УДК 691-4: 692.2

Энергосберегающая конструкция наружного ограждения здания с энергоактивной панелью

Иманалиев Куаныш Ералиевич – кандидат технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета имени М. О. Ауэзова.

Сулейменов Уланбатор Сейтказиевич – доктор технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета имени М. О. Ауэзова.

Камбаров Медетбек Абильдаевич – кандидат технических наук, доцент Южно-Казахстанского государственного университета имени М. О. Ауэзова.

Аннотация: Жарықөткізгіш екі қабатты қоршау, ішкі қабырға, фольгадан жасалған жылуқайтарғыш қабат, балқу температурасы 25-35°С парафин негізіндегі жылуаккумуляциялаушы материалмен толықтырылған инклюзив элементті қабырға панельді сыртқы қоршау конструкциясы ұсынылған.

Екіқабатты жарықөткізгіш қоршау конструкциясына ішкі қабырға, жылушағылыстырғыш  қабат, жылуаккумуляциялаушы материалдармен толтырылған инклюзив элементті қабырғы панелін кезекпен орналастыру үйлердің қоршау конструкциларының жылуаккумуляциялау қабілетін және энергиятиімділігін жоғарлатады, жылуаккумуляциялаушы материал мен панель корпусы және қоршаудағы ауа каналы арасындағы жылуалмасу үрдісінің қарқын алу есебінен бөлменің жылулуқ режимңн, сондай ақ фаза алмасу материалының балқу және кристалдану үрдісі уақытын жеделдетуді реттейді.

Кілт сөздер: Сыртқы қоршау конструкциялары, жылуаккумуляциялаушы материал, энергиясақтау, энергиябелсенді конструкция

Аннотация: Предложена конструкция наружного ограждения, двойного светопрозрачного ограждения, внутренней стенки, теплоотражающего слоя из фольги, стеновой панели с элементами - инклюзивами, заполненной теплоаккумулирующим материалом на основе парафинов с температурой плавления 25-35°С.

Последовательное размещение в конструкции двойного светопрозрачного ограждения, внутренней стенки, теплоотражающего слоя, стеновой панели с элементами - инклюзивами, заполненной теплоаккумулирующим материалом повышает теплоаккумулирующую способность и энергоэффективность ограждающей конструкции здания, регулирует тепловой режим в помещении за счет интенсификации процесса теплообмена между воздушным каналом в ограждении, корпусом и теплоаккумулирующим материалом, а также ускорения времени процесса плавления и кристаллизации фазопереходного материала.

Ключевые слова: Конструкция наружного ограждения, теплоаккумулирующий материал, энергосбережения, энергоактивная конструкция.

На сегодняшний день направление энергосбережения является одним из основных направлений инновационного развития Республики Казахстан. Одним из приоритетных направлений перечня критических технологий предоставления инновационных грантов является альтернативная энергетика и технологии энергоэффективности. В целом развитие энергосбережения и повышение энергоэффективности экономики страны дает возможность модернизации отраслей экономики за счет применения инновационных энергосберегающих технологий и развивает взаимодействие науки и бизнеса [1].

Вопросы создания требуемых температурно-влажностных режимов в помещениях, снижение тепловых потерь при отоплении здании в настоящее время переходят в разряд наиважнейших государственных задач. В этом случае первостепенную роль приобретает грамотное проектирование наружных ограждений, и степень их соответствия современным требованиям тепловой защиты зданий. Столь пристальное внимание к проектированию эффективных ограждающих конструкций объясняется, с одной стороны, тем важным местом, которое они занимают в структуре здания, а с другой стороны – той ролью, которую они играют в решении проблемы экономии энергоресурсов, повышений уровня тепловой защиты зданий.

Одним из эффективных решений, направленных на использование для дополнительного отопления помещений здания альтернативной солнечной энергии к традиционным источникам энергии является использование энергоактивной конструкции в наружном ограждении здания [2,3]. В связи с этим целью настоящей работы является разработка  энергосберегающей конструкций наружного ограждения здания, которая позволила бы экономить энергию за счет использовании энергии солнца и иметь возможность аккумулировать ее.

В литературе широко рассмотрены особенности аккумулирования тепла тепловой энергии конструкциями наружных ограждений различной массивности и влияние этого процесса на тепловой режим здания [4,5]. Однако на сегодня актуальным является  разработка  новых энергосберегающих с одной стороны, и энергоактивных и теплоаккумулирующих с другой, конструктивных решений наружного ограждения.

В соответствии с рисунком 1, известно, разработанное в ЮКГУ им. М.Ауезова конструктивное решение энергосберегающей конструкции ограждения здания, адаптированное к жарким климатическим условиям и совместимое с наружными ограждающими конструкциями здания [6].

Энергоактивная конструкция ограждения включает в себя двойное светопрозрачное покрытие 1, светоотражающий слой 2, адсорбер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом 3.

В верхней и нижней частях конструкции размещены отверстия 4 и 5, в которых установлены заслонки 6 и 7. Конструкция имеет нижнее 8 и верхнее 9 части. В качестве теплоносителя принят воздух, который поступает через входное отверстие 4 и отводится через выходное отверстие, проходя через канал 10. Заслонка регулируется терморегулятором 11.

1 - двойные светопрозрачные покрытия 2 - светоотражающий слой 3 - адсорбер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом 4,5 - отверстия 6,7 - заслонки 8,9 - нижнее и верхнее части конструкции 10 - канал 11 – терморегуляторы

Рисунок 1. Конструкция ограждения с термоаккумулирующей панелью.

Недостатком данного решения является низкая теплоаккумулирующая способность, низкий теплообмен между воздушным каналом и панелью с теплоаккумулирующим материалом, низкая эффективность использования фазового перехода термоаккумулирующего материала панели, относительная низкая энергоемкость и энергоактивность панели.

В развитие данного конструктивного решения предложена энергосберегающая конструкция наружного ограждения здания с энергоактивной панелью (см. рисунок 2).

1 - прозрачное двойное покрытие; 2 – внутренняя стенка; 3 - теплоотражающий слой из фольги; 4 –корпус стеновой панели; 5 - элементы – инклюзивы; 6 - термоаккумулирующий материал; 7 и 8 – отверстия; 9 и 10– заслонки, 11 – канал, 12 – корпус панели

Рисунок 2. Конструкция ограждения с энергоактивной панелью.

Разработанная конструкция ограждения состоит из двойного светопрозрачного ограждения 1, внутренней стенки 2, теплоотражающего слоя из фольги 3, стеновой панели 4 с элементами - инклюзивами 5, заполненной теплоаккумулирующим материалом 6 на основе парафинов с температурой плавления 25-35⁰С и суммарной энтальпией плавления и фазового перехода 205-212 Дж/г.

В верхней и нижней части фрагмента ограждения размещены отверстия 7 и 8, в которых установлены заслонки 9 и 10. Воздух из помещения (теплоноситель) поступает через входное отверстие 7. Проходя через канал 11 нагревается и отводится вовнутрь помещения через выходное отверстие 8.

Стеновая панель состоит из металлического корпуса 12, слоя теплоаккумулирующего материала 6 на основе парафинов и элементов-инклюзивов 5 из высокотеплопроводного материала (медь, алюминий, сталь, латунь, железо), интенсифицирующих процесс теплообмена между воздухом канала, корпусом и теплоаккумулирующим материалом панели.

Солнечная радиация, поступая через прозрачное двойное покрытие 1, попадает на теплоотражающий слой из фольги 3. Воздух, нагреваемый в канале 11, поднимается вверх и подается в помещение через выходное отверстие 8, а на его место из помещения через входное отверстие 7 на уровне пола подается холодный воздух. При этом осуществляется циркуляция воздуха и обогрев помещения. Нагретые воздух канала 11 и теплоотражающая фольга 3 нагревают корпус 12 стеновой панели 4 и термоаккумулирующий материал 6 до температуры плавления и выше, причем элементы – инклюзивы 5 интенсифицируют теплообмен между корпусом стеновой панели 12 и теплоаккумулирующим материалом 6, а также ускоряют процесс плавления -кристаллизации фазопереходного теплоаккумулирующего материала, увеличивая энергоэффективность стеновой панели 4. Если в помещении воздух нагревается выше допустимой температуры, то заслонки 7 и 8 закрываются, солнечные лучи нагревают воздух в канале 11, а часть солнечной энергии, пройдя через теплоотражающий слой 3 к внутренней стеновой панели 4 с термоаккумулирующим материалом 6, накапливается в ней. В ночное или пасмурное время суток воздух в помещении нагревается от стеновой панели 4, как при открытых заслонках 7 и 8. Из-за плотного контакта теплоотражающего слоя 2 и корпуса стеновой панели 4 тепло, аккумулированное в теплоаккумулирующем материале 6, передается в помещение, а элементы – инклюзивы 5 обеспечивают быстрый теплообмен между теплоотражающим материалом 6 и корпусом 12 панели 4. При повышении температуры воздуха в помещении заслонки 7 и 8 прикрываются и, за счет тепла от отопления помещения, стеновая панель 4 нагревается, плавится теплоаккумулирующий материал и накапливает тепло. При понижении температуры воздуха – заслонки 7 и 8 открываются, и нагретый воздух в канале 11 подается в помещение.

Технический результатом предлагаемого решения является повышение энергоэффективности, энергоактивности и теплоаккумулирующей способности наружного ограждения здания за счет использования стеновой панели с теплоаккумулирующим материалом и с элементами-инклюзивами, интенсифицирующими теплообмен между воздушным каналом в ограждении, корпусом и теплоаккумулирующим материалом в панели.

Энергосбережение и теплоэффективность ограждения достигается тем, что в конструкцию ограждения входят  теплоотражающий слой из фольги, стеновая панель с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом на основе товарных парафинов (повышает теплоаккумулирующую способность ограждения) и элементами – инклюзивами, которые интенсифицируют процесс теплообмена между воздушным каналом в ограждении, корпусом и теплоаккумулирующим материалом, а также ускоряют время процесса плавления и кристаллизации фазопереходного материала.

Разработанная конструкция наружного ограждения  повышает теплоаккумулирующую способность и энергоэффективность ограждающей конструкции здания, регулирует тепловой режим в помещении за счет использования стеновой панели с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и элементами – инклюзивами, интенсифицирующими теплообмен в панели и ускоряющими процесс плавления - кристаллизации фазопереходного материала в стеновой панели.

Работа выполнена согласно договору на выполнение научно-исследовательских работ в рамках государственного заказа № 164-12 от 18 марта 2018 года по теме «Разработка и научное обоснование энергоактивных конструкций наружных ограждений жилых зданий повышенной тепловой эффективности».

Список литературы