RU2808160C1 - Теплоизоляционное покрытие с односторонней проводимостью инфракрасного и видимого света - Google Patents
Теплоизоляционное покрытие с односторонней проводимостью инфракрасного и видимого света Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808160C1 RU2808160C1 RU2023101739A RU2023101739A RU2808160C1 RU 2808160 C1 RU2808160 C1 RU 2808160C1 RU 2023101739 A RU2023101739 A RU 2023101739A RU 2023101739 A RU2023101739 A RU 2023101739A RU 2808160 C1 RU2808160 C1 RU 2808160C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- thermal insulation
- focons
- insulation coating
- light
- Prior art date
Links
- 238000009413 insulation Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 9
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 4
- 238000013021 overheating Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 241000272194 Ciconiiformes Species 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
Abstract
Теплоизоляционное покрытие с односторонней проводимостью инфракрасного и видимого света может использоваться при строительстве зданий и сооружений в северных районах с обогревом за счет солнечного излучения, или для охлаждения космических аппаратов и зданий в южных регионах, исключающее их перегрев. В теплоизоляционном покрытии имеется пористый слой и нанесенный на него слой металлизации. Внутри основного пористого слоя имеются прозрачные фоконы, ориентированные вдоль распространения теплового и светового излучения, широкие торцы фоконов направлены в сторону источника излучения, а узкие торцы направлены в сторону приемника излучения, совпадая с небольшими отверстиями в слое металлизации. С помощью фоконов из-за полного внутреннего отражения, тепловая и световая лучистая энергия, при обогреве помещений сначала концентрируется, а затем излучается в сторону приемника энергии из узких торцов фоконов. Однако обратные тепловые ИК лучи в основном отражаются от слоя металлизации, оставаясь внутри помещения. Теплоизоляционное покрытие позволяет снизить энергетические затраты на отопление помещений, находящихся в средней полосе, и северных районах. 3 ил.
Description
Изобретение относится, например, к строительной гелиотехнике и предназначено для использования при строительстве зданий и сооружений, с обогревом и освещением за счет солнечного излучения, а также для теплоизоляции, отводящей тепловое инфракрасное (ИК) излучение, исключающей перегрев космических аппаратов, и зданий в южных регионах.
Известно полупрозрачное зеркало Гезелла, которое в действительности представляет собой стекло, покрытое тонким слоем металла - так, что часть падающего на поверхность зеркала света отражается, а часть проходит насквозь. При этом насквозь свет проходит в обоих направлениях одинаково. Если таким стеклом отгородить хорошо освещенное помещение от слабо освещенного, то со стороны светлого помещения оно будет казаться зеркалом, а с другой стороны оно будет выглядеть затемненным окном. Это объясняется тем, что со стороны освещенного помещения отражение будет маскировать свет, проходящий сквозь стекло из темного помещения. А со стороны темного помещения картина будет обратная: проходящий сквозь стекло свет будет более интенсивным, чем отраженный. Таким образом, зеркало Гезелла обладает только субъективной односторонней проводимостью света, но не физической. https://ru.wikipedia.org/wiki//Зеркало_Гезелла
Известна и широко используется отражающая теплоизоляция, состоящая из пористого слоя с односторонним или двухсторонним тонким металлическим покрытием (x-teplo.ru…otrazhajushhaja-teploizoljacija.html). Отражающая теплоизоляция (обычно это материал в рулонах) состоит из основного пористого и металлического отражающего слоя, сводящего к минимуму потери тепла (ИК излучения) помещения. Такая теплоизоляция, тоже одинаково снижает передачу тепла с обеих сторон, как с наружи, так и изнутри помещения, она не обладает односторонней тепловой проводимостью.
Известна стеновая панель солнечного обогрева здания (патент РФ №2011933), содержащая лицевую обшивку с установленными в ней оптическими линзами, теплопроводные стержни, установленные одними торцами в фокальных зонах линз, а другими - контактирующими с приемником. Стеновая панель имеет слой теплоизоляции, в которой есть воздушные конические полости, обращенные большими основаниями к линзам, а меньшими - к теплопроводным стержням. Известная стеновая панель имеет ограниченное применение в строительстве, у нее большой вес, и в жаркие дни летнего периода в помещение передается излишне большой поток тепловой энергии, создавая условия дискомфорта.
Известна также стеновая панель солнечного отопления здания (патент РФ №2191328), имеющая конструкционные признаки, полностью соответствующие предыдущему аналогу. В ней теплопроводные элементы выполнены в виде съемных наклоненных к горизонту тепловых трубок с односторонней тепловой проводимостью. В этих панелях односторонняя тепловая проводимость достигается за счет наклона тепловых трубок, и движения по ним, нагретого воздуха снизу вверх. Недостаток этой стеновой панели при их массовом изготовлении заключается в высокой стоимости оптических линз и большой трудоемкости по перестановке теплопроводных элементов в межсезонный период. Такие стеновые панели имеют большой вес, низкую эффективность, высокую инерционность, из-за большой массы, их нельзя применять для легких строительных сооружений, или для охлаждения космических аппаратов в безвоздушном пространстве.
Техническим результатом заявляемого изобретения является снижение стоимости теплоизоляции, значительное уменьшение ее массы, и материалов для ее изготовления, увеличение эффективности за счет односторонней передачи тепла (вентильные свойства) с помощью ИК излучения, а не посредством воздушной конвекции. Применение заявляемого изобретения позволит снизить затраты на обогрев помещений, или на их охлаждение. Кроме того, снижается инерционность тепловой передачи, появляется возможность передачи видимого света, и это естественное освещение также снижает дополнительные энергетические затраты, упрощается конструкция и технология изготовления теплоизоляции.
Сущность изобретения. Технический результат достигается тем, что в теплоизоляционном покрытии (Фиг. 1) имеется основной пористый слой (4) и нанесенный на него слой односторонней металлизации (5), однако, эти слои не являются сплошными. Внутри основного пористого слоя (4), имеются прозрачные фоконы (3), ориентированные вдоль распространения теплового и светового излучения (1). Причем широкие торцы (2) фоконов (3) направлены в сторону источника излучения, а узкие торцы (6), направлены в сторону приемника лучистой энергии, совпадая с небольшими отверстиями в слое металлизации (5), нанесенном на основной пористый слой со стороны приемника тепловой и световой энергии. Таким образом, с помощью фоконов, тепловая и световая лучистая энергия, входящая в широкие торцы фоконов, сначала концентрируется, а затем излучается в сторону приемника энергии из узких торцов фоконов (Фиг. 1 и 2,А). Тепловые ИК лучи отраженные от приемника энергии (при обогреве, предметы и стены внутри помещения), попадая на теплоизоляционное покрытие, будут в основном отражаться (Фиг. 2,Б) от слоя металлизации (5), оставаясь внутри помещения. Однако незначительная часть этих лучей, все же будет уходить из помещения, через узкие торцы фоконов. Поэтому эффективность предлагаемого теплоизоляционного покрытия будет тем выше, чем меньше площадь отверстий в слое металлизации, т.е. чем меньше площадь выходных торцов фоконов. Концентрация ИК и видимых световых лучей в фоконах происходит посредством полного внутреннего отражения от их стенок, при этом, углы падения лучей увеличиваются с каждым последующим отражением, и на выходе из фоконов свет становится рассеянный (7). Поэтому, угловая апертура фоконов должна быть такой, чтобы угол отражения лучей в фоконах не превысил 90°, иначе лучи развернутся в обратную сторону, и выдут обратно в широкие торцы фоконов. На фотографии (Фиг. 3) видно, что фокон (3) светится все ярче, по мере его сужения. Чем ближе к выходному торцу - 6, тем ярче свечение фокона. Это объясняется тем, что угол падения лучей на стенку фокона увеличивается, а значит, увеличивается доля преломленных лучей, выходящих через стенки фокона (потерянных), и уменьшается доля отраженных лучей внутри фокона. Таким образом, концентрация выходного света (7) уменьшится, если площадь выходного торца (6) будет слишком мала. Для уменьшения световых потерь, может применяться металлизация боковых поверхностей фоконов, однако это усложнит технологию изготовления заявляемого однонаправленного теплоизоляционного покрытия.
Экспериментальные исследования компьютерной модели (Фиг. 2), в программе Trace Pro показали хорошие результаты. При направленном нормальном падении лучей (1) на широкий торец (2) фокона (3), все лучи после многократного отражения (Фиг. 2,А) от его стенок, вышли из узкого торца (6), создавая рассеянный свет (7). При обратном нормальном освещении (Фиг. 2,Б), более 90% лучей (8) отразилось обратно от металлизированного слоя (5). Наклон отраженных лучей (8) объясняется тем, что металлизация имела поверхностную геометрию линзы Френеля (ЛФ).
Экспериментальные исследования физической модели (Фиг. 3), также подтвердили работоспособность заявляемого изобретения, теплоизоляционного покрытия. Были рассчитаны оптимальные параметры фоконов, построены графики зависимости потерь от их угловой апертуры, графики зависимости светопроницаемости различных материалов от длины световой волны, выбраны наиболее подходящие материалы для изготовления каждого слоя теплоизоляционного покрытия. Установлено, что предлагаемое изобретение позволяет передать лучистую энергию в прямом направлении, превышающую по мощности на порядок (как минимум), обратную энергию потерь.
Применение заявляемого теплоизоляционного покрытия позволяет существенно снизить энергетические затраты на отопление помещений, находящихся в средней полосе, и северных районах. Заявляемое теплоизоляционное покрытие может применяться как для кровли, совместно с керамической, или мягкой черепицей в качестве ее подложки, так и для стен, с неметаллической облицовкой. Данное покрытие можно использовать и для освещения помещений естественным рассеянным дневным светом, при этом дополнительно, возможно снижение тепловых потерь, за счет уменьшения площади окон в данном помещении. Можно значительно снизить затраты на охлаждение помещений в южных регионах. Но особенно актуально, данное изобретение (теплоизоляционное покрытие), для теплоизоляции космических станций и аппаратов. Заявляемое теплоизоляционное покрытие найдет широкое применение при освоении космоса, поскольку с его помощью можно легко охлаждать космические аппараты, отведением тепла в космическое пространство, в виде ИК излучения. Изобретение позволит применить ручное регулирование температуры на космических станциях, в качестве дублирующего способа, наряду с автоматической тепловой системой микроклимата.
Цифровые обозначения элементов на рисунках
1 - входные лучи ИК или видимого света;
2 - широкий торец фокона;
3 - фокон;
4 - пористый теплоизоляционный материал;
5 - тонкий слой металла;
6 - узкий торец фокона;
7 - выходные лучи ИК или видимого света;
8 - отраженные лучи.
Claims (1)
- Теплоизоляционное покрытие с односторонней проводимостью инфракрасного и видимого светового излучения, содержащее теплоизоляционный пористый слой, покрытый с внутренней стороны тонким слоем металла, отличающееся тем, что внутри пористого материала расположены прозрачные фоконы, ориентированные вдоль распространения лучистой энергии и направленные широким торцом к источнику излучения тепла и света, а узким торцом они направлены к приемнику лучистой энергии, и эти узкие торцы совмещены с небольшими отверстиями в металлическом слое.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2808160C1 true RU2808160C1 (ru) | 2023-11-24 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3229682A (en) * | 1964-03-05 | 1966-01-18 | Perlmutter Morris | Device for directionally controlling electromagnetic radiation |
SU1605109A1 (ru) * | 1988-12-22 | 1990-11-07 | В. Ф. Николаевский и Т. Ю. Кузьменко | Гелиоводонагреватель |
RU2191328C1 (ru) * | 2001-02-27 | 2002-10-20 | Орловский государственный технический университет | Панель солнечного отопления здания |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3229682A (en) * | 1964-03-05 | 1966-01-18 | Perlmutter Morris | Device for directionally controlling electromagnetic radiation |
SU1605109A1 (ru) * | 1988-12-22 | 1990-11-07 | В. Ф. Николаевский и Т. Ю. Кузьменко | Гелиоводонагреватель |
RU2191328C1 (ru) * | 2001-02-27 | 2002-10-20 | Орловский государственный технический университет | Панель солнечного отопления здания |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ao et al. | Preliminary experimental study of a specular and a diffuse surface for daytime radiative cooling | |
Kim et al. | Overview and new developments in optical daylighting systems for building a healthy indoor environment | |
Edmonds et al. | Daylighting in the tropics | |
US8837049B2 (en) | Window blind solar energy management system | |
US2844998A (en) | Glass building block having lightdirecting properties | |
JPS5945943A (ja) | 熱線遮断ガラス | |
Kumar et al. | Study of various glass window and building wall materials in different climatic zones of India for energy efficient building construction | |
Ulavi et al. | Analysis of a hybrid solar window for building integration | |
Elmualim et al. | Evaluation of dichroic material for enhancing light pipe/natural ventilation and daylighting in an integrated system | |
Malet-Damour et al. | Technological review of tubular daylight guide system from 1982 to 2020 | |
RU2808160C1 (ru) | Теплоизоляционное покрытие с односторонней проводимостью инфракрасного и видимого света | |
AU2019265041B2 (en) | Outer wall material and method for manufacturing same | |
Lorenz | Design guidelines for a glazing with a seasonally dependent solar transmittance | |
US10119667B1 (en) | Light-redirecting optical daylighting system | |
Strobach et al. | Daylighting | |
KR100384277B1 (ko) | 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 자연 채광조명 장치 | |
KR101460887B1 (ko) | 반사단열부재 | |
WO2021111949A1 (ja) | 複合材料 | |
Rosemann et al. | Efficient dual-function solar/electric light guide to enable cost-effective core daylighting | |
KR101269367B1 (ko) | 자연채광 집광장치 | |
KR200249385Y1 (ko) | 프레넬 및 프리즘 렌즈를 이용한 태양광 집광 자연 채광조명 장치 | |
RU204948U1 (ru) | Устройство естественного освещения | |
Sartakov et al. | Іnnovative and new materials in the building materials industry | |
Rosemann et al. | A cost-effective solution for core daylighting in office buildings | |
JP6839157B2 (ja) | 外壁材 |