термоэмиссионная система электроснабжения здания

Формула изобретения

Термоэмиссионная система электроснабжения здания, включающая несущие ограждения, кровельное покрытие, покрытые снаружи декоративными ограждениями, собранными из секций, армированных контурной арматурой, отличающаяся тем, что декоративные ограждения плотно прижаты к несущим ограждениям и кровельному покрытию и состоят из секций, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь, состоящий из прямоугольного полого корпуса, выполненного из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, между крышкой и днищем которого имеется замкнутая воздушная полость, контурная арматура состоит из элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и М2 и спаянные на концах между собой, образующие зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части проволочных отрезков со спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в слоях материала - диэлектрика крышки и днища, параллельно их поверхности не касаясь ее, средние части парных проволочных отрезков расположены в воздушной полости, крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к строительству и может быть использовано при изготовлении декоративных ограждений наружных стен и кровельных покрытий для уменьшения теплопотерь зданий, совместной утилизации этих теплопотерь, тепла и холода наружного воздуха в летний и зимний периоды для получения электрической энергии.

Известен вентилируемый стеновой элемент, содержащий внутренние вертикальные щелевые полости между несущей конструкцией ограждения, соединенного через ребра жесткости с его наружной поверхностью (декоративным ограждением), сообщающейся с атмосферой через отверстия в ней [Патент РФ № 2181821, МКЛ E04C 2/26, МКЛ E04B 2/42, 2002].

Известно вентилируемое кровельное покрытие, включающее основание кровли и размещенные на нем готовые мастичные элементы, образующие вентилируемые полости [Патент РФ № 2079615, МКЛ E04D 13/00, 1997].

Основными недостатками известных вентилируемого стенового элемента и кровельного покрытия являются недостаточная прочность декоративного ограждения и мастичных элементов, невозможность утилизации тепла наружного воздуха и тепловых потерь здания, что снижает их надежность и эффективность.

Более близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является слоистая панель вентилируемого стенового ограждения, включающая несущий внутренний слой (несущее ограждение) и наружный слой из бетона плотной структуры (декоративное ограждение), армированные контурной сеточной арматурой, средний слой из крупнопористого материала со сквозными пустотами (щелями, воздушными зазорами), сообщающимися с атмосферой через систему вытяжных отверстий и каналов [Патент РФ № 2221119, МКЛ E04C 2/26, МКЛ E04B 2/14, 2004].

Основным недостатком известной слоистой панели вентилируемого стенового ограждения является невозможность утилизации тепла наружного воздуха и тепловых потерь здания для получения электричества, что снижает ее эффективность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности и эффективности термоэмиссионной системы электроснабжения здания.

Технический результат достигается термоэмиссионной системой электроснабжения здания содержащей: наружные ограждения, кровельное покрытие, электрический аккумулятор, причем наружные ограждения здания и кровельное покрытие покрыты снаружи декоративными ограждениями, плотно прижатыми к ним, состоящими из секций, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь, состоящий из прямоугольного полого корпуса, выполненного из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, армированного контурной арматурой, между крышкой и днищем которого имеется замкнутая воздушная полость, контурная арматура состоит из элементов, представляющих собой парные проволочные отрезки, выполненные из разных металлов M1 и М2 и спаянные на концах между собой, образующие зигзагообразные ряды, устроенные таким образом, что левые и правые части проволочных отрезков со спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в слоях материала-диэлектрика крышки и днища, параллельно их поверхности не касаясь ее, средние части парных проволочных отрезков расположены в воздушной полости, крайние проволочные отрезки крайних зигзагообразных рядов соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов, которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором.

На фиг.1-6 представлена предлагаемая термоэмиссионная система электроснабжения здания (на фиг.1 - общий вид, на фиг.2-6 основные узлы).

Предлагаемая термоэмиссионная система электроснабжения здания (ТЭСЭСЗ) содержит: наружные ограждения 1, кровельное покрытие 2 на несущей конструкции крыши (на фиг.1-6 не показана) и электрический аккумулятор 3, помещенный, например, на чердачном перекрытии 4, причем наружные ограждения здания 1 и кровельное покрытие 2 покрыты снаружи декоративными ограждениями 5, плотно прижатыми к ним, состоящими из секций 6, каждая из которых представляет собой термоэлектрический преобразователь (ТЭП) 7, состоящий из прямоугольного полого корпуса 8, выполненного из материала-диэлектрика с высокой теплопроводностью, армированного контурной арматурой 9, между крышкой 10 и днищем 11 которого имеется замкнутая воздушная полость 12, контурная арматура 9 состоит из элементов 13 ТЭП 7, представляющих собой парные проволочные отрезки 14 и 15, выполненные из разных металлов M1 и М2, спаянные на концах между собой, образующие зигзагообразные ряды 16, устроенные таким образом, что левые и правые части проволочных отрезков 14 и 15 со спаянными концами согнуты под углом 90° и располагаются в слоях материала-диэлектрика крышки 10 и днища 11, параллельно их поверхности не касаясь ее, средние части проволочных отрезков 14 и 15 расположены в замкнутой воздушной полости 12, крайние проволочные отрезки 14 и 15 крайних зигзагообразных рядов 16 соединены с однополюсными коллекторами электрических зарядов 17 и 18 (размещение коллекторов 17, 18 на фиг.1-6 показано условно), которые, в свою очередь, соединены с электрическим аккумулятором 3.

В основу работы предлагаемой ТЭСЭСЗ положено следующее. Так как контурная арматура 9 секций 6 декоративных ограждений 5 наружного ограждения 1 и кровельного покрытия 2 выполнена в виде зигзагообразных рядов 16, изготовленных из парных проволочных отрезков 14 и 15, выполненных из разных металлов M1 и М2, спаянных на концах между собой, то при нагреве (охлаждении) одних спаянных концов проволочных отрезков 14 и 15 элементов ТЭП снаружи в крышках 10 и охлаждении (нагреве) противоположных им спаянных концов элементов ТЭП, находящихся в днищах 11, прижатых к наружным 1 и кровельным 2 ограждениям в летнее время (зимнее время), на противоположных спаянных концах парных проволочных отрезков 14 и 15 устанавливаются разные температуры, в зоне контакта (спае) металлов M1 и М2 происходит термическая эмиссия электронов, в результате чего в зигзагообразных рядах 16 появляется термоэлектричество [С.Г. Калашников. Электричество. - М: «Наука», 1970, с.502-506]. При этом зигзагообразные ряды 16 одновременно выполняют функцию контурной арматуры 9 в секциях 6, повышая прочностные свойства декоративных ограждений 5.

ТЭСЭСЗ работает следующим образом. В летнее время наружный воздух и солнечные лучи нагревают крышки 10 корпусов 8, выполненных из материала с высокой теплопроводностью секций 6, в которых размещены левые спаи проволочных отрезков 14 и 15 элементов 13 ТЭП 7, результате чего эти спаи нагреваются. Так как днища 11 корпусов 8 ТЭП 7, прижаты к массиву ограждений 5 и кровле 2, то за счет теплообмена теплопроводностью с ними в днищах 11 устанавливается равная с ними температура, которая в летнее время меньше, чем температура крышек 10. Соответственно, температура правых спаев проволочных отрезков 14 и 15 также меньше, чем температура левых спаев этих же пар отрезков. В тоже время наличие замкнутой воздушной полости в корпусах 8 обеспечивает тепловую изоляцию ограждений 1 и кровли 5, снижая тем самым поступление тепла вовнутрь здания летом. При этом, одновременно с процессом теплопередачи в результате разности температур нагретых левых спаянных концов проволочных отрезков 14 и 15 элементов 13 ТЭП 7 и охлаждения правых спаянных концов этих элементов ТЭП 7 в зигзагообразных рядах 16 появляется термоэлектричество, которое из секций 6 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 17 и 18, поступает в электрический аккумулятор 3, откуда подается потребителю.

В зимнее время холодный наружный воздух охлаждает крышки 10 корпусов 8, выполненных из материала с высокой теплопроводностью секций 6, в которых размещены левые спаи проволочных отрезков 14 и 15 элементов 13 ТЭП 7, результате чего эти спаи охлаждаются. В тоже время днища 11 корпусов 8, прижатые к массиву ограждений 5 и кровле 2, за счет теплообмена теплопроводностью с ними приобретают равную с ними температуру, которая в зимнее время значительно больше, чем температура крышек 10, а соответственно температура правых спаев проволочных отрезков 14 и 15 также больше, чем температура левых спаев этих же пар отрезков. Наличие замкнутой воздушной полости 12 в корпусах 8 обеспечивает тепловую изоляцию ограждений 1 и кровли 5, снижая тем самым теплопотери здания. При этом одновременно с процессом теплопередачи в результате разности температур холодных левых спаянных концов проволочных отрезков 14 и 15 элементов 13 ТЭП 7 и теплых правых спаянных концов этих элементов ТЭП 7 в зигзагообразных рядах 16 появляется термоэлектричество, которое из секций 6 через однополюсные коллекторы электрических зарядов 17 и 18, поступает в электрический аккумулятор 3, откуда подается потребителю.

Величина разности электрического потенциала на коллекторах 17 и 18 и сила электрического тока зависит от характеристик пар металлов M1 и М2, из которых изготовлены проволочные отрезки 14 и 15, числа их пар в зигзагообразных рядах 16 и их числа в секциях 6, разности температур на правых и левых спаянных концах элементов ТЭП 7 и числа секций 6 в декоративных ограждениях 5. Полученный электрический ток можно использовать для освещения здания, горячего водоснабжения и обогрева чердачных помещений.

Таким образом, предлагаемая ТЭСЭСЗ обеспечивает как в летнее, так и зимнее время, наряду с уменьшением нагрева наружных ограждений здания и уменьшением теплопотерь от них в окружающую среду, также получение электрической энергии, которую можно использовать для нужд освещения, горячего водоснабжения и обогрева чердачных помещений здания (в зимнее время), снизив тем самым энергопотребление здания.