Малоповерховий житловий будинок з додатковим енергопостачанням від сонячних батарей

Реферат: Малоповерховий житловий будинок з додатковим енергопостачанням від сонячних батарей орієнтований з півночі на південь і має різновисокі стінки. На стінах встановлені здвоєні елерони. Дах виконаний похилим до півдня і складається з обрешітки, що спирається на балки, закріплені на мауерлаті, на яку настелена покрівля. На даху встановлена сонячна батарея, виконана з об'ємним упорядкуванням пластин у вигляді двошарового модуля. Кожний шар зібраний з прямокутних напівпровідникових пластин, що скріплені між собою вертикально у вигляді чарунок, які мають форму правильних шестигранників, і утворюють регулярну чарункову панель. Нижній шар зсунутий щодо верхнього на половину діагоналі чарунки. Модуль укладений в обкантовувальну раму і встановлений на даху за допомогою кріпильної арматури. Він не має механічного контакту з покрівлею даху, оскільки встановлений із зазором. На нижній площині обкантовувальної рами по периметру укріплені укоси, що служать для перехоплення пристінних вітрових струменів та спрямомування їх в зазор. Охолоджуючі струмені повітря надходять в зазор через щілисте вікно, яке розташоване під укосами по всьому периметру даху. Для повернення в об'єм модуля проміння, що вийшло за його габарити і не перетворене в електричний потенціал, під модулем на покрівлі даху встановлений відбивач світлового потоку. Для збільшення ефективного перерізу падаючого променевого потоку модулі оснащені плоскими бічними відбивачами. UA 113130 C2 (12) UA 113130 C2 Технічний результат: розробка будинку з енергопостачанням від сонячної батареї, зовнішні елементи будівлі якого служать деталями системи охолодження і очищення батареї. UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до нетрадиційної енергетики з використанням екологічно чистих джерел енергії, зокрема до геліоархітектури та геліоенергетики, має відношення до будівництва малоповерхових котеджів з вбудованими сонячними енергетичними установками, і може бути використаний переважно в умовах помірного клімату. Використання екологічно нейтральних джерел енергії для життєзабезпечення житлових будівель має два важливі аспекти: економічне витрачання мережних енергоресурсів і збільшення енергетичної автономності будинків, тобто, створення енергетичних резервів для можливості проведення демпфуючої тактики - перекриття періодів аварійного відключення централізованого енергопостачання. Оскільки вітроенергоустановки створюють некомфортний акустичний і вібраційний фон, їх розміщення поблизу будівель, і, тим більше, на самих будівлях недоцільно. Найдоцільнішим видом агрегатів, які мають опорою площини будівель, на даний час є сонячні батареї. Плоскі сонячні батареї працюють безшумно і допускають монтаж на вільних площинах будівлі, достатньою мірою освітлюваних сонцем. Вони можуть не тільки встановлюватися на власних опорно-кріпильних вузлах, але й інтегруватися в споруди як елементи будівельних конструкцій. Їх вбудовують у віконні отвори, в ділянки даху як покрівельні шари тощо. Проте, такі раціональні способи страждають двома серйозними недоліками. Лицьове скління напівпровідникових пластин залишається надмірно механічно уразливою частиною конструкції, а охолодження шляхом поверхневого вітрового обдуву не є достатньо ефективним по рівню тепловідводу. Таким чином, ці елементи будинку є механічно крихкими та схильними до перегріву (що погіршує режим експлуатації фотоперетворювачів). Крім того, доцільність експлуатації сонячних батарей вище для малоповерхових будівель - промислових корпусів та приватних котеджів. Потужність плоских сонячних батарей, за інших рівних умов, залежить від сумарної площі їх панелей. Сам процес світлоприймання (перетворення сонячної енергії в електричну) відбувається з помітними втратами. Їх рівень обумовлений відбивною здатністю покриття чарунок. Найбільшою мірою відбиваються якраз короткохвильові компоненти потоку, від яких залежить продуктивність батареї. Тому фізично необхідно, щоб процес поглинання був багаторазовим. В ідеалі - до повного згасання потоку. Таким чином актуальною задачею є створення об'ємної сонячної батареї, що дає при рівності займаних площ велику продуктивність в порівнянні з плоскою. Панелі цієї батареї можуть бути розміщені на даху будинку з південної його сторони. Відомі технічні рішення, в основу яких поставлені задачі структурної інтеграції модулів сонячних батарей в житлові будівлі, при використанні їх як вузлів енергопостачання цих будівель. Так, відоме технічне рішення за пат. 2165504 Російської Федерації, МПК E04D 13/18 (2006.01), Енергоактивна огорожа будівлі, автор Картовенко Валерій Михайлович, заявник і патентовласник Картовенко В.М. (RU), заявл. 29.12.1999, опубл. 20.04.2001. Винахід належить до будівництва і може бути використаний для енергоактивних огорож будівель, для відбору і акумуляції сонячної енергії. Енергоактивна огорожа будівлі містить скляне покриття, геліоприймальник з каналами для циркуляції теплоносія, теплоізоляцію та пристрій для водовідведення. Воно оснащене, встановленим між скляним покриттям і геліоприймальником, фотоелектричним перетворювачем, який сполучений з інвертором і акумулятором, а також тепловим насосом. Тепловий насос підключений до пристрою водовідведення і інвертування. Винахід дозволяє підвищити ефективність використання сонячної енергії за рахунок утилізації як теплового, так і світлового потоків при будь-якій довільній орієнтації енергоактивної огорожі. До недоліків аналога слід віднести те, що багатошарова конструкція теплового бар'єру передбачає поверхневе скління. Скляний шар відбиває значну кількість енергії при більшості кутів падіння на його площину сонячного проміння. Якщо до цієї втрати підсумувати енергію, відбиту покриттям сонячних елементів, то такий бар'єр має знижений рівень утилізації енергії світла. Відома також сонячна батарея як елемент будівельної конструкції за пат. 2313642 Російської Федерації, МПК E04D 13/18 (2006.01), автори Добашин А.А. та ін., заявник і патентовласник ТОВ "ПСФ "КРОСТ" (RU), - № 2006109537/03, заявл. 27.03.2006, опубл. 27.12. 2007. Винахід належить до розробки сонячних батарей. Технічний результат винаходу полягає в підвищенні технологічності виготовлення, збірки і монтажу сонячної батареї як елемента будівельної конструкції. Суть винаходу полягає в тому, що сонячна батарея включає корпус у вигляді металевої оболонки з профільованого матеріалу, лицьове прозоре покриття з приклеєними сонячними елементами і гумові ущільнювачі, які сполучають зовнішнє прозоре скління з тильною металевою пластиною. В конструкції батареї використовуються елементи 1 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 віконної системи алюмінієвих профілів, які сумісні з елементами фасадної системи профілів будівельних алюмінієвих конструкцій. До недоліків цього аналога слід віднести те, що сонячні батареї вмонтовані у віконні прорізи будинків і завдяки цьому здобувають вертикальну орієнтацію. А таке положення призводить до зменшення сумарної дози енергії, яку вони можуть отримати за світловий день. Крім того, енергетичні джерела, потужність яких залежить від габаритів, лімітовані по цьому параметру, оскільки кількість прорізів в будинку, які можуть бути закриті панелями батарей, функціонально обмежена. Найближчим аналогом винаходу є малоповерхова енергоутворююча будівля за пат. 2526031 Російської Федерації, МПК Е04Н 1/00 (2006.01), автор Гагарін Л.І., заявник і патентовласник Гагарін Л.І (RU), - № 2012140270/03, заявл. 20.09.2012, опубл. 20.08.2014. Технічний результат і істотні відмінності будівлі від відомих полягають у тому, що будівля є джерелом електричної енергії. Воно оснащене вітрозахоплюючими вертикальними перегородками, розміщеними на зовнішніх поверхнях стін будівлі. Плоский дах з горищним приміщенням встановлений на балках перекриття. На горищі розміщене колесо вітроустановки. Сонячні панелі закріплені на даху і для збільшення потужності займають всю його поверхню, виконуючи одночасно і функцію покрівлі. Ухил панелі для стоку по ній атмосферної води складає 0,01. Установка для очищення снігу з поверхні даху складається з компресора і перфорованого трубопроводу, контур якого включає одну центральну трубу із дворядним розташуванням отворів і суміжні паралельні труби. До недоліків аналога слід віднести те, що будівля не може бути використана в південних кліматичних зонах у повному складі своїх функціональних можливостей, а також те, що спроможність утилізації сонячної енергії недостатньо ефективна, система очищення батареї конструктивно складна та енергоємна, а спосіб охолодження матеріалу батареї занадто ненадійний. Крім того, вітроустановка, встановлення на горищі, є джерелом вібраційних та коливальних навантажень на опорні конструкції будівлі, які скорочують експлуатаційний термін будинку та недопустимо знижують рівень комфортності проживання мешканців. В основу запропонованого технічного рішення поставлена задача розробки функціональної конструкції будинку з допоміжним енергопостачанням від нерухомої об'ємної сонячної батареї, в рамках якої зовнішні елементи конструкції будинку служать одночасно як деталями системи охолодження, так і вузлом очищення батареї, а також підвищення ефективності енерговузла будинку шляхом збільшення коефіцієнта корисної дії сонячної батареї за рахунок об'ємної впорядкованості її елементів без додаткового збільшення займаної площі. Поставлена задача вирішується тим, що будинок орієнтований з півночі на південь і має підвищену північну стінку, і знижену південну стінку, по всіх чотирьох кутах будівлі встановлені здвоєні плоскі елерони, виконані у вигляді пластинчастих вертикальних ребер, кожне ребро примикає одним довгим торцем до краю стіни, а вільним торцем зв'язано з трубчастою силовою стійкою, що служить обтічником для вітру, і підпирає укоси, які обрамляють сонячну батарею, встановлену на даху, дах будинку складається з обрешітки, що спирається на балки, закріплені на мауерлаті, на яку настелена покрівля з покриттям будь-якого типу, дах виконаний похилим до півдня, причому кут його нахилу до горизонту  обумовлений перепадом висот між північною і південною стінками, величина кута залежить від астрономічної широти місцевості, де розташований будинок, і обчислюється по формулі =90-, де  - кут зенітального підйому сонця в літній час, сонячна батарея виконана об'ємною у вигляді двошарового модуля, кожний шар зібраний з прямокутних напівпровідникових пластин, що скріплені між собою вертикально у вигляді чарунок, які мають форму правильних пустотних шестигранників, і утворюють регулярну чарункову панель, причому нижній шар зсунутий щодо верхнього на половину діагоналі чарунки, модуль укладений в обкантовувальну раму із зовнішніми площинами обтічної форми, яка охоплює чарункову конструкцію батареї по торцях і має дно у вигляді ґратчастої опори, яка виконана з профільованих перемичок і є чарунковою конструкцією, по узору і розмірам поперечного перерізу чарунок співпадаючу з панеллю, причому батарея нижніми торцями входить в пази перемичок, модуль закріплений на даху за допомогою кріпильної арматури у вигляді анкерних болтів, що сполучають обкантовувальну раму з балками будівлі, модуль не має механічного контакту з покрівлею даху, оскільки встановлений із зазором між площиною градчастої опори і покрівлею, на нижній площині обкантовувальної рами по всьому її периметру укріплені укоси, що закривають стіни дома від дощу і одночасно служать для перехоплення пристінних вітрових струменів, що надходять знизу, і спрямовування їх в зазор, охолоджуючі струмені повітря надходять в зазор через щілисте вікно, яке розташоване під укосами по всьому периметру даху, для повернення в об'єм модуля проміння, що пройшло крізь нього і не перетворене в електричний потенціал, під модулем безпосередньо на покрівлі даху 2 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 встановлений хвилястий відбивач світлового потоку за площею рівний модулю і виготовлений з пластмасового шиферу, покритого металізованою полімерною плівкою, для збільшення ефективного перерізу променевого потоку модулі оснащені плоскими бічними відбивачами, виконаними з металевих дзеркал, які орієнтовані похило до площини модуля і встановлені по верхніх площинах рами, окрім південної. Розкриємо суть модернізації, що заявляється, через порівняльний аналіз відмінних ознак, що характеризують запропоноване технічне рішення і відрізняють його від прототипу. В будинку-прототипі дах плоский і тому будинок встановлений довільно відносно до сторін горизонту, а сонячна батарея встановлена безпосередньо на даху. Будівля, що патентується, орієнтована строго з півночі на південь і має підвищену північну стінку, і знижену південну стінку. Для збільшення освітленості батареї, яка не лежить на покрівлі, але паралельна їй, дах, що спирається на різновисокі стінки, встановлений похило, причому кут його нахилу  до горизонту в південну сторону обумовлений перепадом висот між північною і південною стінками. Величина кута залежить від астрономічної широти місцевості, де розташований будинок, і обчислюється по формулі =90-, де  - кут зенітального підйому сонця в літній час. Оскільки максимальна висота сонця над горизонтом опівдні для України лежить в кутовому інтервалі 60-70° для періоду літнього сонцестояння, то нахил даху складає 20-30°. В даному випадку зроблена прив'язка до літнього часу, тому що зимовий період для України характеризується малою кількістю сонячних днів, і тому в цей сезон надбавка до енергетичного балансу житла з боку сонячних батарей знижена. Кут нахилу батареї такий самий, оскільки вона паралельна даху. Дана відмінна ознака дає можливість збільшити надходження сумарної сонячної енергії в порівнянні з батареєю-найближчим аналогом. При цьому ця перевага одержана без використання трекерів - навігаційних механізмів, що повертають батарею за сонцем. В прототипі на даху дома встановлена сонячна батарея, виконана з плоских пластин. Сонячна панель закріплена безпосередньо на даху і для збільшення потужності займає всю його поверхню, виконуючи одночасно і роль покрівлі. Нахил панелі незначний, всього 0,01, і зроблений тільки для стоку атмосферної води. В будинку, що патентується, батарея не створює навантаження на покрівлю, оскільки спирається на стельові балки. Модуль в зборі має нахил, обумовлений нахилом покрівлі, який розраховується згідно з умовою оптимального приймання сонячної енергії. Достатньо великий (у порівнянні з найближчим аналогом) нахил покрівлі підвищує потужність потоку енергії, що падає на площину батареї, і дає змогу відводити не тільки дощову воду, але й воду, за допомогою якої виконують косметичні процедури, змиваючи через шланг плівки забруднення, які можуть поступово накопичуватися на пластинах у дні відсутності вітру. Тобто, будинок, практично всі елементи якого працюють в тому або іншому ступені на забезпечення максимальної продуктивності батареї, проектується не тільки як комфортне приміщення, але й з урахуванням всіх додаткових функціональних задач взаємного сполучення житла і енергетичної установки, яка забезпечуватиме його енергопостачання. В будинку, що патентується, на даху встановлена сонячна батарея з об'ємним упорядкуванням пластин. Батарея кріпиться за допомогою анкерів, що сполучають її з балками перекриття. Внаслідок цього вага батареї переноситься на більш міцні елементи даху, ніж це зроблено у прототипі. В рамках об'ємної конструкції сонячна панель збирається з окремих елементів, які розподіляються в об'ємі модуля, що має істотно більшу, в порівнянні з плоскою батареєю товщину, і упорядковуються різними способами. При цьому дотримується умова повного перекриття падаючого потоку по всіх можливих кутах освітленості. Об'єм, заповнений елементами, є впорядкованою системою, що має не хаотичну, а регулярну структуру. Винахід постачений модулем, в якому елементи впорядковані в шестигранники, що мають структуру бджолиних чарунок, але із зсувом шарів для більш надійного поглинання енергії. Такий модуль приймає потрапляючий на його приймальні площини світловий потік, розбиває його на пучки відбитого в різних напрямах проміння, яке падає на площини інших елементів зі всіх можливих сторін. Фактично створюється система розгалужених ходів - світлових пасток, стінки яких виконані з двосторонніх сонячних елементів. Площинні батареї найближчого аналога розщеплюють світловий потік на відбиту та поглинену частини. Об'ємні панелі працюють як системи, багато разів проводячи операції розщеплювання, і посилаючи відбиті порції енергії не в атмосферу, а на інші площини елементів батареї. Тривимірна система стає ще більш ефективною за рахунок вживання двосторонніх активних елементів. 3 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Надмірні витрати напівпровідникового матеріалу в цій конструкції компенсуються не тільки більш повним захопленням потоку, але й тим, що система не втрачає ефективності, будучи нерухомою щодо сонця, яке постійно змінює положення. Добре оптимізовані об'ємні панелі не потребують складних і по багатьох параметрах уразливих вузлів навігації для постійного виведення площини панелі в положення максимальної освітленості. Пастки здійснюють захоплення променів, які падають на таку панель під будь-якими кутами. Крім того, стереобатареї ефективно працюють і в хмарну погоду. Оскільки ультрафіолетове проміння мало розсівається в шарі хмар, а панелі цього типу добре ловлять і розсіяне світло, то збільшення коефіцієнта поглинання дає їм перевагу перед плоскими батареями. Інфрачервона (теплова) частина спектра не використовується, як і в плоских сонячних батареях прототипу. Тепло від надмірного нагріву модуля видаляється в атмосферу системою повітряного обдуву. Об'ємні батареї легше тримати в оптимальному температурному діапазоні, оскільки таку панель пронизує система крізних каналів, через які можна організувати конвективну або примусову (у тому числі і за рахунок вітрової енергії) повітряну вентиляцію. Будинок-найближчий аналог постачений установкою для очищення снігу з поверхні даху, який складається з компресора і перфорованого трубопроводу, контур якого включає одну центральну трубу з дворядним розташуванням отворів і суміжні паралельні труби. Ця конструкція технічно складна та енерговитратна. Видалення снігу з поверхні сонячної батареї відбувається за допомогою струменів стисного повітря, що подається в трубопроводи побутовим компресором. В установці для видалення снігу з даху будівлі передбачений, окрім компресора, примусовий спосіб очищення за рахунок подачі в труби нейтрального газу-азоту, який надходить під тиском з балона. Винахід має конструкцію, архітектурні елементи якої з'єднані в систему, що сприяє процесу очищення даху і батареї від снігу, пилу та інших фракцій опадів. При цьому для цього використовуються природні вітрові потоки. Одночасно з цим виконується і охолодження пластин батареї. Принцип роботи системи охолодження можна пояснити на такій моделі. Стіни будинку є аеродинамічною дамбою, яка перегороджує вітрові течії. Вітровий потік, рухаючись паралельно землі і зустрічаючи на шляху перешкоду у вигляді будинку, стикається з його навітряною стіною і починає обтікати його по площині. Як відомо, сила опору вітровому потоку залежить від форми тіла, причому тиск на тіла обтічної форми невеликий. Навпаки, тіло у вигляді пластини створює достатньо високий опір вітровому потоку, тому перед навітряною площиною формується область підвищеного тиску, а за пластиною утворюється область хаотичного вихрового руху повітря, де тиск суттєво зменшується. Кожна стіна споруди може бути умовно вітровою дамбою в залежності від напрямку вітру. Для створення раціонально спрямованого потоку будинок постачений по всіх чотирьох стінах будівлі плоскими елеронами, пластинчастими виступами, що утрудняють перетікання струменів між стінами і концентруючими потік на стіні, яка звернена до вітру. На рамі батареї, по всьому її периметру, укріплені укоси, які перехоплюють пристінний повітряний потік і перенаправляють його в зазор під батареєю. Потрапляючи в зазор потік розгалужується на струмені, що проходять в основному в канали між елементами батареї. Це багатоканальне продування охолоджує елементи без використання механізмів прокачування і холодильника, як це виконане в прототипі. Завдяки цій конструктивній особливості система охолодження батареї функціонує при будь-якому напрямку вітру. Той же самий потік в будівлі, що патентується, запобігає забрудненню (або сніговому занесенню), чому сприяє структура панелі, яка має густу систему крізних вертикальних каналів. Піддув знизу не тільки охолоджує пластини, але й видуває пилові частинки і сніг. Оскільки чарункові шари накладені із зсувом, «сітка», що утворилася, має підвищену профільну густину, а також систему каналів підвищеної складності. Це створює умови більш інтенсивного аеродинамічного контакту повітряних струменів з площинами чарунок і, як наслідок, більш ефективного теплообміну. Постійно діюча система продуву, в якій використовується енергія вітру, на відміну від тільки час від часу використовуваних механізмів очистки батареї найближчого аналога здійснює не тільки охолодження та очищення батареї, але й профілактику забруднень. Направлені уверх повітряні струмені, швидкість та потужність яких зростає під час снігопадів, або пилових бур не дає опадам осідати на батареї, відносячи їх за габарити модуля. Таким чином, процес охолодження та очищення батареї в будівлі, що патентується, реалізується одночасно, одними й тими ж засобами і організується без залучення сторонніх механізмів, а тільки архітектурними заходами. І це технічно реалізується завдяки об'ємній структурі сонячної батареї. 4 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Модуль окантований рамою, що охоплює чарункову конструкцію по периметру, причому зовнішні торці рами мають обтічну форму, а площина батареї не є суцільною унаслідок ажурності її шарів. Це зменшує аеродинамічний опір батареї, покращуючи при цьому умови її обтікання вітровими струменями, що сприяє більш інтенсивному обдуванню її елементів. Опорна рама батареї має ґратчасте дно, причому перемички окантовки чарунок утворюють шестигранники, співпадаючі за розмірами з чарунками нижнього шару батареї. В перемичках виконані пази, в які заглиблюються торці елементів. Механічна міцність панелі забезпечується тим, що на стінки чарунок діють не поперечні (згинаючі) сили, а, в основному, подовжні. Виникаючі при можливих перевантаженнях деформації незначні і носять оборотний характер, томуформа панелі здатна до самовідновлення. Проведений порівняльний аналіз показує, що архітектурна споруда, яка патентується, має істотні відмінні ознаки в порівнянні з найближчим аналогом, а сукупність ознак сприяє рішенню поставленої у винаході задачі. Запропоноване технічне рішення може бути використане при проектуванні житлових будинків як автономних в енергетичному відношенні, так і з частковим енергопостачанням від екологічно чистих джерел енергії. Схема пристрою, що патентується, пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 приведений загальний вигляд будинку (вигляд збоку), на Фіг. 2 - переріз будинку по АА, на Фіг. 3 зображений поперечний переріз даху, на Фіг. 4 відображена умовна структура панелі сонячної батареї, на Фіг. 5 приведена конструкція модуля (вигляд зверху), на Фіг. 6 зображена конструкція рами, на Фіг. 7 приведена схема кріплення модуля на даху будинку, на Фіг. 8 представлена схема дії охолоджуючої системи. Малоповерховий житловий будинок 1 з додатковим енергопостачанням від сонячних батарей (Фіг. 1 та Фіг. 2) орієнтований з півночі на південь, і має підвищену північну стінку 2, і знижену південну стінку 3. По всіх чотирьох кутах будівлі встановлені здвоєні плоскі елерони, виконані у вигляді пластинчастих вертикальних ребер 4. Кожне ребро примикає одним довгим торцем до стіни, а вільним торцем пов'язано з трубчастою силовою стійкою 5, яка служить обтічником, що запобігає турбулізації вітрових струменів, які набігають на будинок. Стійки 5, які розташовані на низькій південній стіні 3 використовуються як водостоки. Крім того, стійки підпирають укоси 6, які обрамляють сонячну батарею 7, встановлену на даху. Дах будинку 1 (Фіг. 3), складається з обрешітки 8, на яку настелена покрівля 9, що спирається на балки 10, які мають підвищену несучу здатність і закріплені на мауерлаті 11. Дах виконаний без горищного приміщення, кут його нахилу до горизонту у обумовлений перепадом висот між північною 2 і південною 3 стінками. Розмір кута залежить від астрономічної широти місцевості, де розташований будинок, і обчислюється по формулі =90-, де  - кут зенітального підйому сонця в літній час. Максимальна висота сонця над горизонтом опівдні для України лежить в кутовому інтервалі 60÷70° для періоду літнього сонцестояння, тому нахил даху складає 20÷30°. Об'ємна панель сонячної батареї 7 (Фіг. 4) зібрана з двосторонніх напівпровідникових пластин 12, що скріплені між собою у вигляді чарунок 13, які мають форму правильних пустотних шестигранників, і утворюють структуру типу бджолиних чарунок. Батарея виконана у вигляді двошарового модуля (Фіг. 5), причому нижній шар (відображений переривистими лініями) зсунутий щодо верхнього (відображеного суцільними лініями) на половину діагоналі чарунки. Модуль укладений в обкантовувальну раму 14, яка охоплює чарункову конструкцію по периметру, причому зовнішні площини рами мають обтічну форму. Дно 15 (Фіг. 6) рами має ґратчастий пристрій, виконане з профільованих перемичок 16 і виконує функцію опори для панелей. Воно має чарункову конструкцію, по узору і розмірам співпадаючу з поперечним перерізом чарунок нижнього шару батареї, причому так, що елементи батареї торцями входять в пази 17 перемичок. Модуль встановлений на даху за допомогою кріпильної арматури 18 (Фіг. 7) у вигляді анкерних болтів, що сполучають раму 14 з балками 10. Модуль не має механічного контакту з покрівлею 9 даху, оскільки встановлений із зазором 19 між площиною дна 15 рами і покрівлею 9. Зазор служить каналом для подачі повітря в канали чарунок и охолодження обох шарів сонячної батареї 7. На нижній площині рами 14 (Фіг. 8) по всьому її периметру укріплені укоси 6, які закривають стіни будинку від дощу і одночасно служать для перехоплення пристінних вітрових струменів, що надходять знизу, і перенаправлення їх в зазор 19. При цьому надходження повітря здійснюється з тієї сторони, звідки в даний момент дме вітер. Охолоджуючі струмені повітря надходять в зазор 19 через щілисті входи 20, розташовані під укосами 6. І далі частково виходять з протилежного щілистого входу, а велика маса повітря виходить в атмосферу через пустотні чарунки модуля. 5 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Для повернення в об'єм батареї проміння, яке пройшло крізь нього і не перетворилось на електричний потенціал, під модулем безпосередньо на покрівлі 9 даху встановлений хвилястий відбивач 21, за площею рівний модулю і виготовлений з пластмасового шиферу, покритого металізованою полімерною плівкою. Відбивач орієнтують хвилями уздовж скату даху. Цей вузол працює в період, коли кут падіння проміння на модуль стає таким, що воно проходить паралельно стінкам чарунок і чарункові панелі просвічуються наскрізь. Відбивач 21 в цьому випадку повертає промені в об'єм панелі знизу, але вже під косими кутами до стінок чарунок. В цьому випадку вони поглинаються фотоелементами. При розміщенні відбивача в об'ємі зазору 19 режим роботи даху поліпшується: поверхня хвилястого шиферу сприяє повороту струменів повітря у бік чарункових панелей, а стік дощової води, або води від косметичної обробки чарунок не порушується. Для збільшення щільності променевого потоку модулі з трьох сторін, виключаючи південну, оснащені плоскими бічними відбивачами 22, виконаними з металевих дзеркал, які орієнтовані похило до площини модуля і встановлені по периметру рами 14. Такі допоміжні вузли не фокусують променеві потоки, як це роблять сферичні або параболічні дзеркала, а повертають на світлоприймальні елементи ті частини енергії, які проходять мимо батареї. Складання прямого і відбитого від дзеркал сонячного проміння збільшує потужність потоку, який потрапляє на модуль. Відбивачі 22 в даному випадку виконують роль підсилювачів потоку. Будинок функціонує наступним чином. У винаході будівля 1 є водночас джерелом електричної енергії, яка йде на потреби мешканців будинку. І основні архітектурні елементи будівлі, такі як стіни, дах та інші, виконують роль допоміжних вузлів сонячної батареї 7. Об'ємна сонячна батарея 7 виконана нерухомою, але встановлена з нахилом до горизонту та орієнтована світлоприймальною площиною в південну сторону. Об'ємне виконання з вертикальною орієнтацією пластин 12 дає їй можливість ловити проміння з самого сходу сонця. Потік сонячної енергії потрапляє на вертикальні стінки пластин 12 під різними кутами протягом всього дня, окрім короткого часу проходу сонцем зенітального максимуму, коли проміння проходить паралельно стінкам чарунок 13. При цьому чарункові панелі просвічуються наскрізь і потік потрапляє на вузол відбивача 21. Відбивач в цьому випадку повертає потік в об'єм панелі знизу, але вже під косими кутами до стінок чарунок. В цьому випадку вони поглинаються пластинами 12. Таким чином весь потік сонячної енергії, який потрапляє в об'єм модуля замикається в ньому і у результаті багатьох актів внутрішнього віддзеркалення, поглинається елементами батареї практично повністю. Плоскі відбивачі 22 збільшують ефективний перетин променевого потоку. Складання прямого і відбитого від дзеркальної поверхні потоків збільшує сумарну потужність потоку, що потрапляє на модуль. Винахід має конструкцію, елементи якої з'єднані в систему, що виконує також і функцію очищення даху і батареї 7 від снігу, пилу та інших фракцій опадів. Стіни будинку перегороджують вітрові течії. Вітровий потік, рухаючись паралельно землі, стикається з його навітреною стіною і починає обтікати її. Елерони 4 утруднюють перетікання струменів між стінами і концентрують потік на тій стіні, яка перекриває фронт вітрової течії. Потік піднімається по стіні, оскільки його енергетичний потенціал підтримується швидкісним напором вітру, що набігає. Досягши даху, повітряна маса повертається укосами 6 у бік щілистого входу 20, через який потрапляє в простір зазору 19. І далі розподіляється струменями між порожнистими каналами чарунок 13 модуля. Інтенсивний піддув знизу не тільки охолоджує пластини 12, але і видуває пилові частинки та сніг з об’єму батареї. Батарея, яка встановлена на даху житлового будинку, не може бути безперебійним джерелом енергії, оскільки не працює у нічні часи, а у денний період доби залежить від метеоумов. Тому енергетична система будинку може бути постачена накопичувачами енергії (наприклад, хімічними), за допомогою яких можна перекривати проміжки відсутності енерговиробництва. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Малоповерховий житловий будинок з додатковим енергопостачанням від сонячних батарей, що містить напрямні для вітрових струменів, які встановлені на стінах, плоский дах, зі встановленою на ній сонячною батареєю, а також засоби для очищення даху від твердих опадів, який відрізняється тим, що будинок орієнтований з півночі на південь і має підвищену північну стінку, і знижену південну стінку, по всіх чотирьох кутах будівлі встановлені здвоєні плоскі елерони, виконані у вигляді пластинчастих вертикальних ребер, кожне ребро примикає одним довгим торцем до краю стіни, а вільним торцем зв'язано з трубчастою силовою стійкою, 6 UA 113130 C2 5 10 15 20 25 що служить обтічником для вітру, і підпирає укоси, які обрамляють сонячнубатарею, встановлену на даху, дах будинку складається з обрешітки, що спирається на балки, закріплені на мауерлаті, на яку настелена покрівля з покриттям будь-якого типу, дах виконаний похилим до півдня, причому кут його нахилу до горизонту  обумовлений перепадом висот між північною і південною стінками, величина кута залежить від астрономічної широти місцевості, де розташований будинок, і обчислюється по формулі =90-, де  - кут зенітального підйому сонця в літній час, сонячна батарея виконана з об'ємним упорядкуванням пластин у вигляді двошарового модуля, кожний шар зібраний з прямокутних напівпровідникових пластин, що скріплені між собою вертикально у вигляді чарунок, що мають форму правильних пустотних шестигранників, і утворюють регулярну чарункову панель, причому нижній шар зсунутий щодо верхнього на половину діагоналі чарунки, модуль укладений в обкантовувальну раму із зовнішніми площинами обтічної форми, яка охоплює двошарову чарункову конструкцію батареї по торцях і має дно у вигляді ґратчастої опори, яка виконана з профільованих перемичок і є чарунковою конструкцією, по узору і розмірам співпадаючою з поперечним перерізом чарунок нижнього шару батареї, причому так, що елементи батареї торцями входять в пази перемичок, модуль встановлений на даху за допомогою кріпильної арматури у вигляді анкерних болтів, що сполучають обкантовувальну раму з балками будівлі, модуль не має механічного контакту з покрівлею даху, оскільки встановлений із зазором між площиною градчастої опори і покрівлею, на нижній площині обкантовувальної рами по всьому її периметру закріплені укоси, які закривають стіни дома від дощу і одночасно служать для перехоплення пристінних вітрових струменів, що надходять знизу, і спрямовування їх в зазор, раціонально спрямовані струмені повітря надходять в зазор через щілисте вікно, яке розташоване під укосами по всьому периметру даху, для повернення в об'єм модуля проміння, що пройшло крізь нього і не перетворене в електричний потенціал, під модулем безпосередньо на покрівлі даху встановлений хвилястий відбивач світлового потоку, за площею рівний модулю і виготовлений з пластмасового шиферу, покритого металізованою полімерною плівкою, для збільшення ефективного перерізу променевого потоку модулі оснащені плоскими бічними відбивачами, виконаними з металевих дзеркал, які орієнтовані похило до площини модуля і встановлені по верхніх площинах рами, окрім південної. 7 UA 113130 C2 8 UA 113130 C2 9 UA 113130 C2 10 UA 113130 C2 11 UA 113130 C2 12 UA 113130 C2 13 UA 113130 C2 14 UA 113130 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 15