NO175115B - Bygningsdel, særlig for lavenergihus, samt bygning oppbygget av slike bygningsdeler - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen vedrører lavenergihus og bygningsdeler (gulv, bjelkelag, ytter- og innervegger, tak) for samme. Det er tatt sikte på å overflødiggjøre bruk av avansert teknikk og kostbart utstyr, slik at selve bygningsdelene (1,2,3,4,5, 5',6,7) iverksetter solenergi-oppfanging, -transport og. -lagring. En bygningsdel ifølge oppfinnelsen vil séledes omfatte to kanalsystemer (f.eks. 9,10; 9',10 *;13,14;13',14 ' ). for luft eller annet gassformet varme-bærende medium og et varmeakkumulerende sjikt, for eksempel av betong, slik at respektive bygningsdel i montert stand vil fremvise et øvre og et nedre henholdsvis et ytre og et indre kanalsystem.

Description

Denne oppfinnelse vedrører temperaturregulering av ulike bygningsdeler i hus og er nærmere definert i den innledende del av etterfølgende patentkrav 1. Under benevnelsen husbygningsdeler faller blant annet, men ikke utelukkende, gulv på grunn (kjellergulv), etasjeskillende bjelkelag (dekke), ytter- og innervegger samt tak (himling og yttertakkonstruk-sjon).

Ved et temperaturreguleringssystem ifølge oppfinnelsen utnyttes solenergi og/eller jordvarme/-kulde for oppvarming henholdsvis avkjøling av én eller flere av de ovennevnte husbygningsdeler. Jordvarmens forholdsvis høye temperatur om vinteren blir således hensiktsmessig utnyttet for oppvar-mingsformål i huset vinterstid og dens relativt lave temperatur om sommeren i avkjølingsøyemed.

Husbygningsdelene ifølge oppfinnelsen skal være utformet med henblikk på å lette industriell element fremstilling, oppvise gode statiske fasthetsegenskaper, tillate stor arkitektonisk valgfrihet og for øvrig oppvise stor fleksibilitet kombinert med optimal ressursutnyttelse.

Ifølge én aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det skaffet tilveie et komplett solenergi/jordvarme-utnyttende hus, omfattende alle eller de fleste av nevnte bygningsdeler som er utformet for dels å magasinere energi, dels å fungere som kanaliseringssystem for transport av varm/kald luft til andre bygningsdeler som skal varmes opp henholdsvis kjøles av. Ifølge en annen aspekt kan enkelte bygningsdeler som er utformet i overensstemmelse med nærværende oppfinnelse, benyttes i kombinasjon med mer tradisjonelt opp-bygde bygningskomponenter og/eller -elementer i den hensikt å tildele kombinasjonen bestemte egenskaper, for eksempel varme i forbindelse med gulv.

Såkalte luftbaserte solvarmeanlegg representerer kjent tek-nologi som har vært satt ut i praksis med godt resultat rent oppvarmingsteknisk. Solenergihus skiller seg imidlertid noe ufordelaktig ut arkitektonisk, og anvendelsen av for eksempel særskilte glassrom for oppfanging av solenergi er en åpenbar beboelsesareal-reduserende mangel. De såkalte lavenergihus lider av de samme mangler og ulemper.

Felles for samtlige kjente solenergi-utnyttende husbygninger er anvendelsen av avanserte varmepumper som er kompliserte i konstruksjon og funksjon samt kostbare i anskaffel-se. Eksisterende varmepumpekonstruksjoner har også en meget begrenset levetid. Varmelagre ved slike energihus består of-te av vanntanker, steinfyllinger, saltlag og lignende. Bare i meget sjelden grad blir selve bygningsdelene brukt som varmelager.

Kjente materialer, komponenter og systemer for angjeldende formål er blant annet transparente isolasjonsmaterialer, vinduskonstruksjoner med optimal k-verdi, kombinerte opp-varmings- og ventilasjonssystemer, avanserte styresystemer, solcelledrevne systemer, nye termiske varmelagringsmaterial-er og energieffektivt teknisk utstyr.

Varmelagring i gulv er eksempelvis beskrevet i SE patent-skrift nr. 196.303, som omhandler et system som gir god isolasjon mot bakken ved hjelp av et tykt overliggende betonglag hvori det er anordnet spiralfalsede kanaler, såkalte spirorør, for sirkulasjon av varmluft. Varmemediet er her varm luft, og betonglaget eller -gulvet utgjør varmelageret.

SE patentsøknader nr. 8903732-9 og 9002969-5 omhandler bjelkelag omfattende krysslagte korrugerte plater med overliggende betonglag. De korrugerte platers kryssende hulrom danner et hensiktsmessig kanalsystem for sirkulasjon og transport av luft eller annet gassformet varme-bærende medium, mens det overliggende betonglag virker som varmelager. I be-tongen eller også under de krysslagte korrugerte plater går det ut kanaler i form av spirorør som har til oppgave å transportere nyoppvarmet luft til husets kanter før luften ledes inn mellom de krysslagte korrugerte plater.

Fra NO utlegningsskrift nr. 150.736 er det kjent et element-system omfattende to parallelle plater med mellomliggende avstandsstykker, hvorimellom det dannes kanaler for styring av luft eller annen gass i én retning. Man kan oppnå det samme ved å sløyfe distansestykkene og benytte minst én korrugert plate. Ved å benytte slike elementer eller bygningsdeler som gulv eller bjelkelag i et hus, blir det ved dette kjente system tilsiktet hurtig temperaturregulering av det overliggende rom ved at man baserer seg på en mest mulig direkte varmeoverføring, det vil si uten forutgående lagring av varmen.

Andre kjente temperaturreguleringssystemer for husbygninger omfatter tradisjonell oppvarming via panelovner, varmekab-ler og vannbaserte rørsystemer i gulv, strålevarme fra tak og/eller forvarmet ventilasjonsluft.

Når det gjelder bygningsdeler for hus generelt, blir disse i det store og hele konstruert på tradisjonell måte, det vil si i det vesentlige med deres særskilte primæroppgave for øye. Bygningsdeler for tak og yttervegger skal være tette overfor vind og vær, oppvise de påkrevde fasthetsegenskaper med hensyn på trykk, strekk og bøyemoment samt ha en beskaffenhet som tilfredsstiller kravene til lyd- og varmeisola-sjon. Under primæroppgaven for gulv på grunn (kjellergulv) inngår damptetthet mot bakke, styrke og stivhet samt til-fredsstillende isolasjonsegenskaper. For etasjeskillende bjelkelag og innervegger omfatter primærfunksjonen romskillende egenskaper, styrke, stivhet, lyd- og varmeisolerende egenskaper samt brannfast beskaffenhet. Alle disse tradisjonelle bygningsdeler for hus kan omfatte bestanddeler av tre, betong, lettbetong, metall (særlig stål og aluminium) etc. samt kombinasjoner derav.

Når det gjelder såkalte energihus generelt (hus med solcel-lepaneler, glassrom, varmelager, varmepumper, varmeover-føringskanalsystemer og temperaturregulering, etc), er disse betydelig dyrere enn tradisjonelle hus med sammenlignbare dimensjoner. Dette til tross for at mange av de i energihus inngående bygningsdeler er mer eller mindre konvensjonelle i sin oppbygging. Den vesentligste grunn til at energihus generelt er så mye dyrere enn ordinære hus, er anvendelsen av avansert teknikk omfattende varmepumper, kompliserte styresystemer etc. samt varmelagringssystemer som ikke utgjør en integrert del av selve husbygningens beboelige areal, blant annet såkalte glassuterom, solfangersystemer etc. Solenergihus må som oftest tildeles en spesiell arkitektur, som av mange ansees for å være lite attraktiv. Bruk av nevnte avanserte teknikk innebærer også høy risiko for funksjonsfeil, driftsforstyrrelser og så videre, med høye vedlikeholds- og utskiftningskostnader til følge.

Ingen av de kjente solenergihus og tilknyttede systemer har til nå nådd frem til et stadium hvor de kan ansees å egne seg for produksjon i industriell målestokk og kommersiali-sering.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse tilsiktes derfor ovennevnte ulemper, mangler og anvendelsesbegrensninger ved kjent teknikk på angjeldende område eliminert eller vesent-lig redusert. Dette skal i henhold til oppfinnelsen iverk-settes ved bruk av nye husbygningsdeler som enkeltvis og spesielt i gunstige kombinasjoner, i tillegg til sine generelle funksjoner og uten å innvirke skadelig eller forring-ende på disse, uten eller uten merkbare fordyrende tillegg i prisen, skal oppvise egenskaper som fremmer oppfanging, overføring og lagring av termisk energi. Et temperaturregu-lerende system ifølge den foreliggende oppfinnelse skal enn videre omfatte husbygningsdeler som har i det minste den samme arkitektoniske fleksibilitet som helt ordinære komponenter for samme formål. Det er en åpenbar fordel ved oppfinnelsen, men ikke en bindende forutsetning for dennes vel-lykkede praktiske gjennomføring, at samtlige husbygningsdeler (gulv på grunn (kjellergulv), etasjeskillende bjelkelag (dekke), ytter- og innervegger samt takkonstruksjon) oppviser den samme generelle oppbygging, hvilket turde være det beste kriterium for rasjonell industriell produksjon.

Nevnte formål er ifølge oppfinnelsen realisert ved de trekk som fremgår av etterfølgende patentkrav.

Ifølge oppfinnelsen skal alle bygningsdeler inngå som en integrert del av huskonstruksjonen og forutsettes å oppfylle alle sine primærfunksjoner samt tilleggsfunksjoner. Disse tilleggsfunksjoner vil selvsagt være forskjellige når det gjelder utvendige bygningsdeler (tak, yttervegger) på den ene side og innvendige bygningsdeler (innervegger, gulv på grunn, bjelkelag) på den annen side, idet det normalt bare vil være yttervegg/-vegger (avhengig av orientering i forhold til nord/syd) og tak som kan være solvarme-oppfangende.

Normalt vil således husbygningsdeler ifølge oppfinnelsen være utformet slik at samtlige har varmelagringskapasitet samt omfatter kanalsystem for sirkulering og transport av luft eller annet varme-bærende gassformet fluid, idet ytre bygningsdeler såsom yttervegger og tak i tillegg vil oppvise en solfangerfunksjon. For yttervegger og tak skal utforming og materialvalg fortrinnsvis være slik at det kreves mini-mal bruk av ordinære isolasjonsmaterialer. Derved vil husbygningsdeler utformet i henhold til oppfinnelsen kunne dimensjoneres med en tykkelse som stort sett svarer til tradisjonelle bygningselementer av samme kategori.

I forhold til en midtre kjerne som kan danne bygningsdelens skillesjikt, er det hensiktsmessig å utforme ytre kanalsystemer, som i forhold til de ytre omgivelser vil danne et utvendig og et innvendig kanalsystem. Det utvendige kanalsystem kan med fordel utnyttes til å gjøre bruk av jordvarme fra et rørsystem nedgravd under frostfri dybde. Det innvendige kanalsystem kan utgjøre et virksomt varmelager. Også innvendige vegger kan bygges opp etter dette prinsipp. Også for gulv på grunn kan det benyttes to atskilte kanalsystemer, nemlig et øvre (indre) kanalsystem og et nedre (ytre) kanalsystem. Derved kan man blant annet slippe å installere spiralfalsede kanaler, spirorør, som er kjennetegnende for mange'tidligere systemer. Ifølge oppfinnelsen oppnår man likeledes en meget stor kontaktflate for varme/kuldeavgivel-se. I forbindelse med solenergihus kan et slikt gulv med fordel utnyttes som primært varmeakkumulerende legeme for solenergi.

I forhold til de tidligere omtalte SE patentsøknader nr. 8903732-9 og 9002969-5 blir tilsvarende korrugerte plater plassert med korrugeringene orientert i samme retning, hvor-ved det oppnås en betydelig statisk kapasitetsforbedring, samtidig som man forenkler forskalingsarbeidet før betong-støping og sparer en del armering. I forhold til kjent teknikk slipper man likeledes å benytte et større antall tverr-gående plater.

Et solenergihus, eventuelt utstyrt med et jordvarme-utnyttende system, oppbygget av bygningsdeler ifølge oppfinnelsen, vil virke som en stor varmeveksler, hvor man kan gi avkall på avansert teknisk ekstrautstyr såsom varmepumper, samt glassuterom etc.

Eksempler på anvendelige utførelsesformer forklares nærmere i det etterfølgende under henvisning til medfølgende skjematiske tegninger, hvor: Fig. 1 representerer en prinsippskisse av et solenergihus med jordvarme-utnyttelsesmulighet, sett i et tverrsnitt parallelt med mønetakhusets gavlsider; Fig. 2-6 viser tverrsnitt gjennom ulike bygningsdeler for oppbygging av huset ifølge fig. 1 eller et lignende hus, idet: Fig. 2 viser en bygningsdel som i huset tenkes anvendt som gulv på grunn (kjellergulv); Fig. 3 viser en bygningsdel som i huset tenkes anvendt som etasjeskillende bjelkelag; Fig. 4 viser en bygningsdel som tenkes anvendt som yttervegg; Fig. 5 viser et takelement;

Fig. 6 viser en innvendig vegg.

Det henvises først til fig. 1 hvor hehvisningstallet 1 betegner en yttervegg på solsiden, idet 2 angir yttertak på solsiden, mens 3 og 4 angir henholdsvis en romskillende innervegg i underetasjen (eller kjelleren) og et gulv på grunn. Videre betegner henvisningstallene 5,6 og 7 henholdsvis bjelkelag (det øverste er betegnet med 5'), tak på skyggesiden og yttervegg på skyggesiden.

De enkelte bygningsdeler i fig. 2 - 6 er gitt samme generelle henvisningsbetegnelser.

I fig. 1 betegner videre henvisningstallet 8 et under frostfri dybde nedgravd rørsystem for utnyttelse av jordvarme og med et luftinntak 8' over marknivå samt et oppadrettet for-greningsrør 8", som vil være skikkelig varmeisolert. Et slikt rørsystem blir vanligvis lagt i en markgrøft belig-gende utenfor grunnmuren og kan ha en ganske betraktelig utstrekning. Luft som tas inn ved luftinntaket 8', kan ha en temperatur på flere minusgrader, men vil kunne bli varmet opp ved hjelp av jordvarmen til ca. 5°C innen den stiger opp i forgreningsrøret 8". 9 og 9' betegner et utvendig luftsjikt som inngår i henholdsvis yttervegg 1 og tak 2 på solsiden, og som er beregnet til å fungere som solfanger, idet det likeledes er utformet en luftkanal 10 på innsiden av husets solside. Henvisningstallene 11,11' og 11" betegner luftkanaler for gulv på grunn henholdsvis bjelkelag. 12,12',13,13' og 14,14' betegner henholdsvis luftkanaler på innervegg, utvendige luftkanaler på skyggeside og innvendige luftkanaler.

Det henvises nå til fig. 2-6, hvor de viste bygningsdeler har følgende felles komponenter som alle er gjennomgående og forløpende parallelt med respektive bygningsdels ytter-flater: a) et betongsjikt (betegnet med henholdsvis 15a-15e), b) en korrugert plate (betegnet med henholdsvis 16a-16e) av stål, aluminium, plast e.l., c) et distanseelement (betegnet med henholdsvis 17a- 17e) og d) en ytterligere korrugert plate (betegnet med henholdsvis 18a-18e) som kan være identisk med den førstnevnte korrugerte plate samt orientert i samme retning som denne (altså ikke kryssende

som ved kjent teknikk).

Henvisningsbetegnelsene på luftsjiktene/luftkanalsystemene ifølge fig. 1 er overført til fig. 2-6.

Fig. 2 viser nærmere bestemt en bygningsdel som er tenkt anvendt som gulv 4 på grunn, omfattende de to nevnte korrugerte plater 16a og 18a samt det distanseholdende element 17a. 19a betegner et isolasjonssjikt, vanligvis ekspandert polystyren, mens 20a er et ytterligere distanseplateelement av et hvilket som helst passende materiale.

Bjelkelagselementet ifølge fig. 3 har en til fig. 2 svarende oppbygging og felles deler er betegnet med lignende henvisningsbetegnelser 16b-20b, idet 21b angir en himlingsplate av ønsket beskaffenhet og utseende.

Fig. 4 viser en bygningsdel som er tenkt anvendt som yttervegg, omfattende korrugerte plater, distanseelement og be-tongs jikt svarende til fig. 2 og 3, og hvor henvisningsbetegnelsene er motsvarende, idet 22c og 23c angir henholdsvis utlekting og isolasjon, mens 24c betegner en vindtettings-plate, for eksempel en trefiberplate. 25c og 26c angir igjen utlekting og utvendig kledning i form av korrugerte plater, treplater e.l. 27c, 28c, 29c betegner henholdsvis en lekt, en innvendig bygningsplate, for eksempel en gipsplate, og vertikal armering.

Bygningsdelen (takelementet) ifølge fig. 5 omfatter de samme korrugerte plater og avstandsplateelement, 16d,18d og 17d som i de foregående figurer, idet 22d og 23d angir utlekting og isolasjon såsom i fig. 3 og 4. 30d betegner et undertak, for eksempel av kryssfinér, mens 31d og 32d angir utlekting og 33d et takbelegg, for eksempel av korrugerte stål- eller aluminiumsplater (fortrinnsvis av den type som av utseende kan minne om glassert takstein) eller passende typer takbelegg som er beregnet for påspikring på lekter såsom vist. 34d angir en innvendig lekt og 35d en bygnings-eller himlingsplate av hensiktsmessig type, for eksempel en gipsplate, mens 29d betegner vertikal armering.

Fig. 6 viser en bygningsdel for hus og som er tenkt anvendt som innervegg, og som i prinsippet er bygget opp på samme måte som bygningsdelene ifølge de foregående figurer, det vil si omfattende to korrugerte plater 16e og 18e med mellomliggende distanse- og skillesjikt 17e i betong. Som ved utførelsesformen ifølge fig. 5, betegner henvisningstallene 29e, 34e og 35e henholdsvis armering, utlekting og bygningsplate, for eksempel en gipsplate.

Det henvises igjen til fig. 1 hvor solenergi oppfanget av de solbestrålte flater 9 og 9' av henholdsvis yttervegg 1 og tak 2 på solside, i form av oppvarmet luft mellom vind-tet tingsplate 24c og utvendig kledning 26c, henholdsvis undertak 30d og takbelegg 33d blir ledet i et separat rør-system ved hjelp av enkle mekaniske vifter til et varmeakkumulerende legeme, et såkalt varmelager, som primært kan be-stå av betonglaget 15a i gulv 4 (fig. 2) på grunn og sekun-dært -av betonglaget 15b i bjelkelag 5,5' (fig. 3). Når man anser at tilstrekkelig varmeenergi er akkumulert i nevnte bygningsdeler 4 og 5,5', fortsettes varmeakkumuleringen i respektive betonglag 15c-15e i yttervegg 1,7 (fig. 4), tak 2,6 (fig. 5) og innvendige vegger 3 (fig. 6).

På solfylte dager vil husets yttervegg og takflate på solsiden motta en så stor varmeenergi at luften umiddelbart innenfor yttervegg og takflate kan bli varmet opp til ca. 80°C. Bruk av mørke, eksempelvis svartfargede fasade- og taktekkingsmaterialer 26c henholdsvis 33d vil begunstige oppfangingen av solstråleenergien. Denne oppvarmede luft ledes så i første rekke frem til bygningsdelen 4 (kjeller-gulvet) og inn i dens kanalsystem som avgrenses av den korrugerte plate 18a og isolasjonsskiktet 19a for så å ledes videre til det øverste kanalsystem som avgrenses av de korrugerte plater 16a,18a og distanseelementene 17a. Via nedre og øvre luftkanalsystem i gulv på grunn og bjelkelag og det innvendige kanalsystem i yttervegger og tak, samt kanalsystem på begge sider av innervegger blir luften for-delt over hele husbygningen. Betonglaget 15a-15e i de respektive bygningsdeler kan til enhver tid fungere som varme-akkumuleringslegeme.

Når den soloppvarmede luft har passert gjenom kanalsystemene i gulv 4 på grunn og en del av luftens varmeenergi er blitt fanget opp og akkumulert i kjellergulvets 4 betongsjikt 15a, fig. 2, blir noe kjøligere luft, for eksempel gjennom iso-lert spiralfalset kanal, ikke vist, ledet videre til bjelkelag 5,5', fig. 3. Luften blir her ledet inn i kanalsystemet mellom den korrugerte plate 18b og isolasjonssjiktet 19b, for så å ledes videre mellom de korrugerte plater 16b og 18b og distanseelementene 17b, idet en del varmeenergi vil bli akkumulert i betonglaget 15b. Luften blir ledet- videre i korresponderende kanalsystemer i tilstøtende bygningsdeler, og forutsatt at det fremdeles finnes varmeenergi som kan trekkes ut av luften etter at den har passert igjennom bjelkelag 5,5' (det er da tale om luft med høyere temperatur enn ca. 25°C), blir denne luft ledet videre gjennom iso-lert rør til for eksempel kanalsystemet 14' i tak 6 på skyggeside. Dersom luften deretter fremdeles inneholder varmeenergi som vil kunne la seg lagre, vil den via korresponderende kanalsystemer kunne bli ledet inn i inner-og/eller yttervegg 3 og/eller 7.

Det jordvarme-utnyttende markrørsystem 8,8',8", hvor stigerøret 8" fører opp til skyggeside-takets 6 kanalsystem 14', kan ha et kort grenrør 8'<11> til skyggeside-ytterveggens 7 kanalsystem 13. Det forutsettes at det er anordnet grenrør 8"' på alle husets fire sider, og at stigerør 8" er ført til

tak på to sider.

Det forutsettes at luften i dette markrørs nedgravde del vil holde ca. 5°C sommer som vinter, slik at luft som har passert gjennom markrørsystemet om sommeren, kan anvendes for avkjølingsformål. Ellers skal denne om vinteren oppvarmede luft (det forutsettes selvsagt lavere temperatur enn 5°C i uteluften) kunne ledes inn i ytre bygningsdelers, for eksempel 6,7, utvendige kanalsystem og der avstedkomme en isolasjonsvirkning som bedrer husets varmeenergiøkonomi.

Claims (5)

1. Bygningsdel beregnet for enhver type bygning, men særlig for lavenergihus, og særlig med solenergi-utnyttelsesmulighet, omfattende et kanalsystem for sirkulasjon av luft eller annen gass som varmebærende medium og minst ett varmeakkumulerende sjikt (15a-15e), og hvor bygningsdelen omfatter et ytterligere kanalsystem atskilt fra førstnevnte kanalsystem, hvilke kanalsystemer forløper parallelt med bygningsdelens hovedflater, slik at det i bygningsdelens bruksstilling som gulv (4) på grunn, bjelkelag (5,5') henholdsvis vegg (1,3,7), tak (2,6) fremkommer et øvre og nedre henholdsvis et indre og ytre kanalsystem, og hvor de to kanalsystemer hver er dannet av en korrugert plate (16a-16e, 18a-18e) og det varmeakkumulerende sjikt (15a-15e) fortrinnsvis består av betong, karakterisert ved at de korrugerte plater (16al"6e, 18a-18e) er orientert med korrugeringene i samme retning, og at de korrugerte- plater er festet til mellomliggende distanseelementer 17a-e.

2. Bygningsdel ifølge krav 1 og beregnet brukt som gulv (4) på grunn henholdsvis bjelkelag (5,5'), karakterisert ved at det varmeakkumulerende sjikt (15a;15b) danner bygningsdelens ene hovedflate, slik at de to kanalsystemer befinner seg på samme side av det varmeakkumulerende sjikt (15a;15b).

3. Bygningsdel ifølge krav 1 og beregnet brukt som innervegg (3), yttervegg (1,7), tak (2,6), karakterisert ved at det varmeakkumulerende sjikt (15c;15d;15e) befinner seg mellom de to kanalsystemer.

4. Bygning, særlig lavenergihus, karakterisert ved at den er bygget opp av bygningsdeler i henhold til ett eller flere av de foregående krav.

5. Bygning, særlig lavenergihus ifølge krav 4, karakterisert ved at ett eller flere av dens kanalsystemer er tilkoplet et rørsystem (8-8'' 1) som delvis er gravd ned under frostfri dybde.