NO310990B1 - Varmeoverforingssystem, fremgangsmate for a bygge et varmevekslersystem og en modulkonstruksjonsenhet - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen angår hydroniske eller elektriske strålepaneler for oppvarmings- eller kjøle-systemer.

Nærmere bestemt angår oppfinnelsen et varmeoverføringssystem og en fremgangsmåte for å bygge et varmevekslersystem for å danne et undergulv i en bygning fra et flertall av lastbærende paneler, hvert panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres og limes, og hvert lastbærende panel har en varmeledende paneloverflate på hvilken et modulspormønster er formet. Oppfinnelsen angår også en modulkonstruksjonsenhet.

Tidligere teknikk i konseptet for oppvarming av et rom ved å varme opp gulvoverflaten inne i rommet går så langt tilbake i tiden som til det romerske impe-rium.

Oppvarmingssystemer med hydroniske gulvpaneler som nå er i bruk benytter me-tall- eller plastrør innlagt i en betongplate eller rør med aluminiumsflater festet på forskjellige måter. Det er systemer (f.eks. som levert av Wirsbo Company, Apple Valley, Minnesota) hvor, etter at et gulv er konstruert, aluminiumsplatene festes under et undergulv av kryssfinér mellom gulvbjelkene. Det har vært systemer hvor aluminiumsplatene og rørene er understøttet ved en lett ramme (se f.eks. Shiroki, US-patent nr. 4.865.120), hvor skumplastplater med spor eller kryssfinerplater med spor (f.eks. som levert av Lagerstedt og Krantz AB, Sverige) plassert over undergulvet og dekket med en ytterligere plate av spikret materiale. Det har vært noen systemer med skumplast (som f.eks. som levert av Wirsbo AB i Sverige), og noen flis-systemer (se f.eks. tysk patent nr. DE3411339A1 og Williams, US-patent nr. 3.037.746) som benytter modulær spor-geometri for å lette utlegget av rør-systemene.

Det har vært et antall systemer som består av individuelle plater innehol-dende rør allerede innlagt i panelet, og som så sammenføyes for å skape et større strålepanelsystem (se f.eks. Rapp, US-patent nr. 2.681.796 og japanske patent nr. 57-108531, 59-158919, 59-95321, 59-225228) som er plassert på et tidligere konstruert undergulv-system.

Det er ikke vist noen systemer hvor det er en kombinasjon av et strukturelt undergulvpanel, med en toppoverflate bestående av en varmeledende plate innlagt med spor lagt ut i modulær geometri, som implementerer det hele området av trekk som beskrevet her. Det er denne unike kombinasjon av elementer i system som forenkler installasjon av strålepanel-oppvarming, som skiller den foreliggende oppfinnelse fra den tidligere teknikk.

Alle strålepanel-oppvarmingssystemer har en tendens til å gi den beste komfort blant andre fordeler, og enda har nåværende systemer møtt blandet ak-sept, delvis på grunn av: (A) For høye kostnader. Tidligere systemer omfatter typisk spesialkonst-ruksjon for å passe hver bygningskonstruksjon, og er følgelig stort sett bygget på stedet. Dette krever ofte tilleggskonstruksjoner og kostnader på grunn av panele-nes vekt. Installasjonen er arbeidskrevende, og må utføres av spesialister. Disse systemene avbryter tids-planleggingen for konstruksjonsprosessen, og påvirker ofte installasjonen av gulvbeleggmaterialene. (B) Pålitelighet. I de fleste nåværende systemer er rørene skjult fra instal-latørene av gulvbeleggmaterialene, og det er ikke uvanlig at et rør blir skadet av en festeanordning under denne prosessen. Under en ombygging, kan flytting av innvendige vegger også medføre en stor risiko for skade på rørene. Når rørene er skadet, kan stedet for skaden være vanskelig å detektere, og reparasjonen krever ofte demontering av gulvpanelene. (C) Responstid. På grunn av den høye termiske masse og/eller høye termiske motstand, reagerer nåværende systemer langsomt på endrede varmebelastninger, med responstider målt i timer eller dager.

Følgelig er målene for den foreliggende oppfinnelse å frembringe:

(1) Et undergulv-system med modulær geometri, installert ved bruk av konvensjonelle konstruksjonsmetoder, tidsplanlegging og ferdigheter, som i et trinn frembringer et strukturelt undergulv og basis for et oppvarmingssystem. (2) Redusert dødvekt for et strålepanel-system som vil redusere lateral og vertikal belastning av en bygnings strukturelle systemer. (3) Et system som tar hensyn til, og derfor er stort sett uavhengig av, vegg-plassering og påføring av gulvbeleggmaterialer, som ikke lett kan skades verken under primærkonstruksjonen eller en senere endringsfase, og som er lettere å reparere hvis det skades.

(4) Reduksjon i responstid for vekslende varmebelastninger.

(5) I kombinasjon med alle de ovennevnte mål: en reduksjon i kostnader av materialer og arbeid, sammen med en økning i bruker-tilfredsstillelse, tilstrekkelig til å gjøre den totale kostnad/fordel-sammenligning med andre oppvarmingssystemer, gunstigere.

Målene for den foreliggende oppfinnelse er oppnådd ved et varmeoverfø-ringssystem som er kjennetegnet ved at det omfatter et flertall av lastbærende paneler, som omfatter et flertall av lastbærende paneler, som danner et underlagsgulv i en bygning, hvert panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres og limes, hver av de lastbærende panelene har en sporoverflate til hvilken et varmeledende lag er klebet for å danne en termisk ledende overflate, flertallet av lastbærende paneler er forbundet sammen for å danne undergulvet i hvilket de varmeledende overflatene til de forbundne lastbærende panelene tilveiebringer en vesentlig kontinuerlig bane av spor ut gjennom undergulvet, nevnte spor er åpne ved en toppoverflate av undergulvet, for å innlemme en varmevekslerinnretning neddykket i en herdbar sammensetning for å danne en vesentlig plan, varmeledende overflate for undergulvet, før oppsetting av vegger eller skillevegger.

Videre er målene ifølge foreliggende oppfinnelse oppnådd ved en fremgangsmåte for å bygge et varmevekslersystem i henhold til innledningen av be-skrivelsen og som er kjennetegnet ved at fremgangsmåten omfatter trinnene av: anordning av flertallet av lastbærende paneler for å danne undergulvet hvori modulspormønsterne til flertallet av lastbærende paneler danner et nettverk av spor ut gjennom en overflate av undergulvet, nevnte spormønstere er åpne ved en toppoverflate av undergulvet;

avsetning av en herdbar sammensetning og varmevekslerinnretning i nettverket av spor;

utglatting av den herdbare sammensetningen for å danne en vesentlig plan overflate med den varmeledende paneloverflaten; og

herding av den herdbare sammensetningen for å danne en lastbæring, varmevekseloverflate på undergulvet uavhengig av vegg og skilleveggplassering-er.

Til slutt er målene ifølge foreliggende oppfinnelse oppnådd ved en modulkonstruksjonsenhet, som er kjennetegnet ved at den omfatter: et lastbærende panel med en overflate i hvilken et spor er formet, sporet krysser minst en kant av det lastbærende panelet og nevnte panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres og limes; og

et varmeledende lag anbrakt på og som vesentlig former seg til overflaten av det lastbærende panelet for å danne en varmeledende overflate med et varmeledende belagt spor deri, hvori modulkonstruksjonsenheten er forbundet med lignende modulkonstruksjonsenheterfor å danne et undergulv til en bygning med et nettverk av ledende belagte spor som er åpen ved en toppoverflate av det lastbærende panelet for å motta en varmevekslerinnretning og en herdbar sammensetning hvilken sammensetning danner en vesentlig plan flate med den varmeledende overflaten.

I en typisk utførelse av oppfinnelsen er undergulv-membranen i en bygning konstruert av spesielle undergulvpaneler laget typisk av kryssfinér, orienterte fiberbord eller andre strukturelt egnede materialer som lik kryssfinér lett kan sages, spikres, limes og/eller benyttes i samsvar med løpende praksis i konstruksjons-næringen. Undergulv-panelene er fremstilt med mønstre av spor utformet i overflatene; en varmeledende plate er presset til å tilsvare mønstret av sporene, og denne platen er bundet til undergulvpanelene.

Etter at panelene er på plass, plasseres en elastomerisk masse i sporene, og rør presses inn i sporene, slik at de følger det mønstret som er dannet av den modulære geometri. Massen holder rørene på plass, fyller inn eventuelle luftrom mellom rørene og den varmeledende overflate, og utjevnes med toppoverflaten på panelet, slik at det dannes en glatt overflate som det ferdige gulvbelegg lett kan festes på. Den varmeledende overflate er i direkte kontakt med gulvbelegget, og gir en raskere termisk respons enn konvensjonelle systemer.

I et trinn, før veggene konstrueres, blir det strukturelle undergulv og oppvarmingssystem installert, og gir dermed store kostnadsbesparelser. De klart syn-lige rørbaner gjør det usannsynlig at rørene vil bli skadet under festing av vegger og gulvbelegg. I tilfelle skade, kan lekkasje lett lokaliseres, og reparasjoner er lett å utføre.

Oppfinnelsen kan lett forstås fra den følgende detaljerte beskrivelse, og med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et isometrisk riss av den foreliggende oppfinnelse, brukt med et typisk gulvramme, undergulv og veggramme-system. Fig. 2 er et skjematisk grunnriss av den modulære enhet av varmepaneler til et system som danner en kontinuerlig rørbane uten skjøter. Fig. 3 er et grunnriss av sporene i et typisk modulært undergulvpanel som brukes for enderørene. Fig. 4 er et grunnriss av sporene i et typisk modulært undergulvpanel som brukes for rette rørbaner. Fig. 5 er et tverrsnittsriss av et montert undergulvpanel, varmeledende overflate og hydronisk rør. Fig. 6 er et grunnriss av sporene i et enkelt modulært undergulvpanel som er en samling av geometriene vist på fig. 3 og 4. Fig. 7 er et grunnriss av sporene i en gruppe beslektede modulære undergulvpaneler, som er trukket ut av geometriene på fig. 3 og 4.

Det henvises nå til fig. 1, som viser en typisk anvendelse av den foreliggende oppfinnelse i et gulvrammesystem. Konvensjonelle gulvbjelker 1 utgjør bære-systemet. Paneler 2 (som vist på fig. 3) og 3 (som vist på fig. 4), er festet på gulvbjelkene på en måte som er typisk for konvensjonelle undergulv-membraner. Et rør 4 av den type som benyttes i strålepanel-oppvarming, er presset inn i den modulære bane av spor.

I dette eksemplet er innløpet ved 5 og utløpet ved 6. Adskillelsen av sporene tillater at ytre vegger 7 festes direkte på panelene uten skader på rørene. Indre vegger 8 kan krysse sporene uten å ligge an, og derfor uten å skade rørene. Den klare synlighet av rørbanene gjør at vegger eller gulvbeleggmaterialer kan festes på grunngulv-membranen ved spikre 9 uten å skade rørene.

Hvis reparasjoner blir nødvendig, vil den samme synbarhet som gjør punk-teringer usannsynlige, gjøre lekkasjer lett å lokalisere. Bare den del av gulvbelegget som dekker over skaden vil måtte fjernes, istedenfor å fjerne hele seksjoner av undergulvet.

Den varmeledende overflate er i direkte kontakt med gulvbelegget, som f.eks. et teppe, hardved-gulv eller fliser. Varmeimpedansen som frembringes av gulvbelegget forsinker varmeutstrålingen fra overflaten tilstrekkelig til å redusere varmegradienten mellom tilstøtende hydroniske rørelementer.

I eksisterende hydroniske systemer blir oppvarmingstiden eller den termiske forsinkelse styrt ved den termiske masse og/eller motstand i undergulvet av betongplate eller kryssfinér. Dette kan være mange timer eller flere dager i eksisterende systemer. I den foreliggende oppfinnelse vil lav masse pluss lav motstand gjøre at en endring i overflate-temperaturen blir målbar i løpet av noen minutter. Fig. 2 er et grunnriss av et typisk system av varmepaneler som viser et eksempel på hvordan hydroniske rør plasseres i et system. Varmtvannsinngangen 5 blir ført langs sporene 10 tangensielt med buene av endeseksjonspanelene 2. Det blir så ført til et 90° buet spor 11. Det blir så ført, som vist på fig. 2, gjennom en-depaneler 2 som svinger 180° 12 typisk ved hvert endepanel, og gjennom rette paneler 3, og til slutt dreining i et 90° spor 11 til utgangen 6, for dermed å fullføre en krets. Fig. 3 er et grunnriss av et endeseksjonspanel som benytter tre langsgående spor pr. panel. Størrelsen og aspektforholdet er typisk for undergulvpaneler som nå er i bruk. Adskillelsen av sentrene på de tre sporene 13, 14 og 15 er 1/3 av panelets bredde. Sentrene for sporene 13 og 15 er adskilt med 1/6 av bredden på panelet 2 fra den langsgående kant av panelet 2. På en ende av panelet 2 en-der sporene 13, 14 og 15 i halvsirkelformede spor 12. I tillegg er sporene 13 og 15 forbundet med kvart-sirkelformede spor 11. Til slutt er et rett spor 10 plassert tangensielt med og forbundet med buene 11 og 12. Sentrum av dette tangensielle spor er adskilt med samme avstand fra den korte kant på et panel som sporene 13 og 15 er adskilt fra den lange kant.

Denne adskillelse, som er basert på tre primære rørbaner pr. panel, er op-timal for typisk konstruksjon i USA, basert på engelske måleenheter. Den tillater

oppsetting av ytre vegger av konvensjonell tykkelse, og gir tilstrekkelig rom mellom den indre overflate av en ytre vegg og den nærmeste rørbane for festing av strim-ler av teppespiker. Ikke desto mindre kan det være fordelaktig å fremstille paneler med en, to, tre, fire, fem eller seks rørmoduler pr. plate av undergulv, men fremdeles generelt i henhold til geometrien og modulariteten som er vist her. Disse enhe-tene kan f.eks. velges hvor f.eks. lett teppeinstallasjon er mindre viktig enn forskjellige andre hensyn, så som overflate-temperatur og rørtetthet. Når metrisk ba-serte bord og undergulvmaterialer brukes, kan det være nødvendig å modifisere adskillelsen basert på den metriske dimensjonering for konvensjonelle byggema-terialer, men fremdeles i samsvar med den geometri og modularitet som er vist her.

Fig. 4 er et grunnriss av et rett seksjonspanel som benytter tre langsgående spor pr. panel. Avstanden mellom sentrene på de tre sporene 16,17, 18 er 1/3 av bredden av panelet 3. Sentrene for sporene 16 og 18 er adskilt med 1/6 av bred-der: av panelet fra den lange siden av panelet 3. De variasjoner som oppstår fra forskjellige antall rørbaner pr. panel eller metriske måleenheter som nevnt i be-skrivelsen av panelene på fig. 3, gjelder også disse rettløps-paneler.

Fig. 5 er et tverrsnittsriss som gjelder alle panelene vist her. Et spor 19 er utformet i et undergulvpanel. I en utførelse kan panelene være fremstilt av et ho-mogent materiale så som finér eller orientert fiberbord. I den utførelsen, er det lag av panelet 23 i hvilket sporet 23 utformet, strukturelt svekket av sporet, og derfor må det resterende lag 24 som ikke har spor, ha tilstrekkelig strukturelle egenskaper til å spenne over det typiske mellomrom mellom gulvbjelkene 1 som man fin-ner i standard konstruksjon. Alternativt kan den mest kostnadseffektive utførelse av denne oppfinnelsen være et hybridpanel med et lag 23 av et materiale så som sponplate eller partikkelbord, hvis primære egenskaper er kompresjons-styrke, og et lag 24 av et materiale så som finer eller orientert fiberbord, hvis egenskaper er optimalisert for en struktur over et spenn.

En varmeledende plate 20 er preformet til å ha en kontur som er tilpasset undergulvpanelets topografi, og som så er bundet til panelet. Etter installasjon av panelene i systemet på fig. 1 og 2, plasseres et elastomermateriale 21 i sporet 19. Deretter skyves de hydroniske rør 22 tett inntil bunnen av de elastomer-forede spor 19 for å gi god varme-kontakt med den varmeledende overflate 20. Elastomermaterialet 21 som ikke fyller tomrom mellom den varmeledende overflate av sporet 19 og det hydroniske rør 22, vil bli trykket opp til toppen av det hydroniske rør 22. Overskuddet blir så sparklet jevnt med toppoverflaten av panelet. Dette gir en flat overflate på hvilken gulvbelegg kan legges direkte.

Elastomermaterialet 21 tjener tre funksjoner. Det forbedrer varmeoverfø-ringen mellom det hydroniske rør 12 og den ledende overflate 40 ved å redusere eller eliminere luftfylte tomrom. Det danner en glatt overflate og understøttelse for bøyelige gulvbelegg så som tepper, linoleum eller fliser. Det holder røret på plass. I tilfelle et stivt gulvbelegg så som hardved, kan en tett tilpasning mellom det hydroniske rør 22 og det varmeledende forede spor 19 tillate total utelatelse av elastomermaterialet 21, og kan være den økonomisk mest attraktive konstruk-sjonsmetode.

De to paneltyper som er vist på fig. 3 og 4 er tilstrekkelig til å produsere alle de ønskede fordeler ved denne oppfinnelsen med bare tilfeldige modifikasjoner på stedet. For å tillate bare to typer av paneler til å ta vare på en stor variasjon av panelutlegg, er det imidlertid klart at i et gitt panel kan det være buede baner 11 og 12 og tangensielle baner 10 som ikke blir brukt i et gitt panel. Eliminering av disse ubrukte baner ved å inndele den fundamentale geometri av systemet i et antall forskjellige paneler, kunne redusere noen av kostnadene ved fremstilling og installasjon på bekostning av det større antall typer paneler som kan være nød-vendig, og dermed øke verktøykostnadene og lagerkostnadene forbundet med oppfinnelsen. Fig. 7a, 7b, 7c, 7d, 7e viser et eksempel på et system av paneler som er en adskillelse av geometriene på panelen 2 og 3.

Alternativt kan kostbesparelser på grunn av den forenklede fremstilling og lagerbehov, være viktigere enn behovet for å redusere antallet ubrukte baner, og kan tvert imot diktere at et enkelt panel som samler geometriene av de paneler som er vist på fig. 3 og 4 vil være mest kostnadseffektivt. Fig. 6 er et eksempel på et enkelt panel med en ansamling av geometriene på panelen 2 og 3 til et enkelt panel.

Oppfinnelsen har andre potensielle anvendelser, og fagfolk i teknikken kan finne andre områder for bruk. Den foreliggende oppfinnelse kan benyttes som et veggpanel eller takpanel, som lett kan gjøres glatt på en måte som er typisk for gipsplate-overflater. Istedenfor oppvarming, kunne oppfinnelsen brukes for kjøling ved å sirkulere en kjølevæske. I et annet eksempel kan et elektrisk varmepanel benytte et lignende modulært panel med mindre spor for å motta ledninger med mindre diameter i disse systemene. Elektrisk kjøling kunne oppnås ved bruk av «coulumb»-kjøling. Det kan være andre elektroniske eller termodynamiske anvendelser hvor standardiserte modulære paneler kan lette monteringen av systemer av tråder, rør eller fibre som en del av en ledende overflate.

Claims (11)

1. Et varmeoverføringssystem, karakterisert ved at det omfatter et flertall av lastbærende paneler, som danner et underlagsgulv i en bygning, hvert panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres og limes, hver av de lastbærende panelene har en sporoverflate til hvilken et varmeledende lag er klebet for å danne en termisk ledende overflate, flertallet av lastbærende paneler er forbundet sammen for å danne undergulvet i hvilket de varmeledende overflatene til de forbundne lastbærende panelene tilveiebringer en vesentlig kontinuerlig bane av spor ut gjennom undergulvet, nevnte spor er åpne ved en toppoverflate av undergulvet, for å innlemme en varmevekslerinnretning neddykket i en herdbar sammensetning for å danne en vesentlig plan, varmeledende overflate for undergulvet, før oppsetting av vegger eller skillevegger.

2. Varmeoverføringssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at varmevekslerinnretninger omfatter rør for å føre et varmevekslermedium gjennom flertallet av lastbærende paneler.

3. Varmeoverføringssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at flertallet av lastbærende paneler omfatter et flertall av første og andre rektangulære lastbærende paneler, sporoverflaten til hver av de første rektangulære lastbærende panelene omfatter et flertall av vesentlig parallelle og jevnt adskilte spor som løper mellom motsatte kanter av det første rektangulære lastbærende panelet, og sporoverflaten til hver av de andre rektangulære lastbærende panelene omfatter et første flertall av vesentlig parallelle og jevnt adskilte spor som forløper fra en første kant av det andre rektangulære lastbærende panelet og forbundet gjennom et andre flertall av buede spor nær en andre kant av det andre rektangulære panelet motstående den første kanten og et ytterligere spor som forløper mellom kanter av hvert andre rektangulært panel perpendikulært til de første og andre kantene og tangentielt til buesporene.

4. Varmeoverføringssystem ifølge krav 1, karakterisert ved at den herdbare sammensetningen har et utseende som er forskjellig fra det til det varmeledende laget for å identifisere steder med varmeoverføringsinnretningen og redusere skade på varmeoverføringsinnretning-en.

5. Fremgangsmåte for å bygge et varmevekslersystem for å danne et undergulv i en bygning fra et flertall av lastbærende paneler, hvert panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres, og limes, og hvert lastbærende panel har en varmeledende paneloverflate på hvilken et modulspormønster er formet, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter trinnene av: anordning av flertallet av lastbærende paneler for å danne undergulvet hvori modulspormønsterne til flertallet av lastbærende paneler danner et nettverk av spor ut gjennom en overflate av undergulvet, nevnte spormønstere er åpne ved en toppoverflate av undergulvet; avsetning av en herdbar sammensetning og varmevekslerinnretning i nettverket av spor; utglatting av den herdbare sammensetningen for å danne en vesentlig plan overflate med den varmeledende paneloverflaten; og herding av den herdbare sammensetningen for å danne en lastbæring, varmevekseloverflate på undergulvet uavhengig av vegg og skilleveggplassering-er.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at avsetningstrinnet omfatter undertrinnene av: avsetning av den herdbare sammensetningen i nettverket av spor; neddykking av varmevekslerinnretningen i anbrakte herdbare sammenset-ninger slik at den herdbare sammensetningen danner en varmeledende bane mellom varmevekslerinnretningen og flertallet av lastbærende paneler; og anbringelse av ytterligere herdbar sammensetning over varmevekslerinnretningen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at trinnene med anbringelse av den herdbare sammensetningen omfatter undertrinnene av: utvelging av den herdbare sammensetningen som er visuelt forskjellig fra den ledende paneloverflaten når herdet for å identifisere stedene med varmeover-føringsinnretning; og den utvalgte herdbare sammensetningen anbringes i nettverket av spor.

8. Modulkonstruksjonsenhet, karakterisert ved at den omfatter: et lastbærende panel med en overflate i hvilken et spor er formet, sporet krysser minst en kant av det lastbærende panelet og nevnte panel består av et konstruksjonsmateriale som kan sages, spikres og limes; og et varmeledende lag anbrakt på og som vesentlig former seg til overflaten av det lastbærende panelet for å danne en varmeledende overflate med et varmeledende belagt spor deri, hvori modulkonstruksjonsenheten er forbundet med lignende modulkonstruksjonsenheter for å danne et undergulv til en bygning med et nettverk av ledende belagte spor som er åpen ved en toppoverflate av det lastbærende panelet for å motta en varmevekslerinnretning og en herdbar sammensetning hvilken sammensetning danner en vesentlig plan flate med den varmeledende overflaten.

9. Modulkonstruksjonsenhet ifølge krav 8, karakterisert ved at den herdbare sammensetningen er en elastomerisk sammensetning.

10. Modulkonstruksjonsenhet ifølge krav 9, karakterisert ved at den elastomeriske sammensetningen innbefatter en komponent for å øke varmeledningsevnen mellom varmevekslerinnretningen og det varmeledende laget.

11. Modulkonstruksjonsenhet ifølge krav 8, karakterisert ved at den herdbare sammensetningen er forhåndsbelas-tet i det ledende belagte sporet.