RU2710157C1 - Dynamic energy-saving facade with variable properties - Google Patents

Dynamic energy-saving facade with variable properties Download PDF

Info

Publication number
RU2710157C1
RU2710157C1 RU2019111584A RU2019111584A RU2710157C1 RU 2710157 C1 RU2710157 C1 RU 2710157C1 RU 2019111584 A RU2019111584 A RU 2019111584A RU 2019111584 A RU2019111584 A RU 2019111584A RU 2710157 C1 RU2710157 C1 RU 2710157C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
facade
prisms
saving
face
energy
Prior art date
Application number
RU2019111584A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Светлана Валерьевна Плотникова
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный инженерно-технологический университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный инженерно-технологический университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Брянский государственный инженерно-технологический университет"
Priority to RU2019111584A priority Critical patent/RU2710157C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2710157C1 publication Critical patent/RU2710157C1/en

Links

Images

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B2/00Walls, e.g. partitions, for buildings; Wall construction with regard to insulation; Connections specially adapted to walls
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E06DOORS, WINDOWS, SHUTTERS, OR ROLLER BLINDS IN GENERAL; LADDERS
    • E06BFIXED OR MOVABLE CLOSURES FOR OPENINGS IN BUILDINGS, VEHICLES, FENCES OR LIKE ENCLOSURES IN GENERAL, e.g. DOORS, WINDOWS, BLINDS, GATES
    • E06B3/00Window sashes, door leaves, or like elements for closing wall or like openings; Layout of fixed or moving closures, e.g. windows in wall or like openings; Features of rigidly-mounted outer frames relating to the mounting of wing frames
    • E06B3/66Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together
    • E06B3/67Units comprising two or more parallel glass or like panes permanently secured together characterised by additional arrangements or devices for heat or sound insulation or for controlled passage of light
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/24Structural elements or technologies for improving thermal insulation
    • Y02A30/249Glazing, e.g. vacuum glazing
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/90Passive houses; Double facade technology
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B80/00Architectural or constructional elements improving the thermal performance of buildings
    • Y02B80/22Glazing, e.g. vaccum glazing

Abstract

FIELD: construction.
SUBSTANCE: invention relates to construction, namely to facades of energy-efficient buildings, and can be used in construction of energy-active and environmentally safe residential and public buildings with high degree of heat protection. Design of dynamic energy-saving facade with variable properties comprises wall from traditional wall materials (monolithic concrete, brick, blocks from cellular concrete, wooden bar, etc.) with layer of effective insulation, for example, from mineral wool covered with wind-hydro-protective membrane, and external dynamic layer consisting of installed with possibility of synchronous rotation around their parallel in one plane of vertical axes of triangular prisms, which side faces are able to be arranged in one plane or parallel planes and have the following properties: first face in form of vacuumized insulating glass window with thickness of 6–8 mm with vacuum of 10-3–10-4 mm Hg and with selective coating on glass inner surface with emissivity ε=0.10–0.20, connected to two other faces, having on the inner surfaces a selective coating with an absorption coefficient α=0.80–0.95 and emissivity ε=0.10–0.20; second face has coating on outer side with reflection coefficient ρ=0.85–0.90 and the third face on the outer side has a film solar battery. Top plugs of triangular prisms come out with their hollow branch pipes into horizontally sealed box with perpendicularly located channel to it with influx valve, which extends to inner face of wall. Bottom plugs of triangular prisms have bushings installed in mounting holes of horizontal box and having on end a driven gear, which interacts through drive gear with mechanism of prism turning. One of the elements of the prisms turning mechanism is a horizontally arranged shaft connected through a reduction gear to a step motor. Engine can be located in right or left post both vertically and horizontally. Shaft turns at a certain angle (or turns at the required number of revolutions) and is delayed in the required position to allow setting the prism faces having similar properties in the same plane. Control unit controls the operation of the drive. Depending on weather and preset conditions and time in accordance with program it sets prisms in preset position and determines time of stationary condition of prisms. Dynamic energy-saving facade operates in an automated mode and comprises an engine control unit, a charging device and an accumulator which are in sealed compact housings placed in the right or left side post. Inside the side post there are special fasteners for this purpose. Engine and charger control is performed so as to optimize engine operation in terms of power parameters, increasing its efficiency and resource, reducing power consumption, providing fast charge of the accumulator and its long-term storage.
EFFECT: electronics provides accelerated charging of accumulator from solar batteries or by another method during 3–4 hours.
4 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к области строительства энергоэффективных и экологически безопасных зданий, в частности касается регулирования теплозащитных свойств защитной оболочки здания, солнечного отопления и обеспечения требуемого воздухообмена в зданиях для управления параметрами микроклимата внутренних помещений.The invention relates to the field of construction of energy-efficient and environmentally friendly buildings, in particular, to regulates the heat-shielding properties of the protective shell of a building, solar heating and to provide the required air exchange in buildings to control the indoor climate.

В настоящее время при возведении энергоэффективных зданий, как правило, используются конструктивные решения ограждающих конструкций с постоянными теплофизическими свойствами независимо от расположения ограждающих конструкций по высоте фасада здания и его ориентации на местности. Такие решения являются нерациональными с учетом значительного изменения режимов и условий эксплуатации зданий в зимний и летний периоды, увеличения ветровой нагрузки по высоте здания и в зависимости от ориентации здания в пространстве.Currently, in the construction of energy-efficient buildings, as a rule, structural solutions of enclosing structures with constant thermophysical properties are used, regardless of the location of the enclosing structures along the height of the building facade and its orientation on the ground. Such decisions are irrational, given the significant changes in the modes and conditions of operation of buildings in winter and summer periods, an increase in wind load along the height of the building and depending on the orientation of the building in space.

Известна конструкция фасада, включающего стену с поглощающей поверхностью из штукатурки, покрытой черной краской, прозрачную теплоизоляцию из полимерной пленки на основе триацетатцеллюлозы толщиной 0,135 м и закаленного стекла толщиной 0,006 м. Конструкция из прозрачной изоляции заключена в деревянную раму (G.M. Wallner, R. Hausner, H. Hegedys, H. Schobermayr, R.W. Lang. Application Demonstration and Performance of Cellulose Triacetate Polymer Film Based Transparent Insulation Wall Heating System. Solar Energy, Vol. 80, 1410-1416, 2006) [1]. Недостатками данной конструкции являются большая толщина, недостаточно высокий коэффициент пропускания прозрачной теплоизоляции, высокий коэффициент излучения поглощающей поверхности, отсутствие возможности изменения теплофизических свойств стены.A facade design is known, including a wall with an absorbing surface of plaster coated with black paint, transparent thermal insulation from a polymer film based on cellulose triacetate 0.135 m thick and tempered glass 0.006 m thick. The transparent insulation design is enclosed in a wooden frame (GM Wallner, R. Hausner, H. Hegedys, H. Schobermayr, RW Lang. Application Demonstration and Performance of Cellulose Triacetate Polymer Film Based Transparent Insulation Wall Heating System. Solar Energy, Vol. 80, 1410-1416, 2006) [1]. The disadvantages of this design are the large thickness, insufficiently high transmittance of transparent thermal insulation, high emissivity of the absorbing surface, the inability to change the thermal properties of the wall.

Известна конструкция фасада, включающего стену с прозрачной теплоизоляцией, заключенной в деревянную раму. Прозрачная изоляция состоит из поликарбоната капиллярной структуры, заключенного между двумя стеклами. На стену с внешней стороны нанесена черная краска (I.L. Wong, P.C. Eames, R.S. Perera. A Review of Transparent Insulation System and the Evaluation of Payback Period for Building Applications. Solar Energy, Vol. 81, pp. 1058-1071, 2007) [2]. Недостатками конструкции являются недостаточно высокий коэффициент пропускания, большая толщина, высокий коэффициент излучения поглощающей поверхности, отсутствие возможности изменения теплофизических свойств стены.A known design of the facade, including a wall with transparent thermal insulation, enclosed in a wooden frame. Transparent insulation consists of a polycarbonate capillary structure enclosed between two glasses. Black paint is applied to the wall from the outside (IL Wong, PC Eames, RS Perera. A Review of Transparent Insulation System and the Evaluation of Payback Period for Building Applications. Solar Energy, Vol. 81, pp. 1058-1071, 2007) [ 2]. The design disadvantages are insufficiently high transmittance, large thickness, high emissivity of the absorbing surface, the inability to change the thermophysical properties of the wall.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является конструкция солнечного фасада с вакуумированным стеклопакетом (RU 2382164, МПК, Е06В 3/677, 2010 г) [3], содержащего стену с поглощающей поверхностью и вакуумированный стеклопакет толщиной 6,5 мм с вакуумом 10-3-10-4 мм рт.ст. и с селективным покрытием на внутренней поверхности стекла с излучательной способностью ε=0,1, установленный на внешней стороне стены здания, при этом поглощающая поверхность имеет селективное покрытие с коэффициентом поглощения α=0,95 и излучательной способностью ε=0,1. Недостатком известной конструкции является недостаточно высокие теплоизоляционные свойства, низкая эффективность использования подогретого воздуха для отопления помещений, отсутствие возможности автоматизированного изменения теплофизических свойств стены в процессе эксплуатации.The closest in technical essence to the invention is the design of a solar facade with evacuated glass (RU 2382164, IPC, EV 3/677, 2010) [3], containing a wall with an absorbing surface and a vacuum glass with a thickness of 6.5 mm with a vacuum of 10 -3 -10 -4 mmHg and with a selective coating on the inner surface of the glass with emissivity ε = 0.1, mounted on the outside of the wall of the building, while the absorbing surface has a selective coating with an absorption coefficient α = 0.95 and emissivity ε = 0.1. A disadvantage of the known design is the insufficiently high thermal insulation properties, low efficiency of using heated air for space heating, and the lack of the ability to automatically change the thermal properties of the wall during operation.

Задачей предлагаемого изобретения является автоматизированное регулирование теплофизических свойств стены здания в зависимости от изменения погодных и эксплуатационных условий, повышение эффективности использования солнечной энергии для воздушного отопления помещений здания, обеспечение подогрева свежего воздуха при его подаче через приточный клапан.The objective of the invention is the automated regulation of the thermophysical properties of the wall of the building depending on changes in weather and operating conditions, increasing the efficiency of using solar energy for air heating of the building, ensuring the heating of fresh air when it is supplied through the supply valve.

Вышеуказанный результат достигается тем, что предлагаемый динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами содержит стену из традиционных стеновых материалов (монолитный бетон, кирпич, блоки из ячеистого бетона, деревянный брус и т.п.) со слоем эффективного утеплителя, например из минеральной ваты, покрытой ветро-гидрозащитной мембраной, и наружный динамический слой, состоящий из установленных с возможностью синхронного поворота вокруг своих параллельно расположенных в одной плоскости вертикальных осей треугольных призм, боковые грани которых выстраиваясь в одной плоскости образуют наружные и внутренние поверхности со следующими свойствами: первая грань в виде вакуумированного стеклопакета толщиной 6-8 мм мм с вакуумом 10-3-10-4 мм рт.ст. и с селективным покрытием на внутренней поверхности стекла с излучательной способностью ε=0,10-0,20, соединенного с двумя другими гранями, имеющими на внутренних поверхностях селективное покрытие с коэффициентом поглощения α=0,80-0,95 и излучательной способностью ε=0,10-0,20; вторая грань имеет покрытие на внешней стороне с коэффициентом отражения ρ=0,85-0,90 и третья грань на внешней стороне имеет пленочную солнечную батарею. Верхние заглушки треугольных призм выходят своими полыми патрубками в горизонтально расположенный герметичный короб, имеющий перпендикулярно расположенный к нему канал с приточным клапаном, выходящим на внутреннюю грань стены. Имеется устройство для поворота призм и блок управления, работающие в автоматическом режиме по заданной программе при изменении условий эксплуатации, а также контроллер для преобразования солнечной энергии в электрическую, аккумуляторная батарея и инвертор для преобразования постоянного электрического тока в переменный.The above result is achieved by the fact that the proposed dynamic energy-saving facade with variable properties contains a wall of traditional wall materials (monolithic concrete, brick, aerated concrete blocks, wooden beams, etc.) with a layer of effective insulation, for example, of mineral wool covered with wind a hydro-protective membrane, and an external dynamic layer, consisting of triangular prizes mounted with the possibility of synchronous rotation around their vertical axes parallel to the same in the same plane m, the side faces of which lining up in the same plane form the outer and inner surfaces with the following properties: the first face is in the form of a vacuum glass unit with a thickness of 6-8 mm mm with a vacuum of 10 -3 -10 -4 mm Hg and with a selective coating on the inner surface of the glass with an emissivity ε = 0.10-0.20, connected to two other faces having a selective coating on the inner surfaces with an absorption coefficient α = 0.80-0.95 and emissivity ε = 0.10-0.20; the second face has a coating on the outside with a reflection coefficient ρ = 0.85-0.90 and the third face on the outside has a film solar panel. The upper plugs of the triangular prisms exit with their hollow nozzles into a horizontally located airtight duct having a channel perpendicular to it with a supply valve facing the inner edge of the wall. There is a device for turning prisms and a control unit operating in automatic mode according to a given program when changing operating conditions, as well as a controller for converting solar energy into electrical energy, a rechargeable battery and an inverter for converting direct current to alternating current.

В результате использования предлагаемого изобретения снижаются тепловые потери здания, затраты на отопление, вентиляцию и охлаждение помещений благодаря использованию поворотных призм с гранями, наружные и внутренние поверхности которых обладают различными свойствами излучательной способности, коэффициентами поглощения и отражения, а также содержат пленочные солнечные батареи.As a result of the use of the present invention, the heat losses of the building, the costs of heating, ventilation and cooling of the premises are reduced due to the use of rotary prisms with faces, the outer and inner surfaces of which have different emissivity properties, absorption and reflection coefficients, and also contain film solar cells.

Технический результат: обеспечение высоких теплозащитных характеристик наружных стен зданий с возможностью их регулирования при изменении условий эксплуатации с одновременным снижением затрат на отопление, вентиляцию и поддержание требуемых параметров микроклимата внутренних помещений.EFFECT: provision of high heat-shielding characteristics of the external walls of buildings with the possibility of their regulation when changing operating conditions while reducing heating, ventilation and maintaining the required microclimate parameters of the indoor premises.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами. На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 представлен общий вид динамического энергосберегающего фасада здания с изменяемыми свойствами, работающего соответственно в режиме 1, режиме 2 и режиме 3; на фиг. 4 - общая схема конструктивного решения стены с динамическим энергосберегающим фасадом с изменяемыми свойствами; на фиг. 5 - вертикальный разрез стены с динамическим энергосберегающим фасадом с изменяемыми свойствами в месте прохождения приточного клапана; на фиг. 6 - горизонтальный разрез 1-1 стены с динамическим энергосберегающим фасадом с изменяемыми свойствами; на фиг. 7, фиг. 8, фиг. 9, фиг. 10, фиг. 11 - расположение призм в плане при работе динамического фасада с изменяемыми свойствами соответственно в режиме 1, режиме 2, режиме 3, режиме 4, режиме 5; на фиг. 12 - общий вид поворотного механизма с вертикальным расположением двигателя; на фиг. 13 - общий вид поворотного механизма с горизонтальным расположением двигателя.The essence of the invention is illustrated by figures. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 3 shows a general view of a dynamic energy-saving facade of a building with variable properties, operating respectively in mode 1, mode 2 and mode 3; in FIG. 4 is a general diagram of a structural solution of a wall with a dynamic energy-saving facade with variable properties; in FIG. 5 is a vertical section of a wall with a dynamic energy-saving facade with variable properties at the passage of the supply valve; in FIG. 6 - horizontal section 1-1 of the wall with a dynamic energy-saving facade with variable properties; in FIG. 7, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 10, FIG. 11 - the location of the prisms in the plan when the dynamic facade with variable properties, respectively, in mode 1, mode 2, mode 3, mode 4, mode 5; in FIG. 12 is a general view of a rotary mechanism with a vertical arrangement of the engine; in FIG. 13 is a General view of the rotary mechanism with a horizontal engine.

Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами содержит стену с внутренним слоем из традиционных стеновых материалов 1 (фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6), эффективный утеплитель, например из минеральной ваты 2 (фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6), ветро-гидрозащитную мембрану 3 (фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6), воздушный зазор 4 между наружным динамическим слоем 5 и эффективным утеплителем 2 (фиг. 4, фиг. 5 и фиг. 6). Наружный динамический слой 5 состоит из установленных с возможностью синхронного поворота вокруг своих параллельно расположенных в одной плоскости вертикальных осей треугольных поворотных призм 6, боковые грани которых 7, 8 и 9 способны выстраиваться в одной плоскости или параллельных плоскостях и имеют следующие свойства: первая грань 7 в виде вакуумированного стеклопакета толщиной 6-8 мм мм с вакуумом 10-3-10-4 мм рт.ст. и с селективным покрытием на внутренней поверхности стекла с излучательной способностью ε=0,10-0,20, соединенного с двумя другими гранями 8 и 9, имеющими на внутренних поверхностях селективное покрытие с коэффициентом поглощения α=0,80-0,95 и излучательной способностью ε=0,10-0,20; при этом вторая грань 8 на внешней стороне имеет покрытие с коэффициентом отражения ρ=0,85-0,90, а третья грань 9 на внешней стороне имеет пленочную солнечную батарею 10. Треугольная поворотная призма 6 имеет нижние и верхние заглушки соответственно 11 и 12 (фиг. 5). Нижние заглушки 11 треугольных поворотных призм 6 имеют втулки 13, установленные в посадочные отверстия 14 нижнего горизонтального короба 15 и имеющие на конце ведомую шестерню 16, которая взаимодействует с ведущей шестерней 17 механизма поворота призм (фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 12, фиг. 13). В механизм поворота призм входит расположенный горизонтально составной вал 18, соединенный через редуктор 19 с шаговым двигателем 20 (фиг. 4, фиг. 12, фиг. 13). Двигатель 20 может располагаться в правой или левой стойках 21 как вертикально, так и горизонтально. Вал 18 поворачивается на определенный угол (или проворачивается на нужное число оборотов) и задерживается в нужном положении, чтобы дать возможность выставить грани призм 6, обладающих одинаковыми свойствами, в одной плоскости. Работу механизма поворота призм регулирует блок управления (условно не показан). В зависимости от погодных или заданных условий и времени в соответствии с программой он устанавливает призмы 6 в заданное положение и определяет время их неподвижного состояния. Верхние заглушки 12 треугольных призм 6 выходят своими полыми патрубками 22 в герметичный горизонтально расположенный верхний короб 23 для сбора нагреваемого воздуха, имеющий перпендикулярно расположенный к нему канал с приточным клапаном 24, выходящим на внутреннюю грань стены 1. Воздух в призмы поступает через отверстия 25 (фиг. 5, фиг. 6), находящиеся в нижних заглушках 11 призм 6, нагревается и попадает через полые патрубки 22 верхних заглушек 12 в герметичный верхний короб 23 и через приточный клапан 24 попадает в помещение. Устройство для поворота призм и блок управления (условно не показан) работают в автоматическом режиме по заданной программе при изменении условий эксплуатации. Для работы динамического фасада в автономном режиме используется контроллер 25 для преобразования солнечной энергии в электрическую, аккумуляторная батарея 26 и инвертор 27 для преобразования постоянного электрического тока в переменный (фиг. 4).A dynamic energy-saving facade with variable properties contains a wall with an inner layer of traditional wall materials 1 (Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 6), an effective insulation, for example, from mineral wool 2 (Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 6 ), a wind-waterproof membrane 3 (Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 6), an air gap 4 between the outer dynamic layer 5 and effective insulation 2 (Fig. 4, Fig. 5 and Fig. 6). The outer dynamic layer 5 consists of triangular rotary prisms 6 mounted with the possibility of synchronous rotation around their vertical axes parallel in parallel in the same plane, the lateral faces of which 7, 8 and 9 are able to line up in the same plane or parallel planes and have the following properties: first face 7 in in the form of a vacuum glass unit with a thickness of 6-8 mm mm with a vacuum of 10 -3 -10 -4 mm RT.article and with a selective coating on the inner surface of the glass with an emissivity ε = 0.10-0.20, connected to two other faces 8 and 9, having a selective coating on the inner surfaces with an absorption coefficient α = 0.80-0.95 and emissive ability ε = 0.10-0.20; the second face 8 on the outside has a coating with a reflection coefficient ρ = 0.85-0.90, and the third face 9 on the outside has a solar film 10. The triangular rotary prism 6 has the lower and upper caps 11 and 12, respectively ( Fig. 5). The lower plugs 11 of the triangular rotary prisms 6 have sleeves 13 installed in the mounting holes 14 of the lower horizontal box 15 and having a driven gear 16 at the end that interacts with the drive gear 17 of the prism rotation mechanism (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 12, Fig. 13). The prism turning mechanism includes a horizontally positioned composite shaft 18 connected through a gearbox 19 to a stepper motor 20 (Fig. 4, Fig. 12, Fig. 13). The engine 20 can be located in the right or left racks 21 both vertically and horizontally. The shaft 18 is rotated by a certain angle (or rotated by the desired number of revolutions) and is delayed in the desired position to enable the faces of the prisms 6 having the same properties to be set in the same plane. The operation of the mechanism of rotation of the prisms is regulated by the control unit (not conventionally shown). Depending on the weather or specified conditions and time, in accordance with the program, he sets prisms 6 to a predetermined position and determines the time of their stationary state. The upper plugs 12 of the triangular prisms 6 exit with their hollow nozzles 22 into a sealed horizontally located upper duct 23 for collecting heated air, having a channel perpendicular to it with a supply valve 24 facing the inner face of the wall 1. Air enters the prisms through openings 25 (FIG. 5, Fig. 6), located in the lower plugs 11 of the prisms 6, heats up and enters through the hollow nozzles 22 of the upper plugs 12 into the sealed upper duct 23 and enters the room through the supply valve 24. The device for turning prisms and the control unit (not shown conditionally) operate automatically according to a given program when changing operating conditions. To operate the dynamic facade in stand-alone mode, a controller 25 is used to convert solar energy into electrical energy, a rechargeable battery 26 and an inverter 27 to convert direct current to alternating current (Fig. 4).

Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами работает в различных режимах.Dynamic energy-saving facade with variable properties works in various modes.

Режим 1 (фиг. 1, фиг. 5, фиг. 6, фиг. 7). Наружные грани призм 6 создают плоскость динамического энергосберегающего фасада 5 из вакуумированных стеклопакетов 7. В данном режиме динамический энергосберегающий фасад работает как солнечный воздушный коллектор, обеспечивающий воздушное отопление в солнечный день и подачу подогретого свежего воздуха в помещения. Солнечные излучение проходит через вакуумированные стеклопакеты 7 и попадает на внутренние поверхности граней 8 и 9 призм с коэффициентом поглощения α=0,80-0,95 и излучательной способностью ε=0,1-0,2, нагревает их, от которых, в свою очередь, нагревается воздух в призмах 6. Потери тепла снижаются за счет вакуумированного стеклопакета 7 с вакуумом 10-3-10-4 мм рт.ст. со стеклокерамическими фиксаторами 28, имеющего сопротивление теплопередаче R=0,8-0,9 (м2⋅К)/Вт. В вакуумном зазоре стеклопакетов 7 конвекция и теплопроводность разреженного газа незначительны, а теплопотери за счет излучения значительно снижаются благодаря селективному покрытию с излучательной способностью ε=0,10-0,20, нанесенному на внутреннюю поверхность стекла. Воздух поступает через отверстия 25, находящихся в нижних заглушках 11 призм 6, нагревается и попадает через полые патрубки 22 верхних заглушек 12 в верхний герметичный короб 23 и через приточный клапан 24 попадает в помещение. Приточный клапан 24 имеет фильтр и заслонку для регулирования проходного отверстия.Mode 1 (Fig. 1, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7). The outer faces of prisms 6 create a plane of a dynamic energy-saving facade 5 from evacuated double-glazed windows 7. In this mode, the dynamic energy-saving facade works as a solar air collector, providing air heating on a sunny day and supplying heated fresh air to the premises. Solar radiation passes through evacuated double-glazed windows 7 and enters the inner surfaces of the faces 8 and 9 of the prisms with an absorption coefficient α = 0.80-0.95 and emissivity ε = 0.1-0.2, heats them, from which, in its in turn, the air in the prisms is heated 6. Heat losses are reduced due to the vacuum glass unit 7 with a vacuum of 10 -3 -10 -4 mm Hg with glass-ceramic clamps 28 having a heat transfer resistance R = 0.8-0.9 (m 2 ⋅K) / W. In the vacuum gap of double-glazed windows 7, convection and thermal conductivity of rarefied gas are negligible, and heat loss due to radiation is significantly reduced due to selective coating with emissivity ε = 0.10-0.20 applied to the inner surface of the glass. Air enters through the openings 25 located in the lower plugs 11 of the prisms 6, heats up and enters through the hollow nozzles 22 of the upper plugs 12 into the upper sealed box 23 and enters the room through the supply valve 24. The supply valve 24 has a filter and a shutter for regulating the passage opening.

Режим 2 (фиг. 2, фиг. 4, фиг. 8). Наружные грани 9 призм 6, покрытые пленочными солнечными панелями 10 создают на фасаде плоскую поверхность, работающую как солнечная батарея. Солнечная энергия с помощью контроллера 25 преобразуется в электрическую и заряжает аккумуляторную батарею 26. Постоянный ток с помощью инвертора 27 преобразуется в переменный и используется для работы всей системы. Динамический фасад может работать в автономном режиме по заданной программе. Блок управления при использовании датчиков времени и датчиков, реагирующих на яркость света, автоматически устанавливает заданный режим.Mode 2 (FIG. 2, FIG. 4, FIG. 8). The outer faces 9 of the prisms 6, covered with film solar panels 10 create a flat surface on the facade, acting like a solar battery. Solar energy using the controller 25 is converted into electrical energy and charges the battery 26. Direct current using the inverter 27 is converted to alternating current and is used to operate the entire system. The dynamic facade can work offline according to a given program. The control unit when using time sensors and sensors that respond to the brightness of the light, automatically sets the preset mode.

Режим 3 (фиг. 3, фиг. 9). Наружные грани 8 призм 6 создают плоскость динамического энергосберегающего фасада с коэффициентом отраженияMode 3 (Fig. 3, Fig. 9). The outer faces of 8 prisms 6 create a plane of a dynamic energy-saving facade with a reflection coefficient

ρ=0,85-0,90. В этом режиме динамический энергосберегающий фасад отражает солнечное излучение в жаркий день и этим охлаждает стену 1. При этом положении грань призмы 7 из вакуумированного стеклопакета также будет препятствовать нагреву стены.ρ = 0.85-0.90. In this mode, the dynamic energy-saving facade reflects solar radiation on a hot day and this cools the wall 1. At this position, the face of the prism 7 from the vacuum glass will also prevent the wall from heating.

Режим 4 (фиг. 10). В данном режиме между призмами создается зазор для удаления в летний период накопленной в зимний период влаги из стены и эффективного утеплителя. В данном режиме расположение призм может иметь три варианта и наряду с сушкой утеплителя может работать и в режиме, например, солнечных батарей.Mode 4 (Fig. 10). In this mode, a gap is created between the prisms to remove moisture accumulated in the winter period from the wall and effective insulation in the summer period. In this mode, the location of the prisms can have three options and, along with drying the insulation, can also work in the mode of, for example, solar panels.

Режим 5 (фиг. 11). В жаркий день грани призм из вакуумированных стеклопакетов 7, располагаясь параллельно эффективному утеплителю, создают сплошную плоскость, препятствующую проникновению теплого наружного воздуха с улицы. При этом грани 8 призм 6 отражают солнечное излучение на поверхность солнечных батарей 10, способствуя охлаждению стены и обеспечивая работу солнечных батарей.Mode 5 (Fig. 11). On a hot day, the faces of prisms from evacuated double-glazed windows 7, located parallel to the effective insulation, create a continuous plane that prevents the penetration of warm outdoor air from the street. At the same time, faces 8 of prisms 6 reflect solar radiation on the surface of solar panels 10, helping to cool the walls and ensure the operation of solar panels.

Следует к преимуществам динамического фасада отнести возможность замены слоя эффективного утеплителя при капитальном ремонте здания путем предварительного снятия призм, что невозможно осуществить в других случаях при расположении утеплителя внутри стены.The advantages of the dynamic facade include the ability to replace the effective insulation layer during the overhaul of the building by preliminary removal of the prisms, which cannot be done in other cases when the insulation is located inside the wall.

Библиографический списокBibliographic list

1. G.M. Wallner, R. Hausner, H. Hegedys, H. Schobermayr, R.W. Lang. Application Demonstration and Performance of Cellulose Triacetate Polymer Film Based Transparent Insulation Wall Heating System. Solar Energy, Vol. 80, 1410-1416, 2006.1. G.M. Wallner, R. Hausner, H. Hegedys, H. Schobermayr, R.W. Lang. Application Demonstration and Performance of Cellulose Triacetate Polymer Film Based Transparent Insulation Wall Heating System. Solar Energy, Vol. 80, 1410-1416, 2006.

2. I.L. Wong, P.C. Eames, R.S. Perera. A Review of Transparent Insulation System and the Evaluation of Payback Period for Building Applications. Solar Energy, Vol. 81, pp. 1058-1071, 2007.2. I.L. Wong, P.C. Eames, R.S. Perera A Review of Transparent Insulation System and the Evaluation of Payback Period for Building Applications. Solar Energy, Vol. 81, pp. 1058-1071, 2007.

3. Патент 2382164 Российская Федерация. Солнечный фасад с вакуумированным стеклопакетом / Стребков Д.С., Митина И.В.; заявитель и патентообладатель: Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) - №2008148711/03; Заявл. 11.12.2008; опубл. 20.02.2010, Бюл. №15 - 5 с.3. Patent 2382164 Russian Federation. Solar facade with a vacuum double-glazed window / Strebkov D.S., Mitina I.V .; applicant and patent holder: Russian Academy of Agricultural Sciences State Scientific Institution All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (GNU VIESKH RUSSELLOZAKADEMII) - No. 2008148711/03; Claim 12/11/2008; publ. 02/20/2010, Bull. No. 15 - 5 s.

Claims (4)

1. Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами, содержащий стену с эффективным утеплителем и наружный слой, отличающийся тем, что наружный слой состоит из установленных с возможностью синхронного поворота вокруг своих параллельно расположенных в одной плоскости вертикальных осей треугольных призм, боковые грани которых способны выстраиваться в одной плоскости или параллельных плоскостях и имеют следующие свойства: первая грань в виде вакуумированного стеклопакета толщиной 6-8 мм с вакуумом 10-3-10-4 мм рт.ст. и с селективным покрытием на внутренней поверхности стекла с излучательной способностью ε=0,10-0,20, соединенного с двумя другими гранями, имеющими на внутренних поверхностях селективное покрытие с коэффициентом поглощения α=0,80-0,95 и излучательной способностью ε=0,10-0,20; вторая грань имеет на внешней стороне покрытие с коэффициентом отражения ρ=0,85-0,90, и третья грань на внешней стороне имеет пленочную солнечную батарею.1. Dynamic energy-saving facade with variable properties, comprising a wall with effective insulation and an outer layer, characterized in that the outer layer consists of triangular prisms mounted with the possibility of synchronous rotation around their vertical axes parallel in parallel in the same plane, the side faces of which can be aligned in one planes or parallel planes and have the following properties: the first face in the form of a vacuum glass unit with a thickness of 6-8 mm with a vacuum of 10 -3 -10 -4 mm RT.article and with a selective coating on the inner surface of the glass with an emissivity ε = 0.10-0.20, connected to two other faces having a selective coating on the inner surfaces with an absorption coefficient α = 0.80-0.95 and emissivity ε = 0.10-0.20; the second face has a coating on the outside with a reflection coefficient ρ = 0.85-0.90, and the third face has a solar film on the outside. 2. Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами по п. 1, отличающийся тем, что верхние заглушки треугольных призм своими полыми патрубками выходят в горизонтально расположенный герметичный короб, имеющий перпендикулярно расположенный к нему канал с приточным клапаном, выходящим на внутреннюю грань стены.2. A dynamic energy-saving facade with variable properties according to claim 1, characterized in that the upper plugs of the triangular prisms with their hollow nozzles exit into a horizontally sealed duct that has a channel perpendicular to it with a supply valve facing the inner edge of the wall. 3. Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами по п. 1, отличающийся тем, что имеет устройство для поворота призм и блок управления, работающие в автоматическом режиме по заданной программе при изменении условий эксплуатации.3. A dynamic energy-saving facade with variable properties according to claim 1, characterized in that it has a device for turning prisms and a control unit operating in automatic mode according to a given program when changing operating conditions. 4. Динамический энергосберегающий фасад с изменяемыми свойствами по п. 1, отличающийся тем, что для работы в автономном режиме имеет контроллер для преобразования солнечной энергии в электрическую, аккумуляторную батарею и инвертор для преобразования постоянного электрического тока в переменный.4. A dynamic energy-saving facade with variable properties according to claim 1, characterized in that for working in stand-alone mode it has a controller for converting solar energy into electric, battery and inverter for converting direct current to alternating current.
RU2019111584A 2019-04-16 2019-04-16 Dynamic energy-saving facade with variable properties RU2710157C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111584A RU2710157C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Dynamic energy-saving facade with variable properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019111584A RU2710157C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Dynamic energy-saving facade with variable properties

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2710157C1 true RU2710157C1 (en) 2019-12-24

Family

ID=69022925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019111584A RU2710157C1 (en) 2019-04-16 2019-04-16 Dynamic energy-saving facade with variable properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2710157C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111997185A (en) * 2020-08-25 2020-11-27 华创建筑设计有限公司 Green energy-saving ecological building structure
RU217624U1 (en) * 2022-10-06 2023-04-07 Виктория Андреевна Муратова DYNAMIC ENERGY EFFICIENT FACADE PANEL

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014356A1 (en) * 1998-09-08 2000-03-16 Dickory Rudduck Reinforced building elements
US20080184660A1 (en) * 2007-02-02 2008-08-07 The Scuderi Group, Llc. Basement wall and floor system
RU2382164C1 (en) * 2008-12-11 2010-02-20 Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Solar facade with vacuumised insulated glasing unit
WO2013117479A1 (en) * 2012-02-08 2013-08-15 Rockwool International A/S Building facade with lock element and lock element
RU179762U1 (en) * 2018-03-14 2018-05-23 Хомик Юрий Ростиславович Kinetic facade
US20180334800A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-22 Robert Swank Structural masonry assembly

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000014356A1 (en) * 1998-09-08 2000-03-16 Dickory Rudduck Reinforced building elements
US20080184660A1 (en) * 2007-02-02 2008-08-07 The Scuderi Group, Llc. Basement wall and floor system
RU2382164C1 (en) * 2008-12-11 2010-02-20 Российская Академия сельскохозяйственных наук Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ РОССЕЛЬХОЗАКАДЕМИИ) Solar facade with vacuumised insulated glasing unit
WO2013117479A1 (en) * 2012-02-08 2013-08-15 Rockwool International A/S Building facade with lock element and lock element
US20180334800A1 (en) * 2017-05-18 2018-11-22 Robert Swank Structural masonry assembly
RU179762U1 (en) * 2018-03-14 2018-05-23 Хомик Юрий Ростиславович Kinetic facade

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111997185A (en) * 2020-08-25 2020-11-27 华创建筑设计有限公司 Green energy-saving ecological building structure
RU217624U1 (en) * 2022-10-06 2023-04-07 Виктория Андреевна Муратова DYNAMIC ENERGY EFFICIENT FACADE PANEL

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101994478B (en) Invisible intelligent full-automatic outer sun-shading system
RU2710157C1 (en) Dynamic energy-saving facade with variable properties
JPH11107547A (en) Building using solar heat
CN201874169U (en) Novel solar heat collection enclosing structure
WO2023056861A1 (en) Heat supply system coupling passive phase change energy storage sunlight room and air source heat pump
CN105910300A (en) Included angle type solar cell panel heat collecting curtain wall and roof and ventilation air conditioner system
Nikolic et al. Basic principles of passive solar heating
Athienitis et al. Modeling and design of Net ZEBs as integrated energy systems
CN107119923A (en) A kind of lookout terrace with heating, cooling and rain and snow function
CN211143520U (en) Roof waterproof insulation structure
Feng et al. An experimental study on the performance of new glass curtain wall system in different seasons
Jie et al. An experimental and mathematical study of efforts of a novel photovoltaic‐Trombe wall on a test room
CN111877803A (en) Building type energy-saving house
CN110952909A (en) Electrostatic adsorption type dispersed dust reflection sun-shading energy-saving window and using method thereof
CN110924561A (en) Double-row blind-blade heat collection wall device and using method
Boeri et al. Eco-technologies for energy efficient buildings in Italy
Glinskienė Active and passive solar building design
Wachenfeldt et al. Building Integrated Energy Systems in Smart Energy Efficient Buildings–A state-of-the-art
Juras et al. Building of Research Centre as the experimental laboratory for civil engineering
Suhas et al. Theoretical Investigation on Transient Heat Transfer through Building for PV-powered Solar Summer Air Conditioning
Timusk et al. A systems approach to extend the limit of envelope performance.
Conn et al. A low capital and running cost dwelling built by unskilled labour
SU976000A1 (en) Panel of building enclosure with solar heating
Fisch et al. International solar centre, berlin-a comprehensive energy design
Givoni Integrated—Passive Systems for Heating of Buildings by Solar Energy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210417