Енергоефективний будинок з геліосистемою гарячого водопостачання

Реферат: Енергоефективний будинок з геліосистемою гарячого водопостачання має теплоізольовані стіни з елементами кріплення, трубчастий плоский змійовик для теплоносія, світлопрозоре покриття, бак-акумулятор, циркуляційний насос, додатковий водонагрівач. Трубчастий змійовик встановлений та закріплений на стінових елементах кріплення по зовнішній поверхні теплоізоляції стін. При цьому весь об'єм міжтрубного простору змійовика урівні заповнений самотвердіючим композитом, а утворена таким чином тепловідвідна панель з плоскою променесприймаючою поверхнею за допомогою сажонаповненого клеючого складу та деталей кріплення закрита світлопрозорими листами сотового полікарбонату. UA 102482 U (54) ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИЙ БУДИНОК З ГЕЛІОСИСТЕМОЮ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ UA 102482 U UA 102482 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до геліотехніки та може використовуватись для сезонного гарячого водопостачання одно- та багатоповерхових будинків, будівель фермерських господарств, дач і т.д. Відомі конструкції будинків, теплова ефективність яких досягається установкою шару теплоізоляції на зовнішній поверхні стін [1]. В одних конструкціях теплоізоляційні плити кріпляться до стіни за допомогою пристрелюваних дюбелями елементів кріплення з встановленими на них облицювальними плитками [2]. В інших конструкціях на зовнішню поверхню стін наклеюються пінополістерольні плити з послідуючим нанесенням тонкого шару штукатурки на армованій сітці [3]. В обох випадках за рахунок суттєвого збільшення опору теплопередачі зовнішніх стін підвищується теплова ефективність будівлі. Але слід відмітити, що вказані заходи для вирішення основної задачі з енергозбереження є недостатніми тому, що вони не сприяють достатньою мірою максимальному сприйняттю, накопиченню та використанню теплової енергії навколишнього середовища і, в першу чергу, сонячної енергії. Відомий енергоефективний будинок з пасивною системою сонячного опалення Моргана [4], в якому південна сторона будівлі нагрівається за рахунок парникового ефекту, який створюється за рахунок двошарового засклення. Але в кліматичних умовах України найбільш доцільним та економічно вигідним в даний час вважається використання сонячної енергії [5] для створення автономних систем гарячого водопостачання, як в одно-, так і багатоповерхових будинків. Відомі геліосистеми гарячого водопостачання, в яких вода нагрівається в автономних плоских колекторах сонячної енергії (КСЕ). Останні, як правило, встановлені на дахах одно- чи багатоповерхових житлових будинків, а також на балконах чи лоджіях окремих квартир [6]. КСЕ [7] являє собою теплоізольований знизу закритий світлопрозорим покриттям і розміщеною під ним теплопоглинальною панеллю з трубками (змійовиком) для руху води, що нагрівається. Крім КСЕ геліосистема також включає в себе бак-акумулятор, циркуляційний насос та додатковий водонагрівач. Слід відмітити, що запропоновані на ринку серійні імпортні геліосистеми з одним КСЕ 2 площею біля 2 м (ККД до 70 %) та добовим виробітком до 150 л мають вартість більше 2300 у.о. без затрат на доставку і монтаж. В Україні багато будівель 50-60-х років потребують ремонту та модернізації. В умовах суттєвого зниження рівня життя при різкому підвищенні тарифів на газ, опалення та електроенергію серед населення широке розповсюдження отримав недорогий та технологічний спосіб збільшення теплової ефективності будівлі. Він полягає в установленні теплоізоляції у вигляді плит пінополістиролу на зовнішній поверхні стін. Враховуючи сказане вище, стає вигідним виготовлення геліосистеми гарячого водопостачання не з технологічно та теоретично можливих міркувань, а з меншим ККД, якщо собівартість теплової енергії та строк окупності системи суттєво знижуються. В основу корисної моделі поставлена задача створення такої конструкції енергоефективної будівлі, яка дозволила б поряд з високою тепловою ефективністю забезпечити для геліосистеми гарячого водопостачання мінімальну собівартість отриманої теплової енергії за рахунок використання нових недорогих композитних матеріалів, спрощення технології виготовлення, монтажу та експлуатації. Поставлена задача вирішується тим, що в енергоефективному будинку з геліосистемою гарячого водопостачання, який має теплоізольовані стіни з елементами кріплення, трубчастий плоский змійовик для теплоносія, світлопрозоре покриття, бак-акумулятор, циркуляційний насос, додатковий водонагрівач, відповідно до корисної моделі, трубчастий змійовик встановлений та закріплений на стінових елементах кріплення на зовнішній поверхні теплоізоляції стінки, при цьому весь об'єм міжтрубного простору змійовика урівні заповнений самотвердіючим композитом, а утворена таким чином тепловідвідна панель з плоскою променесприймаючою поверхнею за допомогою сажонаповненого клеючого складу і деталей кріплення закрита світлопрозорими листами сотового полікарбонату. Найпростішим у виготовленні, доступним і недорогим композитним матеріалом є цементнопіщана суміш з металевим наповнювачем у вигляді стальних дробів, подрібненої металевої стружки і т.п. Як показують розрахунково-експериментальні дослідження [8, 9], при об'ємному 1 вмісті дробу до 40 % коефіцієнт ефективності F такої панелі може досягати високих значень (від 0,85 до 0,94) при відношенні товщини панелі hn до діаметра труби dт (hn/ dт) менше 1,25 і міжтрубної відстані b/dт не більше 12. Труби для змійовика також можуть бути вироблені з недорогих матеріалів - оцинкована сталь, поліетилен чи поліпропілен низького тиску. Використання вказаних матеріалів, не дивлячись на низьку теплопровідність, лише незначно (менше 8 %) зменшують термічну ефективність панелі. Але з технологічної точки зору при 1 UA 102482 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 виготовленні і монтажу змійовика полімерні труби мають суттєві переваги за рахунок необмеженої вихідної довжини. Використання стільникового полікарбонату як світлопрозорого покриття обумовлене його високими фізико-технічними характеристиками, які задовольняють практично всім технологічним та експлуатаційним вимогам енергоефективного будинка з геліосистемою гарячого водопостачання. До таких характеристик належать: - світлопрозорість, яка досягає 80 %; - висока ударна міцність (в 200 разів міцніше скла); - термостійкість в межах від -30 до +140 °C; - довговічність. На фіг. 1 зображена схема торцевої ділянки енергоефективного будинку з геліосистемою гарячого водопостачання; на фіг. 2 - те ж саме (розріз А-А на фіг. 1). Енергоефективний будинок з геліосистемою гарячого водопостачання має стіни 1 з зовнішньою теплоізоляцією 2, елементи кріплення 3, плоский трубчастий змійовик 4, шар композиту 5, який утворює тепловідвідну панель з променесприймаючою поверхнею 6 та світлопрозорим покриттям 7. Крім цього, геліосистема енергоефективного будинку має бакакумулятор 8 з додатковим нагрівачем 9 та циркуляційний насос 10. Виготовлення окремих вузлів та монтаж геліосистеми гарячого водопостачання енергоефективного будинку здійснюється в декілька етапів. Для виділеної, орієнтованої на південь ділянки стіни 1 (торець будинку, міжвіконні простінки і т.п.) попередньо виготовляють трубчастий змійовик 4, всю необхідну запірну та з'єднувальну арматуру, а також визначають місце встановлення бака-акумулятора 8 з додатковим нагрівачем 9 і циркуляційного насоса 10. У випадку застосування полімерних труб вигин колін змійовика виконується з використанням пістолета гарячого повітря (фена). Для металічних труб можливе виготовлення за допомогою зварювання чи паяння трубного регістра 11 з верхнім та нижнім колектором. Далі проводиться розмітка та наступна пристрілка до стіни будинку нержавіючими дюбелями Г-подібних прикріплюючих елементів 3. Після цього на поверхні стін встановлюють пінополістирольні плити 2. Наступним етапом поверх теплоізоляційних плит встановлюють і закріплюють дротяними скрутками 3 трубчастий змійовик та монтують всю гідравлічну систему гарячого водопостачання, включаючи бак-акумулятор 8 та колекторний насос 10. Далі міжтрубний простір з використанням знімних листів тимчасової опалубки заповнюють самотвердіючим композиційним матеріалом 5. Останнім етапом є кріплення до променесприймаючої поверхні 6 за допомогою клеючого складу та мінімальної кількості елементів з світлопрозорих листів стільникового полікарбонату. Розміри стандартного листа 2 полікарбонату (2,1 × 6 м ) практично співпадають з половиною площі одного поверху торця будинку. Це дозволяє розглядати геліосистему з такими габаритами як одиночний блок для забезпечення гарячою водою окремо взятої квартири. Найпростіша одноконтурна геліосистема гарячого водопостачання енергоефективного будинку працює таким чином. Холодна вода за допомогою циркуляційного насоса 10 прокачується по трубчастому змійовику 4. Потік сонячної енергії проходить через світлопрозоре покриття 7 та поглинається променесприймаючою поверхнею 6 композитної тепловідвідної панелі. Нагріта вода потрапляє в бак-акумулятор 9 або безпосередньо до користувача. Для доведення гарячої води до необхідного в господарстві значення температури в бакуакумуляторі 8 встановлюються додаткові нагрівачі 9. Використання запропонованої конструкції енергоефективного будинку з геліосистемою гарячого водопостачання при високих теплотехнічних характеристиках та низькій вартості матеріалів, які застосовуються, дозволяє спростити технологію виготовлення окремих вузлів та їх монтаж. При цьому всі роботи можна проводити поетапно безпосередньо на будмайданчику нового чи реконструйованого будинку. В результаті суттєво зростає економічна ефективність такого будинку, яка дозволяє домогтися окупності витрат на його будівництво та обслуговування в межах одного-двох експлуатаційних сезонів. Корисна модель може бути реалізована в умовах проведення будівельно-монтажних робіт з використанням стандартного обладнання, доступних матеріалів та технологій. Джерела інформації: 1. Мхітарян Η.Μ. Енергозберігаючі технології в житловому та цивільному будівництві. - Київ: Наук, думка, 2000. - 416 с. 2. Там же, стор. 66, рис. 2.8. 3. Там же, стор. 68, рис. 2.10. 4. Там же стор 275, рис. 7.5. 5. Там же, стор. 294. 2 UA 102482 U 5 10 15 20 6. Там же, стор. 304, рис. 7.29. 7. Там же, стор. 319, рис. 7.41. 8. Кокошин С.С., Кучинский В.П., Суржик А.Н. и др. Определение геометрических и теплофизических параметров солнечного колектора и фотоэлектрического модуля с теплоотводами из композита. // Відновлювана енергетика, 2012, № 3, с. 32-38. 9. Кокошин С.С, Кучинський В.П., Суржик О.М. и др. Методика визначення коефіцієнта ефективної теплопровідності композитного матеріалу і тепловідвідної панелі. // Відновлювана енергетика, 2012, № 4, с. 51-54. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Енергоефективний будинок з геліосистемою гарячого водопостачання, який має теплоізольовані стіни з елементами кріплення, трубчастий плоский змійовик для теплоносія, світлопрозоре покриття, бак-акумулятор, циркуляційний насос, додатковий водонагрівач, який відрізняється тим, що трубчастий змійовик встановлений та закріплений на стінових елементах кріплення по зовнішній поверхні теплоізоляції стін, при цьому весь об'єм міжтрубного простору змійовика урівні заповнений самотвердіючим композитом, а утворена таким чином тепловідвідна панель з плоскою променесприймаючою поверхнею за допомогою сажонаповненого клеючого складу та деталей кріплення закрита світлопрозорими листами сотового полікарбонату. 3 UA 102482 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 4