PT743495E

PT743495E - Dispositivo de aquecimento por radiacao

Info

Publication number: PT743495E
Application number: PT96201305T
Authority: PT
Inventors: Antonius Bernardus Schaap; Johannes Van Dam
Original assignee: Zonne En Nederland B V
Priority date: 1995-05-12
Filing date: 1996-05-13
Publication date: 2000-04-28
Also published as: EP0743495A1; DE69605850T2; ES2140018T3; EP0743495B1; GR3033019T3; DE69605850D1; NL1000357C2

Description

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ DESCRIÇÃO “Dispositivo de aquecimento por radiação” A invenção refere-se a um dispositivo para aquecer um meio por radiação, a um sistema de distribuição provido de um dispositivo de aquecimento por radiação, e a um edifício em que esse sistema de distribuição está instalado. A invenção refere-se essencialmente a um dispositivo para aquecer um meio por radiação, provido de um elemento tubular que está colocado numa caixa que possui, pelo menos, uma parede transparente e, pelo menos, uma superfície espelhada e através da qual flui o meio de aquecimento, e uma manga isoladora transparente que encerra o elemento tubular com um espaço entre os mesmos. Esse dispositivo, que é na generalidade conhecido sob o nome de colector solar, é conhecido, por exemplo, através da AU-B-530 878.

Este conhecido colector solar consiste numa caixa rectangular com paredes laterais relativamente baixas que é fechada na parte superior por uma placa transparente, curva, de Perspex. Dentro da caixa está colocado um permutador de calor tubular através do qual flui a água de aquecimento. Dentro do permutador de calor tubular situa-se um tanque de armazenamento em direcção ao qual a água assim aquecida flui em resultado da acção de termossifão. O permutador de calor está encerrado numa manga isoladora de Perspex colocada distanciada à volta do mesmo. A caixa é colocada no telhado de um edifício, por exemplo uma moradia residencial, e o colector solar está ligado, através de tubos que se projectam através do telhado do edifício, a um sistema de tubos para a água aquecida situado dentro do edifício. Uma vantagem deste colector solar é que a caixa não exige praticamente isolamento porque o tanque de armazenamento situado ali está encerrado e assim protegido pelo permutador de calor. Um inconveniente do colector solar conhecido por meio deste documento é que, devido à combinação de uma placa de cobertura de Perspex e uma manga isoladora de Perspex, relativamente pouco sol cai finalmente no permutador de calor.

Um outro tipo de colector solar conhecido é o denominado ICS (Armazenamento de Colector Integrado), em que o tanque de armazenamento está integrado no colector. Este ICS está descrito, por exemplo, no Modelo de utilidade Alemão 9211758 e consiste numa caixa rectangular deixada no telhado de um edifício e coberta no seu lado superior com uma placa de vidro. Dispostos na caixa

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 2 ao longo das paredes encontram-se espelhos que estão todos direccionados de tal modo que a maior parte da luz solar que cai na caixa é reflectida para dentro de um depósito cheio com água e colocado no meio da caixa. Este depósito, que está normalmente revestido exteriormente com uma camada absorvente, por exemplo uma camada de tinta preta, está ligado através de uma linha de entrada e saída, por exemplo, ao fornecimento de água quente numa casa. A água presente no depósito é aquecida pela radiação solar que cai directamente para dentro do depósito e pela radiação que passa através do depósito que é reflectida de novo para dentro do depósito por meio dos espelhos. A fim de impedir tanto quanto possível a perda de calor do tanque de armazenamento, está colocada uma camada isoladora transparente no interior da placa de vidro, por exemplo, na forma de uma construção alveolar de plástico transparente que está comercialmente disponível sob o nome “AREL". O material isolante, por exemplo espuma de PUR, está colocado de modo semelhante entre os espelhos e as paredes da caixa. O ICS conhecido possui vários inconvenientes. Por exemplo, devido à sua construção ocupa comparativamente um grande espaço, pelo que a colocação no exterior de um edifício, por exemplo no respectivo telhado, encontra geralmente grandes objecções quer de natureza arquitectónica quer estética. O ICS conhecido deve, por isso, ser deixado no telhado, pelo que a construção do telhado tem de ser interrompida, o que implica um investimento extra relativamente ao reforço da construção, vedação e controle de humidade. Os custos de fabrico do ICS conhecido são, além disso, consideráveis em consequência da grande quantidade de material nele incorporado e da estrutura complicada.

Além disso, a invenção tem por objecto proporcionar um dispositivo de aquecimento por radiação do tipo acima descrito em que esses inconvenientes não ocorrem. Isto alcança-se, de acordo com a invenção, por a manga isoladora ser constituída por uma folha transparente esticada sobre vários suportes. Ao concretizar a manga isoladora em forma de folha, obtém-se uma construção simples, de peso leve e barata, que permite, para além disso, uma elevada medida de luz solar e que é relativamente resistente ao calor. Devido à manga isoladora ser tão simples e de peso tão leve, é possível utilizá-la também para um elemento tubular de diâmetro comparativamente grande, como um depósito de armazenamento de um ICS. É possível, com isto, prescindir das camadas isoladoras ao longo das paredes da caixa do colector, normalmente necessárias com o tal ICS, obtendo assim uma construção que é mais simples e requer menos espaço, e um ICS pode, desse modo, tornar-se apropriado para se instalar sobre a

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 3 construção de um telhado de um edifício em vez de na mesma.

De preferência, os suportes são fabricados do mesmo modo a partir de material transparente, como, por exemplo, vidro. Obtém-se, assim, uma construção de manga dura, barata mas ainda muito transparente.

Os suportes localizam-se, de preferência, na direcção longitudinal da manga isoladora, pelo que pode utilizar-se suportes simples tipo arame ou haste.

Em complemento, a folha transparente é de preferência fabricada a partir de material de polímeros contendo fluoroeteno, como, por exemplo, FEP (propeno eteno fluorado) que é altamente transparente e é particularmente permeável à radiação infravermelha.

Quando o elemento tubular forma um depósito de armazenamento do meio de aquecimento, o dispositivo pode ser concretizado como um ICS para colocação sobre o telhado de um edifício, pelo que o espaço ocupado no edifício é minimizado. O depósito pode ser colocado, de um modo conhecido, a uma certa distância da superfície espelhada e possuir meios para alargar a sua superfície de absorção. Ao alargar a superfície de absorção do depósito, pode utilizar-se superfícies espelhadas mais planas, pelo que as paredes da caixa que encerra o depósito podem baixar-se, o que resulta numa poupança de material de construção e uma aparência mais atractiva. Obtém-se, assim, uma solução robusta e barata quando a superfície espelhada compreender, no mínimo, um segmento envolvente, relativamente plano, que encerra parcialmente o depósito, e os meios que alargam a superfície de absorção compreenderem, no mínimo, um elemento de absorção que se prolonga na direcção da superfície espelhada. Pode fabricar-se uma superfície espelhada envolvente de modo simples e a baixo custo, embora o elemento de absorção possa tomar a forma de uma simples placa plana. A superfície espelhada pode aqui compreender dois segmentos envolventes relativamente planos que se interseccionam, colocados mutuamente de modo adjacente, e pode prolongar-se o elemento de absorção a partir do depósito para uma posição próxima de uma linha de intersecção dos segmentos. A parede transparente tem, de preferência, uma forma convexa e o depósito projecta-se para além das paredes não transparentes para o espaço definido pela

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 4 parede transparente. Obtém-se, deste modo, uma forma externa mais plana e esteticamente menos incómoda, que provocará menos oposição mesmo se instalado na parte de cima de um telhado.

De preferência, a caixa está ligada ao ambiente externo através de, pelo menos, uma abertura provida de meios de filtro. As diferenças de pressão que resultam das alteração das condições ambientais podem aqui ser compensadas, enquanto se evita que as superfícies espelhadas se sujem pela entrada de pó, pelo qual seria reduzida a eficiência do dispositivo.

De um ponto de vista estrutural, é desejável que o depósito seja cilíndrico e tenha superfícies de extremidade esféricas, em que os meios que alargam a superfície de absorção incluam ainda elementos de absorção que se projectam das superfícies de extremidade e continuam a forma cilíndrica do depósito. A forma cilíndrica e as superfícies terminais esféricas resultam numa resistência e dureza comparativamente maiores do depósito, enquanto que os elementos de absorção adicionais aumentam ainda mais a eficiência do dispositivo. A invenção também se refere a um sistema para distribuição de um meio para aquecimento que é proporcionado com uma fonte de meio frio e um sistema de condutas que ligam a fonte a, pelo menos, um ponto de torneira, em cujo sistema está incorporado, no mínimo, um dispositivo de aquecimento por radiação do tipo acima descrito. Nesse sistema de distribuição, entre o dispositivo de aquecimento por radiação e o ponto de torneira, está colocado, de preferência, pelo menos, um dispositivo ajustável de pós-aquecimento. Uma temperatura constante, ou pelo menos devidamente ajustável, do meio no ponto de torneira pode com isto ser garantida em todas as condições atmosféricas.

Finalmente, a invenção refere-se a um edifício provido de um sistema de distribuição conforme descrito acima. Nesse edifício, o dispositivo de aquecimento por radiação está, de preferência, colocado no exterior e apenas ligado através de uma abertura de passagem ao sistema de condutas colocado no interior do edifício. As operações estruturais no próprio edifício são, com isto, mínimas, pelo que os custos de instalação do dispositivo de aquecimento por radiação se mantêm limitados. A invenção será agora explicada na base de duas concretizações, em que se faz referência ao desenho anexo, no qual os componentes correspondentes se

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ designam com os mesmos números de referência, e em que: a Fig. 1 representa uma secção transversal de uma primeira concretização do dispositivo de aquecimento por radiação de acordo com a invenção; a Fig. 2 representa uma vista em perspectiva, parcialmente cortada, de uma segunda concretização do dispositivo de aquecimento por radiação de acordo com a invenção; e a Fig. 3 é uma vista em corte ao longo da linha lll-lll da Fig. 2.

Um dispositivo 1 (fig. 1) para aquecimento de um meio por radiação está provido de um depósito de armazenamento 2 para o meio 29 de aquecimento, o qual está instalado numa caixa 3. Esta compreende uma parte mais baixa 4 que é formada por um certo número de paredes não transparentes e que é coberta por uma parede transparente 7 que possui um decurso abaulado. Encontram-se dispostas numa caixa 3 várias superfícies espelhadas 5, no caso representado, na forma de dois denominados espelhos envolventes colocados mutuamente de modo adjacente e intersectando-se numa linha 28. Com a sua forma especial estes espelhos envolventes 5 asseguram que toda a radiação solar que cai na 3 que passa através do depósito 2 é todavia reflectida para dentro dele. As paredes de extremidade 31 da caixa 3 são também revestidas no seu interior com material reflector. O depósito 2 é revestido com um material que absorve radiação, por exemplo uma camada de tinta preta ou uma camada espectralmente selectiva. A fim de limitar tanto quanto possível perdas de calor convectivo do depósito 2, e desse modo aumentar, o mais possível, a eficiência do dispositivo de aquecimento por radiação 1, coloca-se uma manga isoladora 8 resistente ao calor, transparente, à volta do depósito 2. Esta manga isoladora 8, que na concretização representada toma a forma de uma folha transparente resistente ao calor 16 esticada sobre vários suportes ou elementos de vidro 15 dispostos separados, espaçados e curvos à volta do depósito 2, une um espaço intermédio 9 em que está situada uma camada pneumática isoladora. Com esta forma de isolamento pode dispensar-se a camada isoladora transparente, debaixo da cobertura transparente 7, e a camada isoladora entre os espelhos 5 e as paredes não transparentes 4 conhecidas a partir de um ICS convencional. O espaço 6 entre os espelhos 5 e as paredes 4 pode, assim, permanecer livre para outros fins, como, por exemplo, receber elementos de construção, a passagem de condutas e

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 6 similares. A construção é assim simplificada e pode, além disso, ser de peso relativamente leve.

Devido à parede transparente 7 ter, além do mais, uma forma convexa e o depósito 2 se projectar para além das paredes não transparentes 4 no espaço assim definido, obtém-se um dispositivo relativamente compacto que pode ser colocado sem problemas sobre a construção de telhado 10, em vez de dentro da mesma. Para este objectivo a caixa 3 possui um rebordo periférico 30 que se prolonga por baixo do revestimento do telhado que circunda a caixa 3, o qual no caso representado é formado pelas telhas de telhado 11. Por outro lado, a construção de telhado 10 consiste, no caso representado, numa camada isoladora 12 e no presente revestimento 13.

Numa concretização alternativa do dispositivo 1 (fig. 2), os suportes de vidro curvados 15 da manga isoladora 8 são substituídos por um certo número de suportes 15 que se prolongam na direcção longitudinal do depósito 2. Entenda-se aqui por materiais “resistentes ao calor” os materiais que retêm as suas propriedades a uma temperatura ambiente de 150°C. Um material apropriado para a folha é, por exemplo, um polímero que contenha fluoroeteno, tal como FEP, que é, além do mais, resistente, barato e bem permeável à radiação infravermelha. Os suportes 15 são cada um deles fabricados de igual modo a partir de um material resistente ao calor que seja, de preferência transparente e, além do mais, duro como, por exemplo, vidro, e são introduzidos pela sua extremidade externa nos correspondentes recessos numa placa de extremidade 17. Devido aos suportes longitudinais 15 serem duros, não são necessárias disposições separadas, tais como arames esticadores ou similares, para preservar a forma desejada da manga isoladora 8. Claro que é também possível substituir os suportes semelhantes a hastes 15 por suportes do género de arames que devem, então, ser esticados entre as placas de extremidade 17. Estas placas de extremidade 17 podem também ser revestidas com material espelhado. Esta construção de manga isoladora 8 é barata e de peso muito leve, mas, contudo, muito robusta.

Na concretização representada, os espelhos envolventes tomam uma forma relativamente plana. As paredes laterais da caixa 3 podem, assim, ser relativamente baixas, pelo que o ICS é menos proeminente e aumenta o correspondente grau de aceitação. Para assegurar que com estes espelhos 5 relativamente planos toda a radiação incidente que passe através do depósito 2 é ainda reflectida de novo nele, o depósito está provido de meios 18, 20 para

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ aumentar a sua superfície de absorção. Na concretização representada, estes meios para aumentar a superfície de absorção compreendem um elemento de absorção plano 18 colocado no interior do depósito 2 e que se prolonga em direcção à linha de intersecção dos segmentos espelhados 5, cujo elemento 18 é revestido do mesmo modo com um material absorvente tal como uma camada de tinta preta ou uma camada espectralmente selectiva. O elemento de absorção 18 é, como é evidente, fabricado a partir de um material com uma boa condutividade do calor, como um metal. A radiação que passa através do tanque 2 e é reflectida pelos segmentos espelhados 5 para o elemento de absorção 18 é aqui absorvida e transferida para o depósito 2 em forma de calor. A partir de considerações estruturais, o depósito 2 é concretizado de forma cilíndrica e provido de superfícies de extremidade esféricas 32. Os espaços entre estas superfícies de extremidade esféricas 32 e a placa de montagem 17 para os suportes longitudinais 15 podia resultar em perda de eficiência através de perda de radiação. Os meios de alargamento da superfície de absorção compreendem, por conseguinte, elementos de absorção 20 que se projectam ainda a partir das superfícies de extremidade 32 e que acompanham a forma cilíndrica do depósito 2 tanto quanto a placa de extremidade 17. Estes elementos de absorção 20 são também fabricados a partir de um material bom condutor de calor e revestidos com uma camada de absorção. A fim de limitar, tanto quanto possível, as perdas de calor a partir do dispositivo 1, todas as paredes 4, 7 são, em princípio, impermeáveis ao ar e, além do mais, cada uma delas ligada de um modo mutuamente impermeável. Contudo, a fim de compensar as diferenças de pressão que podem ter lugar como um resultado de variações na pressão e temperatura ambientes, sem que isto resulte numa construção excessivamente rígida e, por conseguinte, pesada, a caixa 3 está provida de uma abertura de arejamento e ventilação 25 que comunica com o ambiente exterior, por exemplo, o espaço debaixo do telhado 10. A fim de evitar tanto quanto possível a entrada de partículas de pó, através da abertura de arejamento e ventilação 25, que poderiam aderir aos espelhos 5, 31 e à manga isoladora 8 e assim ter um efeito adverso na eficiência do dispositivo 1, coloca-se uma unidade de filtro 27 na abertura de arejamento e ventilação 25, a qual consiste numa quantidade de material de filtro introduzida num corpo tubular 26. Com este filtro 27, o interior da caixa 3 pode permanecer livre de poeiras por toda a vida do dispositivo 1 que, uma vez que envolve uma estrutura de edifício, totalizará normalmente cerca de 30 anos. 8 84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ

Para alimentar e drenar o meio de aquecimento 29 no depósito 2, são ainda colocadas uma conduta de alimentação 21 e uma conduta de drenagem 22 no depósito 2, cada uma das quais se liga, através de uma entrada atravessante 24 no telhado 10, a um sistema de condutas no edifício em que este dispositivo 1 está instalado. A fim de impedir a congelação das condutas 21, 22, instalam-se numa vedação isoladora 23. O tubo de drenagem 22 será, por outro lado, geralmente ligado a um dispositivo de pós-aquecimento, por exemplo a uma caldeira convencional eléctrica ou a gás, pelo que se assegura uma alimentação constante do meio 29 a uma temperatura ajustável desejada em todas as condições atmosféricas.

Lisboa, 18. M. 2000

Por ZONNE-ENERGIE NEDERLAND B.V. -O AGENTE OFICIAL-

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DA CUNHA fERREIRA

Claims

84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1 - Dispositivo (1) para aquecer um meio (29) por radiação, provido de um elemento tubular (2) que está colocado numa caixa (3) que tem, pelo menos, uma parede transparente (7) e, no mínimo, uma superfície espelhada (5, 31) e através do qual flui o meio (29) de aquecimento, e uma manga isoladora transparente (8) que encerra o elemento tubular (2) com um espaço intermédio (9), caracterizado por a manga isoladora (8) compreender uma folha transparente (16) esticada sobre uma pluralidade de suportes (15).
2 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os suportes (15) serem fabricados a partir de um material transparente.
3 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por os suportes (15) estarem dispostos na direcção longitudinal da manga isoladora (8).
4 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a folha transparente (16) ser fabricada a partir de um material de polímero que contenha fluoroeteno.
5 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o elemento tubular (2) formar um depósito de armazenamento para o meio (29) de aquecimento.
6 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, em que o depósito (2) está colocado a uma certa distância da superfície espelhada (5, 31) e possui meios (18, 20) para aumentar a correspondente superfície de absorção, caracterizado por a superfície espelhada (5) compreender, no mínimo, um segmento envolvente relativamente plano que envolve parcialmente o depósito (2), e por os meios de aumentar a superfície de absorção (18, 20) compreenderem pelo menos um elemento de absorção (18) que se prolonga na direcção da superfície espelhada (5).
7 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com reivindicação 6, caracterizado por a superfície espelhada (5, 31) compreender dois segmentos envolventes, relativamente planos, que se interseccionam, mutuamente colocados 84 010 ΕΡ 0 743 495/ΡΤ 2/2 de modo adjacente, e por o elemento de absorção (18) se prolongar desde o depósito (2) para uma posição próxima da linha de intersecção dos segmentos (5).
8 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a parede transparente (7) possuir uma forma convexa e o depósito (2) se projectar para além das paredes não transparentes (4) para dentro do espaço definido pela parede transparente (7).
9 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a caixa (3) estar ligada ao ambiente externo através de, no mínimo, uma abertura (25) provida de meios de filtro (27).
10 - Dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o depósito (2) ser cilíndrico e ter superfícies de extremidade esféricas (32), e por os meios para aumentar a superfície de absorção (18; 20) compreenderem ainda elementos de absorção (20) que se projectam desde as superfícies de extremidade (32) e que continuam a forma cilíndrica do depósito (2).
11 - Sistema para distribuição de um meio de aquecimento que está provido de uma fonte de meio frio e de um sistema de condutas que liga a fonte a, pelo menos, um ponto de torneira, em cujo sistema está incorporado, no mínimo, um dispositivo de aquecimento por radiação (1) de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores.
12 - Sistema de distribuição de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por, pelo menos, um dispositivo ajustável de pós-aquecimento estar instalado entre o dispositivo de aquecimento por radiação (1)eo ponto de torneira.
13 - Edifício provido de um sistema de distribuição de acordo com as reivindicações 11 ou 12, caracterizado por o dispositivo de aquecimento por radiação (1) estar instalado no seu exterior e ser apenas ligado através de uma abertura de passagem (24) ao sistema de condutas instalado no interior do edifício. Lisboa, Por ZONNE-ENERGIE NEDERLAND B.V. - OAGENTE OFJCIAL -

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