CZ33125U1 - 3D stropní podhled s kombinovanou funkcí - Google Patents

Description

Oblast techniky

Jedná se o optimalizaci vnitřního prostředí budov, tedy o sektor stavebnictví a technických zařízení budov. Je řešen nový 3D stropní podhled, který má kombinovanou funkci.

Dosavadní stav techniky

Jsou známy chladicí stropy a podhledy, které se používají ve vnitřním prostředí. Kontrola vnitřního prostředí je tradičně doménou klimatizačních systémů, které zajišťují ohřev či chlazení vzduchu a jeho cirkulaci. Tyto systémy se vysokou měrou podílejí na nákladech na provoz a údržbu objektů. Nejčastěji je systém chlazení objektu řešen pomocí distribuce chladného vzduchu. Objemové průtoku průtoky vzduchu musí být vzhledem k jeho nízké tepelné kapacitě vysoké. Tento stav přináší mnohé problémy. Problematická je zejména hlučnost těchto systémů a nebezpečí vzniku průvanu, který je osobami často vnímám velmi negativně

Ostatní, méně rozšířené, klimatizační systémy využívají k distribuci chladu do interiéru převážně sálání z chlazených ploch. U těchto velkoplošných chladicích systémů se pro sdílení tepla nejčastěji využívá plochy stropu. V chlazené konstrukci je zde zabudován systém potrubí, kterým protéká chladicí voda. Potrubí může být zabudováno přímo v nosné konstrukci stropu, tedy v betonu, nebo může být součástí stropního podhledu, případné jiných interiérových prvků. Nevýhodou těchto systémů je velká investiční náročnost a omezený chladicí výkon. Chladicí výkon je omezen povrchovou teplotou konstrukce, na které nesmí docházet ke kondenzaci vzdušné vlhkosti. Teplota konstrukce nejčastěji bývá nad 16 °C. Výhodou systémů je bezhlučný provoz bez obtěžujícího průvanu.

Většina podhledů je dnes vyráběna pouze se záměrem zvýšit akustickou pohltivost prostoru. Dnes již řada výrobců stropních podhledu počítá s tím, že ovlivnění akustického komfortu je jednou z priorit, které podhled řeší. Nejznámějšími výrobci těchto akustických podhledů jsou firmy jako Rigips, Ecophon - Saint Gobain a Knauf.

Většina těchto systémů je však bez výrazného prostorového profilování podhledu. Jedná se o podhledy rovinné, případně jen mírně zakřivené. Jde většinou o sádrokartonové nebo minerální desky, které jsou svěšené z nosné konstrukce stropu. Svěšeny jsou za pomoci táhel, která vymezují výšku svěšení. Ve vzniklé mezeře je běžné umístění pohltivé vrstvy ve formě minerální izolace. Také se ve vzniklé mezeře vedou technické zařízení budov, jako jsou rozvody topení, vody, vzduchotechniky. Kromě varianty s plošným podhledem je možné zavěsit prostorové jednotlivé prvky ze stropu a tím vytvořit designově zajímavé řešení s relativně účinným prvkem zmenšující dobu dozvuku. Toto řešení je známé a používané, nicméně není vhodné prvoplánové. Využívá se například u historických a historizujících budov, kde je chtěné zachovat pohledovost stropu například kvůli uměleckým či historickým konotacím. Obecně má toto řešení menší účinnost a je finančně náročnější, než je tomu u rovinných podhledů. Pro prostory typu openspace je nezbytné potlačit nežádoucí ozvěny a snížit celkovou hladinu akustického tlaku.

Je také známé řešení podle WO 2007039221 ’ΌΡΕΝ CEILING CONTAINING PHASE CHANGE MATERIÁL”. Tento dokument se věnuje podhledu z profilů naplněných PCM materiálem, Phase Change Materials. Podhled se skládá z horizontální nosné ocelové lišty tvaru obráceného U kotvené přímo do stropní konstrukce. Lištu lze prodlužovat ve směru své osy. Spodní rovinu rovnoběžnou se stropem tvoří protáhlé stropní panely z ocele nebo hliníku, které jsou přichyceny kolmo k nosné liště. Stropní panely jsou tvaru U a jsou vyplněny PCM materiálem. Řešení se však nezabývá dopadem na akustiku vnitřního prostoru. Nemá ambice, jakkoliv vylepšit akustický komfort a zlepšit srozumitelnost ani upravit dobu dozvuku.

- 1 CZ 33125 U1

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje 3D stropní podhled s kombinovanou funkcí podle předkládaného řešení. Tento 3D stropní podhled je vytvořen ve formě trámů, jejichž jádro je tvořeno dutými vertikálními lamelami vyplněnými tepelně-akumulačním materiálem PCM, Phase Change Materials, které jsou zavěšené pod nosnou stropní konstrukcí. Vně těchto dutých vertikálních lamel jsou do nosné části stropní konstrukce zakotveny vnější lamely z akusticky pohltivého materiálu. Výška vnějších lamel z akusticky pohltivého materiálu je totožná s výškou dutých vertikálních lamel vyplněných tepelně-akumulačním materiálem

Plocha akusticky pohltivého materiálu je přímo úměrná výšce vnější lamely 3 a nepřímo úměrná rozteči mezi jednotlivými trámy. Délky lamel jádra a délky vnějších lamel a jejich rozestupy jsou dány požadavky na chladící výkon 3D stropního podhledu a na jeho akustické vlastnosti a určují se výpočtem.

Vnější lamely mohou být z perforovaného sádrokartonu, z materiálu na bázi dřeva, z materiálu na bázi minerální vlny nebo z děrovaného plechu vyplněného minerální vlnou.

Navržené řešení spočívá v geometrické optimalizaci teplosměnné plochy pro zajištění vysokého přenosu tepla, vysoké tepelné kapacity podhledu a jeho vysokému akustickému výkonu, tedy pohltívosti. Podhled kombinuje tedy funkci akustickou a tepelně akumulační. Akustické prvky jsou prostorové uspořádány tak, aby zlepšovaly akustické prostředí v místnosti a zároveň neomezovaly proudění vzduchu v okolí tepelně-akumulačních prvků podhledu. Systém podhledu snižuje nevýhody tradičních klimatizačních systémů zajištujících chlazení distribucí studeného vzduchu. Umožňuje zde použít menší průtoky vzduchu, a tak snížit nebezpečí průvanu i hlučnost. Případně je možné sytém provozovat i v objektech bez systému chlazení. Odvedení tepelné zátěže je poté možno řešit nočním větráním. Kromě tepelné funkce v sobě podhled kombinuje i funkci akustickou.

Novost řešení spočívá v optimalizaci 3D uspořádání akustických prvků a ve spojení tohoto řešení s řešením tepelného komfortu. Tepelný komfort je zlepšován pomocí zvýšené tepelné kapacity podhledu, díky které je v místnosti zajištěna vysoká tepelná stabilita. Navržený podhled dokáže omezit krátkodobé přehřívání místností au objektů s aktivním chlazením snížit spotřebu energie na chlazení.

Výhodou uvedeného řešení je, že se jednotlivé funkce podhledu, tepelně akumulační a akustická, vzájemně negativně neovlivňují. Podhled je modulární, jeho výsledná tepelná kapacita chladicí výkon jsou dány počtem použitých lamel s PCM materiálem.

Jedná se o montovanou konstrukci, která je bez pevné vazby na nosnou konstrukci budovy. Navržený podhled neklade přímé požadavky na energetické zdroje budovy jako je elektrická energie, chladicí a otopná voda.

Návrh podhledu je nejvhodnější pro místnosti typu openspace a seminární místnosti. V openspace je kladen důraz na zamezení nadměrného přenosu hluku napříč prostorem pomocí inovativního použití strukturovaných prvků, kdy tyto prvky umožňují účinnou difúzi dopadajícího zvuku. Dále jsou aplikovány pohltivé materiály, které zabezpečují co největší pohlcování frekvencí odpovídající lidské řeči. U řešení seminárních místností je naopak kladen důraz na vhodnou kombinaci geometrických aspektů vytvarování 3D podhledu a optimální kombinaci difúzních, odrazivých a pohltivých prvků. Kombinace výše uvedeného ve výsledku zabezpečuje nejlepší srozumitelnost napříč prostorem. Novost řešení spočívá zejména ve spojení akustické funkce podhledu a zlepšení tepelného komfortu v okolí podhledu.

-2CZ 33125 U1

Objasnění výkresů

Na přiloženém výkrese je uveden příklad uspořádání předkládaného 3D stropního podhledu. Obr. 1 je řez podhledu a na Obr. 2 je uveden půdorys podhledu.

Příklady uskutečnění technického řešení

3D stropní podhled s kombinovanou funkcí podle Obr. 1 a Obr. 2 je vytvořen ve formě trámů, jejichž jádro je tvořeno dutými vertikálními lamelami 2 vyplněnými tepelně-akumulačním materiálem PCM, Phase Change Materials, a zavěšenými pod nosnou stropní konstrukcí 1. Vně těchto lamel 2 jsou do nosné stropní konstrukce 1 zakotveny vnější lamely 3 z akusticky pohltivého materiálu, jehož plocha je přímo úměrná výšce vnější lamely 3 a nepřímo úměrná rozteči mezi jednotlivými trámy. Délky lamel 2, délky vnějších lamel 3 a jejich rozestupy jsou dány požadavky na chladící výkon 3D stropního podhledu a na jeho akustické vlastnosti. Celková výška podhledu je zhruba do 700 mm.

Vnější lamely 3 mohou být například z perforovaného sádrokartonu, z materiálu na bázi dřeva, z materiálu na bázi minerální vlny nebo z děrovaného plechu vyplněného minerální vlnou.

Použití PCM materiálu je výhodné. Výrobci těchto materiálů umožňují na míru vytvořit materiál s vlastní teplotou tání i tuhnutí Jedná se o materiál, který vykazuje vysokou tepelnou kapacitou pro určité teploty, pro potřeby navrženého podhledu 20 až 25 °C. Vysoké tepelné kapacity je dosahováno díky změně skupenství materiálu z pevné fáze na kapalnou fázi.

Navržený podhled se tedy skládá z části tepelně akumulační a z části akustické. Tepelně akumulační část je tvořena lamelami 2 vyplněnými aktivním PCM materiálem, které jsou pod stropem orientovány vertikálně tak, aby v důsledku vztlakových sil docházelo k proudění vzduchu podél jejich povrchu a zvyšoval se tak přestup tepla mezi lamelou a okolím. Chladící výkon podhledu je dán výškou lamel 2 a jejich rozestupem. Aktivní chladicí doba je dána množstvím použitého PCM materiálu a aktuálním chladicím výkonem podhledu.

Akustický komfort je zajištěn vnějším povrchem boční, tedy vnější, lamely 3. Ve vnitřních dutých vertikálních lamelách 2 je umístěn PCM materiál. Duté vertikální lamely 2 i vnější lamely 3 jsou stejně dlouhé ajejich rozměr je přizpůsobitelný danému konkrétnímu prostoru ajeho nutnosti zatlumení. Je tudíž škálovatelný a využitelný pro různé požadavky vnitřního prostoru na dobu dozvuku potažmo na srozumitelnost, byť je v této souvislosti silně navázán na tepelně technické řešení prostoru, neboť množství PCM materiálu velmi striktně určuje i velikost vnitřních dutých vertikálních lamel 2, a tedy i plochu akusticky pohltivého materiálu. Plocha použitého akusticky pohltivého materiálu je přímo úměrná výšce vnější lamely 3 a nepřímo úměrná rozteči mezi jednotlivými trámy.

Uvedený stropní podhled je otevřený ajeho prostorové uspořádání je speciálně optimalizováno. Chlazení probíhá v instalované místnosti prostřednictvím chlazení vzduchu, který díky přirozené konvekci obtéká jednotlivé části podhledu.

Požadavky na vnitřní prostředí seminárních místností jsou především v teplotách vzduchu a v rychlostech proudění vzduchu. Obě tyto veličiny se mají držet ve vyhláškou stanovených intervalech. V současné době se jedná o nařízení vlády č. 361/2007 Sb., podle kterého by se měla teplota v kancelářích pohybovat max. do 27 °C. Tyto intervaly jsou často obtížně dosažitelné a udržitelné především v extrémních klimatických podmínkách, v létě a v zimě. Chladicí stropy mohou přispět ke splnění těchto požadavků. Chladicí výkony stropů dosahují v závislosti na geometrickém provedení daném počty lamel ajejich rozestupy 55 W/m² až 100 W/m² vztaženo k podlahové ploše místnosti.

-3 CZ 33125 U1

Požadavky na akustiku se zde různí v závislosti na typu vnitřního prostředí. Nicméně pro konferenční účely a účely přednesu mluveného slova jsou obecně doporučovány hodnoty STI, sound transmission index, na úrovni ne menší než 0,6. To zaručuje dostatečnou srozumitelnost poslechu, která je v těchto prostorech stěžejním ukazatelem akustického komfortu). Tento požadavek je splněn za použití vhodné kombinace výšky lamel a jejich rozestupem pro daný vnitřní prostor.

Průmyslová využitelnost

3D aktivní podhled je určen zejména pro administrativní budovy a pro budovy či části budov s nízkou tepelnou kapacitou. Vhodný je především pro prostory kanceláří a seminárních místností, tříd, poslucháren s proměnnou tepelnou zátěží a malou tepelnou kapacitou. Dále pak je vhodný v bytové výstavbě pro podkroví a půdní vestavby a pro aplikaci v dřevostavbách.

Pro správnou funkci systému je třeba zajistit odvedení akumulovaného tepla z podhledu v období mimo pracovní dobu. K odvedení akumulovaného tepla z podhledu je možné využít například nočního větrání nebo nočního předchlazení.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (5)

1. 3D stropní podhled s kombinovanou funkcí, vyznačující se tím, že je vytvořen ve formě trámů, jejichž jádro je tvořeno dutými vertikálními lamelami (2) vyplněnými tepelně akumulačním materiálem PCM a zavěšenými pod nosnou stropní konstrukcí (1) a vně těchto dutých vertikálních lamel (2) jsou do nosné části stropní konstrukce (1) zakotveny vnější lamely (3) z akusticky pohltivého materiálu, jehož plocha je přímo úměrná výšce vnější lamely (3) a nepřímo úměrná rozteči mezi jednotlivými trámy, přičemž délky dutých vertikálních lamel (2), délky vnějších lamel (3) a rozestupy mezi sousedními trámy jsou dány požadavky na chladící výkon 3D stropního podhledu a na jeho akustické vlastnosti.

2. 3D stropní podhled podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější lamely (3) jsou z perforovaného sádrokartonu.

3. 3D stropní podhled podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější lamely (3) jsou z materiálu na bázi dřeva.

4. 3D stropní podhled podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější lamely (3) jsou z materiálu na bázi minerální vlny.

5. 3D stropní podhled podle nároku 1, vyznačující se tím, že vnější lamely (3) jsou z děrovaného plechu vyplněného minerální vlnou.