszklenia 1. Na przegrodzie wewnętrznej 2 od strony absorbera 4 jest warstwa izolacyjna 5 a od strony wnętrza budynku jest warstwa wykończeniowa 6. Absorber 4 jest w odległości 5 cm od przeszklenia 1 oraz od warstwy izolacyjnej 5. Na górnej ściance komory powietrznej 3 jest zamontowana pierwsza przepustnica 7. Ściana słonecznie aktywna zawiera ponadto komorę dystrybucyjną 8 umiejscowioną powyżej komory powietrznej 3 oddzielonej od niej izolowaną termicznie ścianką. Komora powietrzna 3 jest połączona pierwszą przepustnicą 7 z tą komorą dystrybucyjną 8. Przegroda wewnętrzna 2 jest podzielona na dwie warstwy akumulacyjne, a pomiędzy tymi warstwami akumulacyjnymi jest komora akumulacyjna 9. Komora dystrybucyjna 8 przechodzi w umiejscowioną poniżej komorę akumulacyjną 9 łącząc ją z komorą powietrzną 3. W komorze akumulacyjnej 9 jest rura 10, której wlot 11 jest w górnej części komory akumulacyjnej 9 od strony komory dystrybucyjnej 8, a wylot 12 jest w dolnej części komory akumulacyjnej 9. Wewnątrz rury 10 jest zamontowany dwukierunkowy wentylator 13. W dolnej części komory akumulacyjnej 9 jest przewód rurowy 14, którym komora akumulacyjna 9 jest połączona z gruntowym wymiennikiem ciepła. Przewód rurowy 14 na swoim otworze wlotowym ma drugą przepustnicę 15. Poniżej wylotu 12 rury 10 na dnie komory akumulacyjnej 9 jest rozpraszacz 16 strumienia nawiewanego ciepłego powietrza w postaci dwóch płaszczyzn dna komory akumulacyjnej 9 łączących się ze sobą bezpośrednio pod wylotem 12 rury 10. Ponadto ściana słonecznie aktywna zawiera termoregulator, którego czujnik temperatury 17 jest w komorze powietrznej 3. Do termoregulatora jest podłączonaThe solar-active wall according to the invention, in its first embodiment, comprises external glazing 1, an internal partition 2, an air chamber 3 between the glazing 1 and the internal partition 2. Inside the air chamber 3, an absorber 4 is mounted in the form of a sheet with a surface parallel to the glazing 1 surface. On the inner partition 2, on the side of the absorber 4, there is an insulating layer 5 and on the inside of the building there is a finishing layer 6. The absorber 4 is 5 cm from the glazing 1 and from the insulating layer 5. The first damper 7 is mounted on the upper wall of the air chamber 3. The solar active wall further comprises a distribution chamber 8 located above the air chamber 3 separated therefrom by a thermally insulated wall. The air chamber 3 is connected to the first damper 7 with this distribution chamber 8. The internal partition 2 is divided into two accumulation layers, and between these accumulation layers there is an accumulation chamber 9. The distribution chamber 8 passes into the accumulation chamber 9 located below and connects it with the air chamber 3 In the accumulation chamber 9 there is a pipe 10, the inlet 11 of which is in the upper part of the accumulation chamber 9 from the distribution chamber 8 side, and the outlet 12 is in the lower part of the accumulation chamber 9. Inside the tube 10 there is a bi-directional fan 13. In the lower part of the accumulation chamber 8. 9 is a pipe 14 with which the accumulation chamber 9 is connected to a ground heat exchanger. The pipe 14 has a second throttle 15 at its inlet opening. Downstream of the outlet 12 of the pipe 10 at the bottom of the accumulation chamber 9 there is a diffuser 16 for the stream of blown warm air in the form of two planes of the bottom of the accumulation chamber 9 connecting with each other directly under the outlet 12 of the pipe 10. Moreover, the wall solar active contains a thermoregulator, the temperature sensor 17 of which is in the air chamber 3. It is connected to the thermoregulator

PL 239 214 B1 pierwsza przepustnica 7, druga przepustnica 15 oraz wentylator 13. Przeszklenie 1 jest zamontowane w standardowej stolarce 18 okiennej. Komora dystrybucyjna 8 od strony zewnętrza ma luft wywiewny 19 w postaci okna wywiewnego.The first damper 7, the second damper 15 and the fan 13. Glazing 1 is mounted in standard window frames 18. On the outside, the distribution chamber 8 has an exhaust barrel 19 in the form of an exhaust window.

W drugim przykładzie wykonania ściana słonecznie-aktywna według wynalazku ma przegrodę wewnętrzną 2 o jednej warstwie akumulacyjnej, a komora akumulacyjna 9 jest pomiędzy tą warstwą akumulacyjną a warstwą izolacyjną 5. Na przeszkleniu 1 od zewnętrza komory powietrznej 3 zamontowana jest żaluzja 20 o regulowanym kącie ustawienia lameli. Lamele żaluzji 20 zawierają ogniwa fotowoltaiczne. Przegroda wewnętrzna 2 jest z materiału modyfikowanego materiałem zmiennofazowym o temperaturze przemiany fazowej Tm = (19-21 °C). Absorber 4 jest zamontowany w komorze powietrznej 3 w odległości 10 cm od przeszklenia 1 oraz warstwy izolacyjnej. Komora dystrybucyjna 8 od strony zewnętrza ma luft wywiewny 19 w postaci przepustnicy zewnętrznej izolowanej termicznie. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.In the second embodiment, the solar-active wall according to the invention has an internal partition 2 with one accumulation layer, and the accumulation chamber 9 is between this accumulation layer and the insulation layer 5. On the glazing 1 from the outside of the air chamber 3 a shutter 20 with adjustable angle of the lamellas is mounted. . The louvres of the shutter 20 contain photovoltaic cells. The inner partition 2 is made of a material modified with a phase change material with a phase change temperature Tm = (19-21 ° C). The absorber 4 is mounted in the air chamber 3 at a distance of 10 cm from the glazing 1 and the insulation layer. On the outside, the distribution chamber 8 has an exhaust barrel 19 in the form of a thermally insulated external throttle. For the rest, the execution is as in the first example.

W trzecim przykładzie wykonania ściana słonecznie aktywna ma warstwy akumulacyjne przegrody wewnętrznej 2 wykonane z pojemników 21 wypełnionych wodą rozmieszczonych na ruszcie 22. Absorber 4 jest w postaci panelu fotowoltaicznego, który oprócz oddawania ciepła może produkować energię elektryczną. Komora dystrybucyjna 8 od strony zewnętrza ma luft wywiewny 19 w postaci przepustnicy zewnętrznej izolowanej termicznie. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.In the third embodiment, the solar active wall has the storage layers of the inner partition 2 made of containers 21 filled with water arranged on the grate 22. The absorber 4 is in the form of a photovoltaic panel which, in addition to giving off heat, can generate electricity. On the outside, the distribution chamber 8 has an exhaust barrel 19 in the form of a thermally insulated external throttle. For the rest, the execution is as in the first example.

W czwartym przykładzie wykonania ściana słonecznie aktywna ma warstwy akumulacyjne przegrody wewnętrznej 2 wykonane z pojemników 21 wypełnionych materiałem zmiennofazowym o temperaturze przemiany fazowej z przedziału TM = (19-21°C) rozmieszczonych na ruszcie 22. Absorber 4 ściany słonecznie aktywnej jest w postaci szyby z wtopionymi w jej strukturę ogniwami fotowoltaicznymi. Ściana słonecznie aktywna jest usytuowana pod wysuniętym elementem budynku, który ogranicza dopływ bezpośredniego promieniowania słonecznego. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.In the fourth embodiment, the solar active wall has accumulative layers of the internal partition 2 made of containers 21 filled with a phase change material with a phase change temperature in the range TM = (19-21 ° C) arranged on the grate 22. The absorber 4 of the solar active wall is in the form of a pane with photovoltaic cells embedded in its structure. The sun-active wall is situated under the protruding element of the building, which limits the inflow of direct solar radiation. For the rest, the execution is as in the first example.

Zasady działania ściany słonecznie aktywnej według wynalazku zostały przedstawione poniżej.The principles of operation of the solar active wall according to the invention are presented below.

Promieniowanie słoneczne nagrzewa absorber 4 zamontowany wewnątrz komory powietrznej 3. Powietrze wewnątrz komory powietrznej 3 nagrzewa się od absorbera 4. Przyrost temperatury powietrza do poziomu powyżej 20°C powoduje reakcję termoregulatora, który otwiera pierwszą przepustnicę 7 oddzielającą przestrzeń komory powietrznej 3 od izolowanej termicznie komory dystrybucyjnej 8. Ciepłe powietrze unosi się konwekcyjnie do komory dystrybucyjnej 8. Równocześnie z otworzeniem pierwszej przepustnicy 7 termoregulator uruchamia wentylator 13 zamontowany w rurze 10. Praca wentylatora 13 generuje podciśnienie, które zasysa gorące powietrze z komory dystrybucyjnej 8 i przemieszcza je ku dolnej części komory akumulacyjnej 9. Cyrkulacja powietrza w komorze akumulacyjnej 9 w płaszczyźnie równoległej do warstw przegrody wewnętrznej 2 intensyfikuje przekazywanie ciepła z krążącego powietrza do tej przegrody wewnętrznej 2. Druga przepustnica 15 pozostaje zamknięta. Zmagazynowane ,w przegrodzie wewnętrznej 2 ciepło w drodze przewodzenia jest oddawane do przyległych pomieszczeń. Opóźnienie w oddawaniu ciepła jest zależne od pojemności cieplnej materiałów wykorzystanych do budowy przegrody wewnętrznej 2.Solar radiation heats up the absorber 4 mounted inside the air chamber 3. The air inside the air chamber 3 heats up from the absorber 4. The increase in air temperature to a level above 20 ° C causes the thermoregulator to react, which opens the first damper 7 separating the air chamber space 3 from the thermally insulated distribution chamber 8. Warm air rises by convection into the distribution chamber 8. Simultaneously with the opening of the first throttle 7, the thermoregulator starts the fan 13 mounted in the pipe 10. The operation of the fan 13 generates a negative pressure which sucks hot air from the distribution chamber 8 and moves it towards the bottom of the accumulation chamber 9 The circulation of air in the accumulation chamber 9 in a plane parallel to the layers of the inner partition 2 intensifies the transfer of heat from the circulating air to this inner partition 2. The second damper 15 remains closed. The heat stored in the inner partition 2 is transferred to adjacent rooms by conduction. The delay in heat dissipation depends on the heat capacity of the materials used to build the internal partition 2.

W letnim trybie pracy promieniowanie słoneczne nagrzewa absorber 4. Otwierany jest luft wywiewny 19 oraz włączany jest wentylator 13 zamocowany w rurze 10, za pomocą termoregulatora. Ponadto otwierana jest druga przepustnica 15 zamocowana na przewodzie rurowym 14 łączącym komorę akumulacyjną 9 z pomieszczeniem piwnicy albo wymiennikiem gruntowym. Praca wentylatora 13 powoduje zassanie i wymuszony przepływ chłodnego powietrza z wymiennika gruntowego albo pomieszczenia piwnicy ku górze do komory akumulacyjnej 9 oraz dystrybucyjnej 8. Część tego powietrza cyrkuluje w komorze akumulacyjnej 9 oraz komorze dystrybucyjnej 8, a pozostała część jest wyrzucana na zewnątrz budynku przez uchylony w komorze dystrybucyjnej 8 luft wywiewny 19. Nadmuch powietrza ku komorze dystrybucyjnej 8 intensyfikuje odprowadzanie na zewnątrz ciepłego powietrza z okolicy absorbera 4.In the summer operation mode, solar radiation heats up the absorber 4. The exhaust barrel 19 is opened and the fan 13 mounted in the tube 10 is turned on by means of a thermoregulator. Moreover, a second damper 15 is opened, fixed on the pipe 14 connecting the accumulation chamber 9 with the basement room or the ground heat exchanger. The operation of the fan 13 causes the suction and forced flow of cool air from the ground heat exchanger or basement room upwards to the accumulation chamber 9 and distribution chamber 8. Some of this air circulates in the accumulation chamber 9 and distribution chamber 8, and the remaining part is thrown outside the building through the distribution chamber 8 exhaust barrel 19. Air blowing towards the distribution chamber 8 intensifies the discharge of warm air from the area of the absorber 4.

Claims

1. Solar-active wall, including an external partition with glazing, from the outside of the building, an internal partition, from the inside of the building, and an air chamber located between the glazing and the internal partition,

PL 239 214 B1, which has a solar absorber, and in its internal partition, an accumulation chamber connected with the air chamber with a throttle, and moreover, inside the accumulation chamber there is a pipe, the inlet of which is in the upper part of the accumulation chamber and the outlet of which is in the lower part of the accumulation chamber, wherein a fan is mounted in the pipe, characterized in that its fan (13) is bi-directional and at the bottom of the accumulation chamber (9) there is a pipe (14) through which the accumulation chamber (9) is connected to a ground heat exchanger or a basement room, and the distribution chamber (8) from the outside has an exhaust barrel (19) leading to the outside.

2. Wall according to claim The tube of claim 1, characterized in that its exhaust barrel (19) is electromechanically controlled.

3. Wall according to p. An exhaust port as claimed in claim 1 or 2, characterized in that its exhaust barrel (19) is in the form of an exhaust port.

4. Wall according to claim A method as claimed in claim 1 or 2, characterized in that its exhaust barrel (19) is in the form of a thermally insulated external throttle.

Wall according to one of the claims from 1 to 4, characterized in that on its inner partition (2), on the side of the air chamber (3), there is an insulating layer (5).

Wall according to one of the claims characterized in that between the first throttle (7) and the accumulation chamber (9) there is a distribution chamber (8) passing into the accumulation chamber (9).

Wall according to one of the claims characterized in that its absorber (4) is in the form of a black painted sheet.

8. Wall according to one of the claims characterized in that its absorber (4) is in the form of a photovoltaic panel.

Wall according to one of the claims characterized in that its absorber (4) is in the form of a glass pane with embedded photovoltaic cells.

Wall according to one of the claims from 1 to 9, characterized in that its internal partition (2) is made of a material modified with a phase change material.

11. Wall according to one of the claims characterized in that its internal partition (2) is made of containers (19) filled with water.

12. Wall according to one of the claims A method according to any of the claims 1 to 9, characterized in that its internal partition (2) is made of containers (19) filled with a phase change material with a phase change temperature in the range Tm = (19-21 ° C).

13. Wall according to one of the claims characterized in that its internal partition (2) is divided into two accumulation layers and the accumulation chamber (9) is between these accumulation layers.

14. Wall according to one of the claims from 1 to 12, characterized in that its internal partition (2) is made of one accumulation layer, and the accumulation chamber (9) is between this accumulation layer and the insulating layer (5).

15. Wall according to one of the claims from 1 to 14, characterized in that a shutter (20) is mounted on its glazing (1) from the outside of the air chamber (3).

16. A wall according to p. 15. The shutter according to claim 15, characterized in that its shutter (20) has lamellas containing photovoltaic cells.

17. Wall according to one of the claims characterized in that it comprises a thermoregulator, the temperature sensor (17) of which is mounted inside the air chamber (3), a fan (13), a first damper (7) and a second damper (15) connected to the thermoregulator.

18. Wall according to one of the claims from 1 to 17, characterized in that at the bottom of the accumulation chamber (9) there is a diffuser (16) of the blown air stream in the form of two planes of the bottom of the accumulation chamber (9) inclined towards the inside and connected to each other directly under the outlet (12) of the pipe (10) ).

19. Wall according to one of the claims characterized in that the walls of the distribution chamber (8) are lined on the inside with an insulating material.