NO321435B1

NO321435B1 - Apparatus for controlling temperature and vapor pressure in a structure

Info

Publication number: NO321435B1
Application number: NO20033558A
Authority: NO
Inventors: Ove Charles Volstad
Original assignee: Volstad Energy As
Priority date: 2003-08-12
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2006-05-08
Also published as: RU2006108538A; US20090084521A1; WO2005014951A1; EP1668200A1; AU2004263797A1; NO20033558L; CA2535413A1; ZA200602033B; NO20033558D0

Description

ANORDNING FOR Å REGULERE TEMPERATUR OG DAMPTRYKK I EN KONSTRUKSJON DEVICE FOR REGULATING TEMPERATURE AND STEAM PRESSURE IN A CONSTRUCTION

Denne oppfinnelse vedrører en anordning for å kunne regulere temperatur og damptrykk i en konstruksjon. Nærmere bestemt dreier det seg om en konstruksjonsdel som er forsynt med kanaler for varmereguleringsformål og hvor fuktighet kan trekkes inn i konstruksjonsdelens kanaler. This invention relates to a device for being able to regulate temperature and steam pressure in a construction. More specifically, it concerns a structural part which is provided with channels for heat regulation purposes and where moisture can be drawn into the structural part's channels.

I kjente bygnings- og anleggskonstruksjoner er den etasje-skillende konstruksjonsdel vanligvis av betong, mens vegger kan være framstilt i betong eller platemateriale. Konstruk-sjonsdelen forløper gjerne mellom de bærende deler i bygnings- eller anleggskonstruksjonen, og er enten støpt på ste-det eller i form av ferdige elementer. Arbeidet med slike konstruksjonsdeler i betong er ressurskrevende på hver sin måte. Bruk av tungt materiale som betong i etasjeskillet med-fører at de bærende deler må økes i dimensjon. Hver etasje må dessuten gis en tilleggshøyde på minst 30 cm. for å skaffe til veie plass til kanaler for den luft som vanligvis brukes til oppvarming og/eller avkjøling av rom i bygnings- eller anleggskonstruksjonen. Alt dette er fordyrende forhold ved kjente konstruksjoner. In known building and construction structures, the floor-separating construction part is usually made of concrete, while walls can be made of concrete or sheet material. The construction part usually runs between the load-bearing parts of the building or plant structure, and is either cast on site or in the form of finished elements. The work with such structural parts in concrete is resource-intensive in its own way. The use of heavy material such as concrete in the floor separation means that the load-bearing parts must be increased in size. Each floor must also be given an additional height of at least 30 cm. to make room for ducts for the air that is usually used for heating and/or cooling rooms in the building or facility construction. All of these are expensive conditions in known constructions.

Ved kjøling av bygg i tropiske områder hvor utetemperaturen kan være i størrelsesorden 45°C og den relative fuktighet kan være opp mot 99%, er det innlysende at kondensering av luftfuktighet inne i bygget kan være et betydelig problem. Ønsket relativ luftfuktighet inne i bygninger i områder av denne art er mellom 40 og 60%. Kondensering av fuktighet er også et kjent problem i kjøle- og fryserom. When cooling buildings in tropical areas where the outside temperature can be in the order of 45°C and the relative humidity can be up to 99%, it is obvious that condensation of air humidity inside the building can be a significant problem. The desired relative humidity inside buildings in areas of this nature is between 40 and 60%. Condensation of moisture is also a known problem in cold and freezer rooms.

For kjøling av inneluft er det vanlig å anvende et kjølean-legg av den art hvor uteluft kjøles ned og blåses inn i bygningen både for å regulere innetemperaturen og for å senke luftens relative fuktighet. Det har vist seg nødvendig å senke lufttemperaturen ved kjøleanleggets utløp til ca 7°C for å redusere luftens relative fuktighet tilstrekkelig. Dette forhold kombinert med den mengde nedkjølt luft som må tilføres bygningen for å føre bort den varmeenergi som ledes inn gjennom vegger gulv og tak, medfører et relativt høyt energifor-bruk. For cooling indoor air, it is common to use a cooling system of the kind where outdoor air is cooled and blown into the building both to regulate the indoor temperature and to lower the air's relative humidity. It has proved necessary to lower the air temperature at the outlet of the cooling system to approx. 7°C in order to reduce the air's relative humidity sufficiently. This situation, combined with the amount of cooled air that must be supplied to the building in order to carry away the heat energy that is led in through the walls, floor and ceiling, results in a relatively high energy consumption.

Ifølge kjent teknikk er det, for i noen grad å kunne redusere energiforbruket, i de land hvor dette er tillatt, vanlig å anvende såkalt omluftventilasjon. Det vil si at bare en del, for eksempel 20%, av den ventilasjonsluft som tilføres et rom er uteluft, mens den resterende andel er innblandet inneluft som bare behøver å kjøles ned tilsvarende den temperaturøk-ning den har fått under sin sirkulasjon i bygningen. According to known technology, in order to be able to reduce energy consumption to some extent, in countries where this is permitted, it is common to use so-called recirculation ventilation. This means that only a part, for example 20%, of the ventilation air supplied to a room is outdoor air, while the remaining part is mixed indoor air that only needs to be cooled down corresponding to the temperature rise it has had during its circulation in the building.

Det er også kjent å kjøle bygg uten at det tilføres uteluft. It is also known to cool buildings without supplying outside air.

Fremgangsmåtene for kjøling av denne art ifølge kjent teknikk er som nevnt, særlig om det skal opprettholdes en akseptabel inneluftkvalitet, relativt energikrevende. Det kan nevnes at det i flere land, Norge inkludert, ikke er tillatt å anvende omluftventilasjon. Det er også vanlig at kjøleanlegg av den angjeldende art utstråler betydelig støy og at det nødvendige luftstrømvolum medfører ubehagelig trekk. The methods for cooling of this type according to known technology are, as mentioned, particularly if an acceptable indoor air quality is to be maintained, relatively energy-intensive. It can be mentioned that in several countries, Norway included, it is not permitted to use recirculation ventilation. It is also common for cooling systems of the type in question to emit significant noise and for the required air flow volume to cause unpleasant drafts.

Norsk patent 317828 omhandler en anordning ved et konstruksjonselement som inngår i en bygnings- eller anleggs-konstruksjon, hvor et konstruksjonselement er utformet slik at det omfatter et kanalsystem for luft. Luftkanalene i systemet forløper innbyrdes parallelt, idet konstruksjonselementet er satt sammen av minst tre lag av korrugert platemateriale som er forbundet med hverandre. Lagene er orientert slik i forhold til inntilliggende lag at korrugeringen i to nærliggende lag står perpendikulært på hverandre. Det mellomliggende lag mellom et i konstruksjonselementets i det vesent-lige horisontale bruksstilling øvre og nedre lag er utformet med et antall gjennomgående tverrhull som setter luftkanalene i to tilstøtende luftkanalsysterner i forbindelse med hverandre. Det ene luftkanalsystem kan tjene som tilluftkanalsystem for oppvarmet eller avkjølt luft og det annet som bort-førings- henholdsvis returluftsystem. Norwegian patent 317828 deals with a device for a construction element that is part of a building or plant structure, where a construction element is designed so that it includes a duct system for air. The air ducts in the system run parallel to each other, as the construction element is composed of at least three layers of corrugated sheet material which are connected to each other. The layers are oriented in such a way in relation to adjacent layers that the corrugation in two adjacent layers is perpendicular to each other. The intermediate layer between an upper and lower layer in the essentially horizontal position of use of the construction element is designed with a number of through-through transverse holes which connect the air ducts in two adjacent air duct cisterns to each other. One air duct system can serve as a supply air duct system for heated or cooled air and the other as an exhaust or return air system.

Anordningen ifølge den nevnte norske patentsøknad er imidler-tid ikke innrettet til å kunne ta hånd om fuktighet fra konstruksjonselementets tilstøtende rom. The device according to the aforementioned Norwegian patent application is, however, not designed to be able to take care of moisture from the structural element's adjacent space.

Oppfinnelsen har til formål å avhjelpe ulempene ved kjent teknikk. The purpose of the invention is to remedy the disadvantages of known technology.

Formålet oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de trekk som er angitt i nedenstående beskrivelse og i de etterfølgende patentkrav. The purpose is achieved according to the invention by the features indicated in the description below and in the subsequent patent claims.

Et konstruksjonselement, for eksempel for anvendelse som tak, etasjeskille, gulv eller vegg, er utformet med luftkanaler på tilsvarende måte som konstruksjonselementet ifølge norsk pa-tentsøknad 317828. A construction element, for example for use as a roof, storey partition, floor or wall, is designed with air channels in a similar way to the construction element according to Norwegian patent application 317828.

Luftkanalene i systemet forløper innbyrdes parallelt, idet konstruksjonselementet er satt sammen av minst tre lag av korrugert platemateriale som er forbundet med hverandre. Lagene er orientert slik i forhold til inntilliggende lag at korrugeringen i to nærliggende lag står perpendikulært på hverandre. Det mellomliggende lag mellom konstruksjonselementets i bruksstilling to utvendige lag er utformet med et antall gjennomgående tverrhull som setter luftkanalene i to tilstøtende luftkanalsysterner i forbindelse med hverandre. Det ene luftkanalsystem kan tjene som tilluftkanalsystem for oppvarmet eller avkjølt luft og det annet som bortførings-henholdsvis returluftsystem. The air ducts in the system run parallel to each other, as the construction element is composed of at least three layers of corrugated sheet material which are connected to each other. The layers are oriented in such a way in relation to adjacent layers that the corrugation in two adjacent layers is perpendicular to each other. The intermediate layer between the construction element's two outer layers in the position of use is designed with a number of continuous transverse holes which connect the air ducts in two adjacent air duct cisterns to each other. One air duct system can serve as a supply air duct system for heated or cooled air and the other as a removal or return air system.

I det etterfølgende betegnes det utvendige lag som vender bort fra det rom som skal temperaturreguleres som det ytre lag, mens det utvendige lag som vender inn mot det rom som skal temperaturreguleres betegnes som det indre lag. In what follows, the outer layer facing away from the room to be temperature regulated is referred to as the outer layer, while the outer layer facing in towards the room to be temperature regulated is referred to as the inner layer.

Det indre lag er forsynt med gjennomgående åpninger hvor fuktighet, som har kondensert seg på laget eller på et tilstø-tende fortrinnsvis porøst materiale, kan trekkes inn i den innenforliggende luftkanal. The inner layer is provided with openings through which moisture, which has condensed on the layer or on an adjacent preferably porous material, can be drawn into the inner air channel.

Konstruksjonselementet er velegnet for anvendelse som varme-veksler element i bygninger for eksempel for bolig og indu-striformål, kjøle- og fryserom eller i kjøle- og frysedisker. The construction element is suitable for use as a heat-exchange element in buildings, for example for residential and industrial purposes, cold and freezer rooms or in cold and freezer counters.

Avhengig av nødvendig energioverføring til eller fra et rom kan flere eller færre av konstruksjonselementene i en bygning være utformet i henhold til oppfinnelsen, idet konstruksjonselementet gjennomstrømmes av luft i en i hovedsak lukket krets. Depending on the necessary energy transfer to or from a room, more or fewer of the structural elements in a building can be designed in accordance with the invention, with air flowing through the structural element in an essentially closed circuit.

Luft som ledes inn mellom to inntil hverandre beliggende lag strømmer vekselvis på langs og på tvers av lagets korrugeringer, noe som bevirker at en i hovedsak turbulent strøm-ningsform oppstår. Turbulent strømning bevirker at det oppnås en vesentlig forbedring av varmeovergangen mellom gass og lag sammenlignet med laminær strømning. Den mellom lagene inn-innstrømmende luft kan i prinsippet fordele seg gjennom tverr- og langsgående korrugeringer ut over hele lagets areal. Air that is introduced between two adjacent layers flows alternately along and across the layer's corrugations, which causes an essentially turbulent flow form to occur. Turbulent flow results in a significant improvement in the heat transfer between gas and layer compared to laminar flow. The air flowing in between the layers can in principle be distributed through transverse and longitudinal corrugations over the entire area of the layer.

Ved at nedkjølt luft, som for eksempel har en temperatur på 17°C, strømmer mellom de nevnte lag, virker de nevnte flater som kjøleelement og kan holde innetemperaturen på et ønsket nivå. Luften som strømmer mellom lagene kan for eksempel strømme i retning fra et kjøleaggregat i mellomrommet mellom det mellomliggende lag og det utvendige lag, hvoretter luften ved ett eller flere punkt i forhold til kjøleaggregatet ved konstuksjonselementets motstående parti strømmer gjennom det mellomliggende lag og tilbake til kjøleaggregatet i mellomrommet mellom det mellomliggende lag og det indre lag. As cooled air, which for example has a temperature of 17°C, flows between the aforementioned layers, the aforementioned surfaces act as a cooling element and can keep the interior temperature at a desired level. The air that flows between the layers can, for example, flow in the direction of a cooling unit in the space between the intermediate layer and the outer layer, after which the air at one or more points in relation to the cooling unit at the opposite part of the structural element flows through the intermediate layer and back to the cooling unit in the space between the intermediate layer and the inner layer.

Luften avkjøles deretter tilsvarende den varmemengde den er tilført, hvoretter den sirkuleres tilbake mellom lagene. Det er således ikke nødvendig å kjøle ned ny uteluft for å kunne opprettholde bygningselementenes kjølevirkning. The air is then cooled corresponding to the amount of heat it has supplied, after which it is circulated back between the layers. It is therefore not necessary to cool down new outside air in order to maintain the cooling effect of the building elements.

Eventuell ventilasjonsluft, som ved anvendelse av oppfinnelsen ikke behøver å bidra til kjøling, kan tilføres bygningen i en vesentlig mindre mengde sammenlignet med kjent teknikk. Vanligvis vil det ikke være nødvendig å kjøle denne luft-strøm. Any ventilation air, which when using the invention does not need to contribute to cooling, can be supplied to the building in a significantly smaller quantity compared to known technology. Usually it will not be necessary to cool this air stream.

Ved at den av konstruksjonselementets korrugerte indre lag In that the corrugated inner layer of the construction element

som er anbrakt på konstruksjonselementets mot rommet sin ven-dende side er perforert, vil den overskuddsfuktighet som til-føres bygningen for eksempel sammen med ventilasjonsluften og som avsettes på det relativt kalde indre lag, bli trukket inn i det mellom det perforerte indre lag og det mellomliggende which is placed on the side of the structural element facing the room is perforated, the excess moisture which is supplied to the building, for example together with the ventilation air and which is deposited on the relatively cold inner layer, will be drawn into it between the perforated inner layer and the intermediate

lag. Fuktigheten følger deretter kjøleluften til kjøleaggre-gatet hvor den kondenserer og ledes bort. layer. The moisture then follows the cooling air to the cooling aggregate gate where it condenses and is led away.

I det etterfølgende beskrives et ikke-begrensende eksempel på en foretrukket utførelsesform som er anskueliggjort på med-følgende tegninger, hvor: Fig. 1 viser skjematisk et plansnitt II-II i fig. 2 av en bygning hvor tak, gulv og vegger er forsynt med korrugerte plater ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser skjematisk et snitt I-l av bygningen i fig. 1; Fig. 3 viser et perspektivisk snitt av gulvet i fig. 2 hvor tre oppå hverandre liggende korrugerte lag er dekkende anbrakt over fundamentet. Gulvets dekkplate er ikke vist; og Fig. 4 viser i snitt en alternativ utførelsesform hvor konstruksjonselementet er anvendt som etasjeskille i en bygning og hvor også veggene utgjøres av konstruksjonselement ifølge oppfinnelsen. In what follows, a non-limiting example of a preferred embodiment is described which is illustrated in the accompanying drawings, where: Fig. 1 schematically shows a plan section II-II in fig. 2 of a building where the roof, floor and walls are provided with corrugated sheets according to the invention; Fig. 2 schematically shows a section I-1 of the building in fig. 1; Fig. 3 shows a perspective section of the floor in fig. 2 where three corrugated layers lying on top of each other are covered over the foundation. The floor covering plate is not shown; and Fig. 4 shows in section an alternative embodiment where the structural element is used as a floor divider in a building and where the walls are also made up of structural elements according to the invention.

På tegningene betegner henvisningstallet 1 en bygning omfattende vegger 2, 4, 6, 8, et gulv 10 og et tak 12. Andre nødvendige bygningsmessige detaljer så som dører og vinduer er ikke vist. In the drawings, the reference number 1 denotes a building comprising walls 2, 4, 6, 8, a floor 10 and a roof 12. Other necessary building details such as doors and windows are not shown.

Gulvet 10 og taket 12 er forsynt med tre over hverandre dekkende korrugerte lag i form av plater 14, 16, og 18, respektive 14', 16' og 18', hvorav den mellomliggende plates 16, 16' korrugeringer ligger tilnærmet rettvinklet i forhold til de ytre platers 14, 14' og de indre platers 18, 18' korrugeringer. Platene 14, 16, og 18 respektive 14', 16' og 18' er forbundet innbyrdes og til gulvet 10 og taket 12 ved hjelp av eksempelvis lim, skruer, blindnagler eller ved hjelp av andre i og for seg kjente festemidler. De sammenføyde plater 14, 16, og 18 utgjør et konstruksjonselement 19 som kan være lastbærende. Bygningens vegger er også forsynt med konstruksjonselement 19. The floor 10 and the roof 12 are provided with three overlapping corrugated layers in the form of plates 14, 16, and 18, respectively 14', 16' and 18', of which the corrugations of the intermediate plate 16, 16' lie approximately at right angles to the corrugations of the outer plates 14, 14' and the inner plates 18, 18'. The plates 14, 16, and 18, respectively 14', 16' and 18', are connected to each other and to the floor 10 and the ceiling 12 by means of, for example, glue, screws, blind rivets or by means of other fasteners known per se. The joined plates 14, 16 and 18 form a structural element 19 which can be load-bearing. The building's walls are also provided with construction element 19.

Et hulrom 20, se fig. 3, som befinner seg mellom den ytre plate 14 og den mellomliggende plate 16, og et hulrom 22 som befinner seg mellom den mellomliggende plate 16 og den indre plate 18, er tettende avgrenset ved veggene 2, 4, 6, 8, og utgjør i utgangspunktet hvert sitt lukkede hulrom. A cavity 20, see fig. 3, which is located between the outer plate 14 and the intermediate plate 16, and a cavity 22 which is located between the intermediate plate 16 and the inner plate 18, is sealingly delimited by the walls 2, 4, 6, 8, and constitutes in initially each a closed cavity.

Et kjøleaggregat 24 av i og for seg kjent art er anbrakt på veggen 2 og er innrettet til å sirkulere kjølt luft i gulvet 10. Kjøleaggregatets 24 utløpsside er forbundet til hulrommet 20 som befinner seg mellom den ytre korrugerte plate 14 og den mellomliggende korrugerte plate 16 ved hjelp av en inn-blåsingskanal 26. Nedkjølt luft strømmer i mellomrommet 20 slik pilen A viser, se fig. 3, til minst en i nærheten av veggen 6 gjennomgående åpning 28 i den mellomliggende plate 16. Fra åpningene 28 strømmer luften slik pilen B viser gjennom mellomrommet 22 og tilbake til kjøleaggregatet 24 via en returkanal 30. Kjøleaggregatet 24, gulvets 10 korrugerte plater 14, 16 og 18, åpningene 28 og kanalene 26 og 30 utgjør således en prinsipielt lukket kjølekrets som er innrettet til å holde gulvtemperaturen på et ønsket nivå. A cooling unit 24 of a known nature is placed on the wall 2 and is designed to circulate cooled air in the floor 10. The outlet side of the cooling unit 24 is connected to the cavity 20 which is located between the outer corrugated plate 14 and the intermediate corrugated plate 16 by means of a blow-in channel 26. Cooled air flows in the space 20 as arrow A shows, see fig. 3, to at least one near the wall 6 continuous opening 28 in the intermediate plate 16. From the openings 28 the air flows as arrow B shows through the space 22 and back to the cooling unit 24 via a return channel 30. The cooling unit 24, the floor 10 corrugated plates 14, 16 and 18, the openings 28 and the channels 26 and 30 thus form a fundamentally closed cooling circuit which is arranged to keep the floor temperature at a desired level.

Takets 12 korrugerte plater 14', 16', og 18' utgjør på tilsvarende måte sammen med kjøleaggregatet 24' og nødvendige kanaler og åpninger, en prinsipielt lukket kjølekrets i taket . The roof's 12 corrugated plates 14', 16', and 18' form, in a similar way, together with the cooling unit 24' and necessary channels and openings, a principally closed cooling circuit in the ceiling.

Ventilasjonsluft tilføres bygningen via en innblåsningsvifte 32. Overskuddsfuktighet i den tilførte ventilasjonsluft vil kondensere på den kaldeste overflate i bygget som ved anvendelse av oppfinnelsen er de indre plater 18, 18'. Ved å for-syne den indre korrugerte plate 18, 18' med perforeringer 34, kan den kondenserte fuktighet trekkes inn i mellomrommet 22 og følge kjøleluften til kjøleaggregatene 24, 24' hvor fuktigheten kondenseres og dreneres bort. Den indre korrugerte plate 18 kan eventuelt erstattes av en ikke vist porøs plate. En luftmengde tilsvarende den mengde ventilasjonsluft som strømmer inn gjennom perforeringene 34 strømmer ut til omgi- Ventilation air is supplied to the building via a blow-in fan 32. Excess moisture in the supplied ventilation air will condense on the coldest surface in the building which, when applying the invention, is the inner plates 18, 18'. By providing the inner corrugated plate 18, 18' with perforations 34, the condensed moisture can be drawn into the space 22 and follow the cooling air to the cooling units 24, 24' where the moisture is condensed and drained away. The inner corrugated plate 18 can optionally be replaced by a porous plate not shown. An amount of air corresponding to the amount of ventilation air that flows in through the perforations 34 flows out to the surrounding

velsen fra kjøleaggregatene 24, 24'. the selection from the cooling units 24, 24'.

I en alternativ utførelsesform, se fig. 4, er konstruksjons-elementer 19 dimensjonert for og anvendt som henholdsvis bærende etasjeskiller 36 og vegger 38, samt gulv 10. In an alternative embodiment, see fig. 4, construction elements 19 are dimensioned for and used as load-bearing floor dividers 36 and walls 38, as well as floors 10, respectively.

Ved anvendelse av anordningen ifølge oppfinnelsen oppnås sammenlignet med kjent teknikk en vesentlig forbedring av inneklima samtidig som reduksjonen i luftmengde som må kjøles medfører en betydelig reduksjon i forbruk av energi. When using the device according to the invention, compared to known technology, a significant improvement of the indoor climate is achieved at the same time that the reduction in the amount of air that must be cooled leads to a significant reduction in the consumption of energy.

Anvendelse av konstruksjonselementet 19 i ikke viste kjøle-og fryseanlegg vil bevirke at det blir et forbedret miljø i anlegget. Application of the construction element 19 in a cooling and freezing plant, not shown, will result in an improved environment in the plant.

Claims

1. Device by structural element (19), which can form a load-bearing element, for temperature regulation of, for example, floor partitions, walls and roofs in a building structure or cooling system, where the structural element's (19) temperature-regulating surfaces are made up of two or more corrugated cavity-forming (20, 22 ) layers (14, 16, 18) where the cavities (20, 22) are connected to a heating/cooling unit's (24) outlet (26), respective inlet (30), and are designed to circulate temperature-regulated air, characterized in that the layers (18) which faces inwards is provided with perforations (34).

2. Device according to claim 1, characterized in that in the part of the intermediate corrugated layer (16), which is preferably located furthest from the outlet (26) and inlet (30) of the heating/cooling unit (24), at least one connection is arranged (28) between the two sides of plate (16).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the inner plate (18) consists of a porous building element.