КРОВЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАГРЕВА ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ

Группа полезных моделей относится к строительству, а именно к конструкции кровли здания, позволяющей размещать и использовать устройства, аккумулирующие солнечную энергию и способные осуществлять теплообмен с окружающей средой.
Известны различные устройства, предназначенные для использования кровли здания для нагрева воды с помощью солнечной энергии (например, патент США №4201193, патент Франции №2566032, патент Германии №4006116, патент Китая №1749671).
Известно солнцеприемное устройство, совмещенное с кровлей здания, содержащее плоский участок теплоизолированной кровли здания с нанесенным на ее поверхность гидроизоляционным битумным слоем, в котором размещены трубы теплообменника, на поверхность которых уложена металлическая сетка (авт.св. СССР №1746155, МПК F24J 2/24, публикация 1992 г.).
Известен солнечный коллектор, содержащий корпус, выполненный из теплоизоляционного материала на основе пенополиуретана, теплопоглощающую пластину, установленную на дне корпуса, и прозрачную изоляцию, при этом теплоизоляционный материал выполнен анизотропным, в виде трех слоев с гидрозащитными мембранами из полиуретана между слоями, при этом наружный слой имеет пористость ниже пористости двух других слоев (авт.св. СССР 1815525, F24J 2/02, публикация 1991 г.).
Известен солнечный коллектор, содержащий профилированную металлическую поверхность, выполненную из листового материала и служащую в качестве кровли, при этом под кровлей расположен гибкий гофрированный трубопровод, заполненный рабочей средой в виде газа или жидкости и выполненный из полимерного материала, причем гофрированный трубопровод размещен с внутренней стороны профилированной металлической поверхности в ее желобах и выполнен с возможностью поглощения рабочей средой тепловой энергии от нагреваемой извне кровли (патент РФ №104680, МПК F24J 2/00, публикация 2011 г.).
Известен солнечный коллектор, содержащий тепловоспринимающий элемент и приспособления для входа и выхода теплоносителя и являющийся элементом кровли крыши, при этом солнечный коллектор содержит корпус, герметично соединенный с тепловоспринимающим элементом, последний из которых имеет развитую поверхность или в виде гофр, или в виде ребер, или в виде игольчатых выступов с одной стороны, которая обращена к теплоносителю, или с обеих сторон, при этом на корпусе имеются крепления для соединения коллекторов между собой и для прикрепления их к каркасу крыши, а места соединения коллекторов герметично заделываются герметиком (патент РФ №2183801, МПК F24J 2/04, публикация 2002 г.).
Известные устройства экономически неэффективны при их использовании в качестве кровли здания для нагрева воды с помощью солнечной энергии.
Известна кровля здания с устройством, аккумулирующим солнечную энергию, и состоящим из нескольких соединенных друг с другом элементов с сообщающимися полостями, при этом каждый элемент содержит полый корпус из теплоизоляционного материала и расположенные внутри корпуса и находящиеся в тепловом контакте теплоноситель и светопоглощающий приемник с рабочей поверхностью, на которую падает солнечное излучение (патент РФ №27195, МПК F24J 2/05, публикация 2003 г.).
Технической задачей предлагаемой группы полезных моделей является расширение арсенала технических средств, относящихся к конструкции кровли здания, позволяющей размещать и эффективно использовать устройства, аккумулирующие солнечную энергию.
Предлагаемые технические решения технологичны в изготовлении и использовании, обладают минимальной себестоимостью, и обеспечивают эффективное использование солнечной энергии для нагрева теплоносителя.
Сущность предлагаемой группы полезных моделей заключается в следующем.
Кровельный элемент изготавливается методом экструзии из полимерного материала и содержит внутри себя полости, предназначенные для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя, при этом кровельный элемент выполнен с возможностью подключения внутренних полостей к внешней, по отношению к элементу, системе циркуляции теплоносителя.
Кровельный элемент может быть выполнен из двух и более слоев.
Кровельный элемент содержит УФ стабилизатор.
Кровельный элемент может быть выполнен в виде пластины плоской или волнистой формы.
Кровельный элемент может быть выполнен в форме черепицы.
Кровельный элемент может быть выполнен с облицовкой, например, декоративной, по крайней мере, с одной ее стороны.
Кровельный элемент может содержать краситель, позволяющий придать элементу необходимую цветовую гамму.
Устройство для нагрева теплоносителя содержит теплообменник, сообщенный с системой циркуляции теплоносителя, при этом в качестве теплообменника используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом указанные кровельные элементы.
Кровельные элементы на крыше здания размещаются наклонно.
Кровля крыши здания состоит из кровельных элементов, уложенных внахлест.
Система циркуляции теплоносителя содержит коллекторы, выполненные в виде элементов трубчатого типа.
Система циркуляции теплоносителя содержит термос-накопитель, расположенный под коньком крыши здания выше расположения полостей кровельных элементов.
Полости каждого кровельного элемента соединены посредством коллекторов параллельно или последовательно.
Полости в каждых двух близлежащих кровельных элементах соединены посредством коллектора последовательно.
Термос-накопитель системы циркуляции теплоносителя может быть выполнен с треугольным поперечным сечением.
На представленных чертежах изображено предложенное техническое решение, где на фиг.1 изображен кровельный элемент; на фиг.2 схематично изображена крыша здания с кровлей; на фиг.3 - поперечное сечение крыши здания с кровлей; на фиг.4 - кровельный элемент с нижним и верхним коллекторами (продольное сечение); на фиг.5 - вариант исполнения крыши здания с кровлей; на фиг.6 - поперечное сечение крыши здания с кровлей на фиг.5.
Кровельный элемент 1 выполнен в виде пластины волнистой формы, образованной методом экструзии из полимерного материала. На крыше здания кровельные элементы 1 скрепляются друг с другом при помощи стандартного крепления, образуя кровлю здания.
Каждый кровельный элемент содержит внутри себя полости 2, предназначенные для циркуляции через кровельный элемент теплоносителя.
Полости 2 сообщены с внешней, по отношению к элементу, системой циркуляции теплоносителя, включающей нижний 3 и верхний 4 коллекторы трубчатого типа.
Полости 2 могут быть выполнены различной формы, при этом в каждом кровельном элементе может быть образовано множество полостей. Полости 2 могут быть соединены друг с другом параллельно или последовательно.
Под коньком крыши здания выше расположения полостей 2 кровельных элементов размещен термос-накопитель 5 системы циркуляции теплоносителя, имеющий треугольное поперечное сечение.
При использовании предложенного технического решения в качестве устройства для нагрева теплоносителя и аккумулирования тепла (фиг.2, 3) полости 2 соединяются друг с другом параллельно. Вся система заполнена теплоносителем (например, водой) и находится под давлением. Приток теплоносителя осуществляется через нижний коллектор 3. Под действием солнечных лучей теплоноситель нагревается в полостях 2.
Далее возникает эффект естественной конвекции - нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. Таким образом, нагретый теплоноситель через верхний коллектор 4 попадает в термос-накопитель 5, установленный под коньком крыши здания выше расположения полостей 2 кровельных элементов. Из верхней части термоса теплоноситель поступает к потребителю тепловой энергии.
Предложенное техническое решение может быть использовано в качестве испарителя в тепловом насосе (фиг.5, 6), предназначенного для переноса тепловой энергии от источника с низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.
В качестве испарителя используется кровля крыши здания, включающая соединенные друг с другом указанные кровельные элементы.
Полости 2 в кровельных элементах 1 вместе с коллекторами 3 и 4 образуют единую систему. Вся система заполнена теплоносителем и находится под давлением. Приток теплоносителя осуществляется через нижний коллектор 3. Входу в коллектор предшествует дроссель (не показан), понижающий давление и этим самым понижающий температуру теплоносителя. Далее теплоноситель поступает в полости 2. Полости 2 соединяются друг с другом последовательно посредством коллектора, выполненного в виде трубчатых элементов 3, 4.
Теплоноситель при помощи циркуляционного насоса (не показан) проходит последовательно через все полости всех элементов. За время прохождения теплоносителя через полости 2 его температура повышается в связи с тем, что температура теплоносителя значительно ниже температуры окружающей среды. После прохождения полостей теплоноситель поступает в компрессор, повышающий давление (не показан). В результате увеличения давления растет температура. Далее теплоноситель поступает к потребителям тепла и температура понижается. После прохождения всех потребителей тепла, теплоноситель возвращается к дросселю, и цикл повторяется вновь.
Предложенная конструкция кровельного элемента проста и технологична в изготовлении. При использовании предложенных кровельных элементов на крыше здания в качестве устройства для нагрева теплоносителя обеспечивается возможность эффективно использовать энергию солнечных лучей, падающих на поверхность крыши.
При использовании предложенных кровельных элементов на крыше здания в качестве испарителя теплового насоса решается главная проблема теплового насоса - дороговизна испарителя и во многих случаях невозможность установки испарителя.
Предложенное техническое решение может быть применено для производства кровель в промышленном и гражданском строительстве.