CN103221753A - 用于房间的温度控制的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调节房间温度的装置，除了管道（9）之外还包括：形成蓄热器并且具有朝向房间定向的表面（11）的至少一个部件（5），所述管道（9）则热耦合到所述部件（5），且该管道（9）能够借助于加热或冷却介质而被穿过。根据本发明，所述管道（9）被一体形成到包含膨胀石墨或由膨胀石墨制成的面板（1）中，并且所述面板（1）与所述部件的朝向房间定向的表面（11）平面热接触。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1与27的前序部分的用于房间的温度控制的装置与方法。
背景技术
根据现有技术已知所谓的混凝土芯致动系统，以用于具有混凝土天花板或混凝土壁的房间的空气调节。在这些系统中，携带加热或冷却介质的管道安装在混凝土天花板或混凝土壁中、下或上。通过将加热能量或冷却能量储存在天花板或壁的混凝土块中以及通过所储存的加热能量或冷却能量的延时传送，能够实现房间的节能的空气调节。由此，例如，在夜晚，冷却的流体（例如，水）被冷却并且穿过在混凝土芯致动的天花板或壁中的管道，从而缓慢地冷却天花板或壁。然后，在混凝土天花板或壁中储存的冷却能量能够在特别是温暖的夏季月份中的白天期间被释放到房间中，以缓慢降低房间中的室温。
然而，这样的可热致动的天花板或壁的安装被限制于新建筑。当翻新旧建筑时，不能够随后安装天花板或壁的这样的混凝土芯致动。在具有混凝土芯致动的天花板或壁的情况下，进一步不利的是，放在混凝土天花板或壁中的管道例如通过钻孔而被无意地损坏。由于嵌入在混凝土中的管道难于接近以进行维修，所以对已损坏管道的维修几乎是不可能的。设有管道的天花板或壁的静止状态（statics）以及稳定性还要经受嵌入在混凝土中的管道的影响。
此外，这样的混凝土芯致动系统的制造是非常耗时并且高成本的。另一缺点在于热系统的惯性，该热系统的惯性基于在混凝土蓄能器质量块中所储存的热能向所要控制温度的房间的延时释放。
为了消除这些缺点，根据现有技术已知还能够随后被设置在无管道天花板或壁上的温度控制系统。这些温度控制系统通常包括管道所设置在其中的天花板元件或壁元件，管道利用加热或冷却介质而起作用。这些天花板元件或壁元件被固定到天花板或壁。在加热或冷却介质中储存的穿过管道的热能通过热辐射以及自由对流而经由框架或天花板元件或壁元件的管线而被转移到所要控制温度的房间中。这一系统例如描述在EP 1371915A1中，其中相变材料用作蓄热器。
这些温度控制系统具有如下缺点：来自流入管路中的加热或冷却介质的热能通过热辐射与对流而直接地并且即刻地被释放到房间中。在这些温度控制系统中，天花板元件或壁元件还占用天花板或壁的表面。这样的结果是，天花板或壁的表面与所要控制温度的房间热分离，这就是不能将天花板或壁的质量块在夜晚用作储存冷（或热）的原因。
发明内容
由此开始，本发明的目的是提供房间的温度控制的装置以及方法，在其中，天花板或壁的质量块能够用作蓄热器，而不需要用于加热介质或冷却介质的通过以热致动需要结合在天花板或壁中的蓄能器的管道。本发明的另一目的是提供具有短响应时间的最节能的温度控制系统。此外，使得能够随后地安装这些温度控制系统，包括在翻新旧建筑时。
通过具有权利要求1的特征的用于房间的温度控制的装置以及通过具有权利要求27的特征的方法解决这些目的。能够根据从属权利要求2至26得出根据本发明的装置的优选实施例。
附图说明
以下参考附图借助于示例性实施例详细解释本发明。在附图中：
图1示出了在第一实施例中的用于房间的温度控制的根据本发明的装置的示意性截面视图。
图2示出了在第二实施例中的根据本发明的温度控制装置的天花板元件或壁元件的示意性截面视图。
图3示出了具有图2的天花板元件或壁元件的根据本发明的温度控制装置的第二实施例的示意性截面视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的温度控制装置的第一实施例。该温度控制装置包括设置在由混凝土或砖制成的部件5上的元件10。部件5能够包括所要温度控制的房间R的天花板或壁或地板。部件5还能够由能够储存热和/或冷的另一常规建筑材料，比如粘土或天然石材构造。然后，因此元件10包括天花板元件、壁元件或地板元件，该天花板元件、壁元件或地板元件设置在部件5的指向房间中的表面11上。由于部件5的质量块大，因此部件5形成了能够在其中储存（以热或冷形式的）热能的蓄热器。
元件10包括包含膨胀石墨或完全由膨胀石墨构成的面板1。
其中根据US 3,404,061-A已知膨胀石墨（膨胀石墨）的生产。为了生产膨胀石墨，以震动方式加热石墨层间化合物、或石墨盐比如石墨硫酸氢盐（graphite hydrogen sulphate）或石墨硝酸盐。石墨粒子的体积因而增加到约200-400的系数并且同时块体密度减小到2-20g/l的值。由此获得的膨胀石墨由蠕虫（worm）形状或手风琴形状的聚集体构成。如果在定向的压力的作用下压实完全膨胀的石墨，则优选垂直于压力作用的方向布置石墨层平面，其中各个单独的聚集体变得缠住起来。这样，能够由膨胀石墨产生自支撑表面结构，比如网、板或模制体。
为了加强或增加这些石墨面板或模制体的稳定性，能够将膨胀石墨与固化粘合剂比如例如树脂或塑料（具体是弹性体或硬质聚合物（duromers））混合。为了改善由膨胀石墨制成的面板的稳定性，将膨胀石墨与热塑性和/或热固性塑料混合是特别合适的，该热塑性和/或热固性塑料例如通过浸渍或借助于粉末法被引入到膨胀石墨中。在与膨胀石墨混合的粘合剂已经固化之后，由这些混合物制成的石墨模制体或板具有针对根据本发明所提供的所意图的用途的足够的稳定性。以该方法生产的石墨面板具体是自支撑的并且能够通过例如粘合剂结合或螺钉固定而容易地固定到比如天花板或壁的部件。
纯的膨胀石墨以与膨胀石墨以及粘合剂的混合物相同的方式具有非常良好的导热性。根据所使用的粘合剂的种类，在粘合剂分数为50重量%的情况下，膨胀石墨与粘合剂的混合物的导热性仍然是非常高的。在下文中提及石墨面板的情况下，这些应被理解成由纯的膨胀石墨构成或者由膨胀石墨与粘合剂的混合物构成的面板。
还能够由膨胀石墨与相变材料（PCM，相变材料）的混合物制造石墨面板。为此，能够在石墨面板的制造期间添加例如基于石蜡、蜡、或盐的常用的相变材料。能够在根据本发明的温度控制系统中将具有相变材料的石墨面板与用作蓄热能的部件5一起用作额外的蓄热器（潜热蓄能器）。
如图1所示，管道9嵌入在石墨面板1中。优选地，管道9以弯曲形状布置在面板1的内部中。管道的其它放置样式比如螺旋形、网格形或蜿蜒形布置，或仅在面板1的边缘区域中的布置是可能的。在面板1中延伸的管道9的端部被连接到用于将加热或冷却介质（比如例如热水或冷水）穿过管道9的输送装置。为了使部件5的指向房间R中的整个表面11提供有元件10，能够将多个这样的元件10一个在一个之后地布置或彼此邻近地布置并且固定在表面11上。然后将每个元件10的管道9的端部连接到相邻的元件10的相关联的端部，以形成管道回路，并且将管道回路连接到用于加热或冷却介质的通过的输送装置。
优选的是，通过导热粘合剂4实现元件10的固定，通过该导热粘合剂4将面板的一个主要的表面12粘合地结合到部件5的表面11。由于该粘合结合，面板1的主要表面12与由部件5形成的蓄热器的表面11优选地在整个主要表面12上平面热接触。
面板1的另一主要的表面13能够设有加强层6，如图1的示例性实施例所示。该加强层6例如能够包括石膏层或被胶合上的硬纸板或石膏板层。石膏层与嵌入在该石膏层中的纺织品材料比如，例如网、织造织物、针织织物、钩针织物等的组合也是可能的。由于加强层6，一方面能够增加石墨面板1的稳定性并且另一方面能够以视觉上吸引人的方式覆盖面板1的指向房间R中的主要表面13。加强层6的应用特别适合由纯的膨胀石墨制成的（没有额外的粘合剂的）面板1。
能够在石墨面板1的制造期间结合在面板1中延伸的管道9。管道9优选包括由金属例如铜制成的管道或例如由聚丙烯或交联聚乙烯制成的塑料管道。然而，因为更好的热传递，所以优选的是金属制成的管道。如在图1中的示例性实施例所示，管道9能够完全地嵌入在面板1中。然而，还能够将管道9布置成使得它们与面板1的主要表面12或13端部地齐平。
为了将管道9嵌入在面板1中，在面板的制造期间，能够将管道9放置在蠕虫形或手风琴形聚集体的填料中并且能够以已知的方式（例如借助于辊或压力板）通过压力作用按压这一组合，由此形成尺寸稳定的石墨面板1。为了增加面板的稳定性，能够在生产过程期间添加其中一种前述的粘合剂。由此生产出来的在其中嵌入了管道9的石墨面板1通常具有在8mm与50mm之间的厚度。石墨面板1的密度通常在0.01g/cm3至0.5g/cm3的范围内（取决于添加的粘合剂的分数）。石墨面板具有3W/mK至6W/mK的导热率。
由于石墨面板1的良好的导热性，在穿过管道9的加热或冷却介质中储存的热能的一定比例能够最初通过热传导而从管道9被传送到面板1的自由的主要表面13并且从面板1的自由的主要表面13通过热辐射以及自由对流而释放到所要温度控制的房间R。该热释放（或当冷却介质被穿过管道时的冷释放）非常快地发生，因此能够非常快地加热（或冷却）房间。在加热或冷却介质中储存的热能的另一部分通过热传导而从管道9经由热传导面板1被传递到由部件5形成的蓄热器。这样，加热（或当冷却介质被穿过管道时冷却）蓄热器。然后，蓄热器能够由此以延时的方式将中间储存的热能释放到房间，其中面板1的良好的导热性确保了基本上无损耗地完成释放。以该方式实现的房间R的加热（或冷却）发生在较长的时间尺度（几小时）上。因此，根据本发明的温度控制系统能够使用蓄热器使所要温度控制的房间R快速地并且也可缓慢地达到期望的室温。由此，例如，在夏季的夜晚，通过将冷却介质（例如冷水）穿过管道9而能够冷却蓄热器。然后在白天期间，能够借助于冷的延时释放到房间而使用蓄热器来冷却房间。
在冬季的白天期间，以对应的方式通过将加热介质穿过管道而能够首先加热根据本发明的温度控制系统以用于房间的即时加热。同时，给蓄热器加载热。在夜晚，因为来自已加载的蓄热器的热量的延时释放足以在夜晚将房间保持在（较低）室温下，所以在夜晚能够停止加热介质的流动。
图2与图3示出了根据本发明的温度控制系统的另一示例性实施例。图2与图3中相同或对应的部件设有与图1相同的附图标记。
在用于图3中示出的房间R的温度控制的根据本发明的装置的示例性实施例中，天花板元件10被固定到形成为混凝土天花板的部件5。部件5形成蓄热器，其中天花板的混凝土质量块作为蓄能器块。天花板元件10具有固定到指向房间R中的部件5的表面11（具体是螺钉固定在该表面）上的框架2。框架2构造成在一侧（即，其上侧）开放的盒。框架2优选地由导热材料比如金属片制成。框架2具有基板2a以及设置在基板2a上或与基板2a一体地形成的四个侧壁2b。至少基板2a（以及可选择地还有侧壁2b）由穿孔的片（即，具有穿孔的金属片）形成。石墨面板1插入在框架2中。石墨面板1的组分对应于图1的示例性实施例的面板1。如在该示例性实施例中那样，管道9也嵌入在石墨面板1中并且以弯曲形状、网格形、螺旋形或蜿蜒形状延伸。优选的是借助于导热粘合剂4而将石墨面板1平面地粘合地结合在部件5的表面11上。因此，方便地是，石墨板1的主要表面12在其整个表面上与部件5的表面11热接触。然而，还能够省略粘合剂层4（见下文）。
优选地是在框架2的基板2a与石墨面板1之间设置非织造织物3与石墨膜15。非织造织物3例如能够包括非织造玻璃纤维或非织造碳纤维。在与基板2a的穿孔组合时，非织造织物3确保了天花板元件10的良好的吸音作用。石墨膜15包括膨胀石墨制成的薄膜。石墨薄膜15的厚度优选在0.05mm与3mm之间，特别是在0.2mm与3mm之间。
非织造织物3与设置在该非织造织物3上的石墨膜15优选地包括例如能够通过压延而生产出来的不可脱离的复合物。该复合物能够特别方便地由非织造碳纤维以及膨胀石墨制成的石墨膜15生产。当压延膨胀石墨制成的薄膜与非织造碳纤维时，非织造表面的碳颗粒以及石墨膜的表面变得彼此交缠起来，从而使得在非织造碳纤维3与石墨膜15之间形成牢固的并且不可脱离的复合物。使用穿孔的石墨膜15是特别合适的。石墨膜的穿孔具体地增加了其柔性并且从而便于膜的处理。由于石墨包括脆性材料，因此存在当处理膨胀石墨制成的薄膜时膜撕裂或破裂的风险。能够通过石墨膜15的穿孔大幅度降低这一风险。
图2示出了比如能够在图3中示出的根据本发明的温度控制装置的示例性实施例中使用的天花板元件10的截面视图。如能够从图2看到的，石墨面板1的上侧主要表面12在框架2的侧壁2b的上边缘2c上方突出。当使用这一天花板元件10时，能够省略石墨面板1与部件5的表面11的粘合剂结合。为了将天花板元件10固定到部件5，具体地是将框架螺钉固定到部件5上。当将框架2螺钉固定到部件5的表面11时，石墨面板1被压缩，直到面板1的主要表面12最终与框架的侧壁2b的上边缘2c齐平为止。膨胀石墨的变形能力使得石墨面板1的压缩是可能的。在将天花板元件10固定到部件5之后，在垂直于表面11的方向上被压缩的面板1的石墨材料在整个主要表面12上与表面11方便地热接触。由于面板1的石墨材料的良好的变形能力，还能够抵消在部件5的表面11中的不平坦以及突起。
天花板元件10的布置或在部件5的表面11上的多个邻近的天花板元件的布置与上述图1的示例性实施例一致。图3的温度控制装置的操作模式与图1的示例性实施例中的温度控制装置的操作模式相同。
Claims (27)
1.一种用于房间的温度控制的装置，其中所述装置包括至少一个部件（5），所述至少一个部件（5）形成蓄热器并且具有指向所述房间中的表面（11）；以及管道（9），所述管道（9）被热耦合到所述部件（5），且其能够借助于加热或冷却介质起作用，其特征在于，所述管道（9）嵌入在面板（1）中，所述面板（1）包含膨胀石墨或由膨胀石墨构成，并且所述面板（1）与所述部件的指向所述房间中的表面（11）平面热接触。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于由膨胀石墨制成的所述面板（1）借助于导热粘合剂层（4）而被固定到所述部件（5）的表面（11）。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述管道（9）在所述面板（1）中以弯曲方式、以网格形状、以螺旋形状或以蜿蜒样式延伸。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述面板（1）在所述面板（1）的面向所述表面（11）的整个主要的表面（12）上与所述部件（5）的表面（11）导热接触。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述面板（1）的密度在0.04g/cm3与0.10g/cm3之间。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述面板（1）具有大于2W/mK的导热率。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述面板（1）由膨胀石墨与粘合剂的混合物制成，粘合剂具体为树脂或塑料。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于所述粘合剂的分数为5重量%至50重量%并且优选在8重量%至12重量%之间。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于所述面板（1）由膨胀石墨与潜热储存材料（PCM）的混合物制成，潜热储存材料具体为基于盐、蜡、或石蜡的潜热储存材料。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述部件（5）包括混凝土天花板或混凝土壁。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于其中嵌入了管道（9）的多个面板（1）被彼此邻近地固定到所述部件（5）的表面（11）上。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于来自邻近的面板（1）的所述管道（9）互相连接，以形成管道回路，并且所述管道回路联接到用于使加热或冷却介质通过所述管道（9）的输送装置。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于将加强层（6）涂敷到所述面板（1）的背对所述部件（5）的表面（13）。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于将加强层（6）涂敷到所述板（1）的两个表面（12、13）。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于所述板（1）设置在固定到所述部件（1）的框架（2）中。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于所述框架（2）由导热材料制成，具体为由金属片制成。
17.根据权利要求15或16所述的装置，其特征在于所述面板（1）被胶合在所述框架（2）中。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的装置，其特征在于将所述框架构造成在一侧开口的盒（2）。
19.根据权利要求15至18中的任一项所述的装置，其特征在于设置在所述盒中的所述面板（1）在所述盒的开口侧上突出所述盒的框架边缘（2c）上方。
20.根据权利要求15至19中的任一项所述的装置，其特征在于将所述框架（2）构造成具有穿孔的基板（2a）的盒。
21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于在所述框架（2）的基板（2a）与所述面板（1）之间设置非织造织物（3）与穿孔的石墨膜（15）。
22.根据权利要求20或21中的任一项所述的装置，其特征在于所述石墨膜（15）包括由膨胀石墨制成的具有穿孔的膜。
23.根据权利要求20至22中的任一项所述的装置，其特征在于所述穿孔的石墨膜（15）牢固地连接到所述非织造织物（3）。
24.根据权利要求20至23中的任一项所述的装置，其特征在于所述非织造织物（3）包括非织造玻璃纤维或非织造碳纤维。
25.根据权利要求20至24中的任一项所述的装置，其特征在于所述非织造织物（3）包括通过压延而连接到所述穿孔的石墨膜（15）的非织造碳纤维。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的装置，其特征在于在其中嵌入了所述管道（9）的所述面板（1）是自支撑的。
27.一种用于至少在一侧上由部件（5）进行限制的房间的温度控制的方法，其中所述部件（5）具有指向所述房间中的表面（11）并且所述部件（5）的质量块形成蓄热器，所述蓄热器热耦合到加热或冷却介质所穿过的管道（9），其特征在于，所述管道（9）嵌入在包含膨胀石墨或由膨胀石墨构成的导热面板（1）中并且所述面板（1）与所述部件（5）的指向所述房间中的表面（11）平面热接触，从而使得加热或冷却介质中所储存的至少部分热能通过热传导而从所述管道（9）经由所述导热面板（1）被传递到用于中间存储的所述蓄热器，并且以延时方式从所述蓄热器被传送到所述房间。
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