CS210149B1

CS210149B1 - Zemith skylight

Info

Publication number: CS210149B1
Application number: CS956679A
Authority: CS
Inventors: Petr Moravek
Original assignee: Petr Moravek
Priority date: 1979-12-29
Filing date: 1979-12-29
Publication date: 1982-01-29

Description

Vynález se týká zenitního pásového světlíku pro halové objekty průmyslové, zemědělské a občanské výstavby, s integrovanou funkcí osvětlovací, tepelně-ízo1ační a vzduchotechnickou .The invention relates to a zenith strip skylight for hall buildings of industrial, agricultural and civil construction, with integrated lighting, thermal insulation and air conditioning functions.

V současné době se pásové zenitní světlíky halových objektů návrhuji .převážně jako klasické s ocelovou konstrukcí ve tvaru lomenice s beztmelým zasklením, nebo segmentové z umělých hmot. Navrhují se převážně v jednoduchém, případně zdvojeném provedení s uzavřenou vzduchovou mezerou. Jednoduché prosklení světlíků, v oblasti nejvyšších vnitřních teplot, způsobuje největší tepelné ztráty běžných halových objektů, dosahující až 73 % celkových tepelných ztrát prostupem, a 48 °/ celkových ztrát objektu pro běžné intenzity větrání. Tepelné ztráty klasických světlíků jsou dále zvýšeny konstrukčně a funkčně nutným seŠikmením prosklení jehož celková vlastní plocha, bez zvýšených obrub, je pro běžné sklony až o 40 Z vyšší než světelně účinná plocha zenitního otvoru.At present, the zenithed skylights of hall buildings are designed mainly as classical with steel construction in the shape of a gable with a sealed glazing or segmented plastic. They are designed mainly in single or double design with closed air gap. Simple glazing of skylights, at the highest indoor temperatures, causes the greatest heat loss of conventional indoor buildings, reaching up to 73% of total heat loss through transmission, and 48 ° / total building losses for normal ventilation rates. The heat loss of conventional skylights is further increased by the structurally and functionally necessary slant of the glazing whose total intrinsic area, without raised flanges, is up to 40 Z higher than the light-efficient zenith aperture area for normal gradients.

Běžně používaná ventilační křídla nelze utěsni tdochází k zatékání a nežádoucí infiltraci a exfiltrací vnitřního vzduchu. Ovládací mechanismy křídel, většinou pneumatické, jsou náročné a poruchové. Zdvojené prosklení s uzavřenou vzduchovou dutinou podstatně omezuje tepelné ztráty transmisí, ale dochází postupně k znečistování prostoru dutiny, které bez úplné demontáže prosklení v celém rozsahu nelze odstranit. Při použití zdvojeného prosklení s drátěnou vložkou je vlastní světelná propustnost, světlíku v průměru nižší až o 35 7 vůči čirému jednoduchému zasklení. Rovné skleněné podsvětlíky, bez možnosti čištění, jsou pak naprosto nevyhovující. Zenitní světlíky sedlové a segmentové, bez speciálních vnitřních žaluzií, jsou nevhodné z hlediska letní tepelné zátěže přímou transmisí sluneční radiace, kdy dochází k přehřátí interiérů skleníkovým efektem a navíc k přímému oslnění.Commonly used ventilation wings cannot be sealed and there is no leakage and unwanted infiltration and exfiltration of indoor air. Wing controls, mostly pneumatic, are demanding and fault-free. Double glazing with a closed air cavity significantly reduces heat loss through transmissions, but the cavity space becomes contaminated, which cannot be removed without complete dismantling of the glazing. When using double glazing with a wire insert, the inherent light transmittance of the skylight is lower by up to 35 7 compared to the clear single glazing. Straight glass backlights, without cleaning, are then completely unsatisfactory. Zenit saddle and segment skylights, without special internal blinds, are unsuitable from the point of view of summer heat load by direct transmission of solar radiation, when the interiors are overheated by the greenhouse effect and in addition to direct glare.

Montáž i údržba klasických ocelových konstrukcí světlíků je vysoce pracná, značná je spotřeba a celková hmotnost ocelí, staticky minimálně využité, se značnou energetickou výrobní náročností. Světlíky mají nevyhovující vzhled v interiéru a v provozech s vývinem prachů a aerosolů se značně špiní při vnitřní cirkulaci vzduchu v halách. Znečištění se podstatně zvyšuje v případě, kdy venti lační křídla odvádí odpadní vzduch při větrání objektu. Ruční čištění skel světlíků zevnitř hal a z pojízdných lávek je velmi pracné, risikové, a proto bývá běžně zanedbáváno. Světlíky po Čase zcela ztrácí svoji osvětlovací funkci. U bezsvětlíkových hal je požadována vysoká hladina umělého osvětlení, běžně přes 800 Ix a nutná klimatizace, což vede k celoročně vysokým energetickým nárokům. Z hledisek fyziologických aspsychologických zůstává však denní osvětlení budov pro člověka stále nejpřijatelnější, i s jeho přirozenou denní proměnnou.Installation and maintenance of classical steel skylight constructions is very laborious, considerable consumption and total weight of steels, statically minimally utilized, with considerable energy production intensity. The skylights have an unsatisfactory appearance in the interior, and in dust and aerosol production plants they become heavily soiled by indoor air circulation in the halls. Pollution increases considerably when the ventilators vent exhaust air when the building is ventilated. The manual cleaning of the skylight windows from inside the halls and from the mobile walkways is very laborious, risky and is therefore usually neglected. Skylights after time completely lose their lighting function. Unlighted halls require a high level of artificial lighting, typically over 800 lx and air conditioning required, resulting in high energy demands throughout the year. From the physiological aspsychological point of view, however, daylighting of buildings remains the most acceptable for humans, even with its natural daylight variable.

Uvedené nedostatky jsou odstraněny pásovým zenitním světlíkem, který se vyznačuje tím, že podhled běžných nadstřešních zenitních světlíků vytvářejí nejméně jedna transparentní fólie z umělé hmoty, s případným vyztužením, přičemž fólie je přes rozpon světlíku kluzně zavěšena na vodících lištách s možností podélného posuvu. Prostor světlíku tím vytváří dokonalý vzduchovod značného průřezu s minimálním hydraulickým odporem, pro nucený rozvod čerstvého větracího filtrovaného vzduchu, případně pro odvedení odpadního vzduchu z prostoru haly, v průběhu celého roku. Podhledová fólie světlíku může být v celé ploše, nebo lokálně, opatřena perforací s dokonalou ventilační funkcí.These drawbacks are remedied by a zenith striped skylight, characterized in that at least one transparent plastic foil, with optional reinforcement, forms a soffit of conventional overhead zenith skylights, whereby the foil is slidably suspended over the span of the skylight on guiding rails with longitudinal displacement. The skylight space thus creates a perfect air duct of considerable cross-section with minimal hydraulic resistance, for forced distribution of fresh ventilated filtered air, or for exhausting the exhaust air from the hall area, throughout the year. The soffit foil of the skylight can be provided with perforation with perfect ventilation function in the whole area or locally.

Instalovaná transparentní fólie bez perforace snižuje v topném období radikálně tepelné ztráty běžných světlíků. Tepelný tok, prostupující z prostoru haly fólií je v prostoru světlíkového vzduchovodu účinně rekuperován při předehřátí vzduchu nuceně proudícího světlíkem. Tento venkovní čerstvý filtrovaný vzduch je vháněn do prostoru světlíku se střechy a na konci světlíku je vyústěn do prostoru haly při větrání. V závislostech na jeho průtokovém množství a součinitelích při přestupu tepla konvefccí a sáláním, se postupně zvyšuje jeho teplota, tím se snižuje vnitřní prostup tepelného toku fólií a zároveň vzrůstá i tepelný tok vnějším pláštěm do ovzduší. Po dosažení určité limitní teploty vzduchu, se po určité vzdálenosti, vyrovnají tepelné toky v obou pláštích světlíku a teplota proudícího vzduchu se dále nezvyšuje. Skutečnou tepelnou ztrátu světlíku prostupem představuje zprůměrovaný prostup tepla vnějším nadstřešním pláštěm po celé délce světlíkového vzduchovodu .The installed transparent foil without perforation reduces radically heat losses of ordinary skylights during the heating period. The heat flux passing through the foil hall space in the skylight duct space is effectively recovered by preheating the forced air through the skylight. This fresh fresh filtered air is blown into the roof skylight area and at the end of the skylight it flows into the hall area for ventilation. Depending on its flow rate and coefficients during heat transfer through convection and radiation, its temperature gradually increases, thereby reducing the internal heat transfer through the foils and at the same time increasing the heat flow through the outer jacket into the atmosphere. After reaching a certain limit air temperature, after a certain distance, the heat fluxes in the two skylight skins are equalized and the temperature of the flowing air is not further increased. The actual heat loss of the skylight through transmission is the average heat transfer through the outer roof covering over the entire length of the skylight air duct.

V alternativě řešení s perforovanou transparentní fólií je do prostoru světlíku obdobně vháněn venkovní čerstvý vzduch, který však rovnoměrně prostupuje perforací v celé ploše podhledové fólie do prostoru haly a vytváří spojitý vzdušný proud. V určité výšce pod světlíkem se proud studeného větracího vzduchu klesajícího ze světlíku, rovnoměrně směšuje s recirkulujícím vzduchem při teplovzdušném vytápění, proudícím ze štěrbinových výústek běžného rozvodného potrubí, vytvářejícím spojitý plochý proud. Směšování nastává, při značných výškách hal, zcela mimo zónu pobytu pracujících. Znečištěný cirkulační vnitřní vzduch se zároveň nedostává do styku s povrchem podhledové fólie; tím se zcela vyloučí její znečištění vnitřním ovzduším haly. Zároveň se snižuje dosud běžná vertikální nerovnoměrnost teplot vzduchu po výšce halových objektů.In an alternative solution with a perforated transparent foil, outside fresh air is likewise blown into the skylight space, but it evenly penetrates through the perforation over the entire surface of the soffit foil into the hall space and creates a continuous air flow. At a certain height below the skylight, the flow of cold venting air descending from the skylight is uniformly mixed with the recirculated air in the hot-air heating flowing from the slot diffusers of a conventional manifold, forming a continuous flat stream. Mixing occurs, at considerable heights of the halls, completely outside the workers' residence zone. At the same time, the contaminated circulating internal air does not come into contact with the surface of the ceiling film; this completely eliminates its pollution into the indoor air of the hall. At the same time, the previously uneven vertical air temperature unevenness along the height of hall buildings is reduced.

Pro běžné haly, s 25 až 30 Z plošným rozsahem pásových zenitních světlíků, a při intenzitě větrání n = 1/h”V, byl výpočtem stanoven průměrný součinitel prostupu tepla světlíku s fólií bez perforace, v hodnotě kef * 1,33 Wm“2 K^ /oproti běžným světlíkům k = 7,0 Wm~² K“1/. Tepelné ztráty prostupem světlíku pro nepřetržitý provoz v hale se tedy snižují více než o 80 Z vůči běžným světlíkům, což pro celý objekt představuje 63 Z úspory energie, a v celkové bilanci včetně větrání úsporu 43 % tepelné energie.For conventional halls, with 25 to 30 Z area range of zenith skylights, and with ventilation intensity n = 1 / h ”V, the average heat transfer coefficient of the skylight with the foil without perforation was calculated, kef * 1,33 Wm“ 2 K ^ / compared to conventional skylights k = 7.0 Wm ~ ² K 1 1 /. Thus, the heat loss through the skylight for continuous operation in the hall is reduced by more than 80 Z compared to conventional skylights, which represents 63 Z energy savings for the whole building and 43% thermal energy savings in the overall balance including ventilation.

V alternativě provedení s perforovanou podhledovou fólií jsou tepelné ztráty světlíku konvekcí a sáláním redukovány na minimum, nebot v prostoru vzduchovodu je příčné gravitační proudění eliminováno podélným nuceným prouděním chladného vzduchu, a přenos tepla vzájemným tepelným sáláním mezi oběma plášti světlíku je zanedbatelný, při nízkém rozdílu teplot jejich povrchu. V celkové bilanci potom zajíštují světlíky s perforovanou fólií až 49 Z úsporu tepla pro vytápění a větrání hal, oproti běžně používaným světlíkům .In an alternative embodiment with perforated soffit, heat loss of the skylight by convection and radiation is reduced to a minimum, since transverse gravitational flow in the duct space is eliminated by the longitudinal forced air flow, and heat transfer by thermal radiation between the two skylight skins is negligible. their surface. In the overall balance, skylights with perforated foil provide up to 49 Z of heat savings for heating and ventilation of halls, compared to commonly used skylights.

Při vypnutém nuceném větrání, kdy je vzducti v prostoru světlíku v klidu, lze uvažovat součinitel prostupu k = 3,0 Wm^^R-l, Tepelné ' ztráty prostupem světlíku se tedy snižují o 57 Z a v celkové bilanci haly o 33When forced ventilation is switched off, when the air in the skylight space is at rest, the transmittance coefficient k = 3.0 Wm ^^ R-1 can be considered. Therefore, the heat loss through the skylight penetration is reduced by 57 Z and in the overall hall balance by 33

Analogicky se prostup tepla světlíkem snižuje i při proudění odpadního teplého vzduchu prostorem světlíku při větrání. Soustava světlíků umožňuje také ekonomickou recyklaci tepla z odpadního vzduchu odváděného světlíkovými vzduchovody k centrálním, nebo nástřešním dislokovaným, rekuperátorům pro ohřev čerstvého větracího vzduchu.By analogy, the heat transmission through the skylight is also reduced when the exhausted warm air flows through the skylight space during ventilation. The skylight system also enables economical recycling of heat from the exhaust air discharged through the skylight air ducts to central or roof-mounted discharged recuperators for heating fresh ventilation air.

V alternativě lze do světlíků instalovat dvě i více transparentních fólií nad sebou, čímž se vytvoří vzájemně oddělené vzduchové vrstvy. Tuto kombinovanou konstrukci lze využít, mimo zvýšení tepelného odporu i jako rekuperátoru tepla, nebo s perforací vnitřní fólie pro vícestupňové předehřátí přiváděného větracího vzduchu. Ze soustavy světlíků lze navrhnout i úplný vzduchotechnický rozvod včetně sběrných příčných vzduchovodů, případně vícevrstvých, se vzájemným křížením. Tím odpadá instalace náročných vzduchotechnických potrubí, jejich závěsné konstrukce a údržba. Poměrná drsnost povrchu běžných polyetylenových fólií je přitom podstatně nižší než plechových potrubí.Alternatively, two or more transparencies can be installed one above the other in the skylights to form separate air layers. This combined design can be used, in addition to increasing the thermal resistance, as a heat recuperator, or with perforation of the inner foil for multi-stage preheating of the supplied ventilation air. From the skylight system it is possible to design a complete air-conditioning distribution system including collecting transverse air ducts, possibly multilayered, with mutual crossing. This eliminates the installation of demanding ventilation ducts, their suspension structures and maintenance. The relative surface roughness of conventional polyethylene films is considerably lower than sheet metal pipes.

Pří použití fólií z modifikovaného polyetylénu, obsahujících v polymerníra řetězci fosfor, lze docílit redukce přítiého slunečního osálání unteríéru a zároveň sníženi oslnění při účinném rozptylu záření na difusní. Tím se snižuje i nerovnoměrnost hladiny denního osvětlení v prostoru hal. Světlík z organického skla a transparentní fólie má světelnou prostupnost až 88 % oproti zdvojenému zasklení drátěným sklem s propustností pouze 58 Z. Z toho vyplývá reálná>možnost zmenšení ploch zenitnich světlíků vůči dnešním normám. V topném období je teplota povrchu podhledové fólie velmi nízká a Aj.latňuje se její negativní tepelné sálání. Z hlediska hygienického však nedochází k podstatnějšímu snížení pohody mikroklimatu hal, nebot plocha fólie je v poměru k ostatním plochám relativně malá a navíc umístěná ve značné výšce, a tedy její sálavý účinek celkově neovlivní účinnou teplotu okolních ploch. V letním období je dokonalým větráním z perforovaných fólií, jako vzduchových clon, eliminována tepelná zátěž přímou transmisí sluneční radiace do prostoru hal.By using modified polyethylene films containing a phosphorous chain in the polymer, it is possible to reduce the sun radiation of the unterrier and at the same time reduce the glare while effectively scattering radiation to diffuse radiation. This also reduces the unevenness of daylight levels in the hall space. The porthole made of organic glass and transparent film has a light transmittance of up to 88% compared to double glazing with wire glass with a transmittance of only 58 Z. This implies a real possibility of reducing the areas of zenith skylights to today's standards. During the heating period, the surface temperature of the soffit foil is very low and its negative thermal radiation is true. From the hygienic point of view, however, the comfort of the microclimate of the halls is not substantially reduced, since the foil surface is relatively small in relation to the other surfaces and, moreover, located at a considerable height. In summer, perfect ventilation of perforated foils, such as air curtains, eliminates the thermal load by direct transmission of solar radiation to the hall space.

Výměna podhledových fólií při jejich znečištění vnitřním prostředím haly, např. aerosoly a prachem, je výhodně řešena podélným stažením ke konci pásového světlíku k montážní lávce nebo na střechu haly přes čelo světlíku. Natažení nové, nebo vyčištěné fólie, lze provést z druhé strany světlíku napojením na stahovanou folii, odvíjením z role. Náklady na výměnu jsou několikanásobně nižší oproti namáhavému ručnímu čištění světlíku, případně i pevných podhledů, z pojezdových lávek. Podhledová fólie není vystavena přímému agresivnímu působení venkovního ovzduší a ultrafialového záření, čímž se omezuje její atmosférická degradace. Pružně zavěšená fólie, případně s perforací, působí jako akustický absorbér pro střední hlukové frekvence v prostoru haly. Celkově vykazuje konstrukce světlíku zvýšený stupeň zvukové neprůzvučnosti s hlediska akustického útlumu.The replacement of the soffit foils when they are contaminated by the interior environment of the hall, eg with aerosols and dust, is preferably solved by longitudinal contraction towards the end of the strip skylight to the assembly gangway or onto the roof of the hall via the skylight front. The stretching of the new or cleaned foil can be done from the other side of the skylight by connecting to the withdrawn foil, unwinding from the roll. The replacement costs are several times lower than the laborious manual cleaning of the skylight, or even fixed ceilings, from the traversing platforms. The soffit film is not exposed to direct aggressive effects of outdoor air and ultraviolet radiation, thereby reducing its atmospheric degradation. The elastically suspended foil, possibly with perforation, acts as an acoustic absorber for medium noise frequencies in the hall space. Overall, the skylight construction exhibits an increased degree of sound insulation in terms of acoustic attenuation.

Integrovaný světlík lze optimálně využít i pro zemědělské objekty, vysoce náročné na dokonalé odvětrání a na recyklaci biologické produkce tepla a odvedení vodních par.The integrated skylight can also be used optimally for agricultural buildings that are highly demanding for perfect ventilation and for recycling of biological heat production and water vapor removal.

Z architektonického hlediska lze uplatnit podhledy světlíků i v exponované občanské výstavbě. Případné čištění vnitřního povrchu nadstřešní Č^sti, jehož znečištění bude minimální při řádném filtrování větracího vzduchu, lze řešit z lávek pojíždějících ve vodících lištách folií.From the architectural point of view, it is possible to apply the soffit ceilings also in exposed civil construction. Possible cleaning of the inner surface of the roof section, the pollution of which will be minimal with proper filtering of the ventilation air, can be solved from the trays traveling in the foil guides.

Na obr. 1 je v příčném profilu znázorněn příklad provedení pásového zenitního světlíku, jehož pevná nadstřešní Část je z obloukových segmentů organického skla, a podhledová část je z transparentní perforované poletylenové fólie. Na obr. 2 je uveden obdobný příklad provedení, ale s pevnou nadstřešní částí ve tvaru lomenice se zasklením drátěným sklem, v jednoduchém provedení. Na obr 3 je provedení světlíku o větším rozponu se zavěšeným mezilehlým nosníkem pojezdů podhledových fólií bez perf orace.FIG. 1 is a cross-sectional view of an exemplary striped zenith skylight, the fixed roof portion of which is made of arcuate segments of organic glass, and the soffit portion is of transparent perforated polyethylene film. Fig. 2 shows a similar exemplary embodiment but with a fixed, roof-like, frost-shaped part with a wire-glass glazing, in a simple embodiment. Fig. 3 shows an embodiment of a larger span skylight with a suspended intermediate beam of the soffit film travel without perfection.

Na obr. 4 je kombinovaný světlík s nadstřešní částí z obloukových segmentů a dvěma transparentními foliemi, nezávisle zavěšenými v samostanýeh vodicích lištách.Fig. 4 shows a combined skylight with a roof section made of arc segments and two transparent films, independently suspended in separate guide rails.

Pásový světlík sestává z pevné nadstřešní částí J_ z obloukových segmentů organického skla, nebo ve tvaru lomenice, a transparentních fólií 2_. Podhledové fólie 2 jsou kluzně zavěšeny příchytkami 2 nebo lemováním 6_ v podélných vodících lištách příčného průřezu ve tvaru písmene ”C, které jsou kotveny do okrajů světlíkového otvoru, nebo do podélné střední lišty 7. Příchytky jsou uvnitř lišt 4_, _7 propojeny tažným lankem 5, pro podélné stažení fólie 2_ po délce světlíku, případně jsou nahrazeny lemováním 6_.The strip skylight consists of a rigid roof part 11 made of arched segments of organic glass, or in the form of a lamina, and transparent films 2. The soffit foils 2 are slidably hinged by clips 2 or flanges 6 in longitudinal guides of the C-shaped cross-section, which are anchored to the edges of the skylight opening or the longitudinal center strip 7. The clips are interconnected inside the strips 4, 7 by a tension cable 5. for longitudinal contraction of the foil 2 along the length of the skylight, or alternatively they are replaced by a flashing 6.

Princip zenitního světlíku je určen pro pásové světlíky ze segmentů umělých hmot, dále pro všechny typy zenitních a lucernových ' světlíků s ocelovou konstrukcí.The principle of zenith skylight is designed for belt skylights from plastic segments, as well as for all types of zenith and lantern skylights with steel construction.

Zásadně lze princip použít i pro všechny stávající světlíky, kdy se požaduje snížení jejich tepelných ztrát, integrovaná funkce světlíku jako vzduchotechnického rozvodu, případně vícevrstvého, přičemž zcela odpadá instalace ventilačních křídel, otevíracích mechanismů i čistících lávek.In principle, the principle can also be applied to all existing skylights, where it is required to reduce their heat loss, integrated skylight function as an air distribution system, or multilayer, while completely eliminating the installation of ventilation wings, opening mechanisms and cleaning trays.

V odůvodněných případech lze zajistit úplnou hermetizaci světlíku vůči prostoru haly návrhem vodicích lišt z bezstykových trub z umělé hmoty s podélnou drážkou, v kterých je folie kluzně zavěšena na průběžném lemování tažného prvku, pevně dosedajícího při napnutí fólie přetlakem vzduchu ve svět 1íku.In justified cases, it is possible to ensure complete hermetization of the skylight with respect to the hall by designing guide rails made of non-contact plastic tubes with longitudinal groove, in which the film is slidably suspended on the continuous lining of the pulling element.

Claims

1. Zenit skylight for hall buildings consisting of a fixed strip roof section of a cross-section in the form of segmental arches or slats and an inner ceiling section, characterized in that the skylight ceiling is formed by a conventional transparent foil (2) suspended slidingly into the longitudinal guides anchored to both sides of the skylight opening.

Zenit skylight according to claim 1, characterized in that the soffit foil (2) is perforated.

3. Zenit skylight according to points 1 and 2,

Y A N L A C A characterized in that the foil (2) is slidably suspended in strips (4) by clips (3) interconnected by a pulling cable (5).

Zenit skylight according to Claims 1 and 2, characterized in that the foil (2) is slidably suspended in the strips (4) by a continuous reinforced flashing (6).

Zenit skylight according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the ceiling of the skylight consists of at least two transparent films (2) placed one above the other and separated from each other by an air layer.