CZ2009834A3

CZ2009834A3 - Tepelne akumulacní modul na bázi materiálu s fázovou zmenou a sestava z techto modulu

Info

Publication number: CZ2009834A3
Application number: CZ20090834A
Authority: CZ
Inventors: Ostrý@Milan
Original assignee: Vysoké ucení technické v Brne
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2011-06-08
Also published as: EP2333474A3; CZ302477B6; EP2333474A2

Abstract

Tepelne akumulacní modul na bázi materiálu s fázovou zmenou sestává z plášte (2) a tento plášt (2) sestává ze zadní steny (3), bocní steny (4) a príruby (5) a na této prírube (5) je pevne usporádána dutinková deska (6), címž je vytvoren vzduchový kanál (10) mezi spodní stenou (3) krytu (2) a vnitrní stenou (9) dutinkové desky (6). Po otevrené strane dutinek (6a) v dutinkové desce (6) je usporádáno silikonové tesnení (13) a to na prírube (5), pricemž dutinky (6a) v dutinkové desce (6) jsou naplneny materiálem s fázovou zmenou. Sestava tepelne akumulacních modulu sestává ze spodního modulu (1), jednoho ci více stredních modulu (1a) a horního modulu (1b). Spodní modul (1) je opatren spodním výústkem (11) a horní modul (1b), je opatren horním výústkem (12), pricemž vedení od techto výústku (11, 12) ústí ven z místnosti. Strední modul (1a) má horní i spodní strany plášte (2) otevrené, spodní modul (1) má otevrenou pouze horní cást plášte (2), horní modul (1b) má otevrenou pouze spodní stranu plášte (2). V míste spojení je na jednom z modulu (1, 1a, 1b) okrajová zóna provedena jako spojovací prvek pro usazení na další modul, pricemž vzduchové kanály (10) modulu (1, 1a, 1b) jsou propojeny.

Description

Tepelně akumulační modul na bázi materiálů s fázovou změnou a sestava z těchto modulů

Oblast techniky

Vynález se týká tepelně akumulačních modulů na bázi materiálů s fázovou změnou, zvláště pro teplotní stabilizaci místnosti a zabráněni přehříváni pobytových a pracovních prostor během letního období.

Dosavadní stav techniky

Zvyšující se podíl výstavby objektů z lehkých stavebních hmot je v současné době jedním z hlavních trendů domácího stavebního průmyslu. Nejedná se přitom jen o výstavbu nových občanských a bytových staveb, ale veíkou část realizovaných zakázek tvor, nástavby a půdní vestavby. Obalové konstrukce prováděné z lehkých s avebnich hmot se uplatňují zejména tam, kde je patrná snaha o oblehčování stavebný konstrukcí a zajištění jejich tepelně izolačních schopností pří malých tloušťkách. Je samozřejmé, že v průběhu užívání staveb, jejíchž obalové konstrukce JSOU provedeny z iehkých stavebních hmot, nesmí docházet k jejich negativnímu víívu na vmtrn, mikroklima. Snížená tepelně akumulační schopnost íehkých konstrukcí má totiž za následek přehřívání pobytových a pracovních prostor během letního období

Akumulace tepelné energie s využitím skupenského tepla je možná u těch mater,alu, Mere pň vhodné teplotě či teplotním rozsahu přechází z jednoho s upenstv, do druhého. Pro stavební aplikace přichází do úvahy využití fázové přeměny pevná látka - kapalina a zpět. Akumuíace latentniho tepia je typická pro tzv matenaly s fázovou změnou (Phase Change Materials) dáte jen PCMs, které mohou nalézt s,roké uplatnění ve stavebních konstrukcích a zvýšit tak tepelně akumulační schopnosti těchto konstrukcí s minimálním navýšením jejich hmotnosti _ U materiálů s fázovou změnou uložených zpravidla v plechové obálce a tvořících panely dochází nejprve k ohřevu na teplotu tání a po té dochází ke s upenske změně. Ta je doprovázena velkou spotřebou energie, kterou tyto matenaly odebírají z okolního prostředí. Po změně pevného skupenství v kapalné jsou tyto látky schopny přijímat tepelnou energií tím, že dochází k ohřevu látky

Vzhledem k tomu, že pro akumulaci tepelné energie je využíváno přeměny skupenství, je nezbytné zajistit stabilitu PCMs ve všech skupenstvích. Z tohoto • 2 důvodů vyvstává požadavek na zapouzdření materiáíů s fázovou změnou pro ap ikace ve stavebn.ch konstrukcích. Podmínkou je, aby aplikované materiály s fázovou změnou byly hermeticky uzavřené v kovovém nebo polymerním obalu a aby nedocházelo k jejich uvolňování do konstrukce.

Nejčastěji se můžeme setkat s aplikacemi v následujících formách·

PCMS plněné ve vacích či polštářcích z polymerní či kovové fólie; Takové panely jsou známy např. ze spisu EP 1 703 033 A1

WO 03/oXZ Ar ^{V neb}° ^{Panelech z plast}* ^Ze

WO 03/064931 A1 je znám podobný panel, kde je pod obálkou naplněnou matenálem s fázovou změnou umístěna protihluková izolace, kterou prochází trubky pro případné topení. Spis US 2009/0223160A1 obálka naplněna aglomerovanými vrstvách.

PCMs uzavřené v koulích s známy takové koule.

PCMs plněné do trubic či 0034710 či EP 0011411.

zase materiály s fázovou polymerním obalem;

soustavy trubic, lze představuje panel , kde je změnou ve vícero různých

Ze spisu EP 0122198 jsou zase najit ve spisech EP

PCMs ve formě mikrokapsií z polymeru _{pr0 aplikace} „ _{om(tkáoh a}

Tato použiti jsou předmětem výše zmíněných spisů ze stavu techniky Spis US 20059/0055982 A1 představuje panel, kde je obálka naplněna materiály s fázovou změnou uzavřených v makrokapslích.

Spis EP 0981 675 B1 zase představuje panel, kde je obátka naptněna jednou rslvou matenalu s fázovou změnou, která přiléhá ke stropu a pod ni je další vrstva Jiného matenalu s tím, že horní materiál má teplotu tavení vyšší než je teplota krystataace spodního materiálu. Ani jedno z řešení však neřeší problém deformace panelů v důsledku roztavení vnitřního materiálu. m deformace

Vaky 61 polštářky s PCMs máji být zpravidia umístěny v horizontální poioze e se nabízí uplatněn, těchto prvků ve skladbách zavěšených podhledů nebo mezi ropnimi tramy u lehkých dřevěných montovaných konstrukci. Tyto vaky mohou být rovněž instalovaný ve speciáWch betonových deskách vyztužených skelnými vlákny, ý .. ^d ^{CU 18 PfedevŠlm ve} Konstrukcích. Typickým stavebním materiálem s integrovanými mikrokapsiemi jsou sádrokartonové nebo sádroviákníté aesKy.

• 3

Jinou možnost aplikace _{představuji pod|ahové} příměsi zapouzdřených PCMs. Byly _také odzkoušeny mikrokapsle rozL sádrové omítce, která byla provedena na vnitřním líci sádrokartonových desek pro zvýšeni tepelně akumulační kapacity. ^{? k P}

Akumulované latentní teplo obvykle ořevláriá _ab λ·ι i , x*“ - “ - ·« ~

Stavební prvky nebo dílce obsahujíc! PCMs mohou hot - u “—· ““*· «/zx zabudované v obalových konstrukcích zvyšuje výrazné ieiich hj λ v japa^ _0bal0vé konstrukce mohou ζν^ρΖΧ ““ nároku na složité vzduchotechnické či chladicí zařízeni V nřechnH κ pak přes den naakumulovaná tepelná energie, která se při vybíjeni PCmZc do interiéru, může v nočních hodinách ušetřit náklady na vytápání

PCMs mohou být obecné zabudovány přímo ve stavebních konstrukcích lato ísou _{svis(é nosné} ,· _{nenosné konstrukce} koňští podhledy nebo podlahové konstrukce. Konstrukce, zavesene tepla ““ ^tePelné * — Renského ^u“ ^vp“^{ch w}

-la. Používané ‘° kovovém obalu, nicméně z architektonického hlediskJ í^nen”

Přímé aplikace bez zakrytí nějakou pohledovou konstrukcí,

Sádrokartonové desky či sádrové omítky s rozptýleným PCMs zase ohsah značné množství málo tepelné vodivé matrice - sádrv m. _h · akumulačního média. ^{pfenosu te}P^{|a do} . 4 ·

Akumulační schopnosti obalových konstrukci lze využit za předpokladu že zaj.st.me vhodným způsobem pohlceni tepla obalovými konstrukcemi v denních hodinách a odvod tepla z těchto konstrukci v noci. To však není možné garantovat u většiny apl.kac., u kterých je vybíjeni naakumulované energie zajištěno pouze ve ran,m vnitřním prostor. V této situací pak rapidně kíesá tepelně akumulační schopnost materiálu s fázovou změnou, neboť naakumulovanou energií není možné odvést a teplota interiéru neklesá v nočních hodinách pod teplotu potřebnou k tuhnuti akumulačního média.

Cílem vynálezu je představit tepelně akumulační modul na bázi materiálů s fázovou změnou a vytvořit obalovou konstrukci umožňujících vhodný způsob pohlceni tepla v denních hodinách a odvod tepla z těchto konstrukcí v noci

Přehled obrázku na výkresech

Vynález bude dále osvětlen pomoci výkresů na kterých obr.1 představuje pohled na sestavu z vícero modulů podle vynálezu, obr.2 představuje schematický pohled z boku na sestavu modulů z obr.1, obr.3 znázorňuje četnim pohled na střední modul ze sestavy na obr.1 a 2, obr.4 je schematický řez modulem podle vynálezu obr.5 představuje schematický řez v oblasti spoje modulů, obr.6 představuje schematicky v detailu výustek u horního modulu, obr.7 představuje řez spodním modulem, obr.8 představuje řez středním modulem z obr. 3 a obr. 9 představuje řez horním modulem ze sestavy.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry tepelně akumulační modul na báz, matenalu s fázovou změnou podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom ze plášť sestává ze zadní stěny, boční stěny a příruby a na této přírubě je pevně uspořádána dutinková deska, čímž je vytvořen vzduchový kanál mezi spodni stěnou krytu a vnitřní stěnou dutinkové desky a po otevřené straně dutinek v dutinkove desce je uspořádáno silikonové těsněni a tc na přírubě, přičemž dutinky v dutinkové desce jsou naplněny materiálem s fázovou změnou.

Sestava tepelně akumulačních modulů podle vynálezu spočívá v tom že sestava ze spodního modulu, jednoho ČI více středních modulů a horního modulu pncemz spodn, modul je opatřen spodním výůstkem a horní modul, je opatřen horním vyustkem, phčemž vedení od těchto výůstků ústí ven z místnosti střední modul ma orní I spodní strany pláště otevřené, spodní modul má otevřenou pouze ho™ cast plašte, horní modul má otevřenou pouze spodní stranu pláště, přičemž v místě spojem je na jednom z modu^ okrajová zóna provedena jako spojovací p„ek pro usazen, na dals. modul, přičemž vzduchové kanály modulů jsou propojeny

Ve výhodném provedení je spojovací prvek vytvořen jako nátrubek.

Příklad provedení vynálezu

Na obr.1 a 2 je sestava ve formě pásu sestavená z modulů 1, 1a, 1b podle vynalezu. Nez se k nl vrátíme, je dobré popsat modul 1a jak je vidět na obr 3 jakožto reprezentanta modulu podle vynlezu.

Je vidět, že modul 1a má čtvercový rozměr, např. 1000 x 1000 mm sestává z krabicového pláště 2. Ten je nejlépe vidět na obr.4.

Na tomto obr.4 je zřejmé, že plášť 2 sestává ze zadní stěny 3, boční stěny 4 a porubyJ. Na tuto přírubu 5. která je po celém horním obvodu pláště 2 je pak uspořádána dutmková deska 6. Plášť 2 je z polypropylenu, který lze snadnospojovat ΖΖΓζΖ T ^dle -díviduálního zadán!. Dutinková

Pás z obr.1 a 2 sestává ze spodního modulu 1, středního modulu 1a a . . modulu 1b. Z modulů lze tedy vytvářet pásy či celé stěně, a to tak, že plášť 2 spodního modulu 1 z obr,1 se ponechá v horní části otevřen'a na něj se hora nasadí další modul 1* kte* má zase otevřený ptášť 2 na spodní části a tyto tevřené cast, jsou pak upraveny tak, že je lze do sebe usadit. To je schematicky znázorněno na obr.3. Je zřejmé, že středních modulů 1a je možno použít podle potřeby vícero. ^{μ e}

Aby šlo moduly 1,1a,lb do sebe usazovat je ve spodní části rám 2 opatřen oknovou zónou 7 a v horní části je okrajová zóna provedena zúženě jako^trubek a ktay se nasad. otevřená spodní zóna 7 dalšího středního dílu 1a. Takových středních panelu 1a může být vícero a jsou zakončeny horním panelem 1b, který je koncipován podobně jako střední panel 1b, jen horní okrajová zóna 8a je nahoře uzavřena a není provedena jako nátrubek. Stejně u spodního modulu 1 je zase zřejmé žeke Γ ~ ““ ^{3 íak}° ^á,rUbek útkoví je zrejme, ze ke spojován, modulů může být použito i jiného prvku než je nátrubek 8 . ZT ³' ^b°^{čni S}*^{ěna 4 a} ™^tfni § dutinkové desky 6 tvoří duchovy kanal 10 pro prouděni chladícího vzduchu. Do kanálu 10 Je na sp’odnim X“ spodní náústek H _a v hornin, moduíu _jenaustek 12. Tyto naustky 11, 12 Jsou vyvedeny vně z místností, tedy za venkovní stenu _ajeou na obr.1, byt _poUze naznadeny, protože vystupují ze zadní stány 3 ven

Poloha modulu je tedy taková, že se opřou zadní stánou 3 o stávajícím a straně do interiéru je uspořádána dutínková deska 6. modul 1 1a 1b respekt,ve celá sestava 2 může být zapušténa do vhodného materiálu, Jako jZ^ sadrokarton. nebo je zakryta tapetou a nemusí být vidět.

Na obr.4 Je vidět, že po otevřené straně dutinek §a v dutinkové desce 6 ie uspořádáno slonové těsnění 13 a to na přírubě 5. To je i na druhé straně ale ?am e .oz, az po napínaní dutinek _& materíá.em s fázovou změnou. Dutinky

Ms nezaplňuji zcela, aby měl materiál možnost rozpínat se při roztavení

Na obr.5 je detail spoje např. spodního modulu 1 a středního modulu 1 a Je vidět nátrubek 8 spodního panelu 1 na kterv aa hqsHí * ~ středního nátrubku la. ' “^S* ^pláště 2

Na obr.6 je detail horního náústku 12, který vystupuje od zadní desky 5 horního modulu 1b. ^y 11 ob^Ž^ ^{feZ SPOdnim mOdU}'^{em 1 se} naústkem . obr.8 představuje rez středním modulem 1a z obr. 3 a obr. 9 představuje řez ornim modulem 1b ze sestavy z obr.1 s horním naústkem 12. Náustek 11 u spodního modulu 1 je napojen na neznázorněné přívodní potrubí a na horní mTdul -’ ^{Se napo,en}° ^odvodni potrubí. Obě ústí venku mimo místnost

Jak bylo zmíněno, na obr.1 a 2 Je znázorněna nejednodušší sestava kde je Ve sZ h ^Ze.^SP°^dn'^h° ^m°^dU'^{U 1 mOdU}'^{U 13 a hOmih}° ^modulu 1» baionet ~ ^JS°^{U Ρ}°^{ϋΖβ pNp}°^ P™ký P™ měnit Z ^Pn^P0Jenl· ^{Sebe a pOčet m}o^dn« rnúže nit podle tvaru zdi. Odborníkovi je zřejmé, že ke spojováni modulů může být použito i jiného prvku než bajonetu.

Důležité je, že matená! s fázovou změnou je odděleně uložen v dutinkách 6a dutinkové steny 6, a tak při jeho rozpuštěni nedochází k nashromážděni ve spod^ část, a vydouvani obalu, jak je to u stávajících řešeni

Výhodou modulů podle vynálezu je možnost noání aktivace materíáíu s fázovou změnou chlazením v meziprostoru tvořeném vzduchovým kanáíem 10 v akum\lZX^ ^{V h}°^d'^{náCh je íep,}° ^{2 interiéru} nakumulováno do 7“7° ^m°^{dU,U a V} “ ^h°^di^ být dle potřeby naakumu.ované epic odváděno do exteriéru pomoci větrané mezery. Tzn. úsporu drahé elektrické pZr’ Žiti 7 ^h°^{dináCh Ρ}™ ^S,r0Íní “

P star a využiti levnejs, mímošpičkové elektrické energie pro zajištěni mechanického provětráni meziprostoru modulu pro odvod naakumulované tepelné energie mimo větranou místnost. ^P pro noc^DníZ^hOd°^U “We v tepelně akumulační vrsívě pro temperován, vnitřních prostor. V tomto případě, kdy výrazně klesaií nnč Z** ^V2dUChu· <^ak° - ‘° děje zejména v přechodném období (jaro stou ^{OtVOry a}“^ky ^vé mezera s ouzuako tepeme .zolacn, vrstva a naakumuíovaná tepelná energie je vyzařována oas' ° h ^{T,mÍ0 ]}θ ^m°^{Žn0 2kráfítdéIku} ^Pného období a využít “z“ ^ZÍSkŮ

Mezi další výhodu lze zařadit dobrou tepelnou vodivost obalového materiálu Pro akumulační médium, který je proveden z tenké dutinkové poíypropylenové desky Povrch desek se doporučuje opa« nátěrem nebo přeiepením pouze tenkou te etou y se nesnížila tepelná vodivost a ^chiost přenosu tepal do akumulačního média ' místno Z “ ^Κ0Π,Τ'^m°^dU'^{ΡΓΟ P} ^m°^{U akU}™'^{aCÍ tePel}* ^z ^teriéru tZ „ _h 77 statovat v místnostech, kde hrozí riziko přehřívání a tepelneho diskomfortu v letních měsících.

hodinách _ Účelem modulu je akumulovat teplo z místností s velkými zisky ze zaren, v letn.ch meslcich pro sníženi tepelné zátěže interiéru v denních Teplota tam použitého materiálu s fázovou změnou (PCMs) je 22 až 28 ’C

Pnncp spočívá v akumulaci nadměrných tepelných zisku v denních esc 7X7' “'7 Τ' ^{5 fáZ}°^{TOU Změ}™ * dutinkové □esce o. Větraná vzduchová mezpra m .

iova mezera 10 slouží pro noční intenzivní proudění vzduchu pro odvod naakumulované energie Větrání ía Taiiír ^y ’ ^e‘^ran| je zajištěno mechanicky nezávislým zz z^{sfce neni v té,}° ™ ™——- -- « solárního hodinách.

^k°^{nStrUkCe ie navržena z} cyklovaných polypropylenových desek ^ÍS°^{U ,V}°^{fenV SVař0Vanýnii} deskami _v« . Ρω zajištěn, dostatečné tuhosti jsou vyztužené žebry. Zákíadni _mod_U| má • 8 rozmér 1000 x WOO mm _a ve spodní a horní částí jsou provedeny na zadní strané přivaděči, resp, odváděči otvory pro napojeni větracího potrubí. Vzhledem k tomu že e jedna o výrobek zpiastu, který lze snadno spojovat svařováním, je možné uvazovat s rozměry dle individuálního zadání.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

P^ L θ'“' θ ^MZÍ “° ^S stávající z

Plaste (₂ . vyznačuj,cí _{se tim}. _{že p|á}._{f (2) sest} ,_{vá zadnj d}Z I ^{<5) a na té,}° ^p ^{rubé (5) íe pevně u}“^nadeska (β), _{c Je vytvofen vzduchový kaná| (1O) mez}. _{spQdn( stěnou} ’ ’ ™ stěnou (9) dutinkové desky (6) a po otevřené strané dutinek (6a) v on ^ie “S’““ ^Si,ik°^{n0Vé t&něni (13) a} ‘° ^na P^fAé (5)

P cemz dutinky (6a) v dutinkové desce (6) jsou naplněny materiálem s fázovou změnou.

• Sestava tepelně akumulačních modulu podle nároku 1, vyznačující se tim že sestava ze spodního modulu (1), jednoho či vice středních modulů ₍l_a’“ o-ntho modulu (1b). přičemž spodní modul (1) je opatřen spodním výústkem Lit L ^(1b)' ^{ie opa,fe} ^h0™ “^stkem (12), přičemž vedení od těchto vyustku (11,12) ústi ven z místností, střední modu. (1a) má horní i X LXT“^{(2> m}°^dU'^{(1> má} °^{teVřenOU pouze} horní cast plas» (2), hom, modul (1b) má otevřenou pouze spodní stranu píáště (2) přičemž v m.s» spojení je na jednom z modulů (1,1a,1b) _okraj _Vá zin provedena jako spojovací prvek pro usazení na dalě! modui pričemž vzduchové kanaly (10) modulů (1,1a,1b) jsou propojeny.
3. Sestava tepelně akumuíačních modulů podle nároku 2, vyznačující se tím, že spojovací prvek je vytvořen jako nátrubek (8).