CZ7528U1

CZ7528U1 - Thermally balanced building

Info

Publication number: CZ7528U1
Application number: CZ19987848U
Authority: CZ
Inventors: Miloslav Prof. Ing. Drsc. Němeček; Karel Ing. Kabele; Jan Dr. Ing. Kyncl
Original assignee: Miloslav Prof. Ing. Drsc. Němeček; Karel Ing. Kabele; Jan Dr. Ing. Kyncl
Priority date: 1998-04-01
Filing date: 1998-04-01
Publication date: 1998-06-25

Description

Tepelně vyvážená stavbaThermally balanced construction

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká tepelně vyvážené stavby, zejména obytné budovy, tvořené obvodovými stěnami a místnostmi rozdělenými vnitřními stěnami, zejména se vynález týká provedení těchto rozdělovačích vnitřních stěn.The invention relates to a thermally balanced building, in particular to a residential building consisting of peripheral walls and rooms divided by internal walls, in particular the invention relates to the design of such dividing internal walls.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při dosavadní snaze využít solární energie s pomocí solárních panelů, fotovoltaiky a podobně zůstává nepovšimnuta role vzájemných tepelných bilancí, jednotlivých místností stavby ve vztahu k jej ich orientaci vůči světovým stranám a vzhledem k přímému oslunění jejich interiéru okny, především v přechodových obdobích roku. Tato problematika se týká jak staveb prováděných novými, tak klasickými technologiemi.In the current effort to use solar energy with the help of solar panels, photovoltaics and the like, the role of mutual heat balances, individual rooms of the building in relation to their orientation towards the cardinal points and due to the direct sunlight of their interiors through the windows remains unnoticed. This issue concerns both constructions carried out by new and classical technologies.

Tepelné vlastnosti nových konstrukčních materiálů ajejich kombinace zajišťují u obvodových stěn rodinných domků hodnoty tepelného odporu přes 4,15 K.m^W¹, jež odpovídají hodnotám součinitele prostupu tepla kolem 0,23 W.m'².K’' a méně. Tloušťka těchto stěn je 0,2 až 0,25 m.The thermal properties of the new construction materials and their combinations provide thermal resistance values of over 4.15 Km ^ W ¹ at the perimeter walls of single-family houses, which correspond to a heat transfer coefficient value of about 0.23 W.m ' ² .K''or less. The thickness of these walls is 0.2 to 0.25 m.

Jejich tepelná kapacita je velmi nízká, hmotnost méně než 50 kg.m'², prodyšnost, vzhledem k využití PE fólií, prakticky zanedbatelná, takže teplota vnitřního líce stěny relativně velmi citlivě reaguje na změnu venkovní teploty, respektive na sluneční radiaci. Výhodné tepelně izolační vlastnosti takovýchto obvodových stěn však vyvolávají potřebu citlivé regulace vnitřní teploty. To se projevuje mimo jiné na častém zapínání otopné soustavy. Zvláště v přechodových obdobích topné sezóny na jaře a na podzim pracuje zdroj tepla s často zapínaným, ale značně sníženým výkonem. Je-li zdrojem tepla v takovémto případě palivový kotel, má velmi nízkou účinnost a hospodárnost, je-li zdrojem tepla elektrický proud, musí být tento odebírán i mimo období sníženého tarifu. Takováto regulace však nezabrání přehřívání osluněných místností. V současnosti vyžaduje řešení tohoto problému buď vytápěcí soustavy s vhodnými vlastnostmi, například se zvětšeným obsahem vody teplovodních soustav, popřípadě akumulaci tepla s ohledem na nízkou účinnost kotle při nižších výkonech, nebo zvětšenou tepelně-akumulační hmotu elektrických akumulačních kamen, pokud jde o využití nízkého tarifu. Popřípadě užití hybridních elektrických kamen, eventuálně časté zapínání přímotopných elektrických zdrojů, které jsou nevýhodné vzhledem kjiž zmíněným tarifům a instalaci klimatizačního zařízení k chlazení v teplém období.Their heat capacity is very low, weight less than 50 kg.m &^lt; ² &^gt;, the permeability due to the use of PE foils is practically negligible, so that the temperature of the inner face of the wall reacts very sensitively to changes in outdoor temperature or solar radiation. However, the advantageous thermal insulation properties of such peripheral walls make it necessary to sensitively control the internal temperature. This manifests itself, inter alia, on frequent switching on of the heating system. Especially in the transitional periods of the heating season in spring and autumn, the heat source works with frequently switched on but significantly reduced output. If the heat source in this case is a fuel boiler, it has very low efficiency and economy, and if the heat source is electricity, it must be taken outside the reduced tariff period. However, such regulation does not prevent overheating of the sunlit rooms. At present, the solution to this problem requires either heating systems with suitable properties, such as increased water content of hot water systems, or heat accumulation due to low boiler efficiency at lower outputs, or increased heat storage mass of electric storage heaters in terms of low tariff usage. . Alternatively, the use of hybrid electric stoves, or frequent switching on of direct electric power sources, which are disadvantageous with respect to the above-mentioned tariffs and the installation of air-conditioning equipment for cooling in a warm period.

Nevýhodné vlastnosti vzhledem k účinku oslunění, zejména jižní strany budovy, mají však i rodinné a jiné domy klasické masivní konstrukce, jako jsou plné cihly, děrované cihly, plynosilikátové bloky, škvárobetonové bloky a podobně. Tepelnou setrvačností obvodových zdí se účinek oslunění jejich vnějšího líce dostává do vnitř se značným časovým zpožděním a účinek přímého ozáření jižních místností okny je tlumen absorpcí tepla vnitřního líce obvodových zdí. Toto a vytápěcím systémem přivedené teplo však nemůže být plně vydáno nazpět do místnosti jeho podstatná část uniká vedením do dobře vodivé obvodové zdi a z ní do chladného okolí. To je důsledek toho, že tepelná kapacita klasické konstrukce domu je soustředěna v hmotě drahého obvodového pláště, jehož tepelná kapacita je navíc zbytečně velká. Nevýhoda nízké účinnosti kotle vytápějícího systému v přechodových obdobích roku však není ani u uvedených staveb potlačena.However, family houses and other houses of classic massive construction, such as solid bricks, perforated bricks, gas-silicate blocks, cinder blocks and the like, have disadvantageous properties due to the effect of sunlight, in particular the south side of the building. Due to the thermal inertia of the peripheral walls, the effect of insolation of their outer face enters the interior with a considerable time delay and the effect of direct irradiation of the southern rooms through the window is attenuated by the heat absorption of the inner face of the peripheral walls. However, this heat supplied by the heating system cannot be fully discharged back into the room, a substantial part of which escapes by conduction to a well-conducting peripheral wall and from it to the cold surroundings. This is due to the fact that the heat capacity of a classic house construction is concentrated in the mass of the expensive cladding, the heat capacity of which is unnecessarily large. However, the disadvantage of the low efficiency of the boiler of the heating system in the transition periods of the year is not suppressed even in the case of the mentioned constructions.

Snížení spotřeby tepla, zejména v rodinném domku lze nyní také dosáhnout využitím obnovitelných zdrojů energie, získané především solárními kolektory a tepelnými čerpadly, ovšem za cenu zvýšených investičních nákladů. Tyto náklady nemusí být v odpisech zanedbatelné, zvláště jde-li například o akumulační nádrže a také je-li ekonomická návratnost zařízení blízká jeho životnosti, což je běžné zejména u solárních kolektorů a kompresorů tepelných čerpadel. Svoji roli hrají i náklady na údržbu, jako je udržování čistoty solárních panelů a vzduchových výpamíků, udržování vydatnosti zemních zdrojů tepla a podobněReduction of heat consumption, especially in a single-family house, can now also be achieved by using renewable energy sources, obtained primarily from solar collectors and heat pumps, but at the cost of increased investment costs. These costs may not be insignificant in depreciation, especially when it comes to storage tanks, for example, and also when the economic return of the equipment is close to its service life, which is particularly common with solar collectors and heat pump compressors. Maintenance costs also play a role, such as keeping the solar panels and air discharges clean, maintaining the earth's heat yield, and so on.

CZ 7528 Ul a náklady na opravy. Dalším zdrojem úspor energie může být inteligentní a programovatelné automatické řízení tepelné soustavy, zde ovšem podmíněné celým, dobře navrženým systémem.CZ 7528 Ul and repair costs. Another source of energy savings can be the intelligent and programmable automatic control of the heating system, but here conditional on the entire well-designed system.

Pro úspory tepelné energie ve vytápěných budovách je rozhodující přechodné období podzimu ajara, kam se soustřeďuje největší objem tepelné energie spotřebované na vytápění. V těchto obdobích, například od října do listopadu, s rostoucím počtem slunných dní má značný význam rozmístění místností v půdorysu stavby vůči světovým stranám. U vhodné dispozice místností je pravidlem, že klesá potřeba vytápěcího výkonu na jižní, jihovýchodní ajihozápadní straně budovy v místnostech, vyhřívaných sluneční radiací prošlou okny, přičemž místnosti na severní straně je nutné vytápět. Někdy natolik, že v poledních hodinách jižně orientované místnosti není nutno vytápět vůbec, nebo se dokonce přehřívají nad teplotu tepelné pohody. Naproti tomu místnosti na severní straně je nutno vytápět, nebo alespoň temperovat výkonem, při němž má kotel nízkou účinnost, popřípadě topit elektrickým přímotopem nebo tepelným čerpadlem a, pokud je bez akumulace, mimo časové pásmo nízkého tarifu. Omezit nebo vysadit vytápění místností na severní straně budovy je ovšem prakticky vyloučeno. Toto ovšem podstatně snižuje užitnou a tržní hodnotu množství typů moderních a jinak výhodných lehkých konstrukcí, například rodinných domů, které se v poslední době vyrábějí.The decisive factor for saving thermal energy in heated buildings is the transitional period of autumn ajara, where the largest amount of thermal energy used for heating is concentrated. In these periods, for example from October to November, with an increasing number of sunny days, the layout of the rooms in the ground plan of the building towards the cardinal points is of great importance. With suitable room layouts, the heating demand on the south, south-east and south-west sides of the building in rooms heated by solar radiation passes through the windows, while the rooms on the north side need to be heated. Sometimes so much that in the noon hours of a south-facing room it is not necessary to heat at all, or even overheat above the thermal comfort temperature. On the other hand, rooms on the north side need to be heated, or at least tempered, with a power at which the boiler is of low efficiency, possibly heated by an electric heater or heat pump and, if there is no accumulation, outside the low tariff time zone. However, limiting or stopping the heating of rooms on the north side of the building is virtually impossible. However, this substantially reduces the utility and market value of a number of types of modern and otherwise advantageous lightweight structures, such as family houses, which have been produced recently.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny tepelně vyváženou stavbou, zejména obytné budovy, tvořené obvodovými stěnami a místnostmi rozdělenými vnitřními stěnami podle tohoto technického řešení. Jeho podstatou je alespoň jedna vnitřní stěna, která je umístěna ve stavbě mezi osluněnými a neosluněnými místnostmi a která je zhotovena z alespoň jednoho materiálu o teplotní vodivosti mezi 0,30.10^-6 až 1,50.10^-6 m².s^-1. Tloušťka vnitřní stěny je s výhodou od 200 do 450 mm. Vnitřní stěna může být rovněž tvořena dvěma vrstvami o tloušťce od 100 do 250 mm, mezi kterými je umístěna další vrstva o tloušťce menší než 150 mm. Další vrstva vnitřní stěny může být opatřena dutinami jejichž osa leží v horizontálním směru. Dutiny jsou určeny pro průtok vzduchu. K vnitřní stěně může být připojeno větrací zařízení s ventilátorem. Vnitřní stěna je s výhodou opatřena průchody pro výměnu vzduchu mezi místnostmi.The aforementioned drawbacks are largely eliminated by a thermally balanced building, in particular residential buildings, formed by peripheral walls and rooms divided by internal walls according to the present invention. Its essence is at least one inner wall, which is located in the building between sunlit and non-sunlit rooms and which is made of at least one material with a thermal conductivity between 0.30.10 ^-6 to 1.50.10 ^-6 m ² .s ^-1 . The thickness of the inner wall is preferably from 200 to 450 mm. The inner wall may also consist of two layers of thickness from 100 to 250 mm, between which a further layer of less than 150 mm is placed. Another layer of inner wall may be provided with cavities whose axis lies in the horizontal direction. Cavities are designed for air flow. A ventilation device with a fan can be connected to the inner wall. The inner wall is preferably provided with air exchange passages between rooms.

Tepelně vyrovnávací účinek vnitřní stěny na tepelnou vyváženost stavby spočívá především ve využití její tepelné kapacity v topném období pro výměnu tepla mezi osluněnými a neosluněnými místnostmi. Výměna tepla se děje výměnou vzduchu mezi místnostmi přes tuto vnitřní stěnu s přiměřenou ochranou proti šíření hluku. Vnitřní stěna může být s výhodou konstruována jako regenerativní výměník tepla s dutinami protékanými vzduchem, přiváděným zejména větracím zařízením s ventilátorem. Tepelně vyrovnávací účinek vhodně konstruované vnitřní stěny podle tohoto technického řešení pak neztrácí význam ani v létě. V tomto období spočívá ve využití tepelné kapacity k akumulaci chladu v noci a chlazení interiéru ve dne, místo klimatizačního zařízení. Žádoucí větrání stavby může obstarat větrací zařízení s ventilátorem, které může zajišťovat rekuperaci tepla ze vzduchu vyměňovaného s venkovním prostředím. Všechny povrchy, které mohou akumulovat podstatné množství tepelné energie vnitřní stěny nesousedí s venkovním prostředím a tato vnitřní stěna je vedena mezi vhodně rozmístěnými místnostmi daného podlaží. Alespoň jeden, plošně rozsáhlý líc této vnitřní stěny je umístěn v místnosti přímo osluněné okny nebo jinou přiměřeně velkou světlo a teplo propouštějící plochou. Místnosti jsou vůči uvedené vnitřní stěně vhodně rozmístěné s ohledem na jejich ventilaci. V topném a přechodovém období roku vnitřní stěna podle tohoto technického řešení akumuluje teplo získané z přímého oslunění místností orientovaných vpodstatě kjihu buď k přímému využití, nebo k výměně tepla mezi osluněnými a neosluněnými místnostmi pomocí ventilačního zařízení. Důsledkem je možnost omezit popřípadě vyřadit výkon vytápěcí soustavy u jižních místností, který je nahrazen teplem z oslunění a omezit i vyřadit vytápění severních místností, které je nahrazené přítokem teplého vzduchu z jižních místností. Výsledkem je úspora tepla spočívající v potřebě menšího zdroje tepla, jeho nižší pořizovací ceně popřípadě méně častéThe heat-balancing effect of the inner wall on the thermal balance of the building consists mainly in the use of its heat capacity during the heating period for heat exchange between sunny and non-sunny rooms. Heat exchange takes place by exchanging air between rooms through this inner wall with adequate protection against the propagation of noise. The inner wall can advantageously be designed as a regenerative heat exchanger with air-flowing cavities supplied, in particular, by a ventilated ventilation device. The thermal compensating effect of a suitably designed inner wall according to this technical solution does not lose its importance even in the summer. In this period, the use of heat capacity to accumulate cold at night and cool the interior by day, instead of air conditioning. Desired ventilation of the building can be provided by a ventilated ventilation device that can provide heat recovery from the air exchanged with the outdoor environment. All surfaces that can accumulate a substantial amount of thermal energy of the inner wall are not adjacent to the outdoor environment, and this inner wall is guided between suitably spaced rooms of the floor. At least one large surface area of this inner wall is located in a room directly sunlit by windows or other reasonably large light and heat-transmitting surface. The rooms are suitably spaced relative to the inner wall with respect to their ventilation. In the heating and transition period of the year, the inner wall according to the present invention accumulates the heat obtained from direct sunlight of the rooms oriented essentially to the kiy either for direct use or for heat exchange between the sunlit and non-sunlit rooms by means of a ventilation device. As a consequence, it is possible to limit or eliminate the output of the heating system in the southern rooms, which is replaced by the heat from the sun, and to limit and eliminate the heating of the northern rooms, which is replaced by the inflow of warm air from the southern rooms. The result is a heat saving consisting in the need for a smaller heat source, its lower purchase price, or less frequently

-2CZ 7528 Ul zapínání stávajících zdrojů tepla. Instalace takovéto vnitřní stěny navíc umožní zvětšení okenní plochy v jižně orientovaných místnostech a tím zvětší světelný komfort.-2GB 7528 UI Switching on existing heat sources. In addition, the installation of such an interior wall will allow the window area to be enlarged in south-facing rooms and thus increase lighting comfort.

Vnitřní stěna konstruovaná jako regenerativní výměník umožní rychlejší akumulaci tepla i pohotovější čerpání tepelné energie. Uvedené řešení je jedním z nej levnějších řešení akumulace tepla, jak z hlediska životnosti, tak z hlediska ekonomické návratnosti. Ekonomickou návratnost lze jen podle ušetřené energie odhadnout na maximálně pět let. Užití vnitřní stěny podle tohoto technického řešení nevylučuje užití ostatních výhodných zdrojů energie jako jsou tepelná čerpadla, klimatizace vzduchu a podobně. Akumulační schopnost uvedené vnitřní stěny dovoluje volbu nižších jmenovitých výkonů jmenovaných i stávajících zařízení. Prostorově nenáročná konstrukce případného ventilačního zařízení jako jsou vlastní ventilátoiy, filtry, rekuperační výměník, tlumiče hluku, mřížky, výustky a podobně, neohrozí estetický komfort bytu, protože jednotlivé ventilační bloky lze umístit mimo obytné prostory.The inner wall, designed as a regenerative heat exchanger, enables faster heat accumulation and more rapid pumping of heat energy. This solution is one of the cheapest cheaper heat storage solutions, both in terms of durability and economic return. The economic return can only be estimated for a maximum of five years based on the energy saved. The use of an inner wall according to this invention does not exclude the use of other advantageous energy sources such as heat pumps, air conditioning and the like. The storage capacity of said inner wall allows the choice of lower rated outputs of both the named and existing equipment. Space-saving design of possible ventilation equipment such as own fans, filters, recuperation exchanger, silencers, grilles, diffusers and the like will not compromise the aesthetic comfort of the apartment, as individual ventilation blocks can be placed outside the living space.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Příkladné provedení tepelně vyvážené stavby podle tohoto technického řešení je znázorněno na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je znázorněno schematicky možné provedení vnitřní stěny v půdorysu. Na obr. 2 je znázorněna tato stěna v nárysu. Na obr. 3 je znázorněno v půdorysu ve zvětšeném měřítku jedno možné řešení vnitřní stěny a na obr. 4 je znázorněno v půdorysu ve zvětšeném měřítku další možné řešení vnitřní stěny.An exemplary embodiment of a thermally balanced construction according to this invention is shown in the accompanying drawings, in which Figure 1 shows schematically a possible embodiment of an inner wall in plan view. FIG. 2 is a front elevational view of the wall. FIG. 3 is an enlarged plan view of one possible inner wall solution; and FIG. 4 is an enlarged plan view of another possible inner wall solution.

Příklady provedení technického řešeníExamples of technical solution

Přízemí rodinného domku je rozděleno vnitřní stěnou I tak, že tato odděluje obývací pokoj 5 orientovaného kjihozápadní straně od dvou ložnic 6 orientovaných k severovýchodní straně. Vnitřní stěna 1 leží na základové desce, podepřené základovými pásy. Vnitřní stěna 1 je zhotovena z páleného zdivá aje složena ze tří vrstev 2, 3, 4, o rozměrech 150 + 85 + 150 mm. Krajní vrstvy 3, 4 jsou tvořeny cihelným zdivém o tloušťce 150 mm a vnitřní vrstva 2 je tvořena keramickými tvárnicemi s kanálky. Krajní vrstvy 3, 4 byly zděny současně s vloženými keramickými tvárnicemi o rozměrech 290 x 140 x 65 mm s dvěma podélnými kanálky o průřezu přibližně 40 x 55 mm, orientovanými, rovnoběžně s podlahou. Keramické tvárnice neleží na sobě, ale jsou na výšku odděleny mezerou 60 mm, tvořící další kanálek. V podélném směru jsou keramické tvárnice vzdáleny o 150 až 400 mm. Keramické tvárnice jsou s krajními vrstvami 3, 4 spojeny spojovací maltou. Do dutin keramických tvárnic je umožněn přístup a tyto jsou propojeny s větracím zařízením 8 s ventilátorem a filtrem, umístěným mimo obytné místnosti. Vnitřní stěna i je opatřena průchody 7 pro výměnu vzduchu mezi místnostmi, ve kterých jsou umístěny axiální ventilátory.The ground floor of the family house is divided by an inner wall I so that it separates the living room 5 facing the southwest side from the two bedrooms 6 facing the northeast side. The inner wall 1 lies on a base plate supported by the base strips. The inner wall 1 is made of burnt masonry and consists of three layers 2, 3, 4 with dimensions 150 + 85 + 150 mm. The outer layers 3, 4 are made of brick masonry with a thickness of 150 mm and the inner layer 2 is made of ceramic blocks with channels. The outer layers 3, 4 were bricked together with the inserted ceramic blocks of 290 x 140 x 65 mm with two longitudinal channels of approximately 40 x 55 mm in cross-section oriented parallel to the floor. Ceramic blocks do not lie on top of each other, but are separated by a gap of 60 mm, forming another channel. In the longitudinal direction, the ceramic blocks are 150 to 400 mm apart. The ceramic blocks are connected to the outer layers 3, 4 by a bonding mortar. The cavities of the ceramic blocks are accessible and are connected to a ventilator 8 with a fan and a filter located outside the living room. The inner wall 1 is provided with passages 7 for exchanging air between rooms in which axial fans are located.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Technické řešení nalezne uplatnění jak u staveb prováděných novými, tak i u staveb prováděných klasickými technologiemi, zejména u rodinných domků.The technical solution can be used both for new and new technologies, especially for family houses.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

A thermally balanced building, in particular a residential building, formed by peripheral walls and rooms divided by inner walls, characterized in that at least one inner wall (1) is located in the building between sunlit and non-sunlit rooms (5, 6) and is made of at least one a material of thermal conductivity between 0,30.10 ^'6 to 1,50.10 ^-6 m ^ s' ^first

-3EN 7528 Ul

A thermally balanced construction according to claim 1, characterized in that the thickness of the inner wall (1) is from 200 to 450 mm.

A thermally balanced building according to claim 1, characterized in that the inner wall (1) is formed by two layers (3, 4) with a thickness of 100 to 250 mm, between which is located

5 another layer (2) having a thickness of less than 150 mm.

Thermally balanced structure according to claim 3, characterized in that the further layer (2) of the inner wall (1) is provided with air flow cavities, the axis of which lies in the horizontal direction.

A thermally balanced building according to claim 3 or 4, characterized in that a ventilating device (8) with a fan is connected to the inner wall (1).

ío

A thermally balanced building according to any one of the preceding claims, characterized in that the inner wall (1) is provided with passages (9) for exchanging air between rooms.