NL1029355C2 - Klimaatplafond. - Google Patents

Description

1 ! j

Klimaatplafond

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een plafond van een ruimte omvattende een in fase veranderend materiaal alsmede een koel/verwarmingsleiding.

5 Een dergelijk plafond is bekend uit EP-1371915 A2. Klimaatplafonds worden bij voorkeur daar toegepast waar een zeer behaaglijk thermisch binnenklimaat in een ruimte wordt nagestreefd. Bovendien is gebleken dat bij goed geïsoleerde gebouwen meer koelvermogen en minder verwarmingsvermogen moet worden geïnstalleerd om in een aangenaam klimaat van de betreffende ruimte te voorzien. De buffering die met in 10 fase veranderende materialen, zogenaamde PCM-materialen, verkregen kan worden is daartoe bijzonder geschikt.

In de hierboven beschreven Europese aanvrage 1371915 A2 wordt een systeem beschreven waarbij een systeem van koelleidingen direct grenzend aan de plafondplaat is aangebracht. Daarop, dat wil zeggen in hoogterichting gezien daarboven, is het 15 PCM-materiaal aangebracht.

Indien koeling in een vertrek noodzakelijk is, kan door de leidingen verhoudingsgewijs koude vloeistof geleid worden. Tegelijkertijd of op een later tijdstip kunnen de zich daarboven bevindende platen PCM-materiaal “opgeladen” worden. Dat wil zeggen de betreffende fase-overgang, in het algemeen stollen, wordt door een 20 koudere vloeistof die door de leidingen stroomt bewerkstelligd. Gedurende de tijd dat geen vloeistof door de leidingen stroomt kan uit de ruimte afkomstige warmte door het PCM-materiaal geabsorbeerd worden. Daarbij vindt de fase-overgang van vast naar vloeibaar plaats.

Gebleken is dat het koel- en verwarmingsvermogen per PCM in deze situatie per 25 vierkante meter verhoudingsgewijs klein is, hetgeen betekent dat een groot oppervlak van een dergelijke constructie voorzien dient te worden. Bovendien is het niet mogelijk om snel op plotselinge klimaatveranderingen te reageren.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding deze nadelen weg te nemen.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven plafond verwezenlijk doordat in het 30 vlak van het plafond een in fase veranderend materiaal en die koel/verwarmingsleiding naast elkaar liggend zijn aangebracht.

Volgens de onderhavige uitvinding zijn de koelleidingen en het PCM-materiaal naast elkaar liggend aangebracht. Daardoor blijft de hierboven beschreven 1021355 2 functionaliteit van het opladen respectievelijk ontladen van de PCM-platen door het fluïdum dat door de koel/verwarmingsleidingen stroomt ongewijzigd in stand. Echter is het mogelijk in bepaalde situaties het gecombineerde effect van koel/verwarmingsleidingen en PCM-materiaal te gebruiken. Daardoor wordt het koel-5 en verwarmingsvermogen per vierkante meter van het PCM plafondoppervlak vergroot.

Immers, in tegenstelling tot de stand der techniek is het niet meer noodzakelijk dat warmte (kou) afkomstig van het PCM-materiaal door de leidingen heen migreert en pas dan effectief naar de omgeving kan zijn. Daardoor is het mogelijk beter snel op klimaatveranderingen te reageren.

10 Door deze wijziging is het bovendien mogelijk om niet alleen met behulp van de warmtewisselaar aangebracht in het plafond in koeling te voorzien maar eveneens in verwarming.

Een en ander kan volgens de ondeihavige uitvinding verwezenlijkt worden door een PCM-materiaal met een smelttemperatuur van minimaal 18°C en maximaal 25°C te 15 gebruiken. De betreffende temperatuur wordt gekozen om in optimale bedrijfsomstandigheden te voorzien. Dat wil zeggen indien aan een plafond met name eisen gesteld worden met betrekking tot een koelend vermogen, wordt een verhoudingsgewijs lage smelttemperatuur gekozen en bij een plafond wat meer toegespitst is op verwarmingsdoeleinden wordt een hogere temperatuur gekozen. Er 20 kan een hysteresis tussen stollen en vloeibaar worden aanwezig zijn. Dit is te verwezenlijken doordat doelbewust volgens de onderhavige uitvinding de leidingen naast de platen PCM-materiaal liggend zijn aangebracht.

Volgens een verdere van voordeel zijnde uitvoering van de uitvinding wordt de afgifte van warmte door de platen PCM-materiaal bevorderd door gebruik te maken 25 van een cachering van het PCM dat werkt als een grijze straler. Meer in het bijzonder bestaat de cachering uit aluminiumfolie. Volgens de onderhavige uitvinding kan het PCM-materiaal als eenheid verpakt in dergelijk aluminiummateriaal opgenomen worden binnen een drager van de plafondplaat. Tussen respectievelijk om een of meer van dergelijke eenheden kunnen de leidingen aangebracht worden. Naar de ruimte toe 30 kan eventueel een hulpplaat aangebracht om in een aantrekkelijk van de constructie te voorzien.

Afhankelijk van de te verwachten warmte (koude) verliezen zal de verhouding van het effectieve oppervlak van de leidingen en het PCM-materiaal gekozen worden.

1029355 3

De verhouding koelvermogen door het PCM een koelvermogen dan de waterleidingen bedraagt 2 staat tot 1. Dus 1/3-deel van het koelvermogen wordt verzorgd door het water en 2/3-deel door het PCM. Voor de verwarming is dit net omgedraaid.

De hierboven beschreven constructie zal bij het koelen in bijvoorbeeld werktijd 5 in een kantoorgebouw bij plotselinge verwarming daarvan zodanig functioneren dat de in het PCM-materiaal geïnstalleerde warmte-accumulatie in combinatie met het koelingsvermogen van het door de leidingen stromende fluïdum volledig gebruikt wordt. Dat wil zeggen bij temperatuurstijging kan de volledige warmtecapaciteit van het klimaatplafond volgens de onderhavige uitvinding gebruikt worden. Vervolgens zal 10 het koelvermogen van het PCM-materiaal in de loop van de dag bij verhoudingsgewijs hogere temperaturen toenemen. Tijdens de nacht kan door het fluïdum dat door de leidingen stroomt het PCM-materiaal weer opgeladen worden dat wil zeggen kan de temperatuur van het PCM-materiaal weer zodanig verlaagd worden dat bevriezing/stolling optreedt. De volgende dag herhaalt dit proces zich.

15 Indien het plafond gebruikt wordt voor verwarming zal ’s-nachts door het leiden van een warm fluïdum door de leidingen het PCM-materiaal in een vloeibare toestand gebracht worden. Bij het ’s-ochtends verwarmen van het vertrek kan de warmtecapaciteit van het PCM-materiaal en van het door de leidingen stromende fluïdum te zamen gebruikt worden voor het snel verwarmen van het vertrek. In 20 tegenstelling tot het PCM-koelvermogen, zoals hierboven beschreven zal in de loop van de dag de warmtecapaciteit van het PCM-materiaal afiiemen. Door het ontbreken van pieken in warmtevraag kan dit volledig opgevangen worden door het fluïdum dat door de leidingen stroomt. ’s-Nachts zal op de hierboven beschreven wijze opladen van het PCM-materiaal plaatsvinden.

25 Uit het bovenstaande blijkt dat het met de onderhavige uitvinding mogelijk is de piek bij het begin van het gebruik van het vertrek of door wisseling van dag naar nacht en omgekeerd met het PCM-materiaal op te vangen. Verdere pieken in de koude/warmtevraag kunnen eenvoudig met het PCM-materiaal opgevangen worden. Echter wordt de capaciteit van het plafond zodanig uitgevoerd dat slechts in combinatie 30 met het fluïdum dat door de leidingen stroomt de maximale capaciteit bereikt kan worden. Dit heeft tot gevolg dat door het aanbrengen van het PCM het koelconversievermogen, zoals koelmachines met 2/3 kan worden gereduceerd en het 1029355 4 verwarmingsconversievermogen, zoals ketels met 1/3 kan worden reduceerd. Dit levert aanzienlijke kostenbesparingen.

Bij andere uitvoeringen komen klimaatplafonds in aanmerking waar deze door slechte isolatie van gebouwen of door moeilijke uitwendige omstandigheden tot nu toe 5 niet te realiseren waren.

Volgens een verdere variant van de uitvinding is een circulatieleiding aanwezig voor de zich in de betreffende ruimte bevindende lucht. Deze circulerende lucht wordt ook wel met secondaire lucht aangeduid. Bij voorkeur wordt deze lucht in het plafond verplaatst en is het in fase veranderend materiaal een van de begrenzingswanden van de 10 daarvoor noodzakelijk leiding. Daardoor kan in een snellere reactie op temperatuursverschillen voorzien worden en/of kan de warmte/kou sneller vanaf dat PCM-materiaal respectievelijk de in het plafond aanwezige leidingen afgegeven worden.

Bij de meeste toepassingen zal bovendien een toevoer van primaire lucht 15 aanwezig zijn, dat wil zeggen een toevoer van verse lucht van buitenaf. Door de uitlaatopening van die toevoer op strategische wijze te plaatsen is het mogelijk daar dan een circulatie in de betreffende ruimte op te wekken door middel van het inductieproces.

De toevoer van primaire lucht kan eveneens gebruikt worden voor de 20 beïnvloeding van het klimaat. Bij de toepassing van koeling kan door de toevoer van koudere primaire lucht de temperatuur extra verlaagd worden. Bovendien kan bij het ontladen van het in fase veranderende materiaal gebruik gemaakt worden van dergelijke koelere lucht. Hetzelfde geldt in dit geval van verwarmen. Enerzijds is het mogelijk de primaire toegevoerde lucht in het plafond te verwarmen maar anderzijds is 25 het ook mogelijk dat daarmee warmte afgegeven wordt.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij toont:

Fig. 1 schematisch in aanzicht een ruimte voorzien van klimaatplafond volgens een eerste uitvoering van de uitvinding; 30 Fig. 2 in onderaanzicht een deel van het klimaatplafond volgens de uitvinding;

Fig. 3 een doorsnede volgens de lijn ΠΙ-ΙΙΙ in Fig. 2;

Fig. 4 in bovenaanzicht een tweede variant van de uitvinding; en

Fig. 5 de dwarsdoorsnede volgens de lijn V-V in Fig. 4.

1029355 !

^ ^--- I

5

In fig. 1 is met 1 een te verwarmen/koelen ruimte aangegeven. Deze is voorzien van een plafond 2 bestaande uit een aantal plafondelementen 3. Deze plafondelementen 3 zijn zodanig uitgevoerd dat deze warmte respectievelijk kou aan de ruimte 1 kunnen afgeven. Deze zijn bevestigd aan beugels 12 die aan de bovenliggende vloer bevestigd 5 kunnen zijn (fïg. 2).

Uit fig. 2 blijkt dat elk element 3 bestaat uit een drager 4 waarop aangebracht zijn in dit geval twee PCM-panelen 5 en een zich daar langs uitstrekkende fluïdumleiding 6.

Uit fig. 3 blijkt eveneens dat elke PCM-eenheid 5 bestaat uit een centrale plaat 10. Deze kan bijvoorbeeld uit melaminemateriaal bestaan waarin opgenomen is een i 10 materiaal dat in fase kan veranderen. Plaat 10 is naar de zijde van de ruimte toe begrensd door een folielaag 8 die bestaat uit aluminiummateriaal en meer in het bijzonder uit een grijs stralend aluminiummateriaal. Aan de bovenzijde is eenzelfde folielaag 9 of een folielaag bestaande uit hetzelfde materiaal aangebracht. Het geheel is volledig dicht zodat de eenheid 5 op eenvoudige wijze bevestigd kan worden aan de 15 drager 4.

Met de hierboven beschreven constructie is het op eenvoudige wijze mogelijk de hierboven beschreven werkwijze te realiseren. Door de leidingen 6 stroomt een vloeistof, bijvoorbeeld water. Door de verhoudingsgewijs lage temperaturen waarbij het systeem werkt kan een en ander op effectieve wijze gecombineerd worden met 20 warmtepompen waarbij de andere zijde van de warmtepomp verbonden is met zonnecollectoren of gekoppeld is met aardwarmte/kou.

Begrepen zal worden dat afdekplaat 12 uit een goed warmtegeleidend materiaal bestaat.

De eenheden 3 waaruit het plafond opgebouwd is zijn zodanig uitgevoerd dat de 25 leidingen 6 van elk van de eenheden op eenvoudige wijze fluïdumdicht met elkaar te koppelen zijn.

In fig. 4 en 5 is een variant van de hierboven beschreven plafondconstructie getoond. Deze is in het geheel met 22 aangegeven en bestaat uit een op enigerlei wijze aan een bovenliggende vloer of dergelijke bevestigde constructie. Een plaat 24 fungeert 30 als draagplaat voor het PCM-materiaal 25 en is volgens stroken (zie fig. 4) voorzien van een perforatie 21. Boven de plafondconstructie bevindt zich een isolatie 30 en daartussen wordt een kanaal 31 begrensd. Bovendien is, zoals blijkt uit fig. 4 een aanvoer 32 voor verse lucht aanwezig. Een dergelijke aanvoer wordt ook wel als 1029355 ί 6 aanvoer voor primaire lucht aangeduid. Een verdeelkast 33 is aanwezig en zoals uit fig.

5 blijkt is deze verdeelkast nabij het vrije benedeneinde van mondstukken 34 voorzien.

Door het uitstromen van primaire lucht door deze mondstukken wordt door de snelheid daarvan onderdruk opgewekt. Deze onderdruk zet zich voort in het kanaal 31. Kanaal 5 31 is verbonden met de omgeving, zodat natuurlijke circulatie in de betreffende ruimte bevorderd wordt, de zogenaamde secundaire luchtcirculatie. Bij uitstroomplaat 36 vindt menging van gecirculeerde secondaire lucht en primaire lucht plaats en ontstaat een stroom 38 die met tertiaire lucht aangegeven wordt. Het hierboven aan de hand van de fig. 1-3 beschreven mechanisme geldt ook voor hetgeen in fig. 4 en 5 afgebeeld is.

10 Bij koeling kan bovendien aanvullende temperatuursverlaging verkregen worden, doordat de primaire lucht kouder is dan de in het vertrek aanwezige lucht. Door convectieve koeling van de secondaire lucht langs de niet in detail afgebeelde koelleidingen 26 wordt eveneens verlaging van de temperatuur verkregen. Tot slot zal de latente warmteopslag in het PCM-materiaal overdag in koeling voorzien. Dit 15 gebeurd thans zowel door convectieve warmteoverdracht van de bovenzijde van het PCM aan de secondaire luchtstroming alsmede door de latente warmteopslag in het PCM ter gevolge van straling en convectie aan de onderzijde van het PCM-materiaal (bij 24) naar de ruimte.

‘s-Nachts wordt het PCM-materiaal indien noodzakelijk weer ontladen. Dit kan 20 gebeuren door de combinatie van koelwater en (gekoelde) primaire lucht. Eventueel is het mogelijk uitsluitend met koelwater in het ontladen van het PCM-materiaal te voorzien.

Voor verwarmingsbedrijf wordt naar de uitvoering verwezen die hierboven beschreven is. Daarbij komt nog het effect van de primaire lucht die hetzij verwarmd 25 dient te worden, hetzij al op andere wijze verwarmd is en zo nog een bijdrage aan de j verwarming kan leveren.

Hierboven is slechts een uitvoeringsvoorbeeld van de onderhavige uitvinding beschreven. Bij degenen bekwaam in de stand der techniek zullen dadelijk varianten opkomen na het lezen van het bovenstaande. Immers plafonds kunnen op velerlei wijze 30 uitgevoerd worden. Dergelijke combinaties met constructies die als zodanig bekend zijn in de stand der techniek liggen binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

1029355

Claims (12)

1. Plafond (2) van een ruimte (1) omvattende in in fase veranderend materiaal j alsmede een koel/verwarmingsleiding, met het kenmerk, dat in het vlak van het plafond 5 een in fase veranderend materiaal (5) en die koel/verwarmingsleiding (6) naast elkaar I liggend zijn aangebracht.

2. Plafond volgens conclusie 1, waarbij een oppervlak van die koel/verwarmingsleiding in direct warmtewisselend contact staat met die ruimte.

3. Plafond volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een oppervlak van 10 dat in fase veranderend materiaal in direct warmtewisselend contact staat met die ruimte.

4. Plafond volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat in fase veranderend materiaal met een straling uitzendende laag materiaal bedekt is.

5. Plafond volgens conclusie 4, waarbij die straling uitzendende laag materiaal 15 (8) een als grijze straler uitgevoerde aluminiumlaag omvat.

6. Plafond volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het stoltraject van i het in fase veranderende materiaal tussen 18°C a 25°C. i

7. Plafond volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende plafondplaten (3), waarbij elke plaat omvat een laag in fase veranderend materiaal en een daaraan 20 grenzende koel/verwarmingsleiding. j

8. Plafond omvattende een circulatieleiding (31) voor uit die leiding afkomstige lucht (secondaire lucht), welke leiding door de bovenzijde van dat in fase veranderende materiaal begrensd wordt.

9. Plafond volgens conclusie 8, omvattende een toevoer (33) voor van buiten die 25 ruimte afkomstige lucht (primaire lucht), welke toevoer van uitstroomopeningen (34) voorzien is, aangebracht in die circulatieleiding.

10. Werkwijze voor het beïnvloeden van de temperatuur in een ruimte (1) voorzien van een plafond (2) waarbij in dat plafond een in fase veranderend materiaal is aangebracht alsmede een koel/verwarmingsleiding, met het kenmerk, dat tijdens het 30 koelen/verwarmen door die koel/verwarmingsleiding rechtstreeks warmte aan die ruimte onttrokken wordt / toegevoerd wordt.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij het koel/verwarmingsvermogen van die koel/verwarmingsleiding ongeveer 1/3 en het koel/verwarmingsvermogen van dat 1029355 * in fase veranderende materiaal 2/3 van het totale koel/verwarmingsvermogen van dat plafond is.

. 12. Werkwijze volgens een van de conclusies 10 of 11, omvattende een circulatiesysteem voor in die ruimte aanwezige lucht (secondaire lucht) en een toevoer 5 van lucht (primaire lucht) van buiten die ruimte, waarbij de toevoer van primaire lucht gebruikt wordt voor het verplaatsen van die secundaire lucht, het zogenaamde inductieproces. 1029355