СИСТЕМА ЕСТЕСТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к системам естественного солнечного освещения, в которых передача света осуществляется по полым световодам.
Известна конструкция трубчатого световода по патенту US №6035593 от 14.03.2000, который состоит из трубчатой системы, установленной между крышей и потолком помещения в здании. Верхний конец трубчатой сборки закрыт установленным на крыше куполом или крышкой, а нижний конец трубчатой системы закрыт установленной на потолке светорассеивающей плитой. В этой конструкции естественный свет снаружи здания направляется через трубчатую систему внутрь здания для освещения внутренних помещений.
Известна конструкция трубы зенитного фонаря с инфракрасной теплопередачей, патент РФ №2451139 от 02.11.2007, который содержит прозрачный купол, основание шахты фонаря, спектрально селективное покрытие и средства передачи тепла. Основание отходит от купола и предназначено для передачи света, входящего в купол. Покрытие наложено на внутреннюю поверхность основания для отражения видимого света и пропускания инфракрасного света. Средства передачи тепла являются смежными с основанием и предназначены для передачи тепла от внутренней к наружной поверхности основания.
Недостатком известных конструкций является тот факт, что конструкция не приспособлена для районов с отрицательными зимними температурами. В этой связи возникают следующие проблемы:
1) Уменьшение проникновения световых лучей вследствие образования конденсата на поверхности купола при перепаде температур наружного холодного воздуха и теплого воздуха помещения, особенно в зимнее время года.
2) Большие потери тепла через световод, обусловленные конвекционными потоками воздуха внутри трубы. В результате чего имеет место постоянный поток тепла к холодному куполу и, соответственно, потеря тепла.
Задача полезной модели заключается в уменьшении тепловых потерь и создание условий исключающих возможность выпадения конденсата на внутренней поверхности купола за счет дополнительной установки термобарьера в конструкцию.
Технический результат заключается в том, что, в результате введения в конструкцию термобарьера, прекращается конвекционное движение воздуха внутри трубы. Что снижает потери тепла и предотвращает выпадение конденсата на внутренней поверхности купола.
Кроме того для районов с особо низкими температурами разработан термобарьер специальной многослойной конструкции. Термобарьер данного исполнения не только предотвращает конвекционное движение воздуха, но и сам является теплоизоляционным элементом, значительно снижая потери тепла, обусловленные явлением теплопередачи.
Поставленная задача достигается тем, что система естественного освещения содержит прозрачный купол, световод в виде трубы с отражающими внутренними стенками, фартук, и нижнюю крышку. Дополнительно в системе естественного освещения установлен термобарьер. Термобарьер расположен во внутренней части световода, либо на верхнем торце фартука. Термобарьер выполнен в виде прозрачного диска с площадкой для установки уплотнителя по торцу диска, либо виде многослойного элемента. Между световодом и наружной стенкой фартука выполнен кольцевой зазор, с возможностью заполнения теплоизоляционным материалом. Высота шейки фартука образует с горизонтальной поверхностью прямоугольный треугольник, в котором острый угол, прилежащий к высоте шейки фартука не превышает 40 град.
Сущность технического решения поясняется чертежами.
На фиг.1 изображен продольный разрез системы в сборе, на фиг.2 показан разрез верхней части, на фиг.3 изображен разрез, показывающий один из вариантов исполнения термобарьера, на фиг.4 так же показан разрез одного из вариантов исполнения термобарьера, на фиг.5 изображен разрез одного из вариантов исполнения купола.
Система естественного освещения состоит из купола 1, соединенного с фартуком 2, у которого есть шейка 2а и полка 2б, в в фартук 2 установлен световод 3 в виде полой трубы. Внутри световода 3 расположен термобарьер 4, а в нижней части световода расположена крышка 5. Система смонтирована на коробе 6, который соединен с кровлей 7. Кровля 7 опирается на балки 8. В нижней части система естественного освещения проходит через потолок 9 и выходит в освещаемое помещение 10. Внутренняя часть системы проходит через чердачное помещение 11. Купол 1 имеет поверхность 12, на которую может наноситься покрытие 13. На боковую поверхность термобарьера 4 может устанавливаться уплотнитель 14. Так же в конструкцию может добавляться корпус 15.
На фиг.1 проиллюстрирована система естественного освещения, выполненная согласно настоящей полезной модели и предназначенная для освещения естественным солнечным светом внутреннего помещения 10, имеющего потолок 9. На фиг.1 показано, что здание, в котором расположено помещение 10 имеет крышу 7, поддерживающие балки 8, а так же короб 6, герметично соединенный с крышей 7.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления полезной модели.
Ниже представлен один из примеров, никоим образом не ограничивающий все возможные варианты осуществления заявленного технического решения.
Как показано на фиг.1, система включает купол 1 для монтирования на крыше. Купол 1 выполнен прозрачным в оптическом диапазоне. Купол 1 может быть выполнен не только прозрачным, так же купол 1 может быть выполнен матовым (в разной степени), блестящим, рассеивающим падающий на него свет и.т.д. Таким образом, поверхность купола 1 улавливает солнечный свет, падающий под низкими углами и, частично, направляет его в световод 3.
Вышеупомянутые свойства купола 1 могут достигаться, как материалом, из которого изготовлен сам купол 1, так и дополнительными покрытиями купола 1. Данный вариант исполнения купола показан на фиг.6, Купол 1 имеет поверхностью 12, на которую нанесено покрытие 13, придающее куполу 1 свойства рассеивания падающего света.
Купол 1 может быть смонтирован на крыше 7 при помощи фартука 2, прикрепляемого к коробу 6. Фартук 2 может быть расположен под углом, соответствующим углу наклона крыши 7, для зацепления и удержания купола 1 в целом в вертикальном положении.
Высота шейки 2а фартука 2 подобрана таким образом, что не допускает накопления снега и других осадков до высоты соответствующей высоте верхнего торца световода 3.
Конструктивно это достигается следующим образом: если длину полки 26 и высоту шейки 2а фартука принять за катеты прямоугольного треугольника, то угол α - прилежащий к высоте шейки 2а фартука должен быть более 40°. Таким образом, достигается эффект при котором снег, при накоплении на полке 2б фартука 2, не может попасть на светоприемную поверхность 12 купола 1, тем самым создавая помеху для света, т.к. угол естественного откоса снега лежит в диапазоне от 30° до 40°.
Кроме того шейка 2а фартука 2 имеет два диаметра: внутренний - для крепления световода 3, и внешний - для крепления купола 1. Между внутренним и внешним диаметром предусмотрена область для заполнения шейки изнутри теплоизоляционным материалом, что предотвращает промерзание световода 3.
На фиг.1 показано соединение световода 3, с отражающей внутренней поверхностью, с фартуком 2. Поперечное сечение световода 3 может быть цилиндрическим, прямоугольным, треугольным и т.д.
Внутри световода 3 расположен термобарьер 4. Термобарьер 4 выполнен в виде прозрачного в оптическом диапазоне диска. Термобарьер 4 является перегородкой между той частью световода 3, которая может находиться в теплом помещении 10 и нагреваться от него и той частью световода, которая находится в холодном помещении 11 и охлаждается. Таким образом, термобарьер 4 предотвращает возникновение конвективных потоков воздуха внутри световода 3, не давая теплому насыщенному влагой воздуху подниматься к куполу 1, следовательно, термобарьер предотвращает выпадение на куполе 1 конденсата.
Термобарьер 4 может быть установлен в различном положении. Например, на фиг.2 показан вариант исполнения термобарьера, когда термобарьер 4 закреплен на верхней части фартука 2. На фиг.3 показан вариант исполнения термобарьера 4 в виде прозрачного диска с посадочной площадкой для уплотнителя 14. На фиг.4 показан вариант исполнения термобарьера 4б в виде многослойного элемента, что предает ему дополнительно теплоизоляционные свойства. На фиг.5 показан вариант исполнения термобарьера 4 в виде элемента расположенного на стыке составных частей световода 3.
Различные варианты исполнения конструкции термобарьера 4 могут быть совмещены одновременно в одной конструкции.
Так, например, в условиях особо холодного климата термобарьер 4 может быть выполнен на стыке составных частей световода 3 и при этом быть многослойным. Так же термобарьер 4 может быть размещен в нескольких местах сразу, например первый на поверхности фартука 2, второй внутри световода 3 на предпочтительном (в зависимости от климатического района) расстоянии от верхнего торца световода 3, а третий на уровне плиты перекрытия и т.д.
Световод 3 проходит до потолка 9 внутреннего помещения 10. Световод 3 направляет свет, который входит в него, вниз к крышке 5, расположенной в помещении 10 и смонтированной на потолке 9. Крышка 5 может быть выполнена из материала рассеивающего падающий на нее свет с целью увеличения освещаемой площади. Так же крышка 5 может быть выполнена сборной (фиг.7). В этом случае в конструкцию добавляется корпус 15. Корпус 15 может выступать в качестве адаптера, например для монтажа крышки в подвесной потолок или оконный и другие проемы. Кроме корпуса в конструкцию крышки могут входить декоративная накладка и герметизирующие элементы конструкции.
Световод 3 может быть изготовлен из металла, например алюминиевого или стального сплава, или из пластика, или другого пригодного материала. Отражающие свойства световода обеспечиваются за счет нанесения специального отражающего покрытия на внутреннюю поверхность.
В результате разработки данной конструкции удалось значительно снизить потери тепла через световод 3. Кроме того удалось предотвратить выпадение конденсата на внутренней поверхности купола 1 и световода, что существенно расширяет возможности установки систем естественного освещения в разных климатических районах.
Благодаря отсутствию конденсата увеличена надежность системы, решена проблема попадания стекающего конденсата на нижнюю крышку 5 и внутрь помещения 10. Отпала необходимость периодического ухода за куполом 1 в зимнее время, которая заключалась в его демонтаже с последующим удалением замерзшего конденсата.
Система естественного освещения обеспечивает требуемый уровень естественного освещения в помещении, тем самым повышая работоспособность и снижая утомляемость. При этом сохраняются такие положительные качества природного освещения, как непрерывный спектр света, природный ритм освещенности, соответствующий «биологическим часам» человека, природная динамика естественного света, позволяющая судить о погоде снаружи, т.е. обеспечивать минимальную связь с внешней средой.
В ходе испытаний было подтверждено, что монтаж данного оборудования производится известными средствами и не требует дополнительных расходов. В эксплуатации оборудование неприхотливо, переносит любые погодные условия.
Данное оборудование апробировано на здании школы и в административном здании. В обоих случаях система естественного освещения показала достаточный уровень освещенности.