NO156505B - Varmesystem for bygninger,med en plateformet solfanger - Google Patents

Abstract

Varmesystem for bygninger eller bygningskonstruksjoner som omslutter en eller flere bygninger. En plateformet solabsorbator (23A),som er tilknyttet en varmeveksler med et varmeoverføringsmedium, er plassert ved hver av to eller flere rekker av hovedsaklig vertikale bygningsdeler (22), som på i og for seg kjent måte strekker seg under et glasstak (37). En reflekterende folie (39), kan føres over mellomrommet mellom disse bygningsdelene. Solabsorbatoren (23A) er forholdsvis integrert med en bjelke (22), som opptar et medium med høy spesifikk varme, såsom. vann. På baksida av solabsorbatoren finnes fortrinnsvis en luftspalte (33), som danner et konvektorrom for oppfanging. av varme fra varmemediet.

Description

Denne oppfinnelsen vedrører et varmesystem for bygninger, nærmere bestemt et varmesystem av det slaget som er angitt i innledningen til patentkrav 1.

Det er altså tale om et varmesystem med en plateformet solfanger og et varmelager, hvor varmeveksleren er integrert i en bygningskonstruksjon.

Generelt uttrykt består hovedproblemet i ethvert sol- eller varmepumpesystem for romoppvarming i å konstruere kostnadseffektive varmevekslere.

Kjente, såkalte aktive solvarmesystemer er bygd opp med minimum to varmevekslere i selve solfangeren og de varmeavgivende flater eller legemer i rommene som skal varmes opp. I systemer med væsker som transportmedium er det ofte installert flere enn to varmevekslere, for å sikre solfangerne mot frostskader.

Vanlige væskekjølte, plane solfangere lages i små enheter med noen få kvadratmeter absorbatorflate (ca. 1-3 m 2) som monteres på en separat bærekonstruksjon - f.eks. oppe på et tak og koples til et rørsystem for sirkulasjon av væske. Dette medfører at mesteparten av solfangernes kostnad opptrer som en tilleggskostnad utenom de vanlige kostnader for en bygning. Dessuten medfører de små enheter omfattende montasje- og rørleggerarbeid på byggeplassen.

Enhver ekstra varmeveksler forårsaker ekstra kostnader og tap i temperaturnivå. Forholdsvis små tap i temperaturnivå kan ha avgjørende konsekvenser for hele systemets effektivitet.

For å oppnå høy effektivitet eller virkningsgrad for systemene, må også de varmeavgivende flater til rommene være store. I system med væske som transportmedium brukes derfor ofte golvvarme. Det er også foreslått å bruke hele veggflater med innlagte vannrør. Begge deler er kostbart og hindrer utnyttelse av slike systemer i marginalområder, d.v.s. områder med lav solvarmeeffekt.

Hovedformålet med oppfinnelsen er å skape et varmesystem med bare en varmeveksler.

Et ytterligere formål er å skape et varmesystem hvor det oppnås ytterligere kostnadsreduksjon sammenliknet med kjente systemer ved at solfangeren er integrert i bygningskonstruks jonen.

Dette kan oppnås ved å utforme varmesystemet i samsvar med den karakteriserende delen av patentkrav 1.

For å få noen betydning for en bygnings energiforsyning, må solfangerarealene nødvendigvis bli store. Brukt som konvektor vil en få tilsvarende store varmeavgivende flater, og dermed et meget effektivt varmedistribusjonssystem for lavtemperaturvarme. De store varmeavgivende flatene, kombinert med tvungen konveksjon inntil dem, vil kunne utnytte varmeinnholdet i en varmekilde ned til et temperaturnivå like over lufttemperaturen i rommene som skal varmes opp. Kombinert med varmepumper kan også konstruksjonen brukes som kjøleflater med å pumpe avkjølt væske inn i bunnen av absorbatoren.

Med varmesystemet ifølge oppfinnelsen kan solfanger- og bærekonstruksjon kombineres og prefabrikeres i store enheter, hvis dimensjon bare begrenses av transportmuligheter og nødvendige frie spennvidder for funksjoner som konstruksjonen skal overdekke. Dette betyr at en mindre del av solfangeren opptrer som separat tilleggskostnad i en bygning. Montasje- og rørleggerarbeidet vil også bli mindre fordi bærekonstruksjoner likevel må monteres i et bygg, og fordi de store enheter vil redusere antall rørtilkoplingspunkter på byggeplassen.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i underkravene.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser skjematisk et vertikalsnitt gjennom en bygningskonstruksjon som omslutter boliger, hvor det finnes et varmesystem ifølge oppfinnelsen tilknyttet et underjordisk varmemagasin,

fig. 2 viser perspektivisk en detalj ved takkonstruksjonen ved bygningskonstruksjenen i fig. 1, med solfangere montert på bærebjelker, mens

fig. 3-6 viser vertikalsnitt gjennom bærekonstruksjonen i eksemplet i fig. 2, med forskjellige modifikasjoner i forhold til denne.

I fig. 1 er det vist en bygningskonstruksjon i form av en hall 11 med glasstak utformet slik det vil bli beskrevet nedenfor. I hallen 11 er det plassert to bygninger 12 som omslutter rom 13 med værelsestemperatur, idet området 14 i hallen utenfor bygningene 12 har mellom-eller mesoklima. Bygningene 12 får sollys gjennom takkonstruksjonen og glassvegger i hallen 11.

I figuren er det vist en kanal 15 for bortførsel av ventilasjonsluft fra bygningene 12, en kanal 16 for tilførsel av friskluft til området rundt bygningene 12, samt en varmeveksler 17 for å ta vare på varmen i utsloppet luft og overføre den til inngående frisk luft.

Solfangerne ved hallens 11 takkonstruksjon er i fig. 1 betegnet med henvisningstall 18 og de står i kommunikasjon gjennom væskerør 19 med et underjordisk varmelager 20, i eksemplet utformet som rørsløyfer innsatt i grunnen. I tillegg til varmelageret 20 som er et sesonglager, finnes det et magasin 21 for kortvarig lagring.

I fig. 2 er det illustrert et eksempel på utformingen av takkonstruksjonen i hallen 11.

Takkonstruksjonen bæres av ei rekke bjelker som hver er betegnet generelt med henvisningstall 22. Hver bjelke er satt sammen av to metallplater, 23A og 23B som er sveiset sammen om et langsgående øvre rør 24 og et tilsvarende langsgående rør 25. Ved overkanten er bjelken 22 forsynt med en U-profil 26 som er sveiset mot kanten av platene 23A,B. Ved underkanten finnes en tilsvarende U-profil 27 som er festet omsnudd mot platene 23A, 23B. Profilen 27 er dekket nedover med ei dekkplate 28 som danner flenser på begge sider av bjelken.

Mellom platene 23A og 23B dannes det på denne måten et hulrom 29 hvor det kan sirkulere væske idet rørene 24 og 25 har perforeringer (ikke vist) inn mot rommet 29.

De to platene 23A og 23B sammen med rørene 24 og 25 danner en solabsorbator, idet den sørvendte plata 23A er sortmalt.

Bjelken 22 er på den sørvendte siden, dekket med ei transparent plate 30 som danner et varmeisolerende luftrom foran absorbatorplata 23A. Tilsvarende er det på motsatt side av bjelken montert ei speilende eller lysreflekterende plate 32 som danner et luftrom 33. Dette luftrommet 33 er åpent oppover og er gjennom åpninger forbundet med en kanal 34 i det indre av U-profilen 27.

Kanalen 34 kommuniserer gjennom en rørforbindelse 36 med området under takkonstruksjonen. Virkningen av dette vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

Ved overkanten av bjelkene 22 er det montert et glasstak som er generelt betegnet med henvisningstall 37. Glasstaket 37 kan være utformet på hensiktsmessig kjent måte med elementer som strekker seg fra to bjelker 22 ved siden av hverandre opp mot et møne 38.

I luftrommet 31 på den side av bjelken 22 som skal virke som solabsorbator er det plassert en reflektor 39, f.eks. av metallisert plastfolie. Reflektoren 39 er ført ned gjennom ei spalte 40 i flensen 41 som strekker seg ut fra den nedre profilen 27, og over en roterbar rulle 42. Reflektoren 39 er ved den øvre kanten opphengt i ei snor 43 som står i forbindelse med en opprullingsmekanisme 44 ved overkanten av absorbatorflata 23A. Tilsvarende er den nedre enden av reflektoren 39 forbundet over ei snor 45 med en opprullingsmekanisme 46 som er plassert på høyde med underkanten av bjelken 22, opptil en opptilliggende bjelke. Med dette arrangementet kan reflektoren 39 føres mellom ei øvre stilling hvor den dekker absorbatorflata 23A og en nedre stilling hvor den dekker åpningen mellom to bjelker 22 og hindrer lysinnfall mot rommet under.

"Rommet 29 i bjelkene 22 er dimensjonert slik at væskemengden som det fylles med er tilstrekkelig som et korttidslager for varme. Gjennom rørene 24 og 25 er hvert slikt rom 29 koblet til systemet som er illustrert i fig. 1. Dessuten er det fra det nedre røret 25 med jevne mellomrom ført ned forbindelsesrør 47 til en sprinklerventil 48.

Systemet som er vist i fig. 2 virker på følgende måte: Dersom det kommer et overskudd av solstråling gjennom glasstaket 37, trekkes reflektoren 39 ut av luftrommet 31 og over i horisontal stilling mellom bjelkene 22. Dermed kan både direkte og reflekterende solstråling absorberes av absorbatorflata 2 3A. Denne avkjøles ved at det pumpes væske, særlig vann, inn i hulrommet 29 gjennom bunnrøret 25. Oppvarmet væske tas ut gjennom topprøret 24. Denne kan så overføres til et sesongvarmelager som vist i fig. 1. 25 Dersom solinnstrålingen er lav eller mangler og det trenges varmetilførsel i området under takkonstruksjonen, pumpes varm væske inn i bunnrøret 25. Samtidig sirkuleres romluft fra området under konstruksjonen gjennom luftrommet 33. Dermed tempereres lufta ved varmeovergang gjennom metallplata 23B som virker som konvektor. I denne tilstanden er reflektoren 39 trukket opp slik at eventuelt dagslys som kommer gjennom glasstaket 37 blir reflektert ned i rommet under. Dersom plata 32 på motsatt side av bjelken 22 i forhold til reflektoren 39 har speilende eller lysreflekterende overflate, vil mesteparten av dagslyset som kommer gjennom glasstaket 37 kunne overføres ned i arealene under.

Med dette varmesystemet blir det altså mulig å bruke samme element som solabsorbator og konvektor. Dette reduserer byggekostnadene, temperaturtapet og plassbehovet. Varmesystemet ifølge oppfinelsen er fortrinnsvis aktuelt for bruk i store haller, med glasstak, slik det er illustrert i fig. 1. Brukt i slike haller kan systemet lade opp og ta ut varme fra et sesonglager 22 (fig. 1) i jord eller fjeld, uten bruk av varmepumpe som er vanlig i tilknytning til slike varmelager for å oppnå tilstrekkelig høy temperatur på varmemediet som tilføres konvensjonelle varmedistribusjonssystemer med begrensende varmeavgivende flater. En vesentlig fordel ved varmesystemet ifølge oppfinnelsen er at det kan utformes med store varmeopptakende og varmeavgivende flater innenfor en rimelig økonomisk ramme. Varmesystemet ifølge oppfinnelsen kan imidlertid også tenkes brukt for andre bygningskonstruksjoner og bygninger enn den som er illustrert i fig. 1.

I fig. 3 er det vist en alternativ utførelsesform av grunnelementene i varmesystemet ifølge oppfinnelsen. På en bærebjelke 50 av tre eller betong eller overkanten av en vegg er det montert ett væskefylt, hult panel 51 som skal stå solvendt og virke som absorbator. Panelet 51 er koblet til et nedre tilførselsrør 52 og et øvre utløpsrør 53.

Mellom bjelken 50 og panelet 51 finnes et luftrom 54 som er åpent ved overkanten og som ved underkanten er knyttet til en kanal 55 som tilsvarer kanalen 27 ved systemet i fig. 2.

Også ved denne utførelsesformen finnes det ei transparent dekkplate 56 foran absorbatorpanelet 51, som har ei sortmalt absorbatorflate. Dessuten finnes en reflekterende folie 57 som ved hjelp av en rullegardinmekanisme 58 ved underkanten av panelet 51 kan strekkes ut over mellomrommet mellom to bjelker 50 og dermed øke refleksjonen inn mot solabsorbatoren.

På motsatt side av bærekonstruksjonen, dvs. bjelken 50, er det montert ei refekterende flate 59 for å reflektere dagslys ned i rommene under. Alternativt kan denne plata 59 være anbrakt direkte på bærekonstruksjonen.

I fig. 4 er det vist en utførelsesform av oppfinnelsen hvor konvektorfunksjonen er utelatt. Her er det brukt en bærebjelke 60 som i prisipp tilsvarer bjelken 22 i fig. 2. På den solvendte sida er bjelken 60 forsynt med ei transparent dekkplate 61 som tilsvarer dekkplata 56 i fig. 3. Ved underkanten finnes en reflekterende folie 62 på en rullegardinmekanisme 63 på tilsvarende måte som i fig. 3.

Ved denne utførelsesformen er det på motsatt side av bjelken 60 plassert et isolasjonslag 64 dekket av ei reflekterende plate 65.

I fig. 5 er det vist en modifisert utformingen av systemet som er vist i fig. 2, hvor dekkglasset foran absorbatoren er fjernet og erstattet med en folie 70, hvis øvre del 70A er transparent, mens den øvrige delen 70B er reflekterende på tilsvarende måte som ved eksemplet i fig. 2. Folien 70 er ført over en øvre rulle 71 slik at den transparente delen 70A og den reflekterende delen 70B kan bringes alternativt opp foran absorbatorplata 23A. Den transparente delen av folien 7OA kan på denne måten tjene som dekkglass foran absorbatoren.

I fig. 6 er det vist en alternativ utførelsesform hvor en bærebjelke 81 ved overkanten danner møneparti 82 for en takkonstruksjon 83 som strekker seg ned mot ei avløpsrenne 84 midt mellom to bærebjelker 81 som er plassert ved sida av hverandre.

I dette eksmemplet kan dekkplata som i eksemplet i fig. 2 var plassert foran absorbatoren, sløyfes. Det finnes også her en reflekterende folie 85 som er ført over en rulle 86 ved underkanten av bjelken 81, mellom en øvre rullemekanisme og en nedre ruilemekanisme 88 plassert opptil underkanten av glasskonstruksjonen som løper ut fra mønepartiet 82. Konstruktive detaljer i forbindelse med oppbygningen er utelatt, siden disse kan utformes på forskjellig hensiktsmessig og kjent måte.

På motsatt side av bjelken 81 i forhold til absorbatorflata 89 er det plassert ei plate 90 av termisk isolerende materiale og med reflekterende ytterside. Mellom plata 90 og bjelken 81 dannes et konvektorrom 91 som står i forbindels emed en kanal 92 ved underkanten av bjelken 81.

Funksjonsmåten for dette alternativet skiller seg i prinsipp ikke fra det som er beskrevet foran med referanse til fig. 2.

Claims (6)

1. Varmesystem anordnet for transparente tak, hvor det finnes ei rekke bærebjelker og hvor det for minst en av bjelkene finnes en plateformet solabsorbator tilknyttet en varmeveksler med et varmeoverføringsmedium, karakterisert ved at solabsorbatoren (23A) er integrert med bjelkens (22) sideflate, idet bjelken er utformet for opptak av et fluid som kan oppta og overføre varme, og at det i mellomrommet mellom to bjelker er anordnet et element (39) med ei oppovervendt reflekterende side, som kan beveges mellom forskjellige stillinger i forhold til solabsorbatoren.

2. Varmesystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at solabsorbatoren (23A) er integrert med ei sideflate av en bygningsdel,særlig en bjelke (22), idet denne bygningsdelen opptar et medium med høy spesifikk varme, såsom vann.

3. Varmesystem i samsvar med et av kravene 1-2, karakterisert ved at det på baksida av solabsorbatoren med et rom som opptar et medium med høy spesifikk varme er anordnet en avgrenset luftspalte (33) som danner et konvektorrom for oppfanging av varme fra varmemediet.

4. Varmesystem i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at den reflekterende folien er plassert på en rullegardinmekanisme ved underkanten av solabsorbatoren.

5. Varmesystem i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at den reflekterende folien (39) er innrettet for å bli ført vekselvis over mellomrommet mellom to bygningsdeler som ligger opptil hverandre og foran solabsorbatoren på en slik bygningsdel.

6. Varmesystem i samsvar med krav 5, karakterisert ved at den reflekterende folien er forbundet med en transparent del (7OA) som i perioder med lysinnfall kan føres opp foran solabsorbatoren.