ОГРАЖДАЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ С СОЛНЕЧНЫМ КОЛЛЕКТОРОМ

Полезная модель относится к строительству, а именно к конструкции ограждающих элементов с солнечным коллектором, и может быть использовано в строительстве различных отапливаемых зданий, преимущественно сельскохозяйственных.
Известен ограждающий элемент с солнечным коллектором(см. экономический патент ГДР №252634 МКЛ Е 04 с 1/06, 1987), содержащий герметичные воздушные щели по его высоте, восходящие от наружной к внутренней поверхности элемента.
Недостатками являются низкие теплотехнические свойства герметичной воздушной наклонной щели из-за отсутствия возможности использования диффузионного эффекта, турбулизации движущихся и соприкасающихся восходящих и нисходящих потоков.
Известен ограждающий элемент с солнечным коллектором(см. патент РФ 2122081 МПК Е 04 В 2/14, 1998 Бюл. №32), содержащий ограждающий элемент с солнечным коллектором, содержащим герметичные воздушные с переменным сечением наклонные щели по его высоте, восходящие от наружной и внутренней поверхности элемента и имеющие на нижней и верхней поверхностях криволинейные винтообразные канавки, расположенные в зоне длинны стыков, связывающих большие и меньшие поперечные сечения.
Недостатком является снижение теплоаккумулирующих свойств воздушной наклонной щели на торцевых поверхностях герметичных воздушных наклонных щелей из-за ламинарного течения восходящих и нисходящих потоков, что в конечном итоге характеризует низкие теплотехнические свойства в целом конструкции ограждающего элемента с солнечным коллектором.
Техническая задача предполагаемой полезной модели заключается в повышении теплотехнических свойств ограждающего элемента с солнечным коллектором путем устранения ламинарного течения пограничного слоя восходящего и нисходящего потоков воздуха на торцевых поверхностях герметичных наклонных щелей за счет образования микрозавихрений встречных турбулентно движущихся восходящих и нисходящих потоков.
Технический результат по повышению теплотехнических свойств ограждающего элемента с солнечным коллектором достигается тем, что он содержит герметичные воздушные с переменным сечением наклонные щели по его высоте, восходящие от наружной и внутренней поверхности элемента и имеющие на нижней и верхней поверхностях криволинейные винтообразные канавки, расположенные в зоне длинны стыков, связывающих большие и меньшие поперечные сечения, при этом, криволинейные винтообразные канавки, расположенные на нижней поверхности в зоне длин стыков имеют направление движения образующей по часовой стрелке, а криволинейные винтообразные канавки, расположенные на верхней поверхности в зоне длин стыков имеют направление движения образующей против часовой стрелки.
На фиг.1 изображена принципиальная схема ограждающего элемента с солнечным коллектором; на фиг.2 изображен вид А-А нижняя поверхность герметичной воздушной наклонной щели с криволинейными винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения по часовой стрелке; на фиг.3 изображен вид В-В - верхняя поверхность герметичной воздушной наклонной щели с криволинейными винтообразными канавками, образующая которых имеет направление движения против часовой стрелки.
Элемент состоит из несущего 1 и внутреннего 2 слоев солнечного коллектора в виде экрана 3, связанного с несущим слоем 1, изоляционного слоя 4, находящегося между слоями 1 и 2, размещенной в изоляционном слое 4 герметичной воздушной наклонной щели 5, в которой нижняя вертикальная
поверхность 6 соприкасается с внутренней поверхностью несущего слоя 1, обращенного к холодной среде, а верхняя вертикальная поверхность 7 щели 5 соприкасается с внутренней поверхностью слоя 2, обращенного к теплой среде, при этом на нижней 8 (вид А-А) наклонной поверхности герметичной воздушной щели 5, в зоне стыка с боковыми ее поверхностями выполнены криволинейные винтообразные канавки 9, у которых направление движения образующей по часовой стрелке и на верхней 10 наклонной поверхности герметичной воздушной щели 5 в зоне стыка с боковыми ее поверхностями выполнены криволинейные винтообразные канавки 11, у которых направление движения образующей против часовой стрелки, кроме того, в наклонной герметичной воздушной щели 5 при теплообмене образуется циркуляционный с микрозавихрениями контур 12 и с восходящим 13 и нисходящим 14 потоками.
Теплообмен при эксплуатации ограждающего элемента с солнечным коллектором осуществляется следующим образом.
При низких температурах окружающей среды и высокой солнечной радиации несущий слой 1 интенсивно нагревается под воздействием солнечного тепла, поступающего через коллектор, выполненный в виде экрана 3 из селективно пропускающего материала, например силикатного стекла. В результате нагревается часть воздуха наклонной герметичной воздушной щели 5, контактирующей с нижней вертикальной поверхностью 6 герметичной воздушной наклонной щели 5. Изменение плотности воздуха в герметичной воздушной наклонной щели 5 приводит к образованию конвективного теплообмена, где преимущественно тепло передается конвекцией, так как лучистый теплообмен между вертикальными поверхностями 6 и 7 незначителен вследствие их взаимного смещения в пространстве.
Передача тепла конвекцией при прогреве воздуха, прилегающего к нижней вертикальной поверхности 6, наклонной герметичной воздушной щели 5 осуществляется за счет образования циркуляционного контура 12 с восходящим
13 и нисходящим 14 потоками. При образовании циркуляционного контура 12 движущихся восходящего 13 и нисходящего 14 потоков воздуха в зоне стыков нижней 8 и верхней 10 наклонных поверхностей с боковыми и торцевыми 6 и 7 поверхностями герметичной наклонной воздушной щели 5 осуществляются следующие процессы. Ламинарно движущийся пограничный слой воздуха нижней 8 наклонной поверхности в зоне стыка с боковыми поверхностями закручивается, перемещаясь по криволинейным винтообразным канавкам 9, переходя из ламинарного движения в турбулентное, с направлением движения по часовой стрелке(см., например, стр. 509. Выготский М.Я. Справочник по высшей математике. Москва 1966-872с), а одновременно с этим ламинарно движущийся пограничный слой воздуха верхней 10 наклонной поверхности в зоне стыка с этими же боковыми поверхностями закручивается, перемещаясь по криволинейным винтообразным канавкам 11, переходя из ламинарного движения в турбулентное, с направлением движения против часовой стрелки. В результате этого на боковых и торцевых поверхностях герметичной наклонной воздушной щели 5 встречаются турбулентно движущиеся противоположного направления закрученные потоки, образуя при контакте микровзрывы, интенсивно разрушающие ламинарно движущиеся пограничные слои как на боковых, так и торцевых 6 и 7 поверхностях. Следовательно, наличие встречно движущихся закрученных потоков и их контактирование, обеспечивает более полное турбулентное движение воздуха в пограничном слое по всем внутренним поверхностям(нижняя, верхняя, боковые и торцевые) герметичной наклонной воздушной щели(см., например, Осипова Н.К. Теплопередача. Москва 1980-469с) повышает интенсификацию теплообмена, что в конечном итоге улучшает теплофизические свойства ограждающего элемента с солнечным коллектором.
Оригинальность предлагаемого изобретения заключается в том, что в зоне длинн стыков на нижней поверхности направление движения закрученного
потока в пограничном слое осуществляется по часовой стрелке, а в зоне длинн стыков на верхней поверхности движение закрученного потока в пограничном слое осуществляется против часовой стрелки, в результате чего по торцевым и боковым поверхностям герметичной воздушной наклонной щели с переменным сечением возникают за счет встречно направленных завихрений микровзрывы, разрушающие ламинарно движущийся слой, интенсифицируя теплообменный процесс восходящих и нисходящих потоков воздуха. А это в конечном итоге повышает теплотехнические качества ограждающего элемента с солнечным коллектором.