NO823706L - Veggkonstruksjon for bruk av solenergi ved oppvarming av bygninger. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en veggkonstruksjon i henhold til kravets innledning.

Konstruksjoner i henhold til figur 1 og 2 i tegningene er kjent. Slike konstruksjoner er beskrevet detaljert i Fl patentsøknad 801081. Veggkonstruksjonens 5 innside er dekket av et varmeisolerende lag 6 og utsiden av et varmeisolerende lag 4. Varmeledningsevnen i disse varmeisolerende lag er i det minste i det vesentlige konstante, som en funksjon av temperaturen. På det ytre isolasjonslag 4 er anordnet et absorpsjonslag 3 og på utsiden av absorpsjonslaget,

i avstand fra dette, er det anordnet en ytterplate 1 som kan gjennomtrenges av solstråler men i det minste for en vesentlig del, motstår enhver stråling fra innsiden og utad. I tilfellet vist på figur 1 er det mellom frontplaten 1 og absorps jonslaget 3 et tomt rom eller et luftrom 2 hvor luften ikke sirkulerer. I tilfellet vist på figur 2 har det til-svarende rom et isoleringslag 8 som er gjennomtrengelig for lys, idet dette lag eksempelvis er glassull.

Det er den foreliggende oppfinnelses målsetning å forbedre det varmeøkonomiske uttak av konstruksjonene vist på figur 1 og 2. Oppfinnelsen er basert på den idé at minst en isolasjon er benyttet hvis varmeledningsevne endres vesentlig som en funksjon av temperaturen. Slik isolasjon er fortrinnsvis en isolasjon som inneholder væske, idet væskeinnholdet må være tilstrekkelig lavt. Dette baserer på det fysiske feno-men at væske som foreligger på den varme siden av isolasjonen fordampes og beveges til den kalde siden av isolasjonen hvor den kondenseres. Den kondenserte væske returnerer dvs. ved hjelp av kapillarpåvirkningen tilbake til den varme side for en ny syklus. På grunnlag av denne mekanisme vil et slikt isolasjonslag som inneholder relativt lite væske virke som en sort varmediode slik at varme overføres i det vesentlige kun fra utsiden og innover og ikke den annen vei. På den annen side, dersom det foreligger overskudd av væske, vil der ikke foregå noen fordampning i det hele tatt og isolasjonslaget virker i det vesentlige som et varmereservoar.

Især er anordningen i henhold til oppfinnelsenkarakterisert vedat isolasjonslaget er fremstilt av et materiale som inneholder væske hvor væskeinnholdet er valgt så lavt at varmeledningsevnen i materialet er i det vesentlige variabel som en funksjon av temperaturen.

Ved hjelp av oppfinnelsen er betydelige fordeler opp-nådd. Ved hjelp av veggkonstruksjonen i henhold til oppfinnelsen oppnås således et gunstig forhold .mellom varmestrømmen innad og varmestrømmen utad idet betydelige økonomiske gevin-ster oppnås i forbindelse med oppvarmingskostnadene. Videre har det ved oppfinnelsen vært mulig å utnytte fordelaktig det støv som fremkommer i konstruksjonsmaterialene, idet dette støv inntil nå har vært betraktet som et negativt trekk.

I det etterfølgende beskrives oppfinnelsen på grunnlag av eksempler i henhold til tegningen hvor figur 1 og 2 viser tverrsnitt av to kjente veggkonstruksjoner, figur 3-6 like-ledes viser tverrsnitt av fire utførelser av en veggkonstruksjon i henhold til oppfinnelsen, figur 7 viser et diagram av varmestrømpassasjen over tid ved sammenligning av ulike vegg-konstruks joner og figur 8 viser et diagram over varmlednings-evnens avhengighet av temperaturen i en typisk ikke lineær isolasjon.

I det følgende eksempel omtales veggkonstruksjonen på figur 3 hvor konstruksjonen består av en betongblanding med en tykkelse på 10 cm. Betonglagets indre flate er dekket av et konvensjonelt isolasjonslag 6 ( ^ = 0,04 W/m°C). Betonglagets 5 ytre flate er begrenset av et isolasjonslag 7 som i henhold til oppfinnelsen varierer som en funksjon av temperaturen slik at temperatur på 0°C, ^ =0,08 W/m°C, øker med 0,005 W/m°C for hver grad temperaturen stiger. Et slikt iso-lasjonsmateriale kan eksempelvis bestå av celleformet plast hvor porene inneholder 10-20 vektprosent støv, av mineralull-støv eller lettpakket betongstøv. Isolasjonslagets ytterside er dekket av et sort lag tre med absorberende maling. Det ytterste lag av konstruksjonen er en plastcelleplate 1

(k = 3W/m °C) som virker som fasadeplate og er plassert i en avstand fra absorpsjonslaget 3. I eksemplet er denne avstan-den en luftavstand (k = 6W/m2oC).

Eksemplet på figur 3 (tillfellet C) er på den ene side sammenlignet med en konstruksjon i henhold til figur 1 (tilfellet B) hvor isolasjonslaget 4 er konvensjonelt, og på den annen side med en konstruksjon (tilfellet A) hvor der kun foreligger ett betonglag 5 samt konvensjonelle isoleringslag 4 og 6 plassert på begge sider av betonglaget. I dette tilfellet mottar ytterveggen solstråling i størrelsesordenen 1,5 kWh/m<2>d, hvor den ytre temperatur er 0°C og den indre temperatur er 20°C. I de ulike tilfeller er varmestrømmene i veggen som følger:

Tilfellet A: -71,5 Wh/m<2>d

B: + 1,4 Wh/m2d

C: +80,0 Wh/m<2>d

Varmesamlerens (veggens utgang) slik den er beregnet av innkommende varmeenergi er i eksemplene som følger:

Tilfellet B: 4,8 %

C: 10,1 %

Varmestrømmens gjennomgang over tid i løpet av 24 timer er vist på figur 7.

Eksemplet som er vist ovenfor forklarer fenomenet kun

i en spesiell situasjon. Situasjonen for et helt år mot en vegg som vender syd er på basis av beregninger tilnærmelses-vis som følger:

Tilfellet A: -23 kWh/m<2>,a

B: +38 kWh/m<2>,a

C: +91 kWh/m<2>,a

Ved beregningen er varmesesongen (fra september til mai) i den sydlige del av Finland beregnet, idet den totale energi-mengde i denne periode som kommer inn mot sydveggen er 673 kWh/m<2>.

Således vil uttaket fra oppsamleren på årsbasis

være som følger:

Tilfellet B: 7,6 %

C: 16,9 %

Et eksempel på en slik isolasjon som imøtekommer kra-vene til isolasjonsmaterialet 7, er beskrevet i Tekniikan Kasikirja, Vol. 5.

De fordelaktige egenskaper for en isolasjon med variabel varmeledningsevne er basert på følgende forhold: Solstrå-lingen gjør temperaturen i absorpsjonslaget og isolasjonslaget 7 bak dette, meget høy. Solstråleenergien i den søndre del av Finland ved middagstider fra en skyfri himmel mot en syd- vendt vegg er til og med i januar 600 W/m 2. Den maksimale energi er 780 W/m<2>i mars og i oktober...Det er imidlertid observert at dersom isolasjonslaget 7 etter absorpsjonslaget 3 har en variabel varmeledningsevne er isolasjonskapasiteten redusert meget ekstremt. Derav følger at strålingsenergien beveges lett fra absorpsjonslaget 3 til massen 5 eller gene-relt til rommet bak isolasjonen 7. Når stråleeffekten stan-ser, faller absorpsjonslagets 3 temperatur umiddelbart tett ned til temperaturen i den ytre luft. Isolasjonslaget 7 er også avkjølt og dets isolerende evne øker. Massen 5, eller et annet rom avgir nå varme utad langsomt på grunn av at varmestrømmen nå møter en stor varmemotstand i isolasjonen 4.

Innenfor oppfinnelsens ramme er det også mulig å oppnå løsninger som adskiller seg fra de eksempelvise utførelser som er beskrevet ovenfor. Således er i tilfellet vist på figur 4 celleplateri 1 festet direkte til absorps jonslaget 8 uten noe luftrom. Konstruksjonens 5 innside er overhodet, ikke dekket av et isolerende lag.

Oppbygningen på figur 4 adskiller seg fra den som er vist på figur 3 kun med hensyn til at luftrommet 2 er utskif-tet med et isolasjonslag 8 som er lysgjennomtrengelig, noe som er gjort eksempelvis med glassull.

På den annen side, i tilfellet vist på figur 6, er isolasjonslaget 7 festet til den indre side av den bærende konstruksjon 5, idet absorpsjonslaget 3 igjen er direkte begrenset av den ytre flate av konstruksjonen 5.

Det er også mulig å oppnå at isolasjonslaget 7 er plassert på innsiden av konstruksjonen 5. Det er til og med mulig å tenke seg av laget fullstendig mangler.

Isolasjonslaget 7 som inneholder væske kan ha flere ulike typer mekaniske oppbygninger. Det må imidlertid være fremstilt av et material med lukkede porer hvor porene inneholder væsken. Som en konstruksjon med åpne porer kan det være om-gitt av et plastdekke som ikke er gjennomtrengelig for vann og damp. Et slikt dekke er ikke krevet'dersom det er sørget for kontinuerlig tilførsel av ytterligere væske til isolasjonslaget for å erstatte den fordampede væske.

Det skal til slutt bemerkes at. væskeinnholdet til og med kan være så lavt som en vektprosent av isolasjonens vekt idet kravet til væskeinnhold avhenger av isolasjonsmateri-alets egenskaper.

Claims (9)

1. Veggkonstruksjon for utnyttelse av solenergi, eksempelvis ved oppvarming av bygninger, idet konstruksjonen omfatter en frontplate (1) som i det vesentlige er gjennomtrengelig for varmestråling fra solen, men som er lite gjennomtrengelig for stråling med en annen bølgelengde i motsatt retning, et absorpsjonslag (3) som er festet på innsiden av frontplaten og som absorberer i det minste en del av varmestrålingen som er kommet inn gjennom frontplaten (1) og et isolasjonslag (7) som er festet på innsiden av absorpsjonslaget (3), karakterisert ved at isolasjonslaget er fremstilt av et materiale som inneholder væske, idet væskeinnholdet er valgt så lavt at varmeledningsevnen i materialet i det vesentlige er variabelt som en funksjon av temperaturen.

2. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at væskeinnholdet er 10-20 vektprosent av isolasjonens vekt, idet ledningsevnen i det minste dobles hår temperaturen stiger fra 0°C til 40°C.

3. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert , ved at isolasjonsmaterialet er celleformet plast e.l., hvis porer inneholder en væske.

4. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at isolasjonsmaterialet er mineralullstøv e.l.

5. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at isolasjonsmaterialet er lett oppsamlet betongstøv.

6. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at isolasjonslaget (7) er festet direkte til innsiden av absorps jonslaget.,(3) (figur 3-5).

7. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at isolasjonslaget (7) er festet direkte til innsiden av veggkonstruksjonen (5) og at absorpsjonslaget (3) er festet direkte til utsiden av veggkonstruksjonen. (5) (figur 6).

8. Konstruksjon ifølge krav 6, karakterisert ved at konstruksjonen med isolasjonslaget (7) og absorp-sjonlaget (3) er festet direkte til innsiden av fasadeplaten (1) (figur 4).

9. Konstruksjon ifølge krav 6, karakterisert ved at konstruksjonen bestående av isolasjonslaget (7), absorpsjonslaget (3) og fasadeplaten (1) er plassert i en avstand fra hverandre (figur 3 og 5).