CZ118199A3

CZ118199A3 - Topná a chladící soustava budovy

Info

Publication number: CZ118199A3
Application number: CZ991181A
Authority: CZ
Inventors: Dieter Bickel
Original assignee: Dieter Bickel
Priority date: 1996-10-02
Filing date: 1997-09-13
Publication date: 1999-08-11
Also published as: EP0932799A1; DE29617136U1; HUP9904546A2; EP0932799B1; DK0932799T3; WO1998014735A1; PL332567A1; IL129125A0; IL129125A; SK42799A3; HUP9904546A3; TR199900665T2; AU4703897A; ATE195800T1

Description

Topná a chladící soustava budovy

Oblast techniky

Vynález se týká topné a chladicí soustavy budovy s podlahovým topením na sluneční teplo a s topením čerstvým vzduchem.

Dosavadní stav techniky

Energeticky úsporné domy jsou známy v nej rozmanitějšich provedeních. Např. ve spiáe DE 2944360 Al je uveden energetický úsporný dům pro chladné kraje, který obsahuje v suterénu topný agregát pro prostory, ve vnějších stěnách a ve střešním plášti tepelně izolační materiál a systém potrubí, které_ťvede teplo od prostorového topného agregátu přes podlahu každého prostoru pro vytápění tohoto prostoru. Vedle toho je na sluneční straně budovy uspořádáno absorbční zařízení pro solární energii, jehož se rovněž používá na přípravu teplého vzduchu. Je tedy zapotřebí dvou kompletních zařízení pro vytápění prostor, které se pro vytápění každého prostoru používají alternativně nebo současně. Ze spisu DE 3112394 Al je známo používání jednoho hlavního a jednoho přídavného vytápění. Hlavní vytápění je v provozu s prostředky blíže nedefinovanými, pravděpodobně s elektrickou energií, a slouží k úpravě základní teploty. Přídavné vytápění slouží k individuálnímu ohřevu a větrání budovy a dá se ohřívat alespoň částečně odpadním vzduchem z budovy. Ze spisu US 4069973 je znám systém rozvodu a akumulace tepla, který mezi jiným používá sluneční energie pro vytápění místností. Dokonalé využívání a zpřístupnění

-2··** ·· * vyskytujících se nebo přírodních energetických zdrojů pro rozhodující zamezení zátěže životního prostředí tím není ovšem ještě zajištěno. Konečně je z předzveřejnění 5000 solárních budov od Jean-Pierra Franca a Jean-Pierra Baillona, Paříž 1983, Edice Monitor, strana 247, znám dům vytápěný za použití sluneční energie, jehož topný systém je v létě doplněn ještě topením čerstvým vzduchem. Slunečnímu topení a topení čerstvým vzduchem jsou přiřazena doplňková topení na elektřinu nebo na plyn, která ve středoevropských podmínkách činí v zimě největší podíl na topném výkonu. Sluneční topení je vytvořeno jako teplovodní topení a je náchylné k unikání vody. Cílem vynálezu je odstranit nevýhody dosavadního stavu techniky a zajistit topnou a chladicí soustavu budovy s podlahovým topením na sluneční teplo a s topením čerstvým vzduchem, která lépe využitkuje existující druhy energie a umožní snížení technických nároků kladených na použité topné agregáty, zejména specifickým využitkováním a přívodem teplonosných medií v závislosti na uspořádání budovy. Zároveň je cílem výrazně snížit zatěžování přírody účinkem CO_X_ a NO_X. a rizika s tím spojená, která nutně souvisí s používáním fosilních paliv nebo s využitkováním jaderné energie pro výrobu tepla.

Podstata vynálezu

Nevýhody dosvadního stavu techniky podstatnou měrou odstraňuje a cíl vynálezu splňuje topná a chladicí soustava budovy s podlahovým topením na sluneční teplo a s topením čerstvým vzduchem, která podle vynálezu zahrnuje podlahové topení v alespoň dvouvrstvé hrázděné budově s uzavřeným oběhem vzduchu a s tepelným výměníkem pro ohřívání vzduchu vodou z ··

-3uzavřeného vodního okruhu, ohřátou solárním zařízením a topení čerstvým vzduchem je spojeno přes výměník se zemním vedením položeným pro výměnu tepla v zemi v oblastí mimo budovu s teplotou vyšší než bod mrazu. S výhodou mohou mít vnější stěny budovy součinitel tepelného prostupu !(„= 0,15 až 0,23 W/m2, hrázděnou budovou muže být hrázděný dum, za zemní vedení topení čerstvým vzduchem může být zařazen tepelný výměník pro předávání tepla čerstvému vzduchu od výstupního vzduchu, podlahové topení může být uspořádáno v podlahové desce budovy nebo sklepním stropu, tepelný výměník podlahového topení může být uspořádán v podlahové desce nebo sklepním stropu budovy, velkoprostorový vodní zásobník může být se solárním zařízením spojen isolovaným vedením a přes topný had tepelného výměníku isolovaným vedením, topení čerstvým vzduchem může být opatřeno tepelným Čerpadlem, v topení čerstvým vzduchem může být uspořádán filtr pro čistění nasátého Čerstvého vzduchu před jeho ohřevem, přívodní otvory topení Čerstvým vzduchem mohou být uspořádány ve stropu příslušného patra budovy, výstupní otvory pro odpadní vzduch mohou být uspořádány ve stropu příslušného patra budovy, čerstvý vzduch může být využíván pro chlazení, obvodům pro odevzdávání tepla z podlahového topení a/nebo z topení čerstvým vzduchem a/nebo zásobníku teplé vody mohou být přiřazena přídavná topení, v obvodu oběhu vody podlahového topení může být uspořádáno čerpadlo a v obvodu oběhu vzduchu podlahového topení a/nebo v potrubích pro čerstvý vzduch a/nebo v potrubích pro odpadní vzduch mohou být zařazeny ventilátory. Řešením podle vynálezu se optimálně využitkuje nejen existující sluneční energie, nýbrž též v domě samotném vznikající teplý odpadní vzduch, případně nutný příhřev, nejlépe elektrickou energií, při podlahovém topení a/nebo topení čerstvým vzduchem může odpadnout nebo se omezit na • ·

··♦ minimum. Za tímto účelem musí být budovou alespoň dvou, lépe tří- nebo vícevrstvá hrázděná stavba, nejlépe hrázděný dům, jehož součinitel tepelného prostupu pro venkovní stěny není nižší než 0,15 W/m2 a nepřekračuje 0,23 W/m2. V podstatě je pro suterén určeno podlahové vytápění teplým vzduchem a pro horní patra stropní topení čerstvým vzduchem. Oba druhy topení mohou být opatřeny tepelnými výměníky. Namísto výměníku tepla se může do topení čerstvým vzduchem zařadit též tepelné čerpadlo, jak je to popsáno například v „Brockhaus Naturwissenschaft und Technik, sv.5, strana 233, 234, nakladatelství F. A. Brockhaus v Mannheimu 1989. S tímto čerpadlem se dá zvýšit účinnost oproti tepelnému výměníku ze 75% na 90%. S výhodou jsou podlahová deska prvního podlaží a stropy druhého podlaží resp. horních podlaží opatřeny topnými články a též stropy všech podlaží opatřeny prvky pro odpadní vzduch. Při vytápění podlahové desky s teplovzdušným topením se nevyskytují problémy s těsností jako při topení teplou vodou. Na nepřímou přípravu teplého vzduchu zde může být mezi solárním zařízením a tepelnými výměníky obvod vodního oběhu, takže se vzduch ohřívá oběhem vody ve výměníku tepla. Ohřevem pro patra jsou též zařízení teplovzdušného vytápění, přičemž se teplý vzduch podlahového vytápění nachází v uzavřeném koloběhu a teplý vzduch stropního vytápění se pohybuje volně skrze patra. Pro vytápění teplým vzduchem se potřebný čerstvý vzduch nasává účelně zemní trubkou položenou v nezámrzné hloubce, jejíž délka se rovná například obvodové délce domu. Před ohřevem se nasávaný vzduch vystaví účinku filtrace pro odstranění jeho škodlivých nebo obtěžujících složek. Takto nasávaný čerstvý vzduch lze používat zvláště v teplé letní době též na chlazení místností v budově. Odlišně od základního uspořádání je možno v případě potřeby zařídit prvky na odpadní vzduch též ve

-5• · α * « *♦* venkovních stěnách a nebo v blízkosti podlahové desky a nebo ve stropech. Pro odpadní vzduch, nejraději ze suterénu je zařízen alespoň jeden výměník tepla nebo jedno tepelné čerpadlo, jímž se přiváděný studený čerstvý vzduch ohřívá. Pro postačující cirkulaci teplého vzduchu v uzavřeném systému podlahového vytápění a otevřeném systému vytápění pater je u vytápění čerstvým vzduchem vždy zařazen alespoň jeden ventilátor. Rovněž tak je možno na cirkulaci vody v koloběhu mezi solárně technickým zařízením a příslušným tepelným výměníkem zařídit čerpadlo. Na akumulaci tepla a zásobování vodou se vede vodní koloběh skrze velkoobjemový vyrovnávací zásobník, jehož objem má být alespoň 350 litrů a který může být opatřen tepelnou izolací a přídavným ohřevem; pro rodinný dům se pokládá za postačující zásobní nádrž na obsah 350 až 500 litrů.

V zeměpisné šířce střední Evropy k vytápění budovy všeobecně postačuje energie indukovaná slunečním nebo denním světlem v solárním zařízení. V případě zásobování budovy teplou vodou ze zásobní nádrže a/nebo v zeměpisné šířce v severní Evropě je výhodné použití přídavného ohřevu.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je v dalším blíže osvětlen pomocí schematického výkresu příkladu provedení, na kterém značí obr.1 svislý řez budovou, obr.2 zvětšený řez venkovní stěnou budovy podle obr.l, obr.3 zvětšený řez střechou budovy podle obr.l, obr.4 zvětšený řez podlahovou deskou budovy podle obr.l, obr.5 schéma zapojeno podlahového topení pro podlahovou desku a obr.6 schéma zapojení topení čerstvým vzduchem pro stropní desku.

4 44 ««4 44 44

Příklad provedení

Na obr. 1 je zobrazen brázděný dům 1, jehož troj vrstvě venkovní stěny 2 jsou opatřeny otvory 2, 4 uzavřenými okny nebo dveřmi a jsou usazeny na podlahové desce 2- Dům 1 má pod sedlovou střechou 2 dva stropy 7 a 2, které spolu s příčkou 2 vytvářejí patro 10. V podkroví 11 nad patrem 10 je umístěn vodní zásobník 12. Na jižní straně střechy £ se nachází solární zařízení 12. Podlahová deska 2 obsahuje tepelný výměník 14 s vzduchovody 12, jimiž prohánějí ventilátory 16 (obr.5) topný vzduch 17 ohřátý v tepelném výměníku 14. Ochlazený topný vzduch 12 se vrací vzduchovody 19 do tepelného výměníku 14. K ohřevu topného vzduchu 17 na cca 40°C slouží solární zařízení 12, od něhož je ohřátá voda vedena tepelně izolovaným vedením 20. tepelně izolovaným vodním zásobníkem 12 do topného hadu 22 nebo pod. v tepelném výměníku 14 a jako ochlazená voda se vrací vedeními 21 do solárního zařízení 12. Pomocí vzduchovodu 15 se podlahová deska 2 ohřívá téměř stejnoměrně například na 24°C. Namísto místně oddělených vzduchovodů 15 a 19 pro ohřátý topný vzduch 12 a ochlazený topný vzduch 18 se dají umístit tyto vzduchovody též koaxiálně k sobě. Stropy 7, 2 mají výstupní otvory 22 pro teplý odpadní vzduch, které jsou připojeny na potrubní systém 24. (obr. 6) . Rovněž tak jsou ve stropě 2 zařízeny přívodní otvory 25 pro teplý čerstvý vzduch, které jsou připojeny na potrubní systém 22- Příslušný tepelný výměník 22, jehož funkce je popsána k obr. 6 a k němuž mezi jiným vede zemní vedení 24.· Samozřejmě se mohou výstupní a vstupní otvory 22 a 22 nacházet též na jiných místech patra 10 nebo v suterénu 22 vymezeném podlahovou deskou 2, stropem 7 a stěnami 2- Při obestavěném prostoru 250 m3, součiniteli tepelného prostupu KW

-70,2 W/m2 pro vnější povrch budovy χ a venkovní teplotě -15°C lze dosahovat ohřevu topného vzduchu ve vzduchovodu 15 na 45 °C a v potrubním systému 24 na 28°C, takže se v suterénu 27 dosahuje pokojové teploty 24°C a v patře pokojové teploty 18°C. Při průřezu 100 mm pro vzduchovody nebo potrubní systém topení horkým vzduchem, tvořené například z vinutých plástových trubek, se bez otevření dveří a oken daným uspořádáním topení vyměňí vzduch v celém domě 1 během 2 až 4 hodin. Na obr.2 pozůstává venkovní stěna 2 silná např. 34 cm ze tří vrstev 36. 37. 38. Vrstva 37 je vlastně nosnou vrstvou (hrázděnou konstrukcí) s výztuhami 39. příčníky 40 a vrstvou 41 minerální vlny vyplňující meziprostory, přičemž výztuhy mají směr kolmo na příčníky 40. svisle a rovnoběžně k nákresně dle obr.2. Na obr.2 je zakreslena pouze jedna výztuha 39 jen částečně a to kvůli znázornění. Pro upevnění minerální vlny 41 mezi výztuhami a příčníky 40 je vrstva 37 na jedné straně (zevně) opatřena třískovou deskou £2, na druhé straně fólií 43 vytvářející parotěsnou zábranu, která je sice propustná pro vzduch, avšak nikoli pro páru. Vrstva 36 navazující zevně na vrstvu 37 pozůstává z vnější omítky 45 nanesené na heraklitové desky 44. Heraklitové desky 44 jsou přibity hřebíky na příčné latě 46. které zase jsou přibity hřebíky na příčníky 40 . přičemž mezi příčníky 40 a příčnými latěmi 46 je mimo třískovou desku 42 umístěno vodní laťování 68 pro zajištění postačující cirkulace vzduchu ve vnější vrstvě 36. Uvnitř se nacházející vrstva 38 má příčníkové zařízení 47. jehož příčník v podstatě směřuje rovnoběžně s latěmi 46 laťového zařízení 46 a příčníky vrstev 3f>, 22 jsou spojeny s příčníky £2. Meziprostory příčníkového zařízení 47 jsou rovněž vyplněny minerální vlnou 48. Příčníkové zařízení 47 je nositelem vrstvy hrubých pero-drážkových desek 42, na něž jsou hřebíky přibité nebo přišroubované

4* 4 4 «

4

4· • 4 • 44 44

4«

444 4 • 4 ♦♦

4 4

4 4 4

444 444

4 4

44 ·« sádrokartonové desky 50. Vrstva 38 slouží na upevňování nábytku, obrazů a jiných předmětů. Výřez střechy dle obr.3 má zevně střešní plášť, tvořený z tašek 51. které jsou zavěšeny na střešních latích 52. Střešní latě 52 dosedají na vrstvě střešních spádových latí 53 a tyto přes vrstvu živičné lepenky 54 jsou usazeny na hrubém drážkovém bednění 55 se živičnou lepenkou 54 a spojeny s krokvemi 56 (z nichž je kvůli znázornění s přerušením znázorněna pouze jedna). Meziprostory mezi krokvemi 56 ležícími za sebou, směřující na obr.3 rovnoběžně s nákresnou jsou vyplněny vrstvou minerální vlny 57 tak, že mezi střešními spádovými latěmi 53 a vrstvou minerální vlny je vzduchový prostor resp. vzduchová vrstva 58 pro lepší cirkulaci vzduchu. Též v tomto případě je zařízena parotěsná zábrana která odděluje silnější vrstvu minerální vlny 57 od tenčí vrstvy minerální vlny 60 . která se nachází v rovině krokevního těsnění 61 a jako dolní ukončení je možno seznat trojvrstvé uspořádání střechy £, jejíž stěna je cca 33,5 cm tlustá. Podlahová deska £ zahrnuje podle obr.4 na rostlé půdě £2 například štěrkovou vrstvu 64 s tloušťkou 10 cm, vrstvu tvrdé pěny 65 s tloušťkou 20 cm, vrstvu železobetonu 66 s tloušťkou 22 cm a vrstvu potěru 67 obvykle s tloušťkou 4 cm.

V železobetonové vrstvě 66 jsou položeny vinuté plášťové trubky 1£ na vedení vzduchu pro podlahové vytápění. Díky trojvrstvému uspořádání domu 1 činí spotřeba tepla pouze 46 kW/m2 ročně. Obr.5 slouží k vysvětlení principu funkce vytápění podlahovou deskou, pro níž jsou podstatnými prvky solární zařízení 13. vodní zásobník 12, tepelný výměník 14 a vzduchovody 15 . 19.

Malý příhřev topného vzduchu ve vzduchovodech 15 a tím odpadního vzduchu suterénu 27 a topného vzduchu patra 10 například o chladných dnech je možný pomocí elektrické topné vložky 2& ve vodním zásobníku 12 . To se dá zařídit automaticky

pomocí neznázorněných teplotních měřicích čidel a termostatů v suterénu. 27 nebo v patře 10. Kromě toho je možno ve vedeních 20. 21 zařídit čerpadlo na zařízení cirkulace vody. Na obr.6 lze seznat tepelný výměník 29 (na odpadní teplo), pracující protiproudově, do něhož proudí teplý odpadní vzduch 20 z výstupních otvorů 23 přes potrubní systém 24 a vystupuje jako chladný odpadní vzduch 21 potrubím 32. Teplý odpadní vzduch 30 odevzdává své teplo chladnému vzduchu 33 , který vedením 34 a filtrem 35 se dostává do tepelného výměníku 22, který je oplachován separátně vedeným teplým odpadním vzduchem, jehož teplo přijímá a přes potrubní systém 26 se dostává do vstupních otvorů 22 na vytápění patra 12- Výměník odpadního vzduchu 22 může být rovněž jako vodní zásobník 12 opatřen přídavným ohřevem. Vynález není vázán na budovu 1 s určitým počtem pater IQ., 22 ani na počet místností. Namísto tepelného výměníku na odpadní vzduch 29 je možno použít též tepelného čerpadla. Teplý čerstvý vzduch 22 lze dopravovat vedením položeným v zemi vedle domu (budovy) 1 přes dostatečně dlouhý úsek, například obvod domu, do tepelného výměníku 29 nebo do tepelného čerpadla. Je vhodné nepokládat vedení do možné hloubky promrznutí. Tím se čerstvý vzduch ochlazuje a dá se ho v létě používat na ochlazování; k výměně tepla pak nedochází ani při topení čerstvým vzduchem ani při podlahovém vytápění. Veškeré v popisu, v patentových nárocích a ve výkresech znázorněné charakteristiky mohou být podstatnými pro vynález jak jednotlivě, tak i v libovolné kombinaci spolu. Provedení vynálezu není omezeno znázorněným provedením, které je pouze příkladné.

Claims

Patentové nároky

1. Topná a chladicí soustava budovy s podlahovým topením na sluneční teplo a s topením čerstvým vzduchem, vyznačující se tím, že podlahové topení alespoň dvouvrstvé hrázděné budovy (1) zahrnuje uzavřený oběh vzduchu s tepelným výměníkem (14) pro ohřívání vzduchu vodou z uzavřeného vodního okruhu, ohřátou solárním zařízením (13) a topení čerstvým vzduchem je spojeno přes výměník (29) se zemním vedením (34), položeným pro výměnu tepla v zemi v oblasti mimo budovu (1) s teplotou vyšší než bod mrazu.

2. Budova podle nároku 1, vyznačující. se tím, že vnější stěny (2) budovy (1) mají součinitel tepelného prostupu í^= 0,15 až 0,23 W/m2 .

3. Budova podle nároku 2, vyznačující se tím, že hrazděnou budovou (1) je hrázděný dům.

4. Budova podle jednoho z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že za zemní vedení (34) topení čerstvým vzduchem je zařazen tepelný výměník (29) pro předávání tepla čerstvému vzduchu od výstupního vzduchu.

5. Budova podle nároku 1, vyznačující se tím, že podlahové topení je uspořádáno v podlahové desce (5) budovy (1) nebo sklepním stropu.

6. Budova podle nároku 1 nebo 5, vyznačující se tím, že tepelný výměník (14} podlahového topení je uspořádán v podlahové desce (5) nebo sklepním stropu budovy (1}.

7. Budova podle nároku 1, vyznačující se tím, že velkoprostorový vodní zásobník (12) je se solárním zařízením (13) spojen isolovaným vedením (20) a přes topný had (22) tepelného výměníku (14) isolovaným vedením (21),

8. Budova podle nároku 1, vyznačující se tím, že topení čerstvým vzduchem je opatřeno tepelným Čerpadlem.

9. Budova podle nároku 4, vyznačující se tím, že že v topení čerstvým vzduchem je uspořádán filtr (35) pro čistění nasátého čerstvého vzduchu před jeho ohřevem.

10. Budova podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že přívodní otvory (25) topení čerstvým vzduchem jsou uspořádány ve stropu (8) příslušného patra budovy (1).

- 12toto · ·· ·· to to to to to • to to to * · • tototo a toto* to··

11. Budova podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že výstupní otvory (23) odpadního vzduchu jsou uspořádány ve stropu (7, 8) příslušného patra budovy (1) .

-11 • · · · · ·

12. Budova podle nároku 1, vyznačující se tím, že čerstvý vzduch je využíván pro chlazení.

13. Budova podle nároku 1 nebo 7, vyznačující se tím, že obvodům pro odevzdávání tepla z podlahového topení a/nebo z topení čerstvým vzduchem a/nebo zásobníku (12) teplé vody jsou přiřazena přídavná topení.

14. Budova podle nároku 5, vyznačující se tím, že v obvodu oběhu vody podlahového topení je uspořádáno čerpadlo.

15. Budova podle nároku 1 nebo 4, vyznačující se tím, že v obvodu oběhu vzduchu podlahového topení a/nebo v potrubích pro čerstvý vzduch a/nebo v potrubích pro odpadní vzduch jsou zařazeny ventilátory (16).