CN103998339A - 结构元件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种结构元件(1)以及一种对应的系统，所述系统利用最低可能资源允许真空的特性以特别简单的方式用于建筑领域中。具体而言，由于实质免除热桥，故也可以例如随后原位以最低可能成本使建筑物外壳隔热，且此隔热应可灵活适用于所述建筑物外壳的变化。为此目的，所述结构元件(1)包括：两个被配置成彼此大致平行的覆盖层(2)；以及封闭框架结构(4)，该封闭框架结构(4)与覆盖层(2)一体形成且被配置于所述覆盖层(2)之间，使得形成气密的腔(6)，所述腔(6)含有真空。

Description

结构元件
技术领域
本发明涉及一种结构元件，所述结构元件包括：两个覆盖层，被配置成彼此大致平行；以及封闭框架结构，与所述覆盖层一体形成且被配置于所述覆盖层之间，使得形成气密腔，所述气密腔含有真空。本发明还涉及一种用于生产此类结构元件的方法并且涉及一种建筑物以及一种用于装备所述建筑物的方法。此类结构元件及方法可例如从WO 2006/003199 A1获知。
背景技术
未来最重要的挑战之一是大幅减少对原材料的消耗。特别是在建筑领域中，大量潜力对于将来项目且对于现有项目仍未得到利用。此不仅涉及因使用而消耗的能源，而且涉及与建筑物的建造、维护及拆除相关联的灰色能源。另一挑战是在尽可能不与食品生产及自然保护竞争的情况下经济地获得可再生资源，并使其可储存。
对于因使用建筑物而消耗的能源，最近焦点已对准改善隔热。对于所消耗的能源，特别是在施工中，正使用轻型施工方法。在这两个领域中，此处正尝试使用真空技术。
根据现有技术，在真空隔热面板(VIP)及真空隔热夹芯面板(VIS)中，使用煅制氧化硅、矿物纤维或其他开孔型隔热材料的支撑芯，所述支撑芯使得能够防止处于相对高的剩余压力下的气体的潜热传导。因此，应允许对面板中的真空的长期保护，而对护套提出相对低的要求。为保持高真空，具体而言面板的边缘往往必须由例如渗透密封不锈钢构造而成，渗透密封不锈钢与例如铝箔相比往往在边缘区域上方产生更大热传导。可达成U值因而往往更高，特别是在与覆箔真空隔热面板相比相对小的面板的情况下。
然而，在真空隔热玻璃(VIG)的情况下，必须达成高真空，因为仅装配不应该妨碍透明度的小间隔件。此处，特定挑战在于必须组合最小热传导与最大扩散不渗透性以及轻微灵活行为的边缘接合。同样地，体积与表面的比率对于达成并保持高真空成问题且需要非常干净的工作以及在表面被接合在一起之前对表面的出色清洁。
为上文已提及且与现有技术相对应的所有真空隔热材料所共有的是所述真空隔热材料均不是在施工过程中现场生产而且大小不合适。除了少数例外(例如由Thysen Krupp公司提供的真空隔热夹芯面板)以外，均不可达成后续抽空，也就是说，在真空损坏及真空损失的情况下，隔热效果降低至例如在真空隔热面板的情况下与德国的当前法律最低标准相对应的最小值(对于真空隔热玻璃而言，真空损失实际上意味着隔热效果的完全丧失)。
至少为20到50年的真空隔热材料的所期望使用寿命应与建筑物的使用周期相对应。为防止真空隔热面板损坏，在一定程度上将真空隔热面板整合至(制成)结构元件中。因而，然而，在真空损失及检查隔热效果的功能时的后续替换相对复杂，而且除了高成本以外，还造成此项技术的有限受欢迎度。
发明内容
因此，本发明的目的是以对资源的最低可能使用来提供一种系统，所述系统允许真空的特性以特别简单的方式用于建筑领域中。具体而言，由于实质免除热桥，故例如也应该可以随后以最低可能成本现场使建筑物外壳隔热，且此隔热应该可在改变建筑物外壳时以灵活方式调适。
此目的根据本发明而达成，因为所述框架结构具有室，所述室含有处于高于所述腔的压力下的真空。
本发明从以下考虑因数出发：可节约资源，因为真空方式不应用于已制成、可能积体大的组件中，而是用于可原位组装并抽空的例如面板的结构元件中。此类结构元件可原位灵活地组装以产生具有突出隔热效果的任何大小的非常稳定的元件。此目的可达成，因为所述结构元件具有夹芯截面。夹芯截面为复合截面。夹芯截面由适度抗剪切芯组成，所述适度抗剪切芯以抗剪切及抗拉伸方式接合至两个外部、轴向刚性覆盖层。所述覆盖层可各自抗弯曲。每一层本身满足所述截面的均匀度要求，但整个截面则不然。
然而，与已知夹芯构造方法不同，为了在真空区域中使用，所述芯结构必须能够在整个表面上抽空而无大的流阻而且必须在不结合至所述覆盖层的情况下于抽空状态下耐受大气压力。此目的可通过彼此平行配置的两个覆盖层并且通过引入于所述覆盖层之间的封闭框架结构来达成，覆盖层及框架结构为单独的组件且彼此一体形成，使得形成随后可抽空的气密腔。此目的可通过真空泵来达成，所述真空泵由所述覆盖层中或所述框架结构中的连接件连接至所述结构元件并在所述腔中形成对应真空。此处，所述框架结构及所述覆盖层是否为呈支柱及板形式的固定组件，或者所述框架结构及/或覆盖层是否为挠性的且与所述相应其他组件整合形成并不重要。准则在于在接合过程之后，所述组件是如此紧密，以致在抽空至要达成的最终压力(或更低)之后，不再需要真空泵的永久操作。大气压力则在任何情况下提供覆盖层与框架结构之间的永久非正连接。
存在本发明中的边缘的真空密封构造的各种可能性。所述封闭框架结构必须被构造成外围密封件，使得其能够耐受作用于所述边缘上的大气压力。以粘合方式结合至所述覆盖层的真空密封膜或合适弹性体可在其由朝所述边缘环绕所述芯结构的栅格支撑以对抗大气压力的情况下承担此任务。
另一可能性是提供在两个纵向侧上具有弹性体密封件的抗弯曲板，以使包括所述密封件的此板的最终高度具有相对于所述芯结构的轻微过量并计算朝向所述覆盖层的支撑表面的宽度，使得所述板不倾斜(类似于双丁字梁)。抽空压缩所述弹性体，以使所述过量在最终压力下减至所述芯层的尺寸，且不再存在所得到的结构元件在所述边缘处的过量。
为提供对真空损失的附加保护，在抽空之后，为所述外围密封件提供另一阻隔层。为此目的，所述框架结构具有室，所述室含有处于高于所述腔的压力下的真空。自所述腔的泄漏率(真空损失)的判定因数尤其为所述真空与所述真空外部的大气之间的压力差。如果要在所述结构元件的所述腔中达成高真空，剩余分子数量对于所述高真空很重要，则此高真空可以相当容易的方式保持，条件为所述腔相对于其包封表面的体积较大且具体而言此包封表面受前级真空保护。为此目的，可例如为所述室提供至腔与外部区域之间的过渡区域的合适连接导管。其中粘性流盛行的前级真空可由相对简单的真空泵产生且可容易保持。由于真空的两级构造，故可使用例如乙烯丙烯单体二烯烃共聚物(EPDM)的挠性外围密封件且对所述覆盖层提出的要求也减少。
所述配置也特别允许高真空隔热。也可提供更多室，以便形成其中多个真空预燃室至少在外围区域中或者甚至完全环绕高真空室的多级真空系统。当具有分子流的高真空室由大气压力环绕时，对所述外壳提出的要求极高。根据所述外壳的可透性，新的分子从外部连续“压入”所述高真空室且必须例如通过涡轮分子泵或通过合适的吸收剂再次移除。此过程显然比保持其中粘性流盛行的例如1毫巴剩余压力的粗真空更复杂。
真空系统的泄漏率取决于真空室与周围环境之间的压力差。如果存在1000毫巴的压力差，则泄漏率比1毫巴的压力差的情形高1000倍。此意味着通过使周围压力降至粗真空，所述高真空室的大面积可受例如弹性体密封件保护，所述弹性体密封件的可调适性远大于例如金属密封件。所述弹性密封件还提供可重用性、低导热性及对于由所述密封件接合的安装元件的不同材料膨胀系数的灵活性的优点。
另一优点由相对昂贵的高真空泵不必永久连接至所述系统的事实而提供。将可甚至在相对长的距离上经济地保持例如1毫巴的剩余压力的真空泵整合至所述系统中便足矣。对于所述高真空室，以适当间隔提供高真空泵的连接是有利的，经由所述连接可抽空或再抽空所述室。
为使必要支撑框架上方的剩余热传导最小化，选择多层构造也是有利的。如果根据所述类型的外层被构造成可抽空的夹芯结构元件，则所述外层的稳定性对于要在所述中央高真空室中以少得多的支撑件保持的大气压力绰绰有余。此带来热传播的进一步显著减少。
在有利构造中，在所述覆盖层之间配置间隔元件。此类一个或多个间隔元件在相对大面积结构元件的情况下使所述覆盖层稳定，以使所述相对大面积结构元件在抽空期间在大气压力下不坍塌。由于大气压力作用于所述覆盖层上的负荷由作为所述芯结构的一个或多个间隔元件承担且因此这对于所述结构元件的稳定性也很重要的事实，形成所述外围密封件的所述框架结构可相对于避免真空损失更独立地最佳化。
提供一种特别简单的构造，因为所述间隔元件有利地被构造成杆形式且垂直延伸至所述覆盖层的表面。在此上下文中，被构造成支撑件的所述间隔元件可具有任何所期望的截面，例如圆形截面或矩形截面。
在有利构造中，所述相应间隔元件在其面向所述覆盖层的侧上具有增厚的区域。此允许端部处的更大支撑表面，以使垂直于所述覆盖层的定位稳定且避免弯曲。
有利地以栅格方式互连多个间隔元件。此允许快速组装多个间隔元件，因为不必个别地配置所有的元件，而是可以标准化方式快速配置多个间隔元件。同时，在配置期间，而且特别是在抽空期间，使所述间隔元件的位置稳定。最后，栅格式连接允许特别节省空间的运输：多个栅格可以交错方式一个套着另一个地堆叠。所述栅格也可使用适当的铰链来装配，进而允许将所述栅格结构推到一起。
此栅格式连接的有利实施例为例如可以喷射模制工艺或以金属铸造方法非常经济地制作的桁架或栅格结合件。与已用于建筑行业的已知栅格梁变体相比，此处制作互连所述杆的接头不带来任何附加工作步骤。对制造所述模具及用于制作这些元件的机器提出的要求与制作体积大的大面积元件相比同样很低，因为例如冷却时间可因对材料的最少及均匀使用而保持极短。
这些桁架或栅格结合件可被制作成具有任何半径且充当成型结构。例如，利用来自卷的标准钢，可制作对于其不必积压更多技术装置的具有单一曲线的组件。与利用轻型蜂窝板来达成相同目的所需的费用的比较例示此构造方法的降低成本潜力。与现有技术相比的优点的另一实例为与用于混凝土构造的圆模壳的比较。用于此特殊模壳的材料的成本很高，以致甚至处理个别元件也是物流挑战。
成型元件(例如所述桁架或栅格结合件)与接合于中央(“处于半高度处”)的间隔件的组合是特别有利的。以此方式接合在一起的间隔件容易适应于不同半径并减少对成型元件的需要。此减少为制作所述成型元件所需要的模具数量以及对这些特殊部件的储存。
此外，在有利构造中，在所述覆盖层与所述框架结构之间及/或在所述板与所述相应间隔元件之间引入连接构件。因此，即使当所述真空因泄漏或损坏而丧失时，所述结构依然稳定。所述连接构件也可被构造成足够强以达成无真空情况下的持续稳定。
在另一有利构造中，所述连接构件包括粘结结合。此粘结结合可以特别简单的方式在技术上实现。此处有利地使用热塑性粘合剂，以使得通过加热所述结合点，所述结合可无破坏地解开。
在另一或替代有利构造中，所述连接构件包括机械可分离连接。此类可能连接的实例为可以粘合方式结合于所述相应层之间的子母扣、搭锁或诸如此类。此机械可分离连接可在最后接合之前连接至所述框架结构或间隔元件或连接至所述覆盖层中的一者。处于低于大气压力的真空下的最后接合确保所述连接无张力地并入。机械可分离连接具有覆盖层可在与周围环境的压力等化之后被替换而不被毁坏的优点，且同时，确保在真空丧失的情况下所述覆盖层不与所述芯结构(框架结构及/或间隔元件)分开。由于大多数粘合剂并不是特别抗剥离，故可自盖板剥离例如条。此促进对所安装材料的再使用并确保根据材料类型的相对简单的再利用。
有利地在所述覆盖层与所述框架结构之间及/或在所述板与所述相应间隔元件之间引入增加静磨擦系数的材料。此处，可使用例如弹性体。在抽空所述腔之后由大气压力引起的力锁紧因此得到改善且提高稳定性。
此外，有利地在所述覆盖层与所述框架结构之间及/或在所述覆盖层与所述相应间隔元件之间引入在压力作用下增加静磨擦系数的材料。因而，所述力锁紧仅在压力作用下得到增强且可在所述腔仅被轻微抽空时定位所述覆盖层。例如，可插入具有低磨擦阻力的层(例如，特氟纶)，所述层如说明的那样允许所述个别层在微真空下相对容易定位，且所述层被配置成在强真空的情况下被推开且因此变为无效。此处，可例如使用弹性体，所述弹性体一侧上有缺口且在此侧上涂有特氟纶或诸如此类。当此层上存在较高压力时，所述弹性体折叠且所述弹性体的更大磨擦阻力开始生效。
所述覆盖层有利地弯曲。由于所述弯曲，稳定性随着对材料的相同使用而增加，或者随着对材料的较少使用，达成与在没有弯曲的情况下相同的稳定性。具体而言，必要间隔件的数量减少且允许更容易抽空所述芯构造。同样地，用于附加设备的余地增大，因为较少间隔元件占用体积。在另一有利构造中，所述覆盖层也可被多次弯曲。多弯结构的稳定性显著优于单弯结构，且可更减少对材料的使用及间隔元件的数目。
如果制作具有相对大尺寸的结构元件，则将所述腔划分成多个部分可能是有利的。为此目的，所述腔有利地具有气密隔断壁。然而，如果这涉及到保持真空的问题，则大本体中的小部分是有利的。如果例如所述覆盖层受损，则所述真空仅在小子区域中丧失。其余区域继续保持其隔热特性及其稳定性。
然而，在抽空过程期间，被构造成在内部中尽可能没有相对大的流阻的均匀腔是有利的。因而，真空泵所需要的连接数量较低且可省却要抽空的所腔外部的附加真空管线。如果要达成高真空，则大的腔可能是对使用多个真空泵或因缺少分子流的优选方向而重复实施所述真空泵的唯一替代性选择。因此，所述划分应为可逆的，也就是说，所述相应隔断壁具有可以气密方式关闭的开口。所述开口被构造成在正常情况下在使用期间所述开口关闭，但可打开以检查真空的品质并用于再抽空目的。这些密封件可以例如来自建筑行业的通风元件的方式构造而成(注意：类似于例如潜艇中的气塞的原理)，所述通风元件例如可通过推进或旋转来关闭，但应确保在所述元件的抽空状态下，所述密封件可耐受两侧上的大气压力。如果覆盖层在一个区域中受损，则仅由所述周围密封件形成的真空单元变为无效，邻接单元至少在其稳定性方面不受限制地保持有效，且根据所述密封件的要求及技术费用，可确保所述有效性直至达成高真空。
在损坏的情况下，所述抽空区域之间的压力差及所述受损区域中的大气压力在大多数情况下将使所述密封件无法打开。在修复所述覆盖层之后，为在没有修复区域中的真空泵的附加连接的情况下所重新获得整个元件的功能，在所述个别区域之间提供旁路是有利的，所述旁路可提供压力补偿且在正常情况下始终关闭。这些旁路可在截面上很小，且可以低构造成本制作而成，且仅为备用系统。所述整个元件应优选地随后经由开口密封件再抽空至所期望的最终压力，以使流阻及抽空时间保持尽可能低。
在另一有利构造中，在所述覆盖层之间配置多孔材料，具体而言多孔、抗压材料。将例如矿棉用于隔热并用作防火层特别合适，尤其在工业应用中。
如今，很少使用真空隔热面板，尽管热传导率可通过真空隔热显著降低。真空隔热系统仅在低温学中确立。此缺乏受欢迎度的原因在于难以处理迄今可获得的敏感真空隔热面板、缺乏所述外壳的耐火性、缺乏与现有管道、容器、连接等的适应性以及法律体制(规章)且缺乏用于计划并实施真空隔热的专门人才。
针对工业应用，而且针对其他应用，所述结构元件可以与现有技术相比相对最少附加成本提供附加且非常有效的隔热。隔热材料厚度根据成本效益测量，特别是在工业中。这些计算也包括增加隔热厚度所需要且通常根本无法在现有设备中提供的附加空间要求。
根据所述方式，在管道隔热期间，例如，可使用具有穿孔板的内部覆盖层(或类似可抽空覆盖层)及外部真空密封覆盖层的可抽空芯结构作为对围绕矿棉层的常规金属薄板外壳的外部替换物。如果此外部护套在端部处以真空密封方式与所述管道接合，则此段管道可具备具有例如0.1毫巴的剩余压力的真空。在此区域中，在所述外部芯层中，仍存在粘性流，但在矿棉中，在此低剩余压力下，分子的自由程长度已大于气孔大小。经由所述矿棉层中的气体的热传导因此得以避免且矿棉的隔热效果与非抽空状态相比成倍增加。特别是在工业应用中且在具有几百度的温差的电厂过程中，此附加措施可节省大量能源，而基本不使用具有未知特性的其他材料。由于矿棉的天然隔热效果即使在真空丧失期间仍得以保持，故因所述矿棉层中的流阻而引起的相对长的抽空周期(取决于泵大小及矿棉层的厚度)不是使用本发明的障碍。保护所述护套内的材料例如免受水分渗透及腐蚀影响是此方法的附加优点。
也可根据相同发明原理来构建隔热及吸音防火墙。具有邻接真空密封覆盖层的矿棉层附接至具有双面附接穿孔薄板的可抽空芯结构且随后被抽空。如果间隔件不提供覆盖层与芯层之间的明确界定距离，则通过此过程来缩减所述壁的厚度，因为所述矿棉受大气压力压缩。
具有穿孔板的此类构造可特别有利于使用结构元件，针对所述结构元件，预期所述覆盖层将在其使用过程期间相对频繁地改变。此处，所述穿孔板也可被构造成窄网格栅格。此穿孔板可被构造成朝向所述覆盖层，使得例如多个小弹性体点或条于栅格与覆盖层之间提供可抽空层，而不在所述覆盖层上产生高集中负荷。
对于对所述外部元件的计划回填，在面向所述腔的所述栅格(穿孔板)的侧上提供实质(尘)密、而且透气的非纺织材料是有利的。
根据要求及既定用途，所述方法也可自然地与其他开孔型隔热材料(但部分地不具有相当防火功能)组合。作为另外一种选择，例如，可用压力稳定且不可压缩的易流动材料来填充所述腔。同样地，可将所得到的元件用作要以液体形式引入并随后凝固的混凝土或其他材料的永久模板，而且可达成所述制成结构元件的发泡。
此在要制作普遍耐压的固定元件时特别可取。对原始芯结构(其随后承担例如加固的任务)以及对覆盖层(其可更薄)提出的要求降低。避免如在不用大气压力来填充材料的情况下所产生的作用于所述覆盖层上的集中负荷。
在真空隔热元件的多层结构的情况下，回填优选外层可显著增加组件的质量。特别是在建筑领域中，可能需要一种固态构造方法来达成噪音降低以及热储存质量。尽管在真空(低剩余压力的真空)下禁止声波传播，但通过结构传播的声音仍可由支撑构造传播，此可为严重问题，特别是在轻型构造中。
特别是临时结构的简单变体是用沙子回填所述外部元件。沙子具有高密度、出色流动性且几乎到处就地可获得。因此，例如对于临时隔音墙，只必须备有并供应“轻型组件”及构造附件(尤其真空泵)，而沙子通常不会带来任何特定物流挑战。
在另一有利构造中，连接至所述外部区域的管道配置于所述腔及/或室中，也就是说，管道径直穿过所述抽空区域，所述管道的相应开口端连接至所述外部区域。因而，可容易使供应管线隔热。因此，与对管道(也供应其中例如共同地为进料及回流提供一种隔热材料的预制供应管线)的先前惯常个别隔热相比，也可共同地使具有不同温度水平的多个管线隔热，以使结果因较低成本而显著优于在现有技术隔热措施的情况下。
为达成通过阻止对流来工作且因此已与极佳隔热材料的隔热效果相匹配的真空隔热，共同外部护套可围绕所述管道。此护套可调适且可根据所述[...]以可抽空框架结构与两个覆盖层原位构造而成，且必须至少在面向所述管道的侧上以粘合方式非正结合(如果在所述护套中存在比在由所述护套环绕的区域中更高的压力，则此层将以其他方式分开且将由所述剩余压力沿所述管道的方向推进)。此后，可将所述管道位于其中的区域抽空至例如1毫巴。由于辐射不受真空阻止，故提供具有在热辐射范围内强反射的层的所述管道并且可能在所述管道之间附接附加反射层(例如MLI)是有利的。
由于所述护套的高固有稳定性，故保护整个构造以免因大气压力负荷而鼓起或弯曲所需要的内部支柱数量相对低，或者在所述护套被构造成圆柱形的情况下等于零。出于合乎逻辑的理由，应将必要的支柱构造成用于悬挂所述管道以使材料要求保持低并使经由管道安装架的热传导最小化的附接选项。
如果对所述隔热提出更高要求，则以所述方式提供具有其自身的粗真空隔热层及反射层的单一管道或者多个管道(在相当温度水平下)并随后如上所述用共同护套来包封所述管道是有利的。随后可将所述管道之间的区域抽空直至高真空，进而为所述供应管线提供最佳可能隔热。
一般而言，为随后要整合的管道提供类似于建筑行业中的空导管的空导管并抽空所述空导管是有利的。如果随后另外引入管道，则可使此空导管通风，并可插入所述管道。随后再次抽空管道与空导管之间的空间。此方法也可用于电力管线。此方法的一大优点在于保护安装于真空大气中的材料免受腐蚀及灰尘影响，且此方法对反射层具有特别积极的效果，因为所述方法的效率因此与现有技术相比在使用周期期间完全得以保持。当然，也可随后将管道整合至墙、天花板或其他元件中。同样地，可以此方式共同地使例如热储存系统及冷储存系统隔热。
在另一有利构造中，将作为热交换器的管道整合至所述相应覆盖层中。为利用低放射本能，将加热表面构造成尽可能的大(也适用于冷却)是有利的。地板下及墙加热以及冷却天花板已在建筑行业中牢固确立，因为通过控制大表面的温度，可达成与经由较小热交换器元件相比更均匀且因此更好的效果，且加热表面与要加热的房间(以及容器等)之间的温差可保持较低。传热因此通过辐射(在通过热传导的液体填充容器的情况下)比通过对流更强烈地发生且令人感到更舒适。同样地，在平衡辐射气候的情况下，空气温度可保持较低而不会感觉到更冷。此带来显著较低的通风损耗。
整合热交换器也可提高安全性且可为对例如保护供应管线以防冰冻的直接电管道伴热系统的替代。
如果以所述方式制作结构元件，则与现有技术夹芯构造方法(蜂窝芯、泡沫芯等)相比，所述可抽空芯结构使得可在不切割所述芯层的情况下整合管道。此可更可取地利用预制金属薄板来实施，所述预制金属薄板包封管道且具备轻微向外曲线，并且具备可以可逆方式固定于所述芯结构中的斜面。沿所述外部覆盖层的方向的轻微预应力确保在抽空所述组件期间，所述金属薄板被压至所述覆盖层上且所述热量可在大面积上传递。所述金属薄板的背面更可取地应具备在热辐射范围内强反射以免具有任何由辐射(沿错误方向)引起的热量损失的层。对于此类热交换器，热质量极小且允许对温度水平的极快可控制性。与安装于例如刮板层中且因此具有被动行为的现有技术表面加热系统相比，以最少能源使用在短时间里加热或冷却临时使用的房间因此也是可行的。
当所述结构元件被抽空时，在冷却功能期间，存在与现有技术相比的另一优点，因为不满足墙上(远离房间的侧上)的露点就建筑物理学而言是相当安全的，这是因为由于所述真空，不存在可能凝结的水分。
由于与所述芯结构的小接触表面，沿错误方向的热量传导也最小化到这样一种程度，以致增加外墙中的现有技术墙加热系统的热损耗的缺点有效地不再存在。
另一可能应用在于容器构造。此处，例如在贮水池的情况下，可以低能量使用来特别地防止在所述容器的外围区域中形成冰。在低温下，如果冰仅形成于所述容器的中央，则此冰可自由漂浮而所述外围区域保持无冰且不因蔓延而受损。此方法也非常适合作为尤其其中从液相到固相的温度相关变化导致对整个储存系统的破坏且因此带来巨大经济损失的太阳能发电站中的盐储存系统的安全系统。
巨大优点也可通过根据所述方法将热交换器整合于根据本发明以夹芯构造方法制作的外墙及屋顶上来提供。因此，例如不透明表面可用作太阳能吸收体，并且用作热泵的(附加)收集器。
以所述方式构造而成的屋顶表面可用作冷却收集器，特别是在晴朗的夜晚，其中与夜晚天空的辐射等化提供低于环境温度的屋顶表面的过冷却，且所述屋顶表面有效地促成减少建筑物及技术设施冷却负荷。由于对于此目的，仅需要为泵提供电流，故此解决方案与现有技术(空调系统)相比非常适于减少能量消耗。
将热交换器整合至屋顶表面中而且整合于流通面积中提供另一优点，所述另一优点利用低放射本能可防止这些表面例如结冰；同样地，可促进雪从倾斜表面滑落。在危及建筑物静力学的极深的雪的情况下(特别是在平屋顶的情况下)，也可通过供应热能来融化所述雪。
对于用于制作其中彼此平行配置两个覆盖层的结构元件的方法，与所述覆盖层整合形成封闭框架结构，在所述覆盖层之间配置所述框架结构，使得形成气密腔，并抽空所述腔，达成此目的是因为在抽空所述腔之前，抽空所述框架结构的室，所述室具有高于所述腔的压力。此制作方法提供可制作覆盖层及框架结构并以节省空间方式将其运输至施工现场的优点，例如可将所述覆盖层及框架结构一个套着另一个地堆叠。然后可原位实施组装及抽空过程。在这方面，在抽空所述腔之前，抽空所述框架结构的室，所述室具有高于所述腔的压力。因而，此处可产生允许所述腔中的低泄漏、高真空的前级真空。
在此上下文中，有利地在所述覆盖层之间配置间隔元件，从而增加所述结构元件的稳定性。
如果已提供例如用于制作弯曲结构的模具，则亦可完全免除所述结构元件中的成型元件。在此上下文中，在有利构造中，在内部模具或外部模具上配置覆盖层及框架结构。此方法在用于覆盖层及框架结构的非成型部件的情况下特别重要：非成型芯结构与非成型覆盖层齐平放置在模具上且因后续抽空而呈此形状并保持此形状。在另一有利构造中，所述模具被构造成真空平台。首先可通过抽空将依靠在所述模具上的所述覆盖层调适至所述形式并接着可将具有所述第二覆盖层的所述框架结构调适至所述形式。此也允许根据同一方法添加更多层。
与用于板及元件的其他制作方法相比，在本发明中，可使循环时间减少至最小值且可显著提高模具的利用度。如果例如提供可抽空层与例如穿孔板(穿孔板代表能够允许用于抽空的空气以令人满意的稳定性适当传播的所有表面层)的表面的模具且因此将其构造成真空平台，则可首先将所述第一覆盖层引入至所述模具中并接着可通过抽空将具有所述第二覆盖层的所述芯层接合至所述第一覆盖层。在自所述真空平台释放之后，大气压力确保所述元件保持稳定且例如粘合层可在不使用另一压力装置的情况下固化。除单面模具便足够且不必施加机械压力以外，由于此制作方法，可减少循环时间，而不管粘合剂干燥时间如何。因此，使用自然固化粘合剂(例如，在紫外光下或通过供应热量)来减少循环时间不再必要。
在有利构造中，建筑物包括所述结构元件及/或根据所述方法制作的结构元件。
在这方面，有利地将多个结构元件附接至框架结构。所述框架结构形成用于达成静稳定性的支撑框架，所述结构元件被引入至所述支撑框架中作为壁元件。
在有利构造中，所述框架结构至少部分地由钢形成。此提供稳定保持构造。
有利地将真空泵连接至至少一个腔。此提供在所述结构元件的安装状态下可靠地保持所述真空。
有利地完全抽空所述建筑物的组件的内部。具有可抽空腔轮廓的所述构造方法非常适于制作很大体积、固有稳定组件。如果这些组件更可取地被构造成旋转对称，则可以稳定形式完全抽空所述组件。
根据整个组件的大小且根据所使用材料的重量，通过抽空所述组件的内容物，可显著减少重量，从而意味着所述组件可至少以显著较少能量来加以移动或变得很轻以致所述组件的重量小于被置换空气的重量。
在冷却塔、太阳能烟囱发电站或其他旋转对称构造的建造期间，可水平进行生产并接着可将整个外壳带入垂直位置。因此实质上避免使用起重机及模壳来进行施工，且根据要求，可使用所述外壳作为永久模板。可在施工期间整合用于浇注混凝土或其他填充材料的保持构件。
在一种用于装备建筑物的方法中，有利地在所述建筑物上配置所述结构元件及/或以所述方法制作的结构元件。
此方法也非常适于随后为现有表面及本体提供一个或多个附加层，也就是说，已存在于所述建筑物上的结构有利地形成所述覆盖层中的一者。除所得到的新表面以外，这些层可承担多个附加任务。一个使用领域为例如浸泡组件的永久排水。在洪水之后，例如，通常使用具有高功率要求的建筑物干燥机。如果不是使用建筑物干燥机来进行干燥，而是以间隔件、真空密封外围密封件及真空密封覆盖层来围住要干燥的表面，并利用真空泵将所述表面抽空至粗真空，则使水的沸点降至约33℃。由于要干燥的墙、所述真空与所述墙的外部之间的压力差，因而产生至所述真空泵的流的明确取向。此方法需要所述墙与所述外部的实质气密终端，但在大多数情况下至少随后可确保所述实质气密终端。
在不可达成对其的后续外部隔热的构造(缺少空间，尤其所列出建筑物)中，利用此方法，可达成就建筑物理学而言相当安全的内部隔热。如果用扩散密封层来涂布所述外部且如果所述内部是以上述方式构造而成，则提供例如霉菌无法在“真空大气”中传播或再生的附加优点。由于真空是不适于生命生存的环境，因此已在一定程度上避免过去因(不正确地实施)内部隔热而引起的许多问题。也可通过(近似)气密密封及通过真空泵对加载空气的特定移除以及后续沉淀及过滤可能性使原本不适于居住的受污染建筑物(洪水等过后受霉菌污染、油污损毁的建筑物)变得重新适于居住。
根据用途，施加更多层也可能是有利的。如果例如使由水填充的蓄热体隔热或制作由水填充的蓄热体，则可降低在另一预燃室中盛行的蒸汽压力。此外，在房屋的内墙的情况下，例如，层可施加有微真空且连接至例如声报警系统。如果例如在墙上钻孔，则可容易通过密封件来重新密封此第一层且可例如通过陶瓷表面来保护下一附接层以防损坏。可通过合适扣接构件来避免因对使用者的限制(图片/吊柜无法挂在墙上)而引起的常规真空隔热的缺点，所述合适扣接构件使第一真空平面中的力转向。
最后，一种飞行器有利地包括旋转对称升降体，所述旋转对称升降体具有所述结构元件及/或具有通过所述方法制作的结构元件。先前比空气轻的技术主要使用氢或氦作为“提升手段”。氢有可能因其处理中所涉及到的风险而只在例外情况下使用，而氦的可获得性及价格为严重限制条件。在抽空例如圆柱形组件期间产生的大气压力与所述组件的内容物之间的压力差需要非常稳定的护套结构。先前所述夹芯构造方法提供必要的稳定性。
与例如具有常规提升用气体的飞艇相比的巨大优点在于能够通过故意淹没所述空心体中相对小的分离区段来提供快速平衡及定向、快速着陆，而不使用附加压载。存在于大气压力下的压力差促进此任务。同样地，在此过程期间不损失昂贵的提升用气体；只是必须再次抽空被淹没的区域。
由本发明提供的非常简单的构造方法及出色再利用能力提供针对比空气轻的技术的全新使用目的。因此，例如，可建造其外壳现场充当壳体的“飞艇”。在例如地震等大灾难的情况下，当整个基础架构受到破坏时，救灾物资的运输是难以满足的物流挑战。对于此类“单向飞艇”，现场所需材料本身成为运输手段。施工所需的材料中100％可供应给新的目的。
通过使用光伏活性表面，甚至可分散地产生建造并操作所述“飞艇”所需要的能量。此处，所使用的光伏元件随后也可确保原位基本供应。
由本发明达成的优点具体而言在于使用具有基于真空的夹芯结构的结构元件以低费用允许建筑物的特别轻且隔热的构造。此具体而言是通过利用真空的积极特性而达成：大气与真空之间的压力差通过处于1kg/m2的压力下的力锁紧来稳定所述结构元件。抽空也产生1.2kg/m3的重量减少。
用于原位(也就是说，在施工现场而不是在生产现场)组装所述结构元件的模块化施工方法提供具有一个或多个敏感表面的结构元件可以单一部件形式运输至安装或装配现场的另一优点。“可见表面”随后可在所有其他任务结束时最后装配，从而使损坏的风险最小化。
另一优点在于所述可见表面(以及所述结构元件的其他部件)可容易根据附接类型来加以替换。因此，光学变化可以简单方式实现且仅限于可交换可见表面，而所述结构元件的所有其他部件可保持不变。与例如重新粉刷可见表面相比，所述替换提供就时间而言的显著优点，因为制备基材与干燥涂料的时间不相关。对适宜气候条件的相依性显著降低。总的来说，替换并再利用薄墙、可见表面同样出于能源原因比复杂处理更可取。
此外，所述结构元件的隔热效果出色；三种类型的传热为热传导、热对流及热辐射。对流因粗真空而避免；甚至经由气体的热传导亦因高真空而避免。如果针对所述表面使用合适的多孔材料，则亦可达成分子流，以使得经由气体的热传导也因超过高真空而避免。空气在20℃下的热传导为大约0.0262W/mK，而在400℃下增大至大约0.040W/mK。空气的热传导因此较低，甚至远低于大多数商用隔热材料而且以较低温度依存性为特征。与隔热材料相比，热辐射则不受限制，但就MLI(多层隔热)而言可例如因个别反射层而被减轻乃至几乎避免。例如，经由对于抽空夹芯面板必要的芯结构的热传导必须被考虑到且受所使用的材料类型支配并受此芯结构所占用的制成元件的表面积方面的比例支配。由于例如通过覆盖层与芯层的过渡处的弹性体的“热解耦联”，因而可达成更大传热阻力，从而进一步减少总能量传递。
因此，在较厚的抽空组件的情况下，可利用相对简单的真空泵产生的粗真空可提供出色的隔热，所述隔热不管省却商用隔热材料与否均优于当今所实现的大多数解决方案。从总能源看，优点更大，因为隔热材料的生产以及运输、安装和后期处置带来相当大的环境污染。
本发明也提供关于例如构造的稳定性的附加优点，因为此处粗真空隔热层甚至同时具有稳定作用且不像现有技术隔热材料系统那样为附加静负荷。同样地，对于隔热效率不存在浸泡问题。与常规隔热材料相比，粗真空隔热材料因此可用于所有气候带而且通常例如适合作为周边隔热材料。
另一优点在于，例如在房屋的拐角上，可“在拐角周围无缝地”引导所述隔热材料且防止形成出现在常规隔热系统中特别是角边缘处的热桥。还提供关于隔音的优点，因为真空不传播声音。
此外，位于真空内部的所有材料均受到保护而不受灰尘、腐蚀或其他环境影响。此外，活性生物体无法存活且霉菌无法在真空中传播。简单的压力测量装置可检查所述护套的完整性。因此，例如在侵入探测系统的情况下，不需要额外高成本测量方法。
除夹芯构造方法的优点以外，在永久抽空组件的情况下，另一静态优点在本发明中也很重要：由于大气压力，因而提供预应力，预应力均匀地作用于所述组件上，不需要支座或诸如此类，不引起任何张力峰值且其效果可通过非常简单的压力测量来加以控制。预应力当今主要用于钢筋混凝土构造中且用于薄膜结构；在钢构造中，此原理仍然不是非常普遍。预应力提供可从钢构造转移而来的诸多优点。这些优点为对正常钢的消耗的减少、同时对高级预应力钢的消耗的降低且因此整个构造的成本的减少、多达几百米的巨大跨度的可能性、组件测量的减少、因挠度降低所致的整个构造的刚度的增大、组件变形的减少及影响切割条件及变形的能力。
对抽空结构的这样一种使用的实例是通过风力涡轮机的转子叶片提供。根据现有技术，这些组件被制作成夹芯构造中的完整组件。这些组件(其中一些组件的大小超过50米)对生产与物流提出非常高的要求且并非为容错的。对组件的损坏通常意味着所述组件必须被替换掉，因为修理仅在有限程度上可行。然而，对夹芯构造的产品的再利用能力极低，因为处理过的材料无法轻易根据类型来加以分离。
检测大面积组件(例如风力涡轮机的转子叶片)也很复杂且很费时。允许进行监控以检查有无可能的损坏并提供附加除冰功能的导电层增加复杂度及生产成本。
然而，如果根据本发明以具有抽空空心室轮廓的基本结构来构造转子叶片并随后为所述转子叶片提供覆盖层及处于中间的间隔物，且如果随后也抽空此所得到的夹芯结构，则提供可观降低成本的潜力。如上所述，所述组件可原位组装而免去很多物流工作。区段中的缺陷可以立即由永久连接的真空测量装置检测到。与常规构造方法相比，消除此缺陷仅需要最少费用，因为需要做的一切就是替换一小区段。
均匀地作用于整个组件上的大气压力(操作期间作用于所述转子叶片上的过压力及真空改变此值)，结合挠性弹性体(例如位于覆盖层与空心室轮廓之间且也可能位于覆盖层与芯结构之间的弹性体)提供没有应力峰值的稳定性。
此外，在火灾情况下，根据本发明的可抽空元件非常适于由合适的阻燃剂或由冷却泡沫淹没。在所述元件的多层结构的情况下，此也可根据个别层中的相应情形以定向方式实施。因此，例如，外部低易燃至不易燃层可一次或者甚至在流通中由例如冷却泡沫或冷却液体淹没且因此至邻接层的热传导可显著减少。此不仅因火灾的蔓延被推迟乃至得以避免而为邻接房间提供保护，而且支撑结构可受到保护。例如钢梁的失效因此可被推迟乃至得以避免。
附图说明
下面将参照附图详细阐述本发明实施例，在附图中：
图1显示贯通结构元件的截面图；
图2显示贯通具有弯曲覆盖层的结构元件的截面图；
图3显示以栅格的方式连接的多个间隔元件的平面图；以及
图4显示贯通结构元件及外部模具的截面图。
在所有图式中，相同的部件具备相同的参考编号。
具体实施方式
图1显示贯穿结构元件1的截面图。结构元件1包括：覆盖层2，被构造成固定板且被配置成彼此平行；以及形成边缘的框架结构4，沿外围封闭且因此形成腔6。由于框架结构4是与覆盖层2一体形成，因而所述腔可以气密方式密封。此外，在腔6中配置间隔元件10，所述间隔元件被构造成在其端部处变厚的圆柱体。间隔元件10与覆盖层2垂直配置且使覆盖层2相对于彼此的间距稳定。
在组装期间，单独供应覆盖层2、框架结构4及间隔元件10。覆盖层2及框架结构4因此可以节省空间的方式运输。间隔元件10由栅格结构12互连，以使间隔元件10也可以实用及可堆叠方式运输。个别部件是在施工现场原位上下配置且腔6由真空泵(图中未示出)抽空。经由其连接真空泵的开口适当封闭。作为另外一种选择，可连接永久操作真空泵。此具有使必然发生的泄漏率永久等化的优点。
腔6与外部空间的连接及气密封闭已由大气压力作用于覆盖板2上的力锁紧效应达成。也可提供例如粘合剂或机械连接的连接构件，以在真空丧失的情况下保持稳定性。
为允许也在腔6中永久保持具有特别积极的隔热特性的高真空，框架结构4具有室13。所述室13具有开口14，开口14延伸至将覆盖层2连接至框架结构4的层。室13通过真空泵(图中未示出)永久保持处于粗真空压力水平下。通过框架结构4与覆盖层2之间的连接层与外部环境且与腔6密封的开口14因此于外部压力与腔6的高真空水平之间形成中间压力水平，进而降低泄漏率。
图2显示具有弯曲覆盖层2的结构元件1的替代实施例。框架结构4此处未显示。弯曲覆盖层2促成更大稳定性。
图3显示呈3x3配置的间隔元件10的平面图。也可具有任何所期望的更大配置。由于与栅格结构12的连接，间隔元件10可容易一个套着另一个地堆叠且因此可以节省空间的方式运输。所述间隔元件也可通过间隔元件10与栅格结构12之间的铰链推到一起。
最后，图4显示具有非成型覆盖层2的本发明的实施例。所述层被配置于外部模具16上，外部模具16被构造成真空平台且实质上包括固定底板18及穿孔板22，穿孔板22利用支撑件20配置于固定底板18上。穿孔板22下面的区域可被抽空。因此，更挠性的覆盖层2可配置于外部模具16上且由大气压力调适至所述模具且因此可被形成。在抽空结构元件1之后，结构元件1由大气压力保持呈所述形式。
参考编号列表
1   结构元件
2   覆盖层
4   框架结构
6   腔
10  间隔元件
12  栅格结构
13  室
14  开口
16  外部模具
18  底板
20  支撑件
22  穿孔板

Claims (27)

1.一种结构元件(1)，其包括：两个彼此大致平行设置的覆盖层(2)，以及封闭框架结构(4)，所述封闭框架结构(4)与所述覆盖层(2)一体形成且配置于所述覆盖层(2)之间，使得形成气密的腔(6)，所述腔(6)含有真空，其特征在于，所述框架结构(4)具有室(13)，所述室(13)含有处于高于所述腔(6)的压力下的真空。
2.如权利要求1所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述覆盖层(2)之间配置间隔元件(10)。
3.如权利要求2所述的结构元件(1)，其特征在于，所述相应间隔元件(10)被构造成杆形式且垂直延伸至所述覆盖层的表面。
4.如权利要求2或3所述的结构元件(1)，其特征在于，所述相应间隔元件(10)在其面向所述覆盖层(2)的侧面上具有增厚的区域。
5.如权利要求2至4中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，以栅格方式互连多个间隔元件(10)。
6.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述覆盖层(2)与所述框架结构(4)之间及/或在所述覆盖层(2)与所述相应间隔元件(10)之间引入连接构件。
7.如权利要求6所述的结构元件，其特征在于，所述连接构件包括粘结结合。
8.如权利要求6或7所述的结构元件(1)，其特征在于，所述连接构件包括机械可分离连接。
9.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述覆盖层(2)与所述框架结构(4)之间及/或在所述覆盖层(2)与所述相应间隔元件(10)之间引入增加静磨擦系数的材料。
10.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述覆盖层(2)与所述框架结构(4)之间及/或在所述覆盖层(2)与所述相应间隔元件(10)之间引入在压力作用下增加静磨擦系数的材料。
11.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，所述覆盖层(2)为弯曲的。
12.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，所述腔(6)具有气密隔断壁。
13.如权利要求12所述的结构元件(1)，其特征在于，所述相应隔断壁具有可以气密方式密封的开口。
14.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述覆盖层(2)之间配置多孔材料，特别是易流动、抗压材料。
15.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述腔(6)中及/或所述室(13)中配置管道，所述管道连接至外部区域。
16.如前述权利要求中任一权利要求所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述相应覆盖层(2)中并入管道作为热交换器。
17.一种用于生产结构元件(1)的方法，其特征在于，彼此平行配置两个覆盖层(2)，与所述覆盖层(2)一体形成封闭框架结构(4)，所述框架结构(4)配置于所述覆盖层(2)之间，使得形成气密腔(6)，并抽空所述腔(6)，其特征在于，在抽空所述腔(6)之前，抽空所述框架结构(4)的室(13)，所述室(13)处于高于所述腔(6)的压力下。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述覆盖层(2)之间配置间隔件(10)。
19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，在内部或外部模具(16)上配置覆盖层(2)及框架结构(4)。
20.一种建筑物，其具有如权利要求1至17中任一权利要求所述的结构元件(1)及/或具有以如权利要求18至21中任一权利要求所述的方法生产的结构元件(1)。
21.如权利要求20所述的建筑物，其特征在于，多个结构元件(1)连接至一框架结构。
22.如权利要求21所述的建筑物，其特征在于，所述框架结构至少部分地由钢形成。
23.如权利要求20至22中任一权利要求所述的建筑物，其特征在于，真空泵连接至腔(6)。
24.如权利要求20至23中任一权利要求所述的建筑物，其特征在于，组件的内部空间被完全抽空。
25.一种用于装备建筑物的方法，其特征在于，在所述建筑物上配置如权利要求1至16中任一权利要求所述的结构元件(1)及/或以权利要求17至19中任一权利要求所述的方法生产的结构元件(1)。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，已存在于所述建筑物上的结构形成所述覆盖层(2)中的一个。
27.一种飞行器，其具有旋转对称提升本体，所述旋转对称提升本体具有如权利要求1至16中任一权利要求所述的结构元件(1)及/或具有以权利要求17至19中任一权利要求所述的方法生产的结构元件(1)，其特征在于，所述提升本体的内部空间被抽空。
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