NL1024007C1

NL1024007C1 - Building construction is provided with a split wall with outer surface furnished with heat exchanger

Info

Publication number: NL1024007C1
Application number: NL1024007A
Authority: NL
Inventors: Leonardus Wouter Koot
Original assignee: Leonardus Wouter Koot
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-07-25
Publication date: 2005-01-26

Abstract

Building construction is provided with a split wall with an outer surface furnished with a heat exchanger. A heat pump uses acquired heat for emission into the building. On the roof of the building, photo-voltaic thermic modules are installed, with which electricity can be stimulated as heat. By operational reversal, the installation can be used for cooling purposes. The building (1) itself has a flat or sloping roof (2) and is provided with a number of walls (3). The floor (4) incorporates a heating system (5) and on its under side has an extra part of concrete material acting as a buffer. Between floor layers (5,6) heat insulation is fitted, but between the buffer and the floor there is no heat insulation. On the roof, a photo-voltaic thermic module (7) is installed whereby a part of the incoming solar energy is converted into that electrical and a part is accommodated in a throughflow medium together with heat derived from the ambient air.

Description

Muurelement en eventueel dakelement alsmede bouwkundige constructie voorzien van een dereeliik elementWall element and possibly roof element as well as structural construction provided with a specific element

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een muurelement voor het 1 5 vervaardigen van een bouwkundige constructie. Dergelijke elementen van een bouwkundige constructie zijn in de strnd der techniek algemeen bekend.The present invention relates to a wall element for manufacturing an architectural construction. Such elements of a structural construction are generally known in the art.

In toenemende mate on 'Iaat energiebewustzijn en worden de mogelijkheden om energie te winnen uit zonnewarmte en omgevingslucht bomt Een algemeen bekende toepassing is het aanbrengen van warmtewisselaars op daken van gebouwen. Door het 10 daardoor circuleren van een fluïdum zoals water zal dit fluïdum met name bij opvallende zonnestraling aanzienlijk verwarmd worden. Het is mogelijk het zo verwarmde fluïdum hetzij rechtstreeks voor verwarming van een gebouw te gebruiken, hetzij via een warmtepomp op te waarderen voor ruimteverwarming of voor warm tapwatervoorziening in een gebouw.Increasingly, energy awareness and the possibilities for extracting energy from solar heat and ambient air are being exploded. A well-known application is the installation of heat exchangers on roofs of buildings. By circulating a fluid such as water as a result, this fluid will be heated considerably, in particular with striking solar radiation. It is possible to use the fluid so heated either directly for heating a building, or to top it up via a heat pump for space heating or for hot tap water supply in a building.

15 Om met name in koudere gebieden optimaal gebruik te kunnen maken van zonnewarmte en van de warmteinhoud van de omgevingslucht is er een verhoudingsgewijs groot oppervlak noodzakelijk. Bijzondere bouwkundige constructies zijn noodzakelijk om warmtewisselaars op het dak mogelijk te maken.In order to be able to make optimum use of solar heat and the heat content of the ambient air, in particular in colder regions, a relatively large surface area is required. Special structural constructions are necessary to enable heat exchangers on the roof.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding dergelijke warmtewisselaars meer 20 in de opbouw van een bouwkundige constructie te integreren. Dat wil zeggen bij het oprichten van een gebouw worden reeds dadelijk maatregelen genomen waarmee het mogelijk is in een later stadium warmte te winnen zonder dat dit aanzienlijk effect heeft op het uiterlijk van het gebouw. Dit in tegenstelling tot de thans bekende op een dak van een gebouw aan te brengen warmtewisselaars.The object of the present invention is to integrate such heat exchangers more into the structure of a structural construction. That is, when a building is erected, measures are immediately taken that make it possible to extract heat at a later stage without having a significant effect on the appearance of the building. This is in contrast to the currently known heat exchangers to be arranged on a roof of a building.

25 Dit doel wordt volgens onderhavige uitvinding verwezenlijkt met een muurelement voor het vervaardigen van een bouwkundige constructie omvattende een betonmateriaal voorzien van een wapening, alsmede van een door het beton omsloten, als warmtewisselaar uitgevoerde leidingnet voorzien van een door de eindbegrenzing van het beton uitstekende inlaat en uitlaat.This object is achieved according to the present invention with a wall element for the manufacture of a structural construction comprising a concrete material provided with a reinforcement, and with a pipe network enclosed by the concrete, designed as a heat exchanger, provided with an inlet protruding through the final boundary of the concrete and exhaust pipe.

30 Volgens de onderhavige uitvinding wordt een muurelement op eenvoudige wijze aangepast om tevens te functioneren als collector voor zonne-energie en voor thermische energie in de omgevingslucht. Door het aanbrengen van een eenvoudige warmtewisselaar in het muurelement zoals een in beton opgesloten leiding of slang kan ">2400?·" I 2 I de in het muurelement door opvallende zonnestraling en/of convectief vanuit de I omgevingslucht overgedragen thermische energie de opgenomen warmte eenvoudig I afgevoerd worden en nuttig vader gebruikt worden. Een toepassingsmogelijkheid is I verwarming van hetzelfde gebouw al dan niet met tussenschakeling van een 5 warmtepomp.According to the present invention, a wall element is adapted in a simple manner to also function as a collector for solar energy and for thermal energy in the ambient air. By applying a simple heat exchanger in the wall element, such as a pipe or hose enclosed in concrete, "> 2400" the thermal energy transferred into the wall element by striking solar radiation and / or convective from the ambient air can easily absorb the absorbed heat. I be taken away and used to be a useful father. An application option is heating of the same building with or without the interconnection of a heat pump.

I Het muurelement kan uit enig uit de stand der techniek bekend materiaal vervaardigd zijn. Een bijzonder eenvoudige constructie omvat het toepassen van licht- beton, dat wil zeggen beton met een soortelijke massa minder dan 2.000 kg/ms. Indien I het muurelement niet-dragend is kan beton met een verhoudingsgewijs lage drukstcrkte I 10 gebruikt worden, dat wil zeggen met een druksterkte tot 12 kN/mm2. Voor dragende I muren dient een hogere druksterkte toegepast te worden, bijvoorbeeld van 25-35 I kN/mm2.The wall element can be made of any material known from the prior art. A particularly simple construction comprises the use of light concrete, that is to say concrete with a specific mass less than 2,000 kg / ms. If the wall element is non-load-bearing, concrete with a relatively low compressive strength can be used, that is to say with a compressive strength of up to 12 kN / mm 2. For load-bearing I walls, a higher compressive strength should be applied, for example from 25-35 I kN / mm 2.

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een bouwkundige I constructie omvattende een spouwmuur met een binnenblad en buitenblad, waarbij dat 15 buitenblad een muurelement zoals hierboven beschreven omvat Daarbij kan het I binnenblad de dragende functie uitvoeren en dient het buitenblad dat van de warmtewisselaar voorzien is vooral voor bescherming van de bouwkundige constructie ten opzichte van de omgeving. Het binnenblad kan op gebruikelijke wijze van een isolatie voorzien zijn, alsmede van een spouw tussen de isolatie ai het buitenblad.The present invention also relates to an architectural construction comprising a cavity wall with an inner leaf and outer leaf, wherein said outer leaf comprises a wall element as described above. for protection of the constructional structure in relation to the environment. The inner sheet can be provided with insulation in the usual manner, as well as with a cavity between the insulation on the outer sheet.

H 20 Bij voorkeur worden de muurelementen volgens de onderhavige uitvinding in geprefabriceerde toestand aangeleverd. Eventueel kunnen openingen voor vensters en deuren aanwezig zijn. De afmetingen van de elementen worden in een dergelijk geval bepaald door de bij transport over de weg acceptabele maximale afmetingen.The wall elements according to the present invention are preferably supplied in prefabricated condition. Openings for windows and doors may be present. The dimensions of the elements in such a case are determined by the maximum dimensions acceptable for transport by road.

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een verwarmings- 25 /koelinstallatie aan te brengen in een gebouw omvattende een leidingstelsel met een verwanningsinrichting en een wannteafgifteinrichting, waarbij die verwarmings- inrichting het muurelement zoals hierboven beschreven omvat Bij het gebruik als H koelinstallatie keren de functies van de installatie-elementen om, dat wil zeggen het muurelement geeft de warmte aan de omgevingslucht af en de warmte wordt aan de 30 binnenruimten onttrokken via de slangen in de wanden en/of vloeren. Een dergelijkeThe present invention also relates to a heating / cooling installation to be provided in a building comprising a piping system with a heating device and a heat delivery device, said heating device comprising the wall element as described above. When used as an H cooling installation, the functions of the installation elements, i.e. the wall element, releases the heat to the ambient air and the heat is extracted from the interior spaces via the hoses in the walls and / or floors. Such a

verwarmings-/koelinstallatie kan gecombineerd worden met een zogenaamde PVTheating / cooling installation can be combined with a so-called PVT

(photo voltaische thermische) module. Met een PVT-module kan op een oppervlak enerzijds warmte opgewekt worden, maar anderzijds electricitcit die bijvoorbeeld voor I 1024007 3 het aandrijven van een eventueel aanwezige warmtepomp kan dienen. In een dergelijk stelsel kan bovendien een opslag van thermische energie aanwezig zijn.(photo voltaic thermal) module. With a PVT module, heat can be generated on a surface on the one hand, but electric power on the other, which can serve, for example, for driving a heat pump that may be present. In addition, a storage of thermal energy can be present in such a system.

Verwarming van het betreffende gebouw vindt bij voorkeur met een fluïdum op een zo laag mogelijke temperatuur plaats. Dit betekent in de meeste gevallen dat een zo 5 groot mogelijk oppervlak nodig is voor de vereiste capaciteit Wand- en plafondverwarming eventueel in combinatie met vloerverwarming zijn voorbeelden daarvan.Heating of the building in question preferably takes place with a fluid at the lowest possible temperature. In most cases this means that the largest possible surface area is required for the required capacity. Wall and ceiling heating, possibly in combination with floor heating, are examples of this.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij toont 10 . Fig. 1 schematisch afgebeeld een gebouw voorzien van een verwarmings-installatie volgens de uitvinding;The invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. 10 shows. FIG. 1 shows diagrammatically a building provided with a heating installation according to the invention;

Fig. 2 in detail een wandelement van dat gebouw; enFIG. 2 in detail a wall element of that building; and

Fig. 3a-c een PVT-element van het dak van het gebouw in verschillende aanzichten/doorsnede.FIG. 3a-c a PVT element of the roof of the building in different views / section.

15 In fig. 1 is met 1 een gebouw aangegeven. Dit is voorzien van een plat of hellend dak 2 en voorzien van een aantal wanden 3. Vanwege de duidelijkheid zijn geen deuren of ramen getekend, maar begrepen zal worden dat deze vanzelfsprekend aanwezig zijn.In Fig. 1, a building is indicated by 1. This is provided with a flat or sloping roof 2 and provided with a number of walls 3. For the sake of clarity, no doors or windows have been drawn, but it will be understood that these are naturally present.

De vloer 4 is van een daarin aangebracht bodem- of vloerverwarming 5 voorzien. Deze vloer 4 is aan de onderzijde voorzien van een extra deel bronmateriaal 6 dat als 20 buffer dient en daarin warmte op kan nonen. Tussen de lagen 5 en 6 is om warmte overdracht tussen laag 5 en bodemplaat of buffer 6 te voorkomen warmteisolatie aangebracht Tussen buffer 6 en de bodem is geen warmteisolatie aanwezig.The floor 4 is provided with a bottom or floor heating 5 arranged therein. This floor 4 is provided on the underside with an additional part of source material 6 which serves as a buffer and can absorb heat therein. To prevent heat transfer between layers 5 and bottom plate or buffer 6, heat insulation is provided between layers 5 and 6. No heat insulation is present between buffer 6 and the bottom.

Op het dak is een PVT-module 7 aangebracht (zie fig. 3). Dit is een photo voltaische thermische module waarbij een deel van de daarop vallende zonne-energie 25 omgezet wordt in electrische energie en een deel samen met de uit de omgevingslucht overgedragen warmte opgenomen wordt in het doorstromende medium. De wanden 3 zijn meer in detail in fig. 2 afgebeeld. Deze wanden 3 zijn als spouwmuur uitgevoerd. Het binnenblad 21 daarvan is voorzien van een zich daar door uitstrekkende verwarmingsspiraal 25. Daarop is een isolatielaag 13 aangebracht. Vervolgens is een 30 spouw of tussenruimte 22 aanwezig en daarop sluiten muurelementen 15 aan volgens de uitvinding. Elk muurelement bestaat uit beton met een verhoudingsgewijs lage soortelijke massa voorzien van een schematisch aangegeven wapening 16 en daardoor strekt zich een leiding 10 uit met inlaat 17 en uitlaat 18. Elk wandelement is bij 1024007 I 4A PVT module 7 is fitted on the roof (see fig. 3). This is a photovoltaic thermal module in which a part of the solar energy falling thereon is converted into electrical energy and a part together with the heat transferred from the ambient air is absorbed in the flowing medium. The walls 3 are shown in more detail in FIG. These walls 3 are designed as a cavity wall. The inner sheet 21 thereof is provided with a heating coil 25 extending therethrough. An insulating layer 13 is provided thereon. Next, a cavity or space 22 is present and wall elements 15 according to the invention connect thereto. Each wall element consists of concrete with a comparatively low specific gravity provided with a schematically indicated reinforcement 16 and as a result a pipe 10 extends with inlet 17 and outlet 18. Each wall element is 1024007

I voorkeur op dezelfde wijze gevormd en kan dom* eenvoudig stapelen op een volgend II is preferably formed in the same way and can simply stack on a subsequent I

I wandelement geplaatst worden. Eventueel zijn steunblokken 14 aanwezig om dit II wall element can be placed. Optionally, support blocks 14 are present around this I

I stapelen te vergemakkelijken en om ventilatie-openingen voor de spouw open te laten. II to facilitate stacking and to leave ventilation openings open for the cavity. I

I De warmtevoerende leidingen afkomstig uit het PVT-element 7 en de inlaat 17 en II The heat-conducting pipes from the PVT element 7 and the inlet 17 and I

I 5 uitlaat 18 van elk van de muurelementen 15 zijn verbonden via een pomp 12 met een IThe outlet 18 of each of the wall elements 15 is connected via a pump 12 to an I

I warmtepomp 11. De daarin opgewaardeerde warmte wordt via een pomp 8 aan de vloer II heat pump 11. The heat stored in it is supplied to the floor via a pump 8

I toegevoerd via leiding 5 en/of aan de wand via leiding 25. Op deze wijze kan in een II supplied via line 5 and / or to the wall via line 25. In this way an I

I groot warmteafgevend oppervlak met een verhoudingsgewijs lage temperatuur van het II large heat-emitting surface with a relatively low temperature of the I

I verwarmingswater voorzien worden waardoor het rendement van de warmtepomp II heating water can be supplied, so that the efficiency of the heat pump I

I 10 aanzienlijk toe kan nemen. II 10 can increase considerably. I

I Begrepen zal worden dat met name in de leidingcircuits die aan vorst onderhevig IIt will be understood that especially in the conduit circuits which are subject to frost

I zijn uitsluitend vloeistoffen gebruikt worden die niet kunnen bevriezen zoals water II are only used liquids that cannot freeze like water I

I voorzien van glycol of andere toevoeging. II provided with glycol or other addition. I

I Door een kleine aanpassing is het mogelijk het systeem precies omgekeerd te II A small adjustment makes it possible to reverse the system exactly

15 laten werken, dat wil zeggen dat via de slangen in de vloeren en/of wandal warmte aan I15 to work, that is to say that heat is supplied to I via the hoses in the floors and / or wandal

I de binnenruimte wordt onttrokken en na temperatuurveihoging door de warmtepomp II the interior space is withdrawn and after a temperature increase by the heat pump I

I via het buitenblad aan de omgevingslucht wordt afgegeven. Ineen dagelijk geval is II is delivered to the ambient air via the outer leaf. In a daily case I

I sprake van ruimtekoeling. Eveneens zal begrepen worden dat combinatie met II speak of space cooling. It will also be understood that combination with I

I aardwarmte en dergelijke warmtewinsystemen mogelijk is. II geothermal heat and similar heat recovery systems are possible. I

I 20 De hierboven beschreven muurelementen 15 kunnen op bijzonder eenvoudige IThe wall elements 15 described above can be used on particularly simple I

I wijze in een fabriek vervaardigd worden. Eventueel kunnen dampdichte bekledingen pp II can be manufactured in a factory. Vapor-proof coatings can also be used for PP I

I het betonmateriaal aangebracht worden om kapotvriezen door ingedrongen water of II apply the concrete material to freeze through penetrated water or I

I sublimerende waterdamp te voorkomen. Voor het overige kunnen de muurelementen II prevent sublimating water vapor. For the rest, the wall elements I

I op gebruikelijke in de stand der techniek bekende wijze vervaardigd worden. De II are produced in the usual manner known in the art. The I

I 25 ingegoten slangen of buizen kunnen enig materiaal omvatten. Bij voorkeur wordt IEncapsulated hoses or tubes may comprise any material. Preferably I

I echter een materiaal gebruikt met goede warmtegeleidende eigenschappen zoals aluflex IHowever, I used a material with good heat-conducting properties such as aluflex I

I bestaande uit een samenstelling van kunststof met een aluminium voering. De afmeting II consisting of a composition of plastic with an aluminum lining. The dimension I

I van de slangen 25 is afhankelijk van de gewenste stromingsweerstand, het op te nemen II of the hoses 25 is dependent on the desired flow resistance, the I to be received

warmtevermogen en de doorstroomsnelheid. Als voorbeeld worden waarden van 16-22 Iheat capacity and the flow rate. As an example, values of 16-22 l

I 30 mm genoemd. Op enig in de stand der techniek bekende wijze kunnen de slangen II called 30 mm. In a manner known in the state of the art, the hoses I

I vooraf in positie gefixeerd worden alvorens het beton gestort wordt. Begrepen dient te II must be fixed in position before the concrete is poured. It must be understood that I

worden dat ook op andere wijze warmtewisselaars in het betonmateriaal aangebracht Ithat heat exchangers are also arranged in the concrete material in another way I

I kunnenworden. II can be. I

I 1024007 v II 1024007 v I

55

In fig. 3 is het PVT-element afgebeeld.The PVT element is shown in FIG.

In fig. 3a-c is een voorbeeld van een PVT-module 7 weergegeven. Daarbij is fig. 3a een bovenaanzicht, 3b een onderaanzicht en fig. 3c een dwarsdoorsnede volgens de lijn fflc-IIIc uit fig. 3b.An example of a PVT module 7 is shown in Figs. 3a-c. Fig. 3a is a top view, 3b is a bottom view and Fig. 3c is a cross-section along the line fflc-IIIc of Fig. 3b.

5 Deze bestaat uit een beschermlijst 25, waarbinnen een laag 26 photo voltaisch materiaal aangebracht is. Directe of indirecte zonnestraling die op het photo voltaisch materiaal valt, wordt deels omgezet naar electrische stroom. Daaronder is een kanalenplaat 27 aangebracht, bestaande uit twee op afstand liggende wanden 28 en 29 en verbindingswanden 30, waartussen kanalen 31 begrensd worden. Deze kanalen 31 10 zijn via verzamelruimten 32 en 33 met elkaar gekoppeld. Met 34 is een inlaat aangegeven en met 35 een uitlaatThis consists of a protective strip 25, within which a layer of photo voltaic material is provided. Direct or indirect solar radiation that falls on the photo voltaic material is partly converted into electric power. A channel plate 27 is provided below, consisting of two spaced-apart walls 28 and 29 and connecting walls 30, between which channels 31 are bounded. These channels 31 are coupled together via collection spaces 32 and 33. An inlet is indicated by 34 and an outlet by 35

Volgens de onderhavige uitvinding is het hierbovenbeschreven photo voltaische thermische élement zodanig uitgevoerd, dat een wezenlijk deel van de straling die op het photo voltaische element 26 valt onbelemmerd doorgegeven wordt naar het 15 thermischeelement Door vloeistof door dekanalen 30 te laten circuleren wordt verwarming van de vloeistof verkregen. Bovendien kan bij lagere vloeistof-temperatuur, via convectie, thermische energie aan de omgevingslucht onttrokken worden.According to the present invention, the photovoltaic thermal element described above is designed in such a way that a substantial part of the radiation incident on the photovoltaic element 26 is transmitted to the thermal element without hindrance. Heating of the liquid is obtained by circulating liquid through the channels 30 . Moreover, at a lower liquid temperature, thermal energy can be extracted from the ambient air via convection.

Bij voorkeur is de hoogte van de kanalen 30 verhoudingsgewijs klein, waardoor 20 het verwarmingsrendement zo hoog mogelijk is.The height of the channels 30 is preferably relatively small, so that the heating efficiency is as high as possible.

Het photo voltaische thermische element werkt zowel met behulp van zonnestraling, o.a. licht uit de omgeving als omgevingswarmte. Het PV-element van de PVT-combinatie zet een deel van de zonnestraling om in electrische energie. Het thermische element van de PVT-combintatie zet het andere deel van de zonnestraling 25 samen met de opgenomen omgevingswarmte om in bruikbare thermische energie.The photo voltaic thermal element works with the help of solar radiation, including light from the environment and ambient heat. The PV element of the PVT combination converts part of the solar radiation into electrical energy. The thermal element of the PVT combination converts the other part of the solar radiation 25 together with the absorbed ambient heat into usable thermal energy.

De hierboven beschreven installatie is vanzelfsprekend van gebruikelijke beveiligingen voorzien tegen overbelasting, bevriezingsgevaar, en dergélijke.The installation described above is of course provided with conventional safeguards against overloading, the risk of freezing, and the like.

Na het lezen van het bovenstaande zullen bij degenen die bekwaam zijn in de stand der techniek dadelijk varianten opkomen die liggen binnen het bereik van de 30 bijgaande conclusies en voor de hand liggend zijn al deze niet meer zijnde combinaties van bekende technieken en hetgeen hier beschreven is.After reading the above, those skilled in the art will immediately come up with variants that are within the scope of the appended claims and obvious all these are no longer combinations of known techniques and what is described here. .

10240071024007

Claims

Wall element (15) for manufacturing an architectural construction II (1) comprising a concrete material provided with a reinforcement (16), II and with a pipe network (10) enclosed by the concrete, designed as a heat exchanger, provided with a the inlet limit of the concrete II protruding inlet (17) and outlet (18). 10

2. Wall element according to claim 1, wherein said pipe network comprises a meander-shaped or spirally laid plastic hose (10). I

3. Wall element as claimed in claim 2, wherein said concrete comprises a light concrete with a specific mass of less than 2,000 kg / m3. I I 15 I

Architectural construction comprising a cavity wall (3) with an inner sheet (21) and outer sheet, said outer sheet comprising a wall element II (15) according to one of the preceding claims

5 PVT module (7).

Wall element as claimed in claim 4, wherein insulation (13) is provided on the side of the inner leaf facing the outer leaf II. I

Wall element according to claim 5, wherein a free space (22) of at least three cm is arranged between the insulation and said outer sheet. I I 25 I

A heating / cooling installation to be installed in a building (1) comprising a pipe system with a heating device and a heat transfer device, said heating device comprising the wall element according to any of claims 1-3. I

30 I

A heating / cooling installation to be installed in a building (1) comprising a pipe system with a heating device and a heat-emitting device, wherein said heat-emitting device comprises the wall element according to one of claims 1-3

9. Heating / cooling installation complete bait claim 7 or 8, comprising one

Heating / cooling installation according to one of claims 7 to 9, comprising a heat storage (6).

11. Heating / cooling installation as claimed in any of the claims 7-10, wherein said heating device comprises a heat pump (11) with associated further pipe system and wherein the heat exchanger (10) of the wall element (15) is included in said further pipe system.

A heating installation according to any of claims 7-11, wherein said heat emission device comprises a heated boundary surface (21) of said space to be heated. 1024007