FI83132B - System foer tillfredsstaellande av energibehovet foer belysning och uppvaermning i en byggnad. - Google Patents

Description

1 83132 Järjestelmä rakennuksen valaistusta ja lämmitystä varten tarvitun energiantarpeen kattamiseksi

Keksinnön kohteena on järjestelmä rakennuksen va-5 laistusta ja lämmitystä varten tarvitun energiantarpeen kattamiseksi, jonka rakennuksen huoneet ovat sähköisten lämmityslaitteiden avulla lämmitettäviä ja sähkövalaistus-laitteiden keinovalolla sekä ikkunoiden kautta päivänvalolla valaistuja.

10 Rakennusten ulkoseinät muodostuvat yleensä osittain läpinäkyvistä rakenneosista, esim. ikkunoista, ja osittain läpinäkymättömistä seinänosista, esim. julkisivulevyistä tai muurauksesta tai sentapaisesta; molemmat mainitut osat osoittavat lämmöneristyskyvyssä huomattavia eroja: tavan-15 omaisten ikkunoiden osalta lämmön läpikulkuluvut (k-arvot) ovat jopa kuusi kertaa niin suuret (1,0 - 2,8 W/m2*K) kuin läpinäkymättömien seinänosien osalta (0,3 - 0,5 W/m2*K). Tämän johdosta lasiruuduilla on kylminä päivinä alhaisempi lämpötila kuin ulkoseinän muilla osilla. Tämä johtaa kyl-20 mäilmaputoukseen ikkunan edessä ja vedon esiintymiseen sekä yksipuoliseen säteilyvajaukseen huoneessa olijoiden kannalta. Toivotun mukavuuden takaamiseksi niille sovitetaan lämmityslaitteita, kuten radiaattoreita, konvektorei-ta, ylimääräisiä lattialämmityksiä jne., ikkunoiden alle 25 kylmän ikkunapinnan vaikutusten kompensoimiseksi näin aikaansaadulla lämminilmaverholla.

Näihin toimenpiteisiin ja laitteisiin liittyy erilaisia, painavia epäkohtia:

Laajat ja monimutkaiset asennukset ovat välttämät-;30 tömät lämmitysjohtojen yhteydessä, jotka täytyy vetää rakennuksen ulkokehälle saakka, sovittamalla lämmitysasennuksia haitataan huomattavasti ikkuna-alueen käyttöä, lämminilmaverhon johdosta kasvaa lämpötilaero ja 35 lämmön siirtyminen ikkunan vieressä, mikä johtaa lisäänty- 2 83132 neisiin energiahäviöihin ikkunalla.

Myös ikkunan muut tehtävät - päivänvalon saanti ja yhteys ulkomaailmaan - ovat tavanomaisissa rakennejärjestelmissä energiaopillisesti epäsuotuisat. Sen vuoksi on 5 nykyisin sellaisten rakennusten yhteydessä olemassa ainoastaan valinta suurpiirteisen ikkunoilla varustamisen, josta on seurauksena suurien lämmityslaitteistojen aiheuttama suuri energiankulutus, tai rakennuksen pohjois-, itä-ja länsisivulla voimakkaasti pienennetyn ikkunapinnan vä-10 Iillä, mikä vaikuttaa epäedullisesti arkkitehtonisen muotoilun vapauteen sekä rajoittaa huomattavasti päivänvalon saantia ja lisää keinovalaistuksen energiantarvetta.

Keksinnön tehtävänä on sen vuoksi saada aikaan johdannossa mainittua laatua oleva parannettu ja energiaopil-15 lisesti säästävä järjestelmä, joka alentaa huomattavasti energiantarvetta ja erityisesti kotitaloustekniikkaa varten välttämättömän tehohui-pun vaatimuksia, vähentää ja yksinkertaistaa kotitaloustekniikkaa ’ '20 varten tarvittavia asennuksia, takaa siitä huolimatta erinomaisen mukavuuden, mahdollistaa optimaalisen päivänvalon saannin ja sallii ikkuna-alueen arkkitehtonisesti vapaan muotoilun.

; 25 Tämä tehtävä ratkaistaan keksinnöllä siten, että ikkunan lämmönsiirtokertoimella ja rakennuksen ulkoseinien läpinäkymättömien seinäosien lämmönsiirtokertoimella on enintään sinänsä tunnettu arvo 1 W/m2*K ja että asennettujen lämmityslaitteiden maksimiteho ei ylitä asennettujen 30 valaistuslaitteiden maksimitehoa, ja että valaistus- ja lämmityslaitteiden toimintaan kytkentä on ohjattu siten, että molempien kulloinkin luovutettu kokonaisteho on rajoitettu asennetun valaistustehon arvoon.

Koko ikkunan lämmön läpikulkuluku, kokonais-k-arvo, 35 koostuu lasiruutujen ja puitteen molemmista yksittäis-k- li 3 83132 arvoista: kokonais-k-arvo voidaan tällöin määrätä joko kokonaisuudessaan kokeellisesti tai laskea aritmeettisena keskiarvona yksittäis-k-arvoista, jolloin nämä sisältyvät laskuun lasiruutujen ja puitteen pintaosuuksia vastaavina 5 osuuksina.

"Verrattavilla tehoilla" ymmärretään tällöin sitä, että asennettu lämmitysteho on välillä 50 ja 150 % asennetusta valaistustehosta, toisin sanoen valaistuslaitteiden vastaanottamasta tehosta.

10 Ikkunan alhaiset k-arvot voidaan saavuttaa esimer kiksi kaksinkertaisten lasiruutujen asemesta moninkertaisilla lasiruuduilla tai toimenpiteillä, joita on selitetty julkaisussa EP-A-117 885; edelleen eräänä mahdollisuutena on käyttää hyvin lämpöä eristäviä ja samanaikaisesti erit-15 täin läpinäkyviä aineita, kuten esimerkiksi aerogeelejä.

Seinäosien osalta k-arvojen noudattaminen tapahtuu tunnettujen lämmöneristystoimenpiteiden ja/tai -materiaalien avulla.

Termisessä suhteessa ulkoseinän erityisen muotoilun • 20 vuoksi ikkunan edessä ja alla olevat kylrnäilmaputouksen vangitsemiseksi tarkoitetut lämmitysasennukset voivat jäädä pois; edelleen aikaansaavat ikkunan ja seinäosan lähellä toisiaan olevat k-arvot koko ulkoseinäpinnalle likimain saman pintalämpötilan, niin että vältytään vedon esiinty-25 miseltä. Tämän lisäksi voidaan huoneen keskimääräistä lämpötilaa alentaa mukavuuden kärsimättä. Lämmitykseen tarvittu energiaosuus on, erityisesti ihmisten ollessa huoneessa, vähäisten lämpöhäviöiden vuoksi niin alhainen, että se voidaan peittää keinovalaistuksella tai - mikäli ;30 keinovaloa ei tarvita - suunnilleen saman tehon omaavilla sähkölämmityslaitteilla. Edullisesti voivat valaistus- ja lämmityslaitteet olla sen vuoksi sovitetut yhdessä yhdistetyillä pidikkeillä varustettuihin heijastimiin, edullisesti kattoon.

35 Mikäli erityistapauksissa lämmöneristystoimenpiteet 4 83132 olisivat tarpeellisia katossa, lattiassa tai sisäseinissä, niin näiden elementtien k-arvot on luonnollisesti mukautettu ulkoseinien arvoihin.

Koska sähkölaitokset useasti rajoittavat kulutta-5 jän verkosta ottamaa maksimitehoa, niin että se ei riitä esimerkiksi tavanomaiseen sähkölämmitykseen, on esillä olevan keksinnön edelleen kehitetyssä muodossa edullista, jos asennettujen lämmityslaitteiden maksimiteho ei ylitä asennettujen valaistuslaitteiden maksimitehoa; lisäksi 10 voidaan tällöin suorittaa vielä toimenpiteet, että valaistus- ja lämmityslaitteiden toimintaan kytkentä on ohjattu siten, että molempien kulloinkin luovutettu kokonaisteho on rajoitettu asennetun valaistustehon arvoon.

Keksintöä selitetään seuraavassa lähemmin suoritus-15 esimerkkien avulla piirustuksen yhteydessä.

Kuvio 1 esittää kaavamaisesti kolmiulotteisena kaaviokuvana rakennuksessa olevaa keksinnön mukaisesti tehtyä huonetta; kuvio 2 on tämän huoneen pohjakaavio kattoa kohti 20 katsottuna, kuvio 3 esittää leikkausta III-III kuviosta 2, kun taas kuvio 4 toistaa samanlaisena esityksenä kuin kuvio 1 huoneen, jossa lämmityslaitteiden sovitusta on muunnettu • 25 ensimmäiseen suoritusmuotoon verrattuna.

Kuvio 1 esittää leikkauksena suuremmasta rakennuksesta 1 huoneen 2, joka on kolmelta sivulta samanlaisten tilojen ympäröimä, joita ei ole esitetty lähemmin. Yhdeltä sivulta, joka kuviossa 1 on sovitettu oikealle ja kuvioisko sa 2 ja 3 vasemmalle, huone 2 on ulkoseinän 3 sulkema, johon on sovitettu ikkuna 4.

Huoneen 2 katossa sijaitsevat välien päähän toisistaan sovitetut säteilyheijastimet 6, joihin kuhunkin on .. asennettu yksi luminoiva putki valaistuslaitteeksi 7 ja -35 markkinoilla saatavilla oleva, esimerkiksi keraaminen kuu- l! 5 83132 mennussauva lämmityslaitteeksi 8. Jokainen heijastin 6 ja vast, jokainen säteilykappale 7 ja vast. 8 on sinänsä itsessään, yksittäin ja erillisesti, käsin kytkettävissä ja katkaistavissa.

5 Valaistuslaitteet 7 ja lämmityslaitteet 8 on valit tu siten, että niiden vastaanottama teho on sama. Se on esimerkiksi 25 W/m2 huoneen pinta-alaa. Yksittäisissä heijastimissa 6 tehonotto voi tällöin olla sama, mutta se voi olla myös erilainen.

10 Yhden heijastimen 6 valaistus- ja lämmityslaitteet 7 ja 8 on edelleen - yksinkertaisimmassa tapauksessa käsin käytettävän vaihtokytkimen välityksellä - kytketty sähkö-piirissään keskenään siten, että yhdessä heijastimessa 6 voi valinnaisesti olla käytössä ainoastaan toinen tai toi-15 nen molemmista energiaa luovuttavista säteilijöistä 7 tai vast. 8.

Laskuesimerkki

Huone 2, jonka korkeus on 3 m, on 5 x 4 m2; sen koko leveyden yli ulottuvan, 2 m korkean ikkunan 4 pinta-ala on . 20 8 m2. Se on varustettu kaksinkertaisella ikkunaruudulla, ja sen k-arvo on alennettu asettamalla läpinäkyvät, päällystetyt muovikalvot ikkunalasien väliin suunnilleen arvoon 0,7 W/m2*K, kun taas läpinäkymättömien ulkoseinäosien 3 vastaava arvo on 0,5 W/m2 · K.

25 Tästä saadaan huoneen 2 tilavuudeksi V 60 m3 ja ul- koseinäpinnaksi 12 m3, josta, kuten on mainittu, ikkunapin-taa on 8 m2 ja läpinäkymätöntä muuripintaa 4 m2.

Olettaen, että ilmanvaihto on 0,3 h*1, saadaan tästä tulokseksi ilmanvaihdon osalta energiahäviöitä 6 W/K sekä 30 lämmön läpikulun osalta ulospäin ikkunan läpi 5,6 W/K ja muurin läpi 2 W/K, mikä antaa energian kokonaishäviöksi 13,6 W/K.

Tämän energiantarpeen kattamiseksi tarvittu teho on . . ulkolämpötilan ollessa -10°C (tavanomainen laskentalämpö- •35 tila) ja vaaditun huoneen lämpötilan ollessa 20°C 408 W.

6 83132

Asennettu valaistus- ja vast, lämmityslaite, joka on 500 W, on siis riittävä, vieläpä kun mitään lisälämmönluovu-tusta ei tapahdu huoneessaolijoiden toimesta, mikä merkitsee lisälämmitystä 80 W henkilöä kohti.

5 Huoneen 2 riittäväksi lämmittämiseksi on siten ole massa seuraavat mahdollisuudet:

Huoneessa oleskeltaessa kytketään, ottaen huomioon huoneessaolijoiden luovuttama lämpö päivänvalovalaistuksen mukaisesti, toimintaan ainoastaan osa valaistus- ja/tai 10 lämmityslaitteista 7 ja vast. 8, toisin sanoen ainoastaan yksi tai yksittäisiä heijastimia 6.

Lyhytaikaisten huoneesta poisolojen aikana, toimistorakennuksissa esimerkiksi öisin tai viikonloppuina, tavallisesti käytettyjen rakennusmassojen yhteydessä raken-15 nuksen 1 jäähtyminen on keksinnön mukaisten toimenpiteiden avulla niin vähäinen (1-2°C lämpötilanlasku), että lämmityksestä voidaan luopua mainittuina aikoina, kun huoneissa ei oleskella. Mikäli on tarpeen, voidaan lämmityslaitteet 8 tai osa niistä kytkeä toimintaan.

: : 20 Pitempien oleskelukatkojen aikana tapahtuu ajoit tain huoneen 2 jäähtymisen mukaisesti lämmitystä lämmitys-laitteilla 8; tätä tarkoitusta varten kytketään lämmitys-laitteet 8 - esimerkiksi kytkentäkellolla jaksottaisesti tai huonetermostaateilla lämpötilanlaskusta riippuvaisesti ;'25 huonetermostaatin ohjaamina - toimintaan ajallisin välein.

Kuvion 4 mukainen suoritusesimerkki eroaa kuvioiden 1-3 mukaisesta esimerkistä ainoastaan siten, että heijastimet 6 sisältävät ainoastaan valaistuslaitteet 7, kun taas lämmityslaitteiksi on huoneen 2 sisäseinämälle 9 so-: 30 vitettu samoin sähköllä kuumennettuja pintasäteilijöitä 11.

Nämä voivat puolestaan olla kytketyt valaistuslaitteiden 7 kanssa kytkentäpiiriin siten, että valinnaisesti ainoastaan valaistuslaite 7 tai siihen kuuluva pintasätei-: 35 lijä 11 voi olla käytössä. Luonnollisesti on kuitenkin 11 7 83132 myös mahdollista käyttää lämmityslaitteita tai pintasätei-lijöitä 11, joiden kuumennusteho voi olla jatkuvasti tai asteittain muutettavissa, täysin tai ainoastaan niiden alatehoasteilla keino- tai päivänvalon lisäksi energian-5 lähteenä.

Keksintöä ei ole rajoitettu käsiteltyihin suoritus-esimerkkeihin, erityisesti esimerkiksi lämmityslaitteet voivat olla tehdyt suoraan huoneeseen säteilevien lämmön-lähteiden asemesta myös huoneeseen syötettävää ilmaa esi-10 lämmittäviksi lämmönvaihtimiksi.

Claims (2)

8 83132

1. Järjestelmä rakennuksen (1) valaistusta ja lämmitystä varten tarvitun energiantarpeen kattamiseksi, jon- 5 ka rakennuksen huoneet (2) ovat sähköisten lämmityslait-teiden (8, 11) avulla lämmitettäviä ja sähkövalaistuslait-teiden (7) keinovalolla sekä ikkunoiden (4) kautta päivänvalolla valaistuja, tunnettu siitä, että ikkunan (4) lämmönsiirtokertoimella (kF) ja rakennuksen (1) ulko-10 seinien (3) läpinäkymättömien seinäosien lämmönsiirtokertoimella (kw) on enintään sinänsä tunnettu arvo 1 W/m2«K ja että asennettujen lämmityslaitteiden (8, 11) maksimiteho ei ylitä asennettujen valaistuslaitteiden (7) maksimitehoa, ja että valaistus- ja lämmityslaitteiden (7 vast. 8, 15 11) toimintaan kytkentä on ohjattu siten, että molempien kulloinkin luovutettu kokonaisteho on rajoitettu asennetun valaistustehon arvoon.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että valaistus- ja lämmityslait- 20 teet (7 ja vast. 8) on sovitettu yhdessä yhdistetyillä pidikkeillä varustettuihin heijastimiin (6), edullisesti huoneen (2) kattoon (5). n 9 83132