Спосіб теплового захисту будівель

1. Спосіб теплового захисту будівель, який передбачає умови створення збільшення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій за рахунок утворення активного теплового бар'єру у товщі огороджувальних конструкцій для захисту будівель від температурного впливу зовнішнього середовища, шляхом циркуляції теплоносія між теплообмінником у підземних ґрунтах чи водоймищах, зони розташування будівлі, та теплообмінником, розташованим у товщі огороджувальних конструкцій, який відрізняється тим, що теплоносій для теплового захисту подається до теплообмінника огороджувальної конструкції без штучного перетворення рівня його температури, а з природною температурою підземних ґрунтів чи водоймищ, який включає зону каналів теплообмінної циркуляції, що розташовані в огороджувальній конструкції між внутрішньою частиною огороджувальної конструкції та зовнішньою частиною огороджувальної конструкції, по відношенню до внутрішнього об'єму будівлі. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що теплообмінник теплового бар'єру огороджувальної конструкції розташовується в проміжку товщини огороджувальної конструкції, положення якого утворює відношення сумарного опору теплопередачі внутрішньої частини огороджувальної конструкції (Rв) до сумарного опору теплопередачі зовнішньої частини огороджувальної конструкції (Rз), з урахуванням відновлення природних температур теплоносія підземним теплообмінником зони кліматичного розташування будівлі. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що зовнішню частину огороджувальної конструкції використовують для бар'єрного теплообміну між навколишнім середовищем та природнім джерелом 2 (19) 1 3 Корисна модель відноситься до теплоенергетики, а саме до способу теплового захисту будівель, який застосовується для збільшення опору теплопередачі огороджувальних конструкцій будівель. В зв'язку з тим, що запропонований спосіб обумовлює активний теплозахист огороджувальних конструкцій будівель, тому у порівнянні з іншими відомими способами теплозахисту розглядаються як способи пасивного теплозахисту огороджувальних конструкцій, так і способи теплозахисту з кліматичними пристроями опалення та кондиціювання, які обумовлюють загальні теплозахисні функції будівлі. Відомі чисельні способи теплозахисту у будівництві - це збільшення опору теплопередачі завдяки товщині матеріалів огороджувальних конструкцій (стін), включення повітряних проміжків, використання ефективних теплозахисних матеріалів або використання багатошарових конструкцій з теплозахисним утеплювачем та використання різного роду кліматичних пристроїв, систем для підтримання комфортної температури у приміщеннях будівлі (Патент Російської Федерації на винахід № 2212009, м. кл. F24D 19/10, публ. 10.09.2003 [1]; патент Російської Федерації на винахід № 2266479, м. кл. F24D 3/18. публ. 20.12.2005 [2]; патент Російської Федерації на винахід № 2343357, м. кл. F24D 3/00, публ. 10.01.2009 [3]; деклараційний патент України на корисну модель № 10340, м. кл. F24D 11/00, публ. 15.11.2005 [4]; патент України на винахід № 17055, м. кл. F24D 15/00, публ. 31.10.1997 [5]; патент України на корисну модель № 42609, м. кл. F24D 15/00, публ. 10.07.2009 [6]). Такі технічні рішення певною мірою вирішують проблеми підвищення технологічних показників, зменшення енерговитрат, але вони мають резерв для удосконалення. Наприклад, спосіб теплозахисту - фасадна система, з багатошаровою реалізацією, яка використовує тепло огороджувальної конструкції - стіни для повітряної тяги вентиляційного проміжку та вуличне повітря для виносу вологи, яка виходить зі стін споруди під парціальним тиском, та уносить в навколишнє середовище теплоту випаровування води, ще більше при цьому охолоджуючи зовнішню сторону стіни будівлі. А спосіб, який використовує відпрацьоване повітря приміщень, створюючи тепловий бар'єр у середині огороджувальної конструкції (стіни), має недоліки, а саме - утворення конденсату на внутрішній поверхні зовнішньої частини огороджувальної конструкції (ЗЧОК) та значного парціального тиску, що приводить до підвищеної вологості зовнішньої частини огороджувальної конструкції ЗЧОК, і як наслідок - ще більших сумарних теплових витрат. При цьому вологість повітря в проміжку стіни призводить до утворення конденсату та промерзання стіни при морозах, що призводить до швидкого руйнування зовнішньої частини огороджувальної конструкції (ЗЧОК). При здійсненні такого способу не можлива робота у режимі охолодження, є значні витрати внутрішнього тепла будівлі через зовнішньої частини огоро 49531 4 джувальної конструкції (ЗЧОК) до навколишнього середовища. Відомі сучасні розробки способів, які здійснюють з застосуванням теплових насосів (Патент України на винахід № 68191, м. кл. F25B 30/02, публ. 15.04.2005 [7]; патент України на винахід № 86097, м. кл. F25B 30/00, публ. 25.03.2009 [8]). Ці винаходи дозволяють удосконалити способи реалізації роботи теплових насосів, конструкцію пристроїв, але вони мають резерв для підвищення ефективності використання теплової та електричної енергії. Найближчим до запропонованого способу прототипом є спосіб теплового захисту приміщень будівель, який передбачає умови створення збільшення теплового опору зовнішніх огороджувальних конструкцій за рахунок утворення активного теплового бар'єру у товщі огороджувальних конструкцій, для захисту приміщень будівель від температурного впливу зовнішнього середовища, шляхом циркуляції теплоносія між теплообмінником підземних ґрунтів чи водоймища у зоні розташування будівлі, та теплообмінником, розташованим у товщі огороджувальних конструкцій (Патент України на винахід № 88723, м. кл. F24D 3/00, публ. 10.11.2009 [9]). Таким способом здійснюють передачу теплової енергії землі або водоймищ тепловим насосом (ТН), який перетворює низькопотенціальну енергію землі за допомогою електричної енергії та компресора у високопотенціальну енергію для опалення приміщення, або, працюючи у зворотному напрямі, охолоджуючи приміщення завдяки прямої подачі теплоносія з температурою надр чи водоймищ до теплообмінників будівлі, але в цьому випадку є обмеження на охолодження в залежності від розташування теплообмінників в приміщеннях та конструктивних елементах будівлі, наприклад, через радіатори, тому, що виникає необхідність збору конденсату води, який утворюється на поверхні відкритих теплообмінників чи циркуляція в підлозі, що утворює дискомфортні умови, як наслідок це приводить до несиметричного використання ТН в основному для обігріву приміщення, що постійно знижує енергетичний потенціал теплової енергії підземного теплообмінника, витрачаючи при цьому, з часом, все більшу потужність з електричної мережі. Тому для охолодження використовують додаткові пристрої або системи. При такому способі теплозахисту сумарні витрати енергії прямо пропорційні різниці температур між температурою приміщення будівлі та температури навколишнього середовища, при постійному значенні сумарного теплового опору пасивних огороджувальних конструкцій. Таким чином існуючий спосіб витрачає високо потенціальну енергію на низько потенційний теплообмін через пасивну огороджувальну конструкцію, компенсуючи тепловий потік огороджувальної конструкції при перепадах температур на поверхнях огороджувальних конструкцій (ОК). В результаті такий спосіб не дозволяє уникнути значних витрат зовнішньої енергії на підтримку комфортної температури у приміщеннях будівлі при оптимальній товщині огороджувальної 5 конструкції використовуючи нормативні значення опору теплопередачі. Завданням запропонованої корисної моделі є створення способу теплового захисту будівель, який би за рахунок нової сукупності ознак, нових ознак, послідовності дій, дозволив би при його використанні досягти технічного результату, а саме - утворити активний теплозахист будівлі, в тому числі завдяки активній огороджувальній конструкції, яка містить систему циркуляції теплоносія з низькопотенціальною енергією підземного чи підводного середовища, при цьому уникнути значних витрат енергії на підтримку комфортної температури у приміщеннях будівлі при оптимальній товщині огороджувальної конструкції. Поставлене завдання досягається тим, що спосіб теплового захисту будівель передбачає умови створення збільшення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій за рахунок утворення активного теплового бар'єру у товщі огороджувальних конструкцій для захисту будівель від температурного впливу зовнішнього середовища, шляхом циркуляції теплоносія між теплообмінником у підземних ґрунтах чи водоймищах, зони розташування будівлі, та теплообмінником, розташованим у товщі огороджувальних конструкцій. Новим є те, що теплоносій для теплового захисту подається до теплообмінника огороджувальної конструкції без штучного перетворення рівня його температури, а з природною температурою підземних ґрунтів чи водоймищ, який включає зону каналів теплообмінної циркуляції, що розташовані в огороджувальній конструкції між внутрішньою частиною огороджувальної конструкції та зовнішньою частиною огороджувальної конструкції, по відношенню до внутрішнього об'єму будівлі. Додатково запропонований спосіб характеризується наступними додатковими ознаками. Теплообмінник теплового бар'єру огороджувальної конструкції розташовується в проміжку товщини огороджувальної конструкції, положення якого утворює відношення сумарного опору теплопередачі внутрішньої частини огороджувальної конструкції (Rв) ДО сумарного опору теплопередачі зовнішньої частини огороджувальної конструкції (Rз), з урахуванням відновлення природних температур теплоносія підземним теплообмінником зони кліматичного розташування будівлі. Зовнішню частину огороджувальної конструкції використовують для бар'єрного теплообміну між навколишнім середовищем та природнім джерелом чи споживачем теплової енергії - надрами, опосередковано через теплоносій, який циркулює по теплообмінним каналам теплового бар'єру огороджувальної конструкції та теплообмінником підземних ґрунтів чи водоймища, та із впливом теплового потоку з приміщення через внутрішню частину огороджувальної конструкції. Швидкість циркуляції теплоносія встановлюють залежно від теплових витрат чи теплових надходжень до теплового бар'єру огороджувальної конструкції через зовнішню частину огороджувальної конструкції в температурному інтервалі зовнішнього середовища, яка забезпечує підтримку середньої температури по тепловому бар'єру ого 49531 6 роджувальної конструкції наближеної до середньорічної температури надр, в зоні розташування цільового об'єкту. Добові та сезонні перепади температури зовнішнього середовища, та теплота сонячної радіації, які діють на зовнішню частину огороджувальної конструкції, вирівнюються теплоємністю надр з акумуляцією тепла чи холоду, влаштовуючи економічний та екологічний баланс при теплозахисті будівель. Тепловий бар'єр огороджувальної конструкції застосовують як для нагріву, компенсуючи охолодження зовнішньої частини огороджувальної конструкції, так і для охолодження, компенсуючи нагрів зовнішньої частини огороджувальної конструкції. Теплоносій циркулює по теплообміннику теплового бар'єра огороджувальної конструкції та у теплообміннику підземних грунтів чи водоймища за допомогою природної, тобто гравітаційної циркуляції, або за допомогою примусової циркуляції. Циркулюючий теплоносій по теплообміннику теплового бар'єра огороджувальної конструкції утворює стале температурне середовище у товщі огороджувальній конструкції. Промислова здатність запропонованого способу підтверджується наступним прикладом його конкретного здійснення. Приклад. Запропонований спосіб здійснюють наступним чином. Спосіб теплового захисту будівель передбачає умови створення збільшення опору теплопередачі зовнішніх огороджувальних конструкцій (ОК) за рахунок утворення активного теплового бар'єру у товщі огороджувальних конструкцій (ОК) для захисту будівель від температурного впливу зовнішнього середовища, шляхом циркуляції теплоносія між теплообмінником підземних ґрунтів чи водоймища (підземний теплообмінник) у зоні розташування будівлі, та теплообмінником, розташованим у товщі огороджувальних конструкцій (ОК). Для здійснення запропонованого способу теплозахисту будівель забезпечують створення активної ОК будівлі, яка головним чином включає в перетині: ВЧОК, ТБОК та ЗЧОК (фіг. 1). При здійсненні запропонованого способу теплоносій для теплового захисту циркулює по теплообміннику огороджувальної конструкції (ОК) без штучного перетворення рівня його температури, а саме - з природною температурою підземних ґрунтів чи водоймища. Цей теплоносій подають у тепловий бар'єр огороджувальної конструкції (ТБОК), який включає зону каналів теплообмінної циркуляції, які розташовані в огороджувальній конструкції (ОК) між внутрішньою частиною огороджувальної конструкції (ВЧОК) та зовнішньою частиною огороджувальної конструкції (ЗЧОК), по відношенню до внутрішнього об'єму будівлі. Частину теплового бар'єру огороджувальної конструкції (ТБОК) розташовують в проміжку товщини огороджувальної конструкції (ОК), положення якої утворює відношення сумарного опору теплопередачі внутрішньої частини огороджувальної конструкції (ВЧОК) (Rв) ДО сумарного опору теплопередачі зовнішньої частини огороджувальної конструкції (ЗЧОК) (Rз), з урахуванням відновлен 7 ня природних температур теплоносія підземним теплообмінником зони кліматичного розташування будівлі. Зовнішню частину огороджувальної конструкції (ЗЧОК) використовують для бар'єрного (теплозахисного) теплообміну між навколишнім середовищем та природнім джерелом чи споживачем теплової енергії - надрами, опосередковано через теплоносій, який циркулює по теплообмінним каналам теплового бар'єру огороджувальної конструкції (ТБОК) та теплообмінником підземних ґрунтів чи водоймища (підземним теплообмінником), та із впливом теплового потоку з боку приміщення через внутрішню частину огороджувальної конструкції (ВЧОК). Швидкість циркуляції теплоносія встановлюють залежно від теплових витрат чи теплових надходжень до теплового бар'єру огороджувальної конструкції (ТБОК) через зовнішню частину огороджувальної конструкції (ЗЧОК) в температурному інтервалі зовнішнього середовища, яка забезпечує підтримку середньої температури по тепловому бар'єру огороджувальної конструкції (ТБОК) наближеної до середньорічної температури надр, в зоні розташування цільового об'єкту. Добові та сезонні перепади температури зовнішнього середовища, та теплота сонячної радіації, які діють на зовнішню частину огороджувальної конструкції (ЗЧОК), вирівнюються теплоємністю надр з акумуляцією тепла чи холоду, влаштовуючи економічний та екологічний баланс при теплозахисті будівель. Тепловий бар'єр огороджувальної конструкції (ТБОК) застосовують як для нагріву, компенсуючи охолодження зовнішньої частини огороджувальної конструкції (ЗЧОК), так і для охолодження, компенсуючи нагрів зовнішньої частини огороджувальної конструкції (ЗЧОК). Теплоносій циркулює у теплообміннику теплового бар'єра огороджувальної конструкції (ТБОК) та у теплообміннику підземних ґрунтів чи водоймища (підземному теплообміннику) за допомогою природної, тобто гравітаційної циркуляції, або примусової циркуляції. Циркулюючий теплоносій по теплообміннику теплового бар'єра огороджувальної конструкції утворює стале температурне середовище у товщі огороджувальній конструкції, що дозволяє уникнути втрати міцності та передчасного старіння огороджувальним конструкціям завдяки утворенню циклів заморожування та відтавання. Для ілюстрації запропонованого способу надані наступні графічні зображення: Фіг. 1 - схематичне зображення активної зовнішньої огороджувальної конструкції будівлі (Стіна Гора), де tт - температура теплоносія у ТБОК; tз - температура на поверхні ЗЧОК з боку вулиці; tп - температура на поверхні ВЧОК з боку приміщення; Rв - сумарний опір теплопередачі ВЧОК; Rз - сумарний опір теплопередачі ЗЧОК. Фіг. 2 - схематичне зображення теплового захисту активної зовнішньої огороджувальної конс 49531 8 трукції будівлі (торгівельне найменування - «Стіна Гора») від вуличного холоду (схематичне пояснення роботи активної ОК при нагріві). Фіг. 3 - схематичне зображення теплового захисту активної зовнішньої огороджувальної конструкції будівлі (торгівельне найменування - «Стіна Гора») від вуличної жари (схематичне пояснення роботи активної ОК при охолодженні). Швидкість циркуляції в ТБОК залежить від граничних температур відпрацьованого теплоносія, які розраховують по ефективності по наступних формулах (1.1) та (1.2): Мінімальна ефективна температура теплоносія ТБОК, при холоді (tт>tз) чи нагрів ОК: t з n tп (1.1) tт n 1 де tт - температура теплоносія у ТБОК; tз - температура на поверхні ЗЧОК з боку вулиці; tп - температура на поверхні ВЧОК з боку приміщення; Rв - сумарний опір теплопередачі ВЧОК; Rз - сумарний опір теплопередачі ЗЧОК; n - відношення RВ/RЗ Максимальна ефективна температура теплоносія ТБОК, при жарі (tп