СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР ДЛЯ НАГРЕВА ВОДЫ И СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЕГО В СТРОИТЕЛЬСТВЕ В КАЧЕСТВЕ ЛИСТОВЫХ КРОВЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ПРИ СООРУЖЕНИИ КРОВЛИ ЛЮБЫХ РАЗМЕРОВ НА СКАТНЫХ КРЫШАХ ЗДАНИЙ
SOLAR COLLECTOR FOR WATER HEATING AND METHOD OF ITS USE IN CONSTRUCTION AS SHEET ROOFING MODULES FOR ERECTION OF PITCHED ROOFS

Изобретение относится к солнечной энергетике, используемой для преобразования энергии солнечного излучения в тепловую энергию в солнечных коллекторах с передачей тепла в систему горячего водоснабжения.
Новизной предлагаемого изобретения является такая конструкция нагревательной панели солнечного коллектора, которая позволяет использовать эти панели как кровельные модули при сооружении крыш зданий с набором неограниченного по площади поглощающего экрана, одновременно выполняющего функции защиты здания от атмосферных осадков.
Существует множество конструкций солнечных коллекторов, которые имеют вид законченного сборкой устанавливаемого либо монтируемого оборудования с традиционным набором деталей: корпуса с поддоном, трубок либо трубопластин с селективным поглощающим покрытием, обеспечивающим полное поглощение солнечных лучей, теплоизолирующего элемента с нижней стороны и остекления с верхней поглощающей стороны, трубоколлектора для подвода теплоносителя к каждому отдельному элементу коллектора и штуцеров для подключения к системе водоснабжения.
Особенностью конструкции предлагаемого изобретения является совмещение функции поглощающей плоскости солнечного коллектора с функцией кровельного материала при устройстве наклонных (скатных) крыш на зданиях и сооружениях, то есть каждый лист кровельного материала является солнечным коллектором, исполняющим две функции, а именно защита здания либо сооружения от атмосферных осадков и одновременно преобразование энергии солнечного излучения в тепловую энергию и передача ее в систему горячего водоснабжения.
Предлагаемая конструкция солнечного коллектора, как показано на Фиг.1, состоит всего из трех деталей: верхнего листа 2, который является поглощающим экраном с селективным покрытием и который имеет по краям прокатный волновой профиль для присоединения к соседним панелям, нижнего штампованного листа 1 с гофрами 4 либо круглыми вмятинами 4 для точечной сварки листов между собой и четырех приваренных к нижнему листу втулок 3 для подключения к одноконтурной системе горячего водоснабжения либо к баку с водой в двухконтурной системе. Такая конструкция солнечных коллекторов значительно упрощает их производство в массовом количестве, так как позволяет отказаться от лишних деталей заводского изготовления, а именно не нужен трубоколлектор, так как совмещен с плоскостью самого коллектора, нет необходимости в трубах либо в трубопластинах, так как два металлических листа, свариваемые между собой особым способом, исполняют функции трубопровода, не нужен корпус с поддоном, а теплоизолирующий слой снизу и остекление сверху укладываются в построечных условиях на подготовленное основание в необходимом количестве на специальных фиксирующих элементах. Кроме того с внедрением предлагаемого устройства значительно упрощается подключение каждого отдельного солнечного коллектора в систему коллекторов любой мощности, а также конструктивное совмещение (сопряжение) солнечных коллекторов с другими листовыми материалами кровли. Значительно упрощается транспортировка солнечных коллекторов по системе «один в один с прокладкой» на поддонах, как обычно транспортируются другие прокатные либо штампованные кровельные материалы.
Известны солнечные нагреватели с каналами для прохождения воды (жидкости-теплоносителя) различной конструкции, причем в одних конструкциях используют принцип труба в листе, когда каналы отштампованы в теле нагревательного элемента, в других использованы трубопластины, когда пластина отлита одновременно с трубой.
Наиболее близкими по технической сущности к заявленному устройству являются устройства, содержащие нагревательные элементы с входными и выходными патрубками и со щелевидными полостями для прохождения теплоносителя и размещенные в теплоизолирующем корпусе, одна поверхность которых покрыта светопрозрачным покрытием и обеспечивает поступление солнечной энергии на нагревательный элемент.
Известен солнечный жидкостный нагреватель (см. авторское свидетельство RU 2037107 С1, опубликовано 09.06.1995 г.) для одно- и двухконтурных систем горячего водоснабжения, который выполнен в отдельном корпусе с поддоном, с щелевидной полостью в нагреваемом элементе с уклонами поверхностей и расширением в сторону выходного патрубка, с канавками, с остеклением сверху и теплоизолирующим слоем снизу.
Недостатком данного изобретения является то, что поглощающий экран покрывается черной матовой краской, не отвечающей требованиям максимального поглощения энергии солнечного излучения, массивный корпус, сложность геометрии нагревательного элемента и в связи с этим сложность изготовления нагревательного элемента, а также невозможность использования нагревательного элемента в конструкциях кровель.
Известно также изобретение RU 2 331 026 С1, опубликовано 02.07.2008 г., в котором предлагается теплообменная панель, составленная двумя металлическими листами, сваренными между собой, причем оба листа и верхний и нижний имеют волнистые гофры вдоль панели, а места соприкосновения гофров свариваются между собой точечной сваркой. По краям панели в корпусе имеются входной и выходной патрубки для соединения с системой горячего водоснабжения.
Недостатками данного предложения являются низкая эффективность поглощения энергии солнечного излучения вследствие того, что поглощающая поверхность является гофрированной, так как только прямые солнечные лучи, строго перпендикулярные к поглощающей поверхности, к плоскости экрана, отдают максимальные значения энергии, а также невозможность использования нагревательных панелей данной конструкции в качестве кровельных модулей.
Известен также коллектор солнечной энергии, предложенный изобретением RU 2042088 С1, опубликовано 20.08.1995 г., в котором между двумя сваренными между собой плоскими металлическими листами установлены металлические водопроводные трубы, как «проставки» между листами, которые со стороны каждого листа привариваются к листу точечной сваркой.
Недостатками данного предложения являются большое количество дополнительных сварных швов, вызванных необходимостью герметизации технологического проема для подачи оправки с трубами в корпус нагревательного элемента, сложность дополнительных устройств при проведении точечной сварки для ориентации мест сварки непосредственно над трубами, большая материалоемкость, а также невозможность использования нагревательных панелей данной конструкции в качестве модулей для устройства кровель на крышах зданий.
Общими недостатками всех аналогов являются наличие массивного корпуса, большего количества деталей, чем у заявляемого устройства, а соответственно, и большей материалоемкости, а также конструктивные особенности, не позволяющие использовать их в качестве кровельных модулей на строящихся либо реконструируемых крышах зданий.
Предлагаемый солнечный коллектор монтируется на крышах зданий любых размеров, причем чем больше площадь солнечного коллектора, тем он эффективнее по затратам на единицу вырабатываемого тепла.
Нагревательный элемент солнечного коллектора состоит из двух штампованных листов металла, которые герметично привариваются друг к другу по контуру. Материалом для изготовления нагревательного элемента может служить сталь, алюминий или медь, причем нижний лист 1 в плане меньше верхнего листа 2, так как лист 2 имеет по краям прокатные пазы для соединения с соседними нагревательными элементами, которые обеспечивают герметизацию кровли от атмосферных осадков.
На Фиг.1 показаны два варианта нагревательного элемента солнечного коллектора, отличающиеся формой штампа нижнего листа 1: первый - с продольными гофрами 4, а второй - с круглыми вмятинами 4, одинаковыми по высоте 6-8 мм, по которым как в первом случае, так и во втором производится сварка листов между собой точечной сваркой. До соединения листов между собой в нижний лист 1 привариваются втулки 3 с внутренней резьбой ½ дюйма. В результате соединения двух листов между ними образуется щелевидная полость толщиной 6-8 мм, в которой прогревается жидкость. На верхний лист 2 после окончания сварочных работ наносится селективное поглощающее покрытие, обеспечивающее максимальное поглощение энергии солнечного излучения.
На Фиг.2 изображен нагревательный элемент состоящий из двух сваренных между собой листов металла, лист1 и лист2, с продольными гофрами 3 на листе 1 для присоединения листа 1 к листу 2 точечной сваркой и приваркой к листу 1 четырех металлических втулок с внутренним диаметром ½ дюйма для присоединения к системе горячего водоснабжения. На Фиг.3 и Фиг.4 показаны поперечные сечения нагревательного элемента и узел приварки металлических втулок к листу 1.
Предлагаемый солнечный коллектор монтируется и подготовляется к работе следующим образом.
На плоскости крыши, ориентированной на солнечную сторону, выбирается прямоугольный в плане участок максимальных размеров, где на сплошную обрешетку укладывается слой пароизоляции (полиэтилен), затем укладывается слой теплоизолирующего материала (жесткая минеральная плита толщиной 50 мм), а на теплоизолирующий слой в прокатные пазы укладываются один за другим предлагаемые нагревательные элементы с уже вкрученными в них стальными патрубками (сгонами длиной 100 мм). Нагревательные элементы крепятся к обрешетке кровли саморезами с прокладкой, а также снизу контргайкой на сгонах. Сверху с использованием специальных крепежных деталей на нагревательные элементы укладываются листы стекла, соединяемые друг с другом Н-образными уплотнителями. Присоединение солнечного коллектора к системе горячего водоснабжения производится в подкрышном пространстве с использованием труб, фитингов, шлангов, кранов и прочего, имеющегося в любом магазине «Сантехника».
Условием эффективной работы системы является надежная теплоизоляция всех труб, соединений в подкрышном пространстве, а также утепление аккумулирующего резервуара.