ВОЗДУШНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ КОЛЛЕКТОР

Полезная модель относится к гелиотехнике, предназначена для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию теплоносителя и может быть использована как основной или дополнительный нагреватель в системах отопления бытовых и промышленных сооружений.
В результате проведения патентного поиска были выявлены конструкции солнечных коллекторов панельного типа (например, патент на изобретение РФ №2258874, патенты на полезные модели РФ №128920, №140267), однако прототип выявлен не был, так как данные конструкции предназначены для использования жидкого теплоносителя. Так же их недостатком является сложная конструкция.
Задача полезной модели - создание простого в изготовлении и использовании, надежного и экономичного устройства, позволяющего использовать тепловую энергию солнца для обогрева помещений.
Сущность полезной модели заключается в том, что солнечный коллектор состоит из блоков с возможностью присоединения их друг к другу боковыми поверхностями с образованием модуля, при этом корпус каждого выполнен из оцинкованного замкнутого П-образного профиля толщиной 0,5 мм и шириной 60 мм в форме прямоугольной рамы, в центральной части которой поперек с лицевой стороны закреплена металлическая полоса толщиной не более 30 мм, а в боковых сторонах напротив симметрично друг друга расположены пары прямоугольных отверстий для воздушных каналов - по одной паре на меньших боковых сторонах корпуса, по две пары на больших сторонах корпуса по краям, при этом корпус обернут закрепленной на нем при помощи саморезов алюминиевой фольгой толщиной не более 50 мкм, сверху алюминиевой фольги по его боковому периметру приклеена герметизирующая лента из вспененного фольгированного утеплителя, а лицевая сторона покрыта слоем высокотемпературной черной матовой краски, причем для возможности подачи холодного воздуха воздушным насосом и для потребления тепла входной и выходной воздушные каналы модуля, формируемые в процессе сборки модуля вырезанием прямоугольных отверстий в блоках и их совмещением, снабжены металлическими диффузорами, а лицевая поверхность модуля в виде защитного светопроницаемого экрана из сотового поликарбоната толщиной 4-5 мм отстоит от лицевой поверхности блоков на 4-5 см и закреплена в боковом кожухе модуля и перпендикулярных поверхности блоков в их стыках крепежных элементах.
Полезная модель представлена на чертежах: фиг. 1 - Блок модуля, фиг. 2 - Устройство модуля, фиг. 3 - Схемы движения воздуха.
Устройство выполнено в виде сборного модуля из блоков. Блок состоит из прямоугольного корпуса 1 в виде замкнутой рамки, выполненной из П-образного профиля, металлической полосы 2, отверстий для воздушных каналов 3 на боковых сторонах корпуса, наружного покрытия из алюминиевой фольги 4, фольгированного утеплителя 5, саморезов 6, слоя высокотемпературной черной матовой краски 7, диффузора для холодного воздуха 8, диффузора для подогретого воздуха 9, воздушного насоса 10, бокового утеплителя модуля 11, бокового кожуха модуля 12, защитного прозрачного экрана 13, крепежа для защитного экрана 14.
2
Корпус блока изготавливается из металлического оцинкованного профиля, толщиной 0,5 мм и шириной 60 мм. Металлический профиль выбран потому, что пластик при нагреве теряет форму, а система в процессе эксплуатации постоянно нагревается до высоких температур, порядка 100°C. Сделанные из пластика воздушные каналы могут деформироваться от такой температуры. Оптимальный вариант блока при соотношении сторон блока 2:1 и площади 0,5 м. На боковых сторонах блока вырезаны прямоугольные отверстия для воздушных каналов площадью 60 см каждое. Отверстия для воздушных каналов расположены на боковых сторонах корпуса блока попарно, симметрично друг напротив друга - одна пара на меньших боковых сторонах корпуса, две пары - по краям больших сторонах корпуса, общей площадью 120 см пара, что соответствует площади подающего воздуховода (у воздушного насоса), диаметром 120 мм. Симметричное расположение отверстий для воздушных каналов на боковых сторонах корпуса блоков позволяет при монтаже блоков образовывать, совмещая отверстия для воздушных каналов 3 в воздушные каналы для воздушного потока в модуле любой конфигурации, без уменьшения площади воздушного канала (см. фиг. 3). В середине блока поперек, со стороны солнечного света, закреплена металлическая полоса 2 толщиной не больше 30 мм, т.е. в 2 раза меньшей, чем ширина профиля корпуса блока (60 мм). Металлическая полоса 2 необходима для придания жесткости блоку, для предотвращения порыва фольги в процессе монтажа, а также для придания дополнительной турбулентности воздушному потоку, что способствует улучшенному теплообмену.
Корпус блока оборачивается алюминиевой фольгой 4, толщина которой не больше 50 мкм. Фольга крепится к корпусу блока саморезами 6. После монтажа фольги на корпус, к нему, поверх фольги, по боковому периметру приклеивается лента из вспененного, фольгированного утеплителя 5 типа «пенофол», толщиной 4-5 мм. Утеплитель необходим для герметизации стыков воздушных каналов и для компенсации теплового расширения корпуса блока. Получаем герметично закрытый блок в форме прямоугольного параллелепипеда. Получающиеся закрытыми при изготовлении отверстия под воздушные каналы вырезаются ножом при монтаже блоков в модуль для формирования воздушных каналов, в зависимости от их конфигурации.
Плоскость блока, обращенная к солнцу, покрывается слоем высокотемпературной черной матовой краски 7. Краска наносится распылением равномерным, тонким слоем. Краска выполняет роль селективного (притягивающего инфракрасное излучение) покрытия, недорогого и достаточно эффективного.
Из блоков формируют модули, присоединяя блоки боковыми сторонами друг к другу, на южную вертикальную сторону здания. Вертикальное расположение обусловлено использованием отопления в холодное время года, когда солнце низко над горизонтом. Солнечная инсоляция в этом случае максимальна в феврале и сентябре, тогда как минимальная инсоляция наблюдается в мае-июне. Данное решение позволяет оптимально использовать солнечный коллектор в отопительный сезон, и не позволяет перегреваться коллектору летом, когда он не используется.
Блоки монтируются в модуль на ровной, утепленной поверхности здания металлическими крепежами. Перед монтажом выбирается конфигурация солнечного коллектора и воздушного потока внутри него. Конфигурация направления воздушного потока обусловлена следующими факторами:
- расположением входных воздушных каналов,
- расположением каналов с нагретым воздухом, ^
- расположение блоков,
- производительностью воздушного вентиляционного насоса,
- длиной воздушных каналов внутри солнечного коллектора, т.к. при увеличении длины каналов падает скорость потока на выходе, растет температура. При уменьшении длины каналов и увеличении их сечения повышается скорость потока воздуха на выходе, температура меньше.
Входные и выходные воздушные каналы модуля снабжаются металлическими диффузорами 8, 9 соответственно, для подключения воздушного вентиляционного насоса подачи холодного воздуха и забора теплого воздуха потребителем.
Смонтированный модуль с боков утепляется пенополистирольным или пенополиуретановым утеплителем 11. Утеплитель выше уровня поглощающей поверхности на 4-5 см. Это пространство герметично закрывается защитным прозрачным экраном 13 из сотового поликарбоната толщиной 4-5 мм. Поликарбонат надежно защищает солнечный коллектор от потерь тепла, прочный, легкий, долговечный материал, является «лицевой» поверхностью солнечного коллектора. Для того, чтобы расстояние между поглощающими блоками и защитным экраном из поликарбоната 13 оставалось постоянным на всей площади солнечного коллектора, в местах, где 4 блока сходятся углами, крепят в основание солнечного коллектора металлический крепеж - например, шпильку Мб перпендикулярно площади солнечного коллектора. На шпильку накручивают соединительную гайку длиной 4-5 см. На гайку опирается поликарбонат и насквозь крепится к ней болтом через шайбу. Это придает конструкции прочность и обеспечивает простоту монтажа. С боковых сторон солнечный коллектор закрывается боковым кожухом модуля 12. Данный багет придает солнечному коллектору законченный вид.
Устройство работает следующим образом.
Воздушный насос 10 забирает через диффузор 8 прохладный воздух внизу помещения и перекачивает его в плоский корпус установки, где он, в процессе своего движения по воздушным каналам, сформированными отверстиями под воздушные каналы 3, нагревается от алюминиевого покрытия со слоем высокотемпературной черной краски, имеющих высокую теплопроводность и поглощающую способность, на которые попадает солнечный свет. Затем нагретый воздух через диффузор 9 поступает в помещение. Температура нагрева воздуха зависит от температуры на улице, входящего воздуха и составляет 40-90°C. Температура поступающего в помещение воздуха может контролироваться тепловым датчиком, установленным внутри установки в ее верхней части, от которого информация поступает на блок управления, расположенный, наприер, в домашнем электрощите.
2
Устройство просто в изготовлении, экономично. В процессе эксплуатации установки потребляется электроэнергия из бытовой электросети 220В менее 1 кВт/час в день. Не требуется закачки в качестве теплоносителя жидкостей. Пиковая производительность модуля в феврале составляет 500 Вт/м
Солнечный коллектор является экологически чистым устройством по преобразованию световой энергии в тепловую.
Пожарная безопасность обеспечивается тем, что вертикально расположенный коллектор не может нагреться на солнце более 120°С даже летом в сильную жару при выключенном воздушном вентилировании установки.
Для изготовления используются дешевые, доступные материалы. Окупаемость установки 2 года.
Техническим результатом предложенного решения является простота изготовления, использования, экономическая выгода, экологичность, пожарная безопасность.