NL2003188C2 - Constructie-element. - Google Patents

Description

CON STRUCTIE-ELEMENT

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een bouwkundig constructie-5 element voor het vormen van een te koelen of te verwarmen omsloten bouwkundige ruimte. De uitvinding heeft tevens betrekking op een systeem van een aantal aan elkaar koppelbare of gekoppelde constructie-elementen voor het vormen van een dergelijke ruimte.

Voor het verkoelen of verwarmen van ruimtes in een bouwkundige constructie, 10 zoals kamers in een woning of kantoor, is het gebruikelijk om in de ruimte, tegen de binnenzijde van de elementen waaruit de bouwkundige constructie is opgebouwd, bijvoorbeeld de vloer-, wand- en/of plafonddelen, een aantal koelelementen of verwarmingselementen aan te brengen. Voor het verwarmen van de ruimte kan bijvoorbeeld gebruik worden gemaakt van een centraal verwarmingssysteem waarbij op 15 een centrale plaats een verwarmingsketel is opgesteld die een vloeistof opwarmt. De vloeistof wordt via een aantal transportleidingen naar in de ruimte opgestelde radiatoren geleid. Door warmteafgifte van de vloeistof naar de radiator en van de radiator naar de binnenruimte kan via vrije convectie van de warmte de temperatuur in de binnenruimte verhoogd worden.

20 In plaats van radiatoren kan gebruik worden gemaakt van het beïnvloeden van de temperatuur in de omsloten ruimte door daarin verkoelde of verwarmde lucht te blazen. In een airconditioningsysteem kunnen bijvoorbeeld elementen in de ruimte zijn aangebracht waarmee koude lucht ingeblazen kan worden teneinde de binnenruimte te kunnen koelen. Een airconditioningsysteem omvat in veel gevallen een gesloten 25 kringloop van een vloeistof met een laag kookpunt, die verdampt in een binnen in de ruimte opgesteld koelelement en weer condenseert tot vloeistof in een in de buitenlucht opgesteld toestel. De warmte wordt hierbij van het binnen opgestelde toestel naar het buiten opgestelde toestel vervoerd, tegen de bestaande temperatuurgradiënt over de bouwkundige constructie in. Het is bekend dergelijke airconditioningsystemen tevens te 30 gebruiken voor het verwarmen van de omsloten mimte door omkering van het hierboven beschreven koelproces. Een bezwaar van dergelijke airconditioningsystemen is dat deze tamelijk complex zijn, relatief veel plaats innemen en bovendien het inblazen 2 van verwarmde of gekoelde lucht met zich meebrengen, hetgeen voor de aanwezigen in de ruimte vaak niet bijzonder comfortabel is.

Een verder bezwaar van de bovengenoemde systemen is dat de verwarmings- of koelelementen apart van de bouwkundige constructie worden opgesteld, zodat ze 5 relatief veel plaats in de binnenruimte innemen en soms de ruimte een esthetisch minder geslaagd uiterlijk verschaffen.

Het is een doel van de onderhavige uitvinding om een bouwkundig constructie-element te verschaffen voor het vormen van een te koelen of te verwarmen omsloten bouwkundige ruimte waarin één of meer van bovengenoemde bezwaren te 10 ondervangen.

Het is verder een doel van de uitvinding om (een systeem van een aantal) constructie-elementen te verschaffen waarmee op snelle en efficiënte wijze en bij voorkeur tegen relatief lage kosten een te koelen of te verwarmen bouwkundige ruimte kan worden gerealiseerd 15 Het is verder een doel van de uitvinding een bouwkundig constructie-element te verschaffen dat geprefabriceerd kan worden en/of waarmee op modulaire wijze een bouwkundig omsloten ruimte van gewenste vorm en/of afmeting kan worden vervaardigd.

Om ten minste een van de bovengenoemde doelen te bereiken wordt volgens een 20 eerste aspect van de onderhavige uitvinding een bouwkundig constructie-element van de in de aanhef genoemde soort verschaft, waarbij het element een eerste wandelement, een tweede wandelement en een tussen het eerste en tweede wandelement voorziene tussenruimte omvat, waarbij in de tussenruimte een met een vloeistof te doorstromen kanaalstelsel en ten minste een op een elektrische voeding aansluitbare thermo-25 elektrische warmtepomp zijn voorzien, die zijn ingericht om, in gebruik waarbij het eerste wandelement grenst aan de omgeving en het tweede wandelement grenst aan de omsloten ruimte, een zodanige temperatuurgradiënt over het constructie-element te bewerkstelligen dat de temperatuur in de omsloten ruimte in hoofdzaak op een gewenst temperatuumiveau te houden is.

30 Het kanalenstelsel omvat bij voorkeur een of meer kanalen die een eerste circuit vormen en een of meer kanalen die een tweede circuit vormen, waarbij beide circuits van elkaar gescheiden zijn en bovendien bij voorkeur thermisch ten opzichte van elkaar zijn geïsoleerd. Door de temperatuur in de verschillende circuits te verhogen en te 3 verlagen (door middel van de warmtepomp) kunnen verschillende delen van het constructie-element op een gewenste oppervlaktetemperatuur worden gebracht.

Wanneer bijvoorbeeld de ruimte gekoeld moet worden, kan door het beïnvloeden van de temperatuur van de vloeistof in het kanalenstelsel door de genoemde thermo-elektrische 5 warmtepomp de temperatuur van het tweede wandelement worden verlaagd. De verlaging van de temperatuur van het tweede wandelelement, dat in gebruik grenst aan de omsloten ruimte, heeft een verlaging van de temperatuur in de binnenruimte tot gevolg. Op soortgelijke wijze kan de temperatuur in de binnenruimte verhoogd worden door de temperatuur van het tweede wandelement te verhogen. De warmtepomp en de 10 kanalen zijn in de tussenruimte tussen de wandelementen aangebracht en kunnen aldus aan het zicht onttrokken zijn, zodat het constructie-element aan alle zichtzijden een fraai uiterlijk kan krijgen. Door gebruik te maken van de ruimte tussen de wande lementen is het ruimtebeslag van de koeling/verwarming beperkt. Door gebruik te maken van een of meer thermo-elektrische warmtepompen kan bovendien een onderhoudsarme koeling of 15 verwarming gerealiseerd worden.

Bij variërende omgevingstemperatuur kan ook de temperatuurgradiënt over het constructie-element gevarieerd worden om de binnentemperatuur (d.w.z. de temperatuur in de omsloten ruimte) in hoofdzaak op een gewenst temperatuumiveau te houden. Wanneer bijvoorbeeld in de loop van de dag de buitentemperatuur als gevolg van inval 20 van zonlicht toeneemt, wordt de warmtepomp dan zodanig aangestuurd dat er een grotere temperatuurgradiënt over het constructie-element gecreëerd wordt. De binnentemperatuur kan hierdoor lager worden gehouden dan de variërende buitentemperatuur en kan indien gewenst op een bepaald constant temperatuumiveau (d.w.z. binnen een bepaald temperatuurinterval rondom het gewenste temperatuumiveau) gebracht en 25 gehouden worden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is in de tussenruimte een scheiding voorzien voor het verschaffen van een aan het eerste wandelement grenzende eerste tussendeelruimte en een aan het tweede wandelement grenzende tweede tussendeelruimte. Elk van de circuits kan in deze uitvoeringsvorm in een aparte 30 tussendeefruimte worden gerangschikt. Het is tevens mogelijk meer dan twee tussendeefruimtes te creëren, zodat bijvoorbeeld bepaalde delen van het eerste wandelement en/of van het tweede wandelement een eigen oppervlaktetemperatuur wordt gegeven. Het kan bijvoorbeeld uit energetisch oogpunt verstandig zijn om bij het 4 koelen van de ruimte de hoger gelegen delen van een wandelement een lagere oppervlaktetemperatuur te geven dan de lager gelegen delen van een wandelement.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat het constructie-element: - ten minste een zich in de eerste tussendeelruimte uitstrekkend eerste 5 vloeistofkanaal dat in thermisch geleidingscontact staat met de eerste wandelement voor het via de eerste wandelement afgeven of opnemen van warmte; - ten minste een zich in de tweede ruimte voorzien tweede vloeistofkanaal dat die in thermisch geleidingscontact staat met de tweede wandelement voor het via de tweede wandelement afgeven of opnemen van warmte; 10 - ten minste een op een elektrische voeding aansluitbare thermo-elektrische warmtepomp voor het genereren van een warmtestroom van het eerste naar het tweede kanaal en/of van het tweede naar het eerste kanaal.

Door het onder invloed van de elektrische voeding naar believen sturen van de warmtestroom door de warmtepomp kan een gewenst temperatuurverschil tussen de 15 vloeistof in het eerste kanaal en het tweede kanaal verschaft worden. De delen van de wand die grenzen aan het betreffende kanaal daarom op een gewenste temperatuur worden gebracht.

Overigens behoeft de kanaalgrootte en/of kanaal vorm in dwarsdoorsnede van de eerste en tweede kanalen niet identiek te zijn. Afhankelijk van bijvoorbeeld het klimaat, 20 het type gebouw of de specifieke lokale omstandigheden kunnen verschillen nodig zijn.

De eerder genoemde scheiding wordt bij voorkeur gevormd door een tussenwandelement van thermisch isolerend materiaal, zoals bijvoorbeeld EPS (polystyreen), PUR (op basis van polyurethaan) of natuurlijke isolatiematerialen zoals riet, kurk of kokos. In sommige uitvoeringen omvat het tussenwandelement een 25 honingraatstructuur of, meer algemeen, een structuur met een aantal gesloten cellen, waarbij de lucht in de cellen voor de thermische isolatie zorg draagt.

In een verdere uitvoeringsvorm omvat de scheiding een tussenwandelement waarin ten minste een gedeelte van de kanalen is voorgevormd. De kanalen kunnen bijvoorbeeld gedeeltelijk of geheel zijn voorgevormd in het materiaal van het 30 tussenwandelement, waarbij de kanaalwanden derhalve gedeeltelijk of geheel zijn gevormd door het materiaal van het tussenwandelement. In een bijzonder voordelige uitvoering heeft het constructie-element een sandwichopbouw, waarbij de sandwichkern in hoofdzaak gevormd wordt door het eerder genoemde tussenwandelement. Ook in 5 deze uitvoeringen kunnen de kanalen geheel of gedeeltelijk in het tussenwandelement (d.w.z. de kern) gevormd zijn. In andere uitvoeringen worden de kanalen echter gevormd door afzonderlijke vloeistofleidingen. Een voordeel is dat deze leidingen vervangbaar kunnen zijn in geval van lekkage of dergelijke. Productietechnisch zou dit 5 ook voordelig kunnen zijn omdat de koppeling eenvoudiger afsluitbaar te maken is en de kans op lekkage ter plaatse van de koppeling waarschijnlijk kleiner is.

In een verdere uitvoering strekt de warmtepomp zich door de scheiding tussen de eerste en tweede ruimte uitstrekt, zodat er weinig ruimte verloren gaat. Hierbij kan het constructie-element zich in hoofdzaak geheel binnenin het constructie-element 10 uitstrekken.

In een verdere uitvoeringsvorm is de warmtepomp gepositioneerd nabij het stroomopwaartse einde van het betreffende kanaal, zodat direct bij binnenkomst in het constructie-element de warmte aan de vloeistof in het kanaal kan worden toegevoerd of warmte van de vloeistof worden afgevoerd.

15 De warmtepomp kan van het conventionele type zijn waarin gebruik wordt gemaakt van een combinatie van verschillende metalen om een warmtestroom te genereren. In een voorkeursuitvoering maakt de warmtepomp echter gebruik van halfgeleidermaterialen. De warmtepomp kan bijvoorbeeld een "solid state" actief thermo-elektrisch element omvatten, hetgeen een in wezen geluidloos, 20 onderhoudsvriendelijk en relatief goedkoop element is.

In uitvoeringsvormen van de uitvinding heeft de warmtepomp een of meer "heat sinks" en/of een of meer "heat pipes". Deze staan in direct contact met de vloeistof in de desbetreffende vloeistofkanalen, zodat een goede warmte-opname en/of warmte-afgifte gerealiseerd kan worden.

25 Om een goede warmte-uitwisseling met de wandelementen te bewerkstelligen vormen de kanalen in een bepaalde uitvoeringsvorm in hoofdzaak een slangenpatroon. Andere patronen zijn uiteraard ook mogelijk, zoals bijvoorbeeld een parallel patroon waarbij de vloeistof door een ‘pijp’ via meerdere kleine pijpjes naar een andere ‘pijp’ loopt, zoals bijvoorbeeld het geval is in zogenaamde ‘capillary mats’.

30 Om de vloeistof in de kanalen van een circuit te verplaatsen en zodoende de lokaal via de warmtepomp aan de vloeistof toegevoerde of afgevoerde warmte te verspreiden, wordt de vloeistof in beweging gebracht. De vloeistofstroming vindt hierbij intermitterend of continu plaats. Het constructie-element omvat hiertoe bij 6 voorkeur een eerste vloeistofverplaatsingselement, in het bijzonder een vloeistofpomp, voor het verplaatsen van de vloeistof in het eerste kanaal en een afzonderlijk tweede vloeistofverplaatsingselement, in het bijzonder een vloeistofpomp, voor het verplaatsen van de vloeistof in het tweede kanaal. De vloeistofverplaatsingselementen kunnen zijn 5 geïntegreerd in het constructie-element zelf, maar kunnen ook daarbuiten zijn verplaatst. Verder is het niet altijd nodig om elk constructie-element van een tweetal vloeistofverplaatsingselementen te voorzien. Wanneer bijvoorbeeld kanalen van naburige constructie-elementen op elkaar zijn aangesloten, kan een enkel paar vloeistofVerplaatsingselementen voor twee of meer constructie-elementen gezamenlijk 10 voldoende zijn.

In een verdere uitvoering omvat het constructie-element een elektronische besturingseenheid voor het aansturen van de thermo-elektrische warmtepomp en/of het aansturen van de vloeistofverplaatsingselementen van het bouwkundige constructie-element, zodanig dat een gewenste temperatuurgradiënt gerealiseerd kan worden.

15 In een verdere uitvoering is deze besturingseenheid ingericht voor het door instellen van de temperatuur in het eerste kanaal en de temperatuur in het tweede kanaal, waardoor het mogelijk is om de binnentemperatuur in hoofdzaak onafhankelijk van de buitentemperatuur binnen een specifiek gewenst temperatuurbereik te houden.

De besturingseenheid kan hierbij in een verdere uitvoering gebruik maken van 20 een of meer temperatuursensoren in ten minste een van het eerste kanaal, tweede kanaal, de omsloten bouwkundige ruimte en de buitenlucht voor het afhankelijk van de bepaalde temperatuur aansturen van de warmtepomp en/of de vloeistofpomp. In aanvulling daarop of als alternatief daarvoor kunnen een of meer stromingssensoren in een of beide kanalen worden aangebracht waarmee de stroming (d.w.z. het debiet of de 25 stromingssnelheid) kan worden bepaald. De informatie over de stroming kan gebruikt worden voor het op efficiënte wijze aansturen van de warmtepomp en/of de vloeistofpomp.

Om de warmteoverdracht van en naar de wandelementen te vergemakkelijken zijn het buiten- en/of binnenwandelement gevormd wordt door warmtegeleidend 30 materiaal, zoals bijvoorbeeld aluminium

In een verdere uitvoeringsvorm omvat het constructie-element: - koppelmiddelen voor het aan elkaar koppelen van een aantal bouwkundige constructie-elementen; 7 - aansluitmiddelen voor het vloeistofdicht op elkaar aansluiten van respectievelijk de eerste kanalen en de tweede kanalen van naburige constructie-elementen.

In een verder uitvoeringsvorm zijn de constructie-elementen zelfdragend 5 uitgevoerd. Er is geen extra inwendige of uitwendige steunconstructie nodig om deze constructie-elementen stabiel te laten staan. De constructie-elementen zelf kunnen bijvoorbeeld de muren (ook vloeren of daken) van een gebouw vormen. Met dergelijke constructie-elementen is een modulaire opbouw van het gebouw mogelijk, hetgeen een snelle, efficiënte en weinig ruimte innemende bouw van het gebouw mogelijk maakt.

10 In een verdere uitvoering is aan de omgevingszijde van de eerste wandelement een op spouw geplaatst isolatie-element aangebracht, in welke isolatie-element een aantal ventilatie-openingen is voorzien. Hierdoor is het via convectie van warme lucht (d.w.z. via natuurlijke ventilatie) via de spouw mogelijk een verbeterde warmteafvoer realiseren.

15 In een andere uitvoeringsvorm omvat het constructie-element een in het tweede kanaal gepositioneerd warmte-opwekkingselement voor het verwarmen van de vloeistof in het tweede kanaal. Het warmte-opwekkingselement kan bijvoorbeeld een elektrisch verwarmingselement omvatten waarin warmte wordt opgewekt door door het element een elektrisch stroom te laten lopen. In een bepaalde uitvoering is de eerder genoemde 20 besturingseenheid zodanig ingericht dat geschakeld wordt tussen het gebruik van de warmtepomp en het warmte-opwekkingselement, bijvoorbeeld om een energetisch meest voordelige verwarming van de omsloten ruimte te realiseren.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een systeem voor het vormen van een omsloten bouwkundige ruimte verschaft. Het systeem omvat een aantal aan 25 elkaar gekoppelde bouwkundige constructie-elementen volgens een van de voorgaande conclusies.

In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de de kanalen van een ten minste een deel van de bouwkundige constructie-elementen zodanig op elkaar aangesloten, dat een aan de buitenwandelement grenzend gezamenlijk eerste circuit en een aan de binnenwand-30 element grenzend gezamenlijk tweede circuit gevormd wordt.

In een verdere uitvoering zijn de kanalen van een ten minste een deel van de bouwkundige constructie-elementen daarentegen zodanig op elkaar aangesloten dat twee of meer gescheiden, aan de buitenwandelement grenzende eerste circuits en twee 8 of meer gescheiden, een aan de binnenwandelement grenzend tweede circuits gevormd worden.

In een verdere uitvoering omvat het systeem een centrale besturingseenheid voor het besturen van de thermo-elektrische warmtepomp en/of de vloeistofverplaatsings-5 elementen van twee of meer gekoppelde constructie-elementen. Hierbij kan de besturingseenheid zijn ingericht voor het individueel aansturen van de verschillende constructie-elementen, zodat bijvoorbeeld de zonzijde van de omsloten ruimte anders kan worden aangestuurd dan de tegenoverliggende zijde

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een gebouw verschaft dat ten 10 minste gedeeltelijk is opgebouwd uit constructie-elementen volgens de onderhavige uitvinding. Meer in het bijzonder worden de wanden (vloeren en/of dak) van een dergelijk gebouw gevormd door een aantal van de hierin beschreven zelfdragende constructie-elementen.

Verdere voordelen, kenmerken en details van de onderhavige uitvinding zullen 15 worden verduidelijkt aan de hand van de navolgende beschrijving van enige voorkeursuitvoeringsvormen ervan. In de beschrijving wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren, waarin tonen:

Figuur 1 een gedeeltelijk opengewerkt vooraanzicht in perspectief van een uitvoeringsvorm van een systeem volgens de onderhavige uitvinding; 20 Figuur 2 een schematisch opengewerkt aanzicht van de uitvoeringsvorm van figuur 1, voorzien van een externe vloeistofpomp voor het verpompen van de vloeistof in een van de kanalen;

Figuur 3 een dwarsdoorsnede door het systeem van figuur 2;

Figuur 4 een grafische voorstelling van de temperatuur als functie van de positie 25 wanneer de buitentemperatuur hoger is dan de binnentemperatuur;

Figuur 5 een grafische weergave van de temperatuur als functie van de positie wanneer de buitentemperatuur lager is dan de binnentemperatuur;

Figuur 6 een langsdoorsnede van een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding;

Figuur 7 een grafische weergave van een alternatief systeem volgens de 30 uitvinding; en

Figuur 8 een grafische weergave van een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van het systeem volgens de uitvinding.

9

Verwijzend naar figuur 1 is een eerste voorkeursuitvoering van een systeem volgens de uitvinding weergegeven. Getoond is een drietal bouwkundige constructie-elementen 1, V, 1”, waarbij de constructie-elementen 1,1’ aan elkaar zijn gekoppeld en het constructie-element 1” vlak voor de koppeling met het middelste constructie-5 element is weergegeven. De constructie-elementen zijn nagenoeg of geheel identiek aan elkaar zodat beschrijving van één daarvan voldoende is voor het begrip van de uitvinding.

Het constructie-element 1 heeft een sandwichopbouw die in hoofdzaak bestaat uit een eerste wandelement 2 en, op enige afstand, een tweede wandelement 3.

10 wandelementen 2 en 3 zijn met elkaar verbonden via een aantal strippen (of bijvoorbeeld een frame dat rondom loopt of een extrusieprofïel dat aan de boven- en onderzijde is afgesloten), respectievelijk een bovenste strip 4, zijstrippen 5 en een onderste strip 6. In de tussenruimte tussen de wandelementen 1, 2, is een tussenwand 7 geplaatst die de tussenruimte verdeelt in twee deelruimten. In de hierna volgende 15 verdere beschrijving van de uitvoeringsvorm wordt wandelement 2 ook wel de binnenwand genoemd aangezien deze wand grenst aan de omsloten ruimte, terwijl het tegenoverliggende wandelement 3 ook wel de buitenwand wordt.

Verwijzend naar figuren 1-3 is in de aan de binnenwand 2 grenzende tussendeelmimte een in hoofdzaak meanderend eerste vloeistofkanaal 11 gerealiseerd, 20 terwijl in de aan de buitenwand 3 grenzende tussendeelmimte een tweede, eveneens in hoofdzaak meanderend vloeistofkanaal 12 is voorzien. Het eerste en tweede vloeistofkanaal 11,12 zijn in de onderhavige uitvoeringsvorm gerealiseerd door de speciale vorm van de tussenwand 7. De tussenwand 7 heeft aan weerszijden zich uitstrekkende langgerekte uitsteeksels 8, 9 (waarbij het naar de binnenwand 2 zich 25 uitstrekkende uitsteeksel referentienummer 8 en het naar de buitenwand 3 gerichte uitsteeksel het referentienummer 9 heeft gekregen). De uitsteeksels zich strekken niet over de gehele hoogte van het constructie-element 1 uit, maar houden op alternerende wijze op enige afstand vanaf respectievelijk de bovenstrip 4 of de onderstrip 6 op zodat er een doorlopend meanderend kanaal in de betreffende tussendeelmimte gerealiseerd 30 kan worden, zoals bijvoorbeeld is weergegeven in figuur 2.

Verwijzend naar figuren 2 en 3 is de situatie weergegeven dat de constructie-elementen 1,1’ met behulp van koppelmiddelen 30 (slechts schematisch weergegeven) aan elkaar zijn gekoppeld en wel zodanig dat de uitvoer 25 van respectievelijk het eerste 10 en tweede kanaal 11,12 van het eerste constructie-element 1 in vloeistofcontact staat met de ingang 22’ van respectievelijk het eerste en tweede vloeistofkanaal 11,12 van het andere constructie-element 1’. De respectievelijke eerste en tweede kanalen van de verschillende constructie-elementen 1,1’ vormen hiermee respectievelijk een eerste 5 (voorste) circuit en een tweede (achterste) circuit waarlangs vloeistof te transporteren is.

In figuur 2 is weergegeven dat het gezamenlijke eerste kanaal 11 van de constructie-elementen 1, 1 ’ via een transportleiding 20 is aangesloten op een eerste vloeistofpomp 21. Evenzo is het gezamenlijke tweede kanaal 12 van de verschillende constructie-elementen 1,1’ via een soortgelijke transportleiding (niet weergegeven) 10 verbonden met een tweede vloeistofpomp (niet weergegeven) waarmee de vloeistof door het tweede circuit getransporteerd kan worden.

Het materiaal van de tussenwand 7 is in hoofdzaak warmte-isolerend uitgevoerd, zodat er relatief weinig warmte-uitwisseling kan zijn tussen het eerste circuit (gevormd door de kanalen 11 van de respectievelijke constructie-elementen 1, 1’) en het tweede 15 circuit (dat gevormd wordt door de kanalen 12 van de respectievelijke constructie-elementen 1, 1’).

Alhoewel in de voorkeursvormen zoals weergegeven in figuren 1-3 de kanalen 11,12 zich in gebruikstoestand in hoofdzaak in verticale richting uitstrekken, zijn andere configuraties van de kanalen eveneens denkbaar, bijvoorbeeld configuraties 20 waarin de kanalen horizontaal of schuin in het constructie-element verlopen. Van belang is dat er twee gescheiden circuits zijn waarlangs vloeistof van verschillende temperatuur te leiden is om over het constructie-element, meer in het algemeen over het door de verschillende aan elkaar gekoppelde constructie-elementen 1, 1’, 1” gevormde systeem, een gewenste temperatuurgradiënt te creëren, zodat de temperatuur in de binnenruimte 25 op een bepaalde waarde kan worden gebracht en/of op een bepaalde waarde kan worden gehouden, bijvoorbeeld bij variërende buitentemperaturen.

Het teweeg brengen van temperatuurgradiënten over de constructie-elementen vindt plaats door de temperatuur in de kanalen aan te passen. Meer in het bijzonder wordt met behulp van thermo-elektrische elementen een verschil in temperatuur van de 30 vloeistof in het eerste circuit en in het tweede circuit tot stand gebracht. In de in de figuren 1-3 weergegeven uitvoeringsvorm is elk constructie-element 1, 1’, 1” voorzien van een thermo-elektrisch systeem. Dit thermo-elektrische systeem is bij voorkeur nabij het stroomopwaartse uiteinde van het eerste kanaal aangebracht, maar andere posities 11 zijn uiteraard eveneens mogelijk. Het thermo-elektrische systeem 15 kan zijn opgebouwd uit een in het eerste kanaal 11 voorzien warmte-uitwisselingslichaam 16, een in het tweede kanaal 12 voorzien warmteuitwisselingslichaam 17 en een daartussen aangebracht thermo-elektrisch element zoals een elektrische warmtepomp 18, in het 5 bijzonder (maar niet hiertoe beperkt) een Peltier element, voor de directe omzetting van een elektrische stroom van een externe elektrische voedingsbron (niet weergegeven) in een temperatuurverschil van de respectievelijke lichamen 16, 17. De warmtepomp is ingericht om als het ware warmte te verplaatsen van het ene circuit naar het andere. Het voordeel van een elektrische warmtepomp die gebruik maakt van het Peltier-effect is dat 10 deze gerealiseerd kan worden zonder bewegende delen, waardoor de pomp relatief onderhoudsarm kan zijn. In het bijzonder is de warmtepomp die gebruik maakt van halfgeleidertechnologie (d.w.z. een solid state semiconductor heat pump), dat wil zeggen een warmtepomp waarin gebruik wordt gemaakt van het feit dat het Peltier-effect niet alleen bij metalen, maar ook bij de overgang tussen twee verschillende 15 halfgeleiders, in het bijzonder een N-gedoteerde halfgeleider en een P-gedoteerde halfgeleiders, optreedt.

Doordat het thermo-elektrische element 18 via de genoemde uitwisselingslichamen (heat sinks en/of heat pipes) in verbinding staan met twee gescheiden en thermisch geïsoleerde circuits, door elk waarvan een vloeibaar medium 20 kan stromen, kan op efficiënte en effectieve wijze transport van de energie vanaf het ene circuit naar het andere circuit gerealiseerd worden. De vloeistof in het eerste kanaal 11 kan bijvoorbeeld op een geregelde temperatuur worden gehouden, zodat de omsloten ruimte door vrije convectie op een gewenste temperatuur (althans in een gewenst temperatuurbereik) kan worden gebracht en gehouden. Al naar gelang de 25 buitentemperatuur zal dit door warmte-afgifte (koeling) of warmte-opname (verwarming) van de binnenlucht aan de binnenwand 2 plaatsvinden. Het medium in het tweede kanaal 12 (dat wil zeggen het buitenkanaal) wordt in het geval van koeling opgewarmd door de warmtepomp 18 tot een niveau dat hoger ligt dan de buitentemperatuur. Een voorbeeld van een bijbehorende temperatuurgradiënt over het 30 constructie-element is weergegeven in figuur 4. Deze figuur toont de hoogte van de temperatuur (T) als functie de positie (x). De stippellijnen geven de buitenafmetingen van het constructie-element aan, dat wil zeggen dat de linker stippellijn 60 de naar de omgeving gerichte zijde van het constructie-element en de rechter stippellijn 61 de naar 12 de omsloten ruimte gerichte zijde van het constructie-element aanduidt. De buitenwand 3 zal zodoende een hogere oppervlaktetemperatuur krijgen dan de buitentemperatuur van de omgevingslucht en als gevolg daarvan zijn warmte gaan afstaan aan de omgevingslucht. De warmtestroom is met pijlen 62 aangeduid. De vloeistof in het 5 buitenkanaal 11 wordt in het geval van verwarming gekoeld door de warmtepomp 18 tot een niveau dat lager ligt dan de buitentemperatuur. De buitenwand 3 zal zodoende een lagere temperatuur krijgen dan de buitentemperatuur van de omgevingslucht en als gevolg daarvan warmte gaan opnemen vanuit de omgevingslucht. Deze situatie is nader verduidelijkt in figuur 5, waarin een bijbehorende temperatuurgradiënt over het 10 constructie-element is weergegeven. De warmtestroom in deze situatie is met pijlen 63 aangeduid.

De respectievelijke warmtepompen 18 van de constructie-elementen van het systeem kunnen door de warmte-overdracht de temperatuur in het binnenkanaal 11 en het buitenkanaal 12 plaatselijk reguleren. Het is mogelijk om de uitwisselingslichamen 15 16,17 van het systeem 15 zodanig uit te voeren, dat deze zich over nagenoeg de totale lengte van de kanalen uitstrekken. In dit geval kan weliswaar een temperatuurverschil over het gehele oppervlak van het constructie-element gerealiseerd worden, maar de warmtepomp wordt hierdoor onpraktisch groot. Het heeft derhalve de voorkeur de uitwisselingslichamen 16 en 17 van het thermo-elektrische systeem 15 slechts 20 plaatselijk aan te brengen en door het transporteren van de vloeistof door het vloeistofkanaal ervoor te zorgen dat de via het systeem 15 overgedragen warmte over het gehele kanaal wordt verdeeld.

In figuur 2 is de situatie weergegeven waarin twee aan elkaar gekoppelde constructie-elementen in hoofdzaak naadloos op elkaar aansluiten en de binnen- en 25 buitenkanalen van het ene constructie-element vloeistofdicht overgaan in het binnen- en buitenkanaal van het andere constructie-element. In een andere uitvoeringsvorm, zoals bijvoorbeeld is weergegeven in figuur 7, vindt de verbinding tussen de respectievelijke binnenkanalen en buitenkanalen van naast elkaar gepositioneerde constructie-elementen plaats via een respectievelijk flexibele slang 51, die met behulp van aansluitelementen 30 52, 52’ vloeistofdicht kan worden aangesloten op de constructie-elementen 40, 40’.

In de uitvoeringsvormen van figuren 2 en 7 wordt de vloeistof serieel door de kanalen van opeenvolgende (dat wil zeggen naast elkaar liggende) constructie-elementen gevoerd. De flexibele verbindingsslangen 51 van de uitvoeringsvorm van 13 figuur 7 maken het echter ook mogelijk om een of meer constructie-element over te slaan, zodat de vloeistof van een eerste constructie-element 40 geleid wordt naar het kanaal van het naburige constructie-element 40’ naar een willekeurig ander kanaal. Tevens is het mogelijk om te voorzien in een stelsel van verbindingsleidingen 51 5 waarmee naar believen de kanalen van verschillende constructie-elementen op elkaar kunnen worden aangesloten, ook al zijn deze constructie-elementen zelf niet direct met elkaar gekoppeld.

In figuur 8 is een verdere uitvoeringsvorm weergegeven, waarin elk van de constructie-elementen (of elk van een aantal verzamelingen aan elkaar gekoppelde 10 constructie-elementen) afzonderlijk met behulp van een aparte vloeistofpomp 21 kan worden aangestuurd. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om bepaalde constructie-elementen, bijvoorbeeld elementen die direct aan het zonlicht zijn blootgesteld, anders aan te sturen dan andere constructie-elementen, bijvoorbeeld constructie-elementen die in de schaduw staan. In een verdere uitvoeringsvorm worden verder de verschillende 15 vloeistofpompen 21 en warmtepompen 18 afzonderlijk via een centraal besturingssysteem aangestuurd; hierbij kan bijvoorbeeld de temperatuur in de binnenruimte zodanig tot stand worden gebracht dat de gezamenlijke constructie-elementen een minimale hoeveelheid energie (dat wil zeggen elektrische energie benodigd voor de warmtepompen 18 en vloeistofpompen 21) verbruikt. In een nog verdere 20 uitvoeringsvorm kan gebruik worden gemaakt van energie die opgewekt is door zonnecellen die in de constructie-elementen 1 geïntegreerd zijn. In laatstgenoemde uitvoeringsvormen kan het mogelijk zijn om los van het huishoudelijke elektriciteitsnet (voedingsnet) te opereren of hiervan slechts sporadisch gebruik te maken. Dit zou een uitbreiding betekenen van de plaatsingsmogelijkheden van het systeem.

25 In figuur 6 is een verdere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding weergegeven. In deze uitvoeringsvorm is aan de buitenzijde van het constructie-element, dat wil zeggen op korte afstand of spouw van het buitenste wandelement 3, een verder wandelement 31 geplaatst. Dit aanvullende wandelement 31 strekt zich in hoofdzaak uit over het gehele oppervlak van het constructie-element, zij het dat aan de 30 onderzijde een luchtintreedopening 32 en aan de bovenzijde een luchtafvoeropening 33 is voorzien. Tussen de aanvullende wand 31 en de buitenste wandopening 3 is een spouw 34 gecreëerd waarlangs relatief koude lucht naar boven toe (Pi - P3) kan stromen. Deze relatief koude lucht zorgt voor de afvoer van hitte die wordt veroorzaakt door de 14 warmtepomp bij het koelen van de omsloten ruimte. Meer specifiek stroomt de lucht langs het oppervlak van het buitenste wandelement 3 en daarmee bij voorkeur ook langs het buitenste kanaal 12. De lucht heeft over het algemeen een lagere temperatuur dan de temperatuur van het buitenste wandelement 3 zodat warmte via afstraling vanaf het 5 buitenste wandelement 3 op de lucht in de tussenruimte 34 en vervolgens door luchttransport gerealiseerd kan worden. De aanvullende wand 31 is hierbij bij voorkeur vervaardigd van een warmte-iso lerend materiaal, dat zorgt voor een vermindering van de opwarming van de spouw door instraling van zonlicht. Op deze wijze kan een situatie gecreëerd worden waarin er minder elektrische energie nodig is om de 10 warmtepomp een temperatuurgradiënt over het constructie-element te geven om een bepaalde specifieke binnentemperatuur te bereiken. De aanvullende wand 31 vormt daarmee een soort natuurlijk ventilatiesysteem aan de buitenzijde van het constructie-element welk systeem zorg draagt voor de afVoer van de warmte die veroorzaakt wordt door het thermo-elektrische element (warmtepomp) bij het koelen van de omsloten 15 ruimte.

In een verdere uitvoeringsvorm wordt behalve de eerdergenoemde warmtepomp 18 tevens een verwarmingselement 50 (schematisch in figuur 6 weergegeven, maar ook in andere uitvoeringsvormen kan een dergelijk warmte-element worden ingebouwd). Dit maakt het mogelijk om alleen het binnenste kanaal 11 met behulp van het warmte-20 element 50 te verwarmen onafhankelijk van de temperatuur van het buitenkanaal 12 en zonder dat de warmtepomp 18 behoeft te worden ingeschakeld. Onder bepaalde omstandigheden, bijvoorbeeld in de winter wanneer het buiten relatief koud is, kan de toepassing van een warmte-element 50 voor het verwarmen van het binnenste kanaal (terwijl de vloeistof in het kanaal door de eerdergenoemde motor 21 getransporteerd 25 wordt), in plaats van of in aanvulling op het gebruik van de eerdergenoemde warmtepomp 18, een energetisch betere oplossing bieden, dat wil zeggen dat het energiegebruik van het gehele systeem gereduceerd kan worden.

Het is voor de vakman duidelijk dat de richting van het vloeistoftransport in zowel het binnenkanaal 11 als het buitenkanaal 12 naar wens gevarieerd kan worden. In 30 bepaalde gevallen stroomt de vloeistof in het binnenste kanaal 11 in hoofdzaak in dezelfde richting als de vloeistof in het buitenste kanaal 12. Het betreft hier een constructie-element met een warmtevoorziening van het meestroomtype. In andere gevallen, kunnen de richtingen van het vloeistoftransport in het binnenste kanaal 11 en 15 het buitenste kanaal 12 van elkaar verschillen. Het is bijvoorbeeld mogelijk om richtingen tegengesteld te laten verlopen. In dit geval spreekt men ook wel van een constructie-element met een warmtevoorziening van het tegenstroomtype. Om de overdracht van warmte vanaf de vloeistof naar het binnenste wandelement 2 of het 5 buitenste wandelement 3 of vanaf respectievelijk het binnenste wandelement 2 en het buitenste wandelement 3 naar de vloeistof te stimuleren, wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van materialen met een relatief hoge thermische geleidbaarheid. In een bepaalde uitvoeringsvorm wordt bijvoorbeeld zilverpoeder aan de hars van een composietpaneel toegevoegd om de warmte of de onderlinge warmte-overdracht tussen 10 het medium en de omgeving te verhogen

De onderhavige uitvinding is niet beperkt tot de hierin genoemde voorkeursuitvoeringsvormen ervan. De gevraagde rechten worden veeleer bepaald door de navolgende conclusies, binnen de strekking waarvan velerlei modificaties denkbaar zijn.

15

Claims (23)

1. Bouwkundig constructie-element voor het vormen van een te koelen of te verwarmen omsloten bouwkundige ruimte, het constructie-element omvattende een 5 eerste wandelement, een tweede wandelement en een tussen het eerste en tweede wandelement voorziene tussenruimte, waarbij in de tussenruimte een met een vloeistof te doorstromen kanaalstelsel en ten minste een op een elektrische voeding aansluitbare thermo-elektrische warmtepomp zijn voorzien, die zijn ingericht om, in gebruik waarbij het eerste wandelement grenst aan de omgeving en het tweede wandelement grenst aan 10 de omsloten ruimte, een zodanige temperatuurgradiënt over het constructie-element te bewerkstelligen dat de temperatuur in de omsloten ruimte in hoofdzaak op een gewenst temperatuumiveau te houden is.

2. Constructie-element volgens conclusie 1, waarbij in de tussenruimte een 15 scheiding is voorzien voor het verschaffen van een aan het eerste wandelement grenzende eerste tussendeelruimte en een aan het tweede wandelement grenzende tweede tussendeelruimte; - ten minste een zich in de eerste tussendeelruimte uitstrekkend eerste vloeistofkanaal dat in thermisch geleidingscontact staat met de eerste wandelement voor 20 het via de eerste wandelement afgeven of opnemen van warmte; - ten minste een zich in de tweede ruimte voorzien tweede vloeistofkanaal dat die in thermisch geleidingscontact staat met de tweede wandelement voor het via de tweede wandelement afgeven of opnemen van warmte; - ten minste een op een elektrische voeding aansluitbare thermo-elektrische 25 warmtepomp voor het genereren van een warmtestroom van het eerste naar het tweede kanaal en/of van het tweede naar het eerste kanaal.

3. Constructie-element volgens conclusie 1 of 2, waarbij de scheiding gevormd is van een tussenwandelement van thermisch isolerend materiaal. 30

4. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin de scheiding een tussenwandelement omvat waarin ten minste een gedeelte van de kanalen is voorgevormd.

5. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een warmtepomp gepositioneerd is nabij het stroomopwaartse einde van het betreffende kanaal. 5

6. Constructie-element volgens aan van de voorgaande conclusies, waarin de warmtepomp zich door de scheiding tussen de eerste en tweede ruimte uitstrekt en/of zich in hoofdzaak geheel binnenin het constructie-element uitstrekt.

7. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de thermo-elektrische warmtepomp een "solid state" actief thermo-elektrisch element omvat.

8. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de 15 thermo-elektrische warmtepomp een Peltier-element omvat.

9. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de warmtepomp "heat sinks" en/of "heat pipes" omvatten die in gebruik inm direct contact staan met de vloeistof in de desbetreffende vloeistofkanalen. 20

10. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de kanalen in hoofdzaak een slangenpatroon in de betreffende tussendeelruimte vormen.

11. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende 25 een eerste vloeistofverplaatsingselement, in het bijzonder een vloeistofpomp, voor het verplaatsen van de vloeistof in het eerste kanaal en een alzonderlijk tweede vloeistofverplaatsingselement, in het bijzonder een vloeistofpomp, voor het verplaatsen van de vloeistof in het tweede kanaal.

12. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een elektronische besturingseenheid voor het aansturen van de thermo-elektrische warmtepomp en/of de vloeistofverplaatsings-elementen van het bouwkundige constructie-element.

13. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een of meer temperatuursensoren en/of een of meer stromingssensoren voor het bepalen van de temperatuur in ten minste een van het eerste kanaal, tweede kanaal, de omsloten 5 bouwkundige ruimte en de buitenlucht.

14. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin het buiten- en/of binnenwandelement gevormd wordt door warmtegeleidend materiaal.

15. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende: - koppelmiddelen voor het aan elkaar koppelen van een aantal bouwkundige constructie-elementen; - aansluitmiddelen voor het vloeistofdicht op elkaar aansluiten van respectievelijk de eerste kanalen en de tweede kanalen van naburige constructie- 15 elementen.

16. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, welke zelfdragend is uitgevoerd.

17. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, waarin aan de omgevingszijde van de eerste wandelement een op spouw geplaatst isolatie-element is aangebracht, in welke isolatie-element een aantal ventilatieopeningen is voorzien voor het door convectie via de spouw afVoeren van warmte. 25

18. Constructie-element volgens een van de voorgaande conclusies, omvattende een in het tweede kanaal gepositioneerd warmte-opwekkingselement voor het verwarmen van de vloeistof in het tweede kanaal.

19. Systeem voor het vormen van een omsloten bouwkundige ruimte, omvattende een aantal aan elkaar gekoppelde bouwkundige constructie-elementen volgens een van de voorgaande conclusies.

20. Systeem volgens conclusie 19, waarin de kanalen van een ten minste een deel van de bouwkundige constructie-elementen zodanig op elkaar zijn aangesloten dat een aan de buitenwandelement grenzend gezamenlijk eerste circuit en een aan de binnenwandelement grenzend gezamenlijk tweede circuit gevormd wordt. 5

21. Systeem volgens conclusie 19, waarin de kanalen van een ten minste een deel van de bouwkundige constructie-elementen zodanig op elkaar zijn aangesloten dat twee of meer gescheiden, aan de buitenwandelement grenzende eerste circuits en twee of meer gescheiden, een aan de binnenwandelement grenzend tweede circuits gevormd 10 worden.

22. Systeem volgens een van de conclusies 19-21, omvattende een centrale besturingseenheid voor het besturen van de thermo-elektrische warmtepomp en/of de vloeistofverplaatsingselementen van twee of meer gekoppelde constructie-elementen. 15

23. Systeem volgens conclusie 22, waarbij de besturingseenheid is ingericht voor het individueel aansturen van de verschillende constructie-elementen.