BE1022871B1

BE1022871B1 - Actief isolatiepaneel

Info

Publication number: BE1022871B1
Application number: BE2015/5147A
Authority: BE
Inventors: Ruyck Jacques De
Original assignee: Integrate (BVBA); Blue Planet Academy & Consulting
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-09-29
Also published as: BE1022871A1; WO2016147106A1

Abstract

Meerlagig paneel (10), omvattende thermisch geleidende lagen (11, 12) aan tegenoverliggende zijden (101, 102) van het paneel, met daartussen een binnenlaag (13) uit een thermisch isolerend materiaal, en meerdere leden (15) uit een thermisch geleidend materiaal, zich dwars door de binnenlaag (13) uitstrekkend, waarbij de leden een dwarsdoorsnede vertonen met een totale oppervlakte (nScond) in serie geschakeld met meerdere thermo-elektrische elementen (16), daarin gekenmerkt, dat de verhouding tussen de totale oppervlakte (nScond) van de dwarsdoorsnede van de leden (15) en de oppervlakte van het paneel minstens vijf maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λins) van het thermisch isolerend materiaal en de warmtegeleidingscoëfficiënt (λcond) van het thermisch geleidend materiaal van de leden (15) is.

Description

Actief isolatiepaneel [0001] Onderhavige uitvinding heeft betrekking op een meerlagig paneel met een isolerende binnenkern, omvattende thermo-elektrische elementen om de isolatie-eigenschappen van het paneel te verbeteren. Naar dergelijke panelen wordt verwezen als actieve isolatiepanelen.

[0002] Dergelijke panelen zijn gekend van JP 2004-211916, dat in figuur 12 een isolatiepaneel toont met tegenoverliggende warmteoverdragende oppervlakken en daartussen een thermisch isolerende kernlaag. Doorheen de thermisch isolerende kernlaag wordt een een Peltier-element thermisch in serie geschakeld met een koppelingsmateriaal voorzien, die samen de afstand tussen de twee warmteoverdragende oppervlakken overbruggen.

[0003] Andere min of meer gelijkaardige bouwelementen zijn beschreven in NL 1000729 en WO 2010/029217.

[0004] Door het toepassen van een spanningsverschil op dergelijke thermo-elektrische elementen, zoals bv. Peltier-elementen, ontstaat een temperatuurverschil tussen de tegenoverliggende zijden van het element, waardoor het mogelijk wordt om warmteverliezen doorheen de isolatie op te vangen en via het thermo-elektrische element terug naar de bron te voeren. Er is dus potentieel om de isolatie-eigenschappen van het paneel te verbeteren. Echter, het is gekend dat thermo-elektrische elementen een slechte efficiëntie hebben wat de verhouding warmteoverdracht / benodigd elektrisch vermogen (COP, coefficient of performance) betreft, waardoor dergelijke actieve isolatiepanelen duur zijn in gebruikskost en daardoor economisch oninteressant.

[0005] Onderhavige uitvinding stelt zich tot doel om actieve isolatiepanelen van het bovenvermeld type te voorzien, die een verbeterde energie-efficiëntie hebben en bijgevolg economisch interessanter zijn.

[0006] Overeenkomstig een eerste aspect van de uitvinding wordt derhalve voorzien in een meerlagig paneel, zoals uiteengezet in de bijgevoegde conclusies.

[0007] Meerlagige panelen overeenkomstig aspecten van de uitvinding omvatten een eerste thermisch geleidende laag en een tweede thermisch geleidende laag voorzien aan overliggende zijden van het paneel en een binnenlaag vervaardigd uit een thermisch isolerend materiaal en opgesteld tussen de eerste thermisch geleidende laag en de tweede thermisch geleidende laag. De panelen omvatten verder meerdere leden vervaardigd uit een thermisch geleidend materiaal en opgesteld tussen de eerste thermisch geleidende laag en de tweede thermisch geleidende laag, zich dwars door de binnenlaag uitstrekkend, waarbij de leden een dwarsdoorsnede vertonen met een totale oppervlakte (nScond) en meerdere thermo-elektrische elementen, opgesteld tussen de eerste laag en de leden. Deze opstelling is zodanig, dat met voordeel een thermische brug wordt gevormd tussen de thermo-elektrische elementen, de leden en de tweede thermisch geleidende laag enerzijds, en tussen de thermoelektrische elementen en de eerste thermisch geleidende laag anderzijds.

[0008] Overeenkomstig aspecten van de uitvinding is de verhouding tussen de totale oppervlakte (nScond) van de dwarsdoorsnede van de leden en de oppervlakte van het paneel minstens vijf maal, met voordeel 6,66 maal, met voordeel 10 maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag en de warmtegeleidingscoëfficiënt (λΜ^) van het thermisch geleidend materiaal van de leden is. Wanneer een paneel ontworpen wordt rekening houdend met deze voorwaarden, wordt bekomen dat enerzijds gewaarborgd wordt dat alle doorheen het paneel verloren warmte doorheen de leden kan worden teruggevoerd, en anderzijds gewaarborgd wordt dat het temperatuurverschil over de thermoelektrische elementen beperkt wordt. Hierdoor kunnen de thermo-elektrische elementen onder optimale omstandigheden worden bedreven, zodat een hoge efficiëntie wordt bekomen.

[0009] Overeenkomstig een tweede aspect van de uitvinding wordt voorzien in een samenstel van een meerlagig paneel volgens het eerste aspect en een regeleenheid voor dit meerlagig paneel, zoals uiteengezet in de bijgevoegde conclusies.

[0010] Overeenkomstig een derde aspect van de uitvinding wordt voorzien in een werkwijze voor het regelen of aansturen van het meerlagig paneel volgens het eerste aspect en/of van het samenstel volgens het tweede aspect, zoals uiteengezet in de bijgevoegde conclusies.

[0011] Aspecten van de uitvinding zullen in hetgeen volgt worden toegelicht met verwijzing naar de volgende figuren.

[0012] Figuur 1 toont een plofzicht van een paneel overeenkomstig een aspect van de uitvinding.

[0013] Figuur 2 toont een dwarsdoorsnede van het paneel van figuur 1.

[0014] Figuur 3 toont een dwarsdoorsnede van een paneel overeenkomstig een bijkomend aspect van de uitvinding.

[0015] Figuur 4 toont een dwarsdoorsnede van een paneel overeenkomstig een bijkomend aspect van de uitvinding.

[0016] In onderhavige beschrijving wordt verwezen naar een warmtegeleidingscoëfficiënt λ. De waarde ervan wordt verondersteld bij een temperatuur van 293 K.

[0017] Met verwijzing naar Fig. 1 is een paneel 10 overeenkomstig aspecten van de uitvinding opgebouwd uit meerdere lagen. Aan de twee buitenvlakken (voorzijde 101, respectievelijk achterzijde 102) van het paneel 10 zijn thermisch geleidende lagen 11,12 voorzien. Deze thermisch geleidende lagen strekken zich bij voorkeur uit over het volledige paneeloppervlak, en zijn op een afstand van elkaar opgesteld.

[0018] Zoals hierna zal blijken, verwijst de voorzijde 101 van het paneel naar de zijde die gericht is naar de warmere van de twee omgevingen die door het paneel worden gescheiden. Wanneer het paneel gebruikt wordt om een warmere binnenruimte te scheiden van een koudere omgeving, zal het paneel zo gemonteerd worden dat de voorzijde 101 gericht is naar de binnenruimte (binnenzijde), en de achterzijde 102 gericht naar de omgeving. Wordt het paneel daarentegen gebruikt om een koelere binnenruimte te scheiden van een warmere omgeving, zal de voorzijde 101 gericht zijn naar de warmere omgeving (buitenzijde).

[0019] Tussen de twee thermisch geleidende lagen 11,12 strekt zich een thermisch isolerende laag 13 uit. Deze thermisch isolerende laag 13 overbrugt bij voorkeur de afstand tussen de twee thermisch geleidende lagen 11,12. Het meerlagig paneel 10 verkrijgt zodoende de vorm van een sandwichpaneel, waarbij een thermisch isolerende kernlaag 13 tussen twee thermisch geleidende lagen 11,12 is opgesteld.

[0020] De kernlaag 13 wordt bij voorkeur op meerdere plaatsen doorkruist door een aantal warmteterugvoerelementen 14, die de functie hebben om de warmte die doorheen de kernlaag 13 verloren gaat, terug te voeren. De warmteterugvoerelementen 14 overbruggen bij voorkeur de gehele afstand tussen de thermisch geleidende lagen 11 en 12, en vertonen dus bij voorkeur een zelfde dikte als de kernlaag 13.

[0021] Elk van deze warmteterugvoerelementen 14 omvat een thermisch geleidend lid, bv. onder de vorm van een staaf 15, dat thermisch in serie is geschakeld met een thermo-elektrisch element 16. Staaf 15 is aan één uiteinde 151 thermisch gekoppeld met thermisch geleidende laag 12, en strekt zich bij voorkeur uit vanaf laag 12 richting laag 11. Thermo-elektrisch element 16 is bij voorkeur voorzien aan het tegenovergestelde uiteinde 152 van staaf 15 en is er thermisch mee gekoppeld. Bij voorkeur overbrugt het thermo-elektrisch element 16 de afstand tussen staaf 15 en laag 11.

[0022] Thermo-elektrisch element 16 is bij voorkeur een Peltier-element. Thermo-elektrisch element 16 strekt zich uit tussen een eerste zijde 161, genaamd koude zijde, en een tweede tegenoverliggende zijde 162, genaamd warme zijde. Door het toepassen van een elektrische spanning aan het thermo-elektrisch element 16, ontstaat een thermo-elektrisch effect tussen de koude zijde 161 en de warme zijde 162. Daarbij wordt warmte onttrokken aan de koude zijde 161 en afgegeven aan de warme zijde 162. Het thermo-elektrisch effect is alom bekend, en thermo-elektrische elementen die toepasbaar zijn in panelen overeenkomstig de uitvinding zijn eveneens gekend.

[0023] Thermo-elektrisch element 16 wordt bij voorkeur zodanig opgesteld in het paneel 10 dat de koude zijde 161 thermisch gekoppeld is met staaf 15 terwijl de warme zijde 162 thermisch gekoppeld is met laag 11. Doordat staaf 15 aan uiteinde 151 thermisch gekoppeld is met laag 12, kan worden bekomen dat de in laag 12 aanwezige warmte, doorheen staaf 15 kan worden gevoerd en afgegeven aan de koude zijde 161 van het thermo-elektrisch element 16. Door toepassing van een elektrische spanning, kan het thermo-elektrisch element 16 de warmte van de koude zijde 161 overbrengen naar de warme zijde 162 en verder naar laag 11.

[0024] Staaf 15 kan een element zijn met een bij voorkeur hoge thermische geleidbaarheid, bv. een zogenaamde “heat pipe”, gevormd uit een volledig afgesloten buis die gevuld is met een werkfluïdum, die in gebruik zowel in een vloeibare fase als een gasfase in de buis voorkomt. Alternatief kan staaf 15 al dan niet massief gevormd zijn uit een thermisch geleidend materiaal, bij voorkeur een metaal, bv. aluminium of koper. Staaf 15 kan mogelijks omhuld zijn met een thermisch isolerende schil, zoals bv. een vacuümbuis, of een materiaal verschillend van het materiaal van kernlaag 13 (behalve aan uiteinden 151, 152). De doorsnede van staaf 15 kan eender welke vorm hebben, bv. rond, veelhoek of rechthoek.

[0025] Zoals hoger vermeld, zal laag 11 steeds gericht zijn naar de warmere van de twee omgevingen die door het paneel worden gescheiden. De warmte die doorheen isolerende laag 13 dan verloren gaat van laag 11 naar laag 12, kan op deze manier worden gerecupereerd via staaf 15 en thermo-elektrisch element 16. Laag 12 die zich bij voorkeur over het volledige paneeloppervlak uitstrekt, dient om alle warmteverliezen doorheen isolerende laag 13 te kunnen opvangen. De dikte en het materiaal van laag 12 wordt bij voorkeur zodanig gekozen dat de temperatuur van deze laag zo uniform mogelijk is over de laag. Zo dient ook laag 11 om de gerecupereerde warmte zo goed mogelijk te kunnen afgeven aan de binnenruimte. De dikte en het materiaal van laag 11 wordt bij voorkeur gekozen zodat een uniforme temperatuur over deze laag kan worden gehandhaafd.

[0026] De uitvinders hebben opgemerkt dat twee zaken belangrijk zijn voor een efficiënte en dus economische bedrijfsvoering van dergelijke actieve isolatiepanelen. Ten eerste moet worden gewaarborgd dat alle warmte die doorheen isolatielaag 13 verloren gaat kan worden teruggevoerd via staven 15.

Dit betekent dat er een temperatuurverschil tussen de uiteinden 151 en 152 van de staven 15 moet worden gehandhaafd. Hierbij dient genoteerd dat de warmteflux doorheen de staaf proportioneel afhankelijk zal zijn met dit temperatuurverschil. Ten tweede is het belangrijk om de thermo-elektrische elementen 16 op een zo efficiënte manier te kunnen gebruiken. Daarom mag het temperatuurverschil tussen de koude zijde 161 en de warme zijde 162 van deze elementen niet te hoog zijn. Het is immers geweten dat bij kleine temperatuurverschillen de thermo-elektrische elementen aan een hogere COP kunnen werken.

[0027] Het is de uitvinders gelukt om deze twee ogenschijnlijk tegenstrijdige aspecten te verzoenen in een ontwerp van een actief isolatiepaneel. Daarbij wordt een voorwaarde opgelegd aan de minimale doorsnede van de staven 15 die functie is van de materiaalkeuze van het paneel. Overeenkomstig een aspect van de uitvinding is de verhouding tussen de dwarsdoorsnede van alle staven 15 en de oppervlakte van het paneel minstens vijf maal, bij voorkeur minstens 6,66 maal, bij voorkeur minstens 10 maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van kernlaag 13 en de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de staven 15. Wanneer een paneel 10 ontworpen wordt rekening houdend met deze voorwaarden, wordt bekomen dat enerzijds gewaarborgd wordt dat alle verloren warmte doorheen de staven 15 kan worden teruggevoerd, en anderzijds gewaarborgd wordt dat het temperatuurverschil over de thermo-elektrische elementen beperkt wordt tot niet meer dan 120%, bij voorkeur niet meer dan 115%, bij voorkeur niet meer dan 110% van het temperatuurverschil over het paneel 10 (d.i. het temperatuurverschil tussen lagen 11 en 12). In het geval dat de kernlaag 13 en/of de staven 15 vervaardigd zijn uit meerdere materialen, bv. een laagsgewijze opbouw vertonen, dient vanzelfsprekend met een equivalente warmtegeleidingscoëfficiënt te worden gewerkt.

[0028] Deze voorwaarde kan op de volgende manier worden afgeleid.

[0029] De warmteflux Qloss die verloren gaat doorheen de isolerende kernlaag 13 kan als volgt worden bepaald:

(1) waarbij ΔΤ het temperatuurverschil tussen laag 11 en laag 12 weergeeft, Ains de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de kernlaag 13 weergeeft, Sins en dins respectievelijk het oppervlak en de dikte van de kernlaag 13 weergegeven. Voor de eenvoud wordt het oppervlak Sins van kernlaag 13 gelijkgesteld aan het oppervlak Spanei van het paneel 10. Dit resulteert in een kleine overschatting van de warmteverliezen:

(2)

Zoals reeds aangegeven, wordt overeenkomstig een aspect van de uitvinding als voorwaarde gesteld dat de warmteverliezen doorheen de isolerende kernlaag 13 tenminste gecompenseerd worden door de warmte die doorheen de thermoelektrische elementen 16 wordt gepompt. Dit leidt tot de volgende vergelijking:

(3) waarbij QTE de warmteflux die doorheen een thermo-elektrisch element 16 wordt gepompt voorstelt, en n het aantal thermo-elektrische elementen voorstelt. Hierbij wordt als vereenvoudigde veronderstelling aangenomen dat alle thermo-elektrische elementen identiek zijn, doch de uitvinding is er niet toe beperkt.

[0030] De warmteflux die door een thermo-elektrisch element 16 wordt gepompt, kan afhangen van de eigenschappen van het gekozen thermo-elektrisch element (bv. een Peltier-element), het toegepaste elektrische vermogen (spanning en stroom) en het temperatuurverschil over het thermo-elektrisch element. De COP van het thermo-elektrisch element zal toenemen bij lagere temperatuurverschillen over het thermo-elektrisch element. Overeenkomstig een aspect van de uitvinding wordt daarom het temperatuurverschil over het thermo-elektrisch element begrensd tot:

(4) waarbij ΔΤτε het temperatuurverschil over het thermo-elektrisch element (tussen koude zijde 161 en warme zijde 162) is. Het temperatuurverschil over het thermo-elektrisch element 16 dient een fractie x groter te zijn dan het temperatuurverschil over het volledige paneel 10. Dit is nodig om een warmteflux te kunnen genereren doorheen de staven 15, die door een temperatuurverschil wordt veroorzaakt:

(5) waarbij ATcond het temperatuurverschil tussen de uiteinden 151 en 152 van de staven 15 is.

[0031] De warmteflux doorheen een thermo-elektrisch element 16 dient doorheen een staaf 15 te worden getransporteerd:

(6) waarbij ACOnd de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal van de staaf 15 weergeeft, en Sœnd het oppervlak van de dwarsdoorsnede van de staaf 15 weergeeft. Er wordt voor de eenvoud verondersteld dat de dikte van het thermo-elektrisch element 16 verwaarloosbaar is ten opzichte van de dikte dins van de isolerende kernlaag 13, zodat in vergelijking (6) de dikte van de staaf 15 gelijk wordt verondersteld aan de dikte van de kernlaag 13.

[0032] Combinatie van de vergelijkingen (2), (3) en (6) geeft:

(7)

Het lid aan de rechterzijde van vergelijking (7) geeft een ondergrens voor de verhouding tussen de som van de dwarsdoorsnede-oppervlakte van de staven 15 en de totale paneeloppervlakte. Het blijkt dat deze ondergrens een dimensieloos getal is en afhankelijk is van het temperatuurverschil dat wordt opgelegd aan het thermo-elektrisch element, en van de materiaaleigenschappen van de isolerende kernlaag 13 en de staven 15.

[0033] De waarde van x is bij voorkeur 0,2, bij voorkeur 0,15, bij voorkeur 0,1. Des te lager x wordt gekozen des te hoger de COP van het thermo-elektrisch element zal zijn. De keuze van x hangt natuurlijk eveneens af van het type thermo-elektrisch element dat zal worden gekozen.

[0034] Vergelijking (7) geeft met nSœnd de totale doorsnede-oppervlakte van alle staven 15 van het paneel 10. Ook al werd deze vergelijking (7) afgeleid in de veronderstelling van n identieke staven en thermo-elektrische elementen, zal het duidelijk zijn dat de vergelijking geldig blijft wanneer de staven en thermo-elektrische elementen niet allen identiek zijn. In feite legt vergelijking (7) een voorwaarde op voor de dwarsdoorsnede-oppervlakte van het totaal der warmteterugvoerelementen 14 van het paneel 10.

[0035] Impliciet vervat in vergelijking (7) is dat alle warmte die verloren gaat wordt teruggevoerd doorheen de staven 15 en de thermoelektrische elementen 16. Dit wordt verzekerd door een minimale dwarsdoorsnede op te leggen aan de staven. Deze minimale doorsnede waarborgt bovendien dat de thermo-elektrische elementen zo efficiënt mogelijk worden ingezet door het temperatuurverschil er overheen te beperken.

[0036] De isolerende kernlaag 13 wordt bij voorkeur gevormd door een materiaal met een warmtegeleidingscoëfficiënt λ^ die 0,1 W/mK of lager bedraagt, bij voorkeur 0,08 W/mK of lager, bij voorkeur 0,06 W/mK of lager, bij voorkeur 0,05 W/mK of lager. Het materiaal van isolerende kernlaag 13 kan bijvoorbeeld gevormd worden uit polyurethaan, polystyreen, minerale wol, glaswol, cellulair glas (Foamglass®) of andere in de bouwsector gebruikelijke isolatiematerialen. De staven 15 en/of de thermisch geleidende lagen 11 en 12, zijn bij voorkeur vervaardigd uit een materiaal met een warmtegeleidingscoëfficiënt λΜ^ die minstens 50 W/mK bedraagt, bij voorkeur minstens 100 W/mK, bij voorkeur minstens 150 W/mK, bij voorkeur minstens 200 W/mK. Staven 15 kunnen bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit aluminium of koper.

[0037] Bijvoorbeeld bij een paneel overeenkomstig de uitvinding, waarbij de staven 15 vervaardigd zijn uit aluminium (λ = 209 W/mK) en kernlaag 13 vervaardigd is uit polyurethaanschuim (λ = 0,02 W/mK), bekomt men dat de totale dwarsdoorsnede-oppervlakte van alle staven ongeveer 0,5 duizendsten van de paneeloppervlakte mag bedragen om het temperatuurverschil over de thermo-elektrische elementen tot 120% van het temperatuurverschil over het paneel te beperken. Voor een paneel van 1 m2 betekent dit dat de totale doorsnede-oppervlakte van de staven minstens 5 cm2 moet bedragen. Bij een kernlaag uit minerale wol of cellulair glas (λ = 0,04 W/mK) moet de totale doorsnede-oppervlakte van de staven minstens 10 cm2 per vierkante meter paneeloppervlakte bedragen. Wanneer bijvoorbeeld negen gelijkmatig verspreide warmteterugvoerelementen 14 per vierkante meter paneeloppervlakte worden voorzien, dient de staaf van elk warmteterugvoerelement met voordeel een dwarsdoorsnede te hebben van minstens 1,1 cm2.

[0038] De dwarsdoorsnede van de staven van de warmteterugvoerelementen wordt met voordeel niet te groot gekozen, omdat anders de thermische isolatie-eigenschappen van kernlaag 13 verloren gaan. Bij voorkeur wordt de verhouding tussen de dwarsdoorsnede van de staven en de paneeloppervlakte verder beperkt door:

(8) met y = 1000, bij voorkeur y = 750, bij voorkeur y = 600, bij voorkeur y = 500, bij voorkeur y = 300, bij voorkeur y = 200, bij voorkeur y = 100, bij voorkeur y = 50. Met verwijzing naar de bovenstaande voorbeelden, komt voorwaarde (8) met y = 500 bijvoorbeeld neer op een totale doorsnede-oppervlakte van de staven van hoogstens 500 cm2 per vierkante meter paneeloppervlakte voor de combinatie aluminium / polyurethaanschuim, of hoogstens 1000 cm2 per vierkante meter paneeloppervlakte voor de combinatie aluminium / minerale wol of cellulair glas.

[0039] Met voordeel wordt de warmteoverdracht verder verbeterd door de doorsnede van de staven 15 en het oppervlak aan thermo-elektrische elementen 16 met elkaar in overeenstemming te brengen. Met voordeel beslaat de oppervlakte van het thermo-elektrisch element 16 dat overeenstemt met een staaf 15 (en er dus thermisch mee gekoppeld is) minstens 70% van de doorsnede-oppervlakte van deze staaf 15, bij voorkeur minstens 80%, bij voorkeur minstens 90%. Vanzelfsprekend kan het thermo-elektrisch element 16 gevormd worden door meerdere kleinere thermo-elektrische elementen die elektrisch met elkaar verbonden zijn, en die allen thermisch gekoppeld zijn aan eenzelfde staaf 15.

[0040] Het aantal warmteterugvoerelementen 14 per oppervlakte-eenheid paneel is niet beperkt. Om een zo goed mogelijke uniformiteit in temperatuur aan de twee zijden van het paneel 10 te waarborgen, kunnen met voordeel minstens negen op een afstand van elkaar opgestelde warmteterugvoerelementen 14 per m2 paneel worden voorzien, regelmatig verdeeld over deze oppervlakte, met voordeel minstens twaalf warmteterugvoerelementen per m2 paneel.

[0041] De thermisch geleidende lagen 11 en 12 aan de buitenvlakken van het paneel 10 kunnen een constante dikte d1 respectievelijk d2 hebben, zoals getoond in Fig. 2. De dikte d1 en d2 wordt met voordeel zodanig gekozen dat een uniforme temperatuur heerst over de oppervlakken van de lagen 11 en 12. Deze dikte hangt natuurlijk af van de warmtegeleidende eigenschappen van het materiaal waaruit de lagen zijn vervaardigd. Met voordeel is de dikte di en d2 minstens 0,5 mm, mogelijks minstens 1 mm, mogelijks minstens 1,5 mm. Het materiaal waaruit de lagen 11 en 12 is vervaardigd kan hetzelfde zijn. Alternatief kunnen de lagen 11 en 12 uit een verschillend materiaal zijn vervaardigd.

[0042] Met verwijzing naar Fig. 3, kunnen de thermisch geleidende buitenlagen van het paneel een variërende dikte hebben. Het paneel 20 getoond in Fig. 3 verschilt van paneel 10 uitsluitend in de vorm van de buitenlagen. Paneel 20 omvat aan de buitenvlakken, zijnde de voorzijde 201 en achterzijde 202, een thermisch geleidende laag 21 respectievelijk 22. Deze lagen 21,22 vertonen met voordeel een dikte d3, d4 ter hoogte van de warmteterugvoerelementen 14 die groter is dan de dikte ds, dö van deze lagen tussenin de warmteterugvoerelementen. Bijvoorbeeld vertonen de lagen 21 en 22 aan hun buitenvlakken (zijde 201 respectievelijk 202) een gegolfd of geribd profiel met toppen van de golven of de ribben geplaatst ter hoogte van de warmteterugvoerelementen 14 (staven 15 of thermo-elektrische elementen 16). Een dergelijk profiel laat met voordeel toe om de warmte zo goed mogelijk over het gehele oppervlak te verspreiden en tegelijkertijd de hoeveelheid materiaal en dus het gewicht te beperken. Het is vanzelfsprekend mogelijk om slechts één van de twee lagen 21,22 met dergelijk gegolfd profiel uit te rusten, in plaats van alle twee.

[0043] De constructie van panelen overeenkomstig de uitvinding kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd zoals getoond in Fig. 4. In paneel 30 wordt de thermisch geleidende staaf 15 door middel van een mogelijks thermisch geleidende schroef 31 bevestigd aan de thermisch geleidende laag 12. Aan de tegenoverliggende zijde wordt de staaf 15 door middel van een thermisch isolerende schroef 32 verbonden aan thermisch geleidende laag 11. De thermisch isolerende schroef 32 van bijvoorbeeld vervaardigd zijn uit nylon. Deze schroef zorgt er eveneens voor dat het thermo-elektrisch element 16 kan worden ingesloten tussen de staaf 15 en de laag 11. Zoals getoond in de figuur, kunnen de schroeven 31 en 32 excentrisch ten opzichte van de as van de staaf 15 worden opgesteld. Dit laat toe om het thermo-elektrisch element 16 naast de schroef 32 op te stellen, wat toelaat om een thermo-elektrisch element te kiezen, dat een eenvoudige vorm heeft, bijvoorbeeld vierkant, rechthoekig of schijfvormig. Een thermisch isolerende steunverbinding 33 kan worden voorzien aan de overzijde van schroef 32, ten opzichte van thermo-elektrisch element 16. Als niet getoond alternatief kan een thermo-elektrisch element worden voorzien dat ringvormig rondom schroef 32 is opgesteld. Bijkomend kunnen de grensvlakken 34 tussen het thermo-elektrisch element 16 en laag 11 en staaf 15 en tussen staaf 15 en laag 12 worden voorzien van een thermisch geleidende lijmverbinding. De constructie van Fig. 4 laat toe om de warmtegeleidende staven aan de thermisch geleidende buitenlagen 11, 12 en aan de thermo-elektrische elementen 16 te bevestigen alvorens de tussenruimte met een isolerende kernlaag 13 te vullen, bijvoorbeeld door opspuiten. Er dient genoteerd dat andere manieren van bevestigen tussen de staven 15 en de lagen 11 en 12 mogelijk zijn, bijvoorbeeld uitsluitend door verlijmen.

[0044] In Fig. 2 en 3 wordt getoond dat de thermo-elektrische elementen 16 elektrisch met elkaar verbonden zijn, door ze bv. in een elektrische kring 17 te plaatsen. Dergelijke elektrische verbinding kan de thermo-elektrische elementen elektrisch in parallel, in serie, of in een combinatie van parallel en serieschakeling plaatsen. Met voordeel worden de thermo-elektrische elementen 16 van het paneel elektrisch in serie in de kring 17 geplaatst. Dit reduceert de nodige elektrische bekabeling.

[0045] Met voordeel wordt het vermogen doorheen de elektrische kring 17 geregeld door een regeleenheid 18, zoals getoond in Fig. 3. Dezelfde regeleenheid 18 kan eveneens in Fig. 2 worden geplaatst, doch is er voor de eenvoud niet getoond.

[0046] Regeleenheid 18 kan voorzien zijn om het vermogen in kring 17 te regelen door een regeling van het spanningsniveau. Alternatief kan de stroom doorheen kring 17 worden geregeld, of een combinatie van beide. Het elektrisch vermogen in kring 17, en bijgevolg aan de thermo-elektrische elementen 16 geleverd, wordt met voordeel geregeld in functie van een temperatuurverschil. Dit temperatuurverschil kan een verschil in temperatuur tussen de buitenvlakken 101 en 102, of 201 en 202 van het paneel 10, 20 zijn. Een andere mogelijkheid is om het verschil in temperatuur te meten (of te bepalen) tussen de koude zijde 161 en de warme zijde 162 van één of meerdere thermo-elektrische elementen 16. Het is eveneens mogelijk om als temperatuurverschil voor de regeleenheid, het verschil te nemen in temperatuur tussen bijvoorbeeld de binnenruimte die door het paneel 10, 20 wordt afgeschermd en de buitenomgeving. Met andere woorden, temperatuursondes kunnen op verschillende plaatsen worden voorzien en aangesloten aan de aansluitklemmen 181 van de regeleenheid 18.

[0047] Op basis van het gemeten temperatuurverschil kan de regeleenheid 18 voorzien zijn om een spanningsniveau en/of een stroomniveau in de kring 17 te bepalen. Dit kan gebeuren aan de hand van een opzoekingstabel die in regeleenheid 18 is voorzien, bv. opgeslagen of geprogrammeerd in een opslag- of geheugenmedium van regeleenheid 18. Dergelijke tabel kan bijvoorbeeld voor elk temperatuurverschil een bepaalde waarde voor het spanningsniveau en/of stroomniveau omvatten, dat met voordeel overeenstemt met een werkingstoestand van de thermo-elektrische elementen 16 die zo efficiënt mogelijk is, met andere woorden overeenstemmend met een zo hoog mogelijke COP.

[0048] De regeleenheid 18 kan met voordeel zodanig geprogrammeerd zijn dat het elektrisch vermogen in kring 17 zodanig wordt geregeld dat het temperatuurverschil tussen de koude zijde 161 en de warme zijde 162 van één of meerdere van de thermo-elektrische elementen 16 niet meer bedraagt dan 120% van het temperatuurverschil tussen de buitenvlakken van het paneel, bij voorkeur niet meer dan 115%, bij voorkeur niet meer dan 110%. Dit resultaat kan enerzijds worden bekomen door een oordeelkundige regeling van het elektrisch vermogen in kring 17, anderzijds door de specifieke opbouw van het paneel 10, 20, zoals hierboven beschreven, of door combinatie van beide.

[0049] Met voordeel omvat de kring 17 middelen om de elektrische spanning te meten over een thermo-elektrisch element 16 afzonderlijk, of over een (sub)groep van thermo-elektrische elementen afzonderlijk. Bijkomend, of alternatief, zijn deze middelen voorzien om de elektrische stroom doorheen het thermo-elektrisch element afzonderlijk, of over een (sub)groep van thermoelektrische elementen afzonderlijk te meten. Met een groep van thermoelektrische elementen worden meerdere thermo-elektrische elementen verstaan, die in aantal kleiner zijn dan het totale aantal thermo-elektrische elementen van het paneel 10, 20. Het paneel omvat dan meerdere met voordeel niet overlappende groepen thermo-elektrische elementen. De groepen kunnen door de manier van schakelen in de elektrische kring 17, en/of door de manier van inrichten van de middelen voor het meten van spanning en/of stroom worden onderscheiden.

[0050] Met voordeel zijn deze middelen voor het meten van spanning en/of stroom verbonden met de regeleenheid 18, die voorzien is om op basis van de door de middelen bepaalde meetwaarden van spanning en/of stroom, de spanning over of stroom doorheen een thermo-elektrisch element of groep afzonderlijk te regelen. Daartoe kan de regeleenheid 18 een of meerdere spanningsregelaars, of stroomregelaars omvatten. Dergelijke regeling houdt met voordeel rekening met het vermogen dat verpompt moet worden, dat op basis van de hierboven beschreven meting van het temperatuurverschil kan worden bepaald. Met andere woorden, de regeleenheid 18 kan voorzien zijn om het aan een thermo-elektrisch element 16, of het aan verschillende groepen van thermoelektrische elementen afgeleverde elektrische vermogen afzonderlijk te regelen, op basis van de meting van een met voordeel lokaal temperatuurverschil en/of op basis van de meting van de elektrische spanning over en/of de stroom doorheen het thermo-elektrisch element of de groep van thermo-elektrische elementen. Door de thermo-elektrische elementen in groepen of afzonderlijk te regelen, kan de regeleenheid efficiënter inspelen op lokale temperatuurverschillen, waardoor een hogere efficiëntie wordt bekomen.

[0051] De regeleenheid 18 kan eveneens bijkomende werkingstoestanden voor de thermo-elektrische elementen omvatten. Bijvoorbeeld kunnen de thermo-elektrische elementen 16 eveneens worden benut voor een actieve verwarming of actieve koeling van een binnenruimte. Dit wil zeggen dat de thermo-elektrische elementen zo zullen worden aangestuurd, dat zij niet enkel de verloren gegane warmte of koude gaan recupereren, maar bijkomende warmte of koeling gaan creëren. Bijvoorbeeld kan voor de binnenruimte van een gebouw, nadat een raam heeft open gestaan, de regeleenheid 18 de thermo-elektrische elementen 16 zodanig aansturen dat zij kortstondig bijkomende verwarming of koeling genereren.

[0052] Uit de bovenstaande beschrijving blijkt dat panelen overeenkomstig kunnen worden ingezet zowel voor warmte-isolatie (isoleren van een binnenruimte met het oog op het warmer houden van de binnenruimte ten opzichte van de omgeving), als voor koude-isolatie (isoleren van een binnenruimte met het oog op het kouder houden van de binnenruimte ten opzichte van de omgeving). Echter, de montage van het paneel is verschillend voor de twee gevallen. Bij warmte-isolatie is de zijde waar de thermo-elektrische elementen zijn voorzien (voorzijde 101, 201 of laag 11, 21) gericht naar de binnenruimte, terwijl deze zijde bij koude-isolatie is gericht naar de buitenomgeving.

Claims

Conclusies

1. Meerlagig paneel (10, 20, 30), omvattende: - een eerste thermisch geleidende laag (11, 21), voorzien aan een eerste zijde (101,201) van het paneel, - een tweede thermisch geleidende laag (12, 22), voorzien aan een tweede zijde (102, 202) van het paneel, tegenoverliggend aan de eerste zijde, - een binnenlaag (13), vervaardigd uit een thermisch isolerend materiaal en opgesteld tussen de eerste laag (11,21) en de tweede laag (12, 22), - meerdere leden (15), vervaardigd uit een thermisch geleidend materiaal en opgesteld tussen de eerste laag (11,21) en de tweede laag (12, 22), zich dwars door de binnenlaag (13) uitstrekkend, waarbij de leden een dwarsdoorsnede vertonen met een totale oppervlakte (nScond) en - meerdere thermo-elektrische elementen (16), opgesteld tussen de eerste laag (11,21) en de leden (15), zodat een thermische brug wordt gevormd tussen de thermo-elektrische elementen, de leden en de tweede thermisch geleidende laag enerzijds, en tussen de thermo-elektrische elementen en de eerste thermisch geleidende laag anderzijds, daarin gekenmerkt, dat de verhouding tussen de totale oppervlakte (nScond) van de dwarsdoorsnede van de leden en de oppervlakte van het paneel minstens vijf maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag (13) en de warmtegeleidingscoëfficiënt ^cond) van het thermisch geleidend materiaal van de leden (15) is.
2. Meerlagig paneel volgens conclusie 1, waarbij de verhouding tussen de totale oppervlakte (nScond) van de dwarsdoorsnede van de meerdere leden en de oppervlakte van het paneel minstens 6,66 maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag en de warmtegeleidingscoëfficiënt ^cond) van het thermisch geleidend materiaal van de leden is.
3. Meerlagig paneel volgens conclusie 1 of 2, waarbij de verhouding tussen de totale oppervlakte (nScond) van de dwarsdoorsnede van de meerdere leden en de oppervlakte van het paneel minstens tien maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag en de warmtegeleidingscoëfficiënt (Acond) van het thermisch geleidend materiaal van de leden is.
4. Meerlagig paneel volgens eender welke van de voorgaande conclusies, waarbij de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag 0,1 W/mK of lager bedraagt.
5. Meerlagig paneel volgens eender welke van de voorgaande conclusies, waarbij de warmtegeleidingscoëfficiënt ^cond) van het thermisch materiaal van de leden (15) minstens 50 W/mK bedraagt.
6. Meerlagig paneel volgens conclusie 5, waarbij de warmtegeleidingscoëfficiënt ^cond) van het thermisch materiaal van de leden (15) minstens 200 W/mK bedraagt.
7. Meerlagig paneel volgens eender welke van de voorgaande conclusies, waarbij de verhouding tussen de totale oppervlakte van de dwarsdoorsnede (nScond) van de meerdere leden en de oppervlakte van het paneel kleiner dan of gelijk aan 1000 maal de verhouding tussen de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ^) van het thermisch isolerend materiaal van de binnenlaag en de warmtegeleidingscoëfficiënt ^cond) van het thermisch geleidend materiaal van de leden is.
8. Meerlagig paneel volgens eender welke van de voorgaande conclusies, waarbij een of meer van de thermo-elektrische elementen (16) thermisch gekoppeld aan een overeenstemmend lid, een oppervlakte innemen die minstens 70% van de dwarsdoorsnede van het overeenstemmend lid bedraagt.
9. Meerlagig paneel volgens eender welke van de voorgaande conclusies, met minstens negen afzonderlijke en op een afstand van elkaar opgestelde leden (15) per vierkante meter paneeloppervlakte.
10. Meerlagig paneel (20) volgens eender welke van de voorgaande conclusies, waarbij de eerste (21) en/of de tweede thermisch geleidende laag (22) een variërende dikte heeft, met een grotere dikte (d3, d4) ter hoogte van de leden (15) en/of van de thermo-elektrische elementen (16), en een kleinere dikte (d5, d6) daartussenin.
11. Samenstel omvattende minstens één meerlagig paneel (10, 20, 30) volgens eender welke van de voorgaande conclusies en een regeleenheid (18) voorzien om elektrisch te worden verbonden met de thermoelektrische elementen (16) van het meerlagig paneel, waarbij de regeleenheid geprogrammeerd is om een elektrische energievoorziening van de thermoelektrische elementen te regelen in functie van een temperatuurverschil.
12. Samenstel volgens conclusie 11, waarbij het temperatuurverschil een verschil is in temperatuur tussen twee zijden (101, 102) van het meerlagig paneel (10, 20).
13. Samenstel volgens conclusie 11, waarbij het temperatuurverschil een verschil is in temperatuur tussen de koude zijde (161) en de warme zijde (162) van een van de thermo-elektrische elementen (16).
14. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 13, waarbij de regeleenheid (18) een werkingstoestand omvat, waarbij het temperatuurverschil tussen de koude zijde (161) en de warme zijde (162) van het thermo-elektrisch element (16) kleiner dan of gelijk aan 120% van het temperatuurverschil tussen de eerste thermisch geleidende laag (11, 21) en de tweede thermisch geleidende laag (12, 22) van het meerlagig paneel (10, 20) is.
15. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 13, waarbij de regeleenheid (18) een werkingstoestand omvat, waarbij het temperatuurverschil tussen de koude zijde (161) en de warme zijde (162) van het thermo-elektrisch element (16) kleiner dan of gelijk aan 115% van het temperatuurverschil tussen de eerste thermisch geleidende laag (11, 21) en de tweede thermisch geleidende laag (12, 22) van het meerlagig paneel (10, 20) is.
16. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 13, waarbij de regeleenheid (18) een werkingstoestand omvat, waarbij het temperatuurverschil tussen de koude zijde (161) en de warme zijde (162) van het thermo-elektrisch element (16) kleiner dan of gelijk aan 110% van het temperatuurverschil tussen de eerste thermisch geleidende laag (11, 21) en de tweede thermisch geleidende laag (12, 22) van het meerlagig paneel (10, 20) is.
17. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 16, waarbij de regeleenheid (18) een aansluitklem (181) voorzien voor aansluiting van een temperatuursensor omvat.
18. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 17, waarbij de regeleenheid (18) een opzoektabel omvat, met een lijst van waarden indicatief voor een elektrisch vermogen horende bij het temperatuurverschil.
19. Samenstel volgens eender welke van de conclusies 11 tot 18, omvattend middelen om een elektrische spanning over en/of elektrische stroom doorheen een thermo-elektrisch element (16) of groep van thermoelektrische elementen afzonderlijk te bepalen, waarbij de groep meerdere thermo-elektrische elementen omvat, die in aantal kleiner zijn dan het totale aantal thermo-elektrische elementen van het meerlagig paneel (10, 20).
20. Werkwijze voor het regelen van een actieve isolatie, omvattende: - het voorzien van een meerlagig paneel (10, 20) volgens eender welke van de conclusies 1 - 10, - het aansluiten van de thermo-elektrische elementen (16) van het meerlagig paneel aan een bron van elektrische energie, - het meten van een temperatuurverschil tussen twee zijden (101, 102) van het meerlagig paneel (10, 20) en/of tussen de koude zijde (161) en de warme zijde (162) van een van de thermo-elektrische elementen (16), - het regelen van het elektrische vermogen geleverd aan de thermoelektrische elementen (16) in functie van het temperatuurverschil.
21. Werkwijze volgens conclusie 20, waarbij het regelen van het elektrische vermogen gebeurt aan de hand van een opzoeking in een tabel