SE422872B - Sett och anordning for att klimatisera en byggnadskonstruktion - Google Patents

Description

7707945-2 ra och förbilliga ett miljökontrollsystem med sikte på en avancerad biosynergistisk dom lämpad för massproduktion i byggsats eller som en komponent i flytande byggmodulfabriker enligt uppfinnarens svens- ka patentansökan 7510123-8. Domen monteras härvid över någon lämplig värmeackumulator, ett stenmagasin eller en akvakulturbassäng, eventu- ellt i förening med en rötkammare som kan ge metan för elproduktion och för framställning av förbränningsgaser, exempelvis för användning till mammutpumpning och accelererad fotosyntes. Vi skall emellertid här endast gå in på temperaturhushâllningen, även om produktionen av biomassa, exempelvis till foder- eller metanproduktion, också beröres.

Tveklöst har växthuskonstruktioner stort intresse för ett land som Sverige, både som komplement till enfamiljshus och som en viktig del i tillvaratagandet av spillvärme, jämför J. Christensens utredningar "A Hort-El-Complex in Sweden" - Atomenergi, AE-496, 1974, 82 sid., samt “Spillvärme för odling" utförd för Nämnden för Energiproduktions- forskning", 1977. Olika typer av akvakultur liksom termisk hortikul- tur, t.ex. sparris, squash och jordgubbar, och termisk silvakultur för effektiv produktion av skogsplantor, kan få stor ekonomisk bety- delse. Givetvis blir värdet på en skalkonstruktion användbar båda för biomasseproduktion och för temperaturkontroll av tennisbanor och andra idrottsanläggningar avsevärt förstorat.

Föreliggande uppfinning avser sålunda ett sätt att klimatisera en byggnadskonstruktion, som kännetecknas av att ljusinstrålningen sty- res till optimala värden, exempelvis för produktion av biomassa, ge- nom en kombination av biomasseodling i byggnadens väggar och mekanisk avskärmning av infallande ljus.

Uppfinningenlomfattar även en anordning för utövande av klimatkontroll i en byggnadskonstruktion som består av ett värmemagasin, en däröver uppbyggd dom med ett genomskinligt ytterskal och ett innerskal samman- satt av platta kassetter anordnade vridbara till att mer eller mindre kunna avskärma ljusinstrålning i domen och ljusutsläpp därifrån, var- vid för värmeväxling mellan värmemagasinet och domen är anordnade ett centralt rör från värmemagasinet till ett övre kommunikations- utrymme i domens topp, en ihålig, övre axel på varje kassett mynnan- de i kommunikationsutrymmet och en undre, öppen kantyta på varje kassett mynnande i domen.

Konstruktionen utformas lämpligen med två “skal", där det yttre ut- nyttjar en partikelsuspension eller en saltlösning som ljusabsorba- 7707943-2 tor och värmetransportmedium, medan det inre utnyttjar luft som vär- memedium. De båda skalen ger tillsammans ett utomordentligt flexibelt klimatstyrningssystem, men man kan även för många tillämpninqar nöja sig med endast ett av skalen, exempelvis det yttre för en enkel alg- odling, eller detinre i förening med ett enkelt, pneumatiskt hölje för växtodling eller akvakultur.

Uppfinningen skall beskrivas utförligare i samband med ett utförings- exempel och de åtföljande ritningarna, som visar på fig. 1 en dom en- ligt uppfinningen med ett underliggande värmemagasin, fig. 2 ett snitt genom fig. 1 längs linjen II-II, fig. 3 en profil för uppbyggnad av domens ytterskal, fig. 4 ett förbindningsstycke för profilerna, fig. 5 säkringsbleck och fastsättning av korsstag, fig. 6 domens ytterskal sett utifrån, fig. 7 plastelement för domens ytterskal och fig. 8 an- ordning för styrning av klimatiseringen.

Fig. 1 visar domen 1 placerad ovanpå någon lämplig värmeackumulator 2, exempelvis ett stenmagasin, vars luftinnehåll genom en central rör- kanal 3 kan cirkulera genom domens inre och genom ett antal ljusab- sorptionskassetter 4. Luftströmmens riktning kan omkastas så att un- der dagen tillföras varm luft till stenmagasinet 2 genom centralkana- len 3 medan den nattetid går motsatt väg för att via kassetterna 4 för- delas längs dennas periferi. Kassetterna 4 utgöres av platta, lång- smala lådor, vilkas ena sidoyta 5 är blankpolerad för maximal ljus- reflexion, medan den andra sidoytan 6 är svärtad och strukturerad för maximal ljusabsorption. Kassetterna är i sina ändar försedda med lag- rade axlar, varvid den nedre axeln 8 är massiv, medan den övre axeln 9 är rörformig för att möjliggöra för den varma luften att passera till kommunikationsutrymmet ovanför domens undertak. Kassetterna är helt öppna i undre änden medan övre änden är tillsluten med undantag av öppningen genom den rörformíga axeln 9. Kassetterna är monterade med sina undre axlar intill domens undre kant och lutande inåt för att mynna med sin rörformiga axel i kommunikationsutrymmet 10 i do- mens övre del. Detta utrymme 10 är avgränsat från domen i övrigt av ett undertak 11 med öppningar för centralröret 3 och de rörformiga axlarna 9. Kassetterna har en så spetsig form att de ger en fullstän- dig avskärmning om de vrides till ett läge parallellt med ytterskalet.

Kassetterna styres att följa solens rörelse på sådant sätt att de på infallssidan står parallellt med solstrålarnas 12 riktning, medan de vid domens andra sida står vinkelrätt mot solriktningen med sin blank- 7707943-2 polerade yta vänd mot solen. Därvid reflekteras ljus och värme som annars skulle gått förlorade, tillbaka in i domen. För styrning av kassetternas inställning skall emellertid redogöras utförligt senare.

Domens ytterskal uppbygges av fyra standardelement, H-formade alumini- umprofiler, stjärnformade förbindelsestycken, sexkantiga plastfolier och sexkantiga plastbehâllare. På fiq. 3 visas en H-formad aluminium- profil 20 med längsgående spår 21, i vilka plastbehâllare 22 kan fixe- ras med hjälp av T-formade plastprofiler 23. I den yttre öppningen på aluminiumprofilen 20 är inpressad en stav 24 av teak, plast eller an- nat värmeisolerande material. Denna stav är liksom aluminiumprofilens andra kanter försedd med en eller flera längsgående skåror 21, i vilka det yttre plasthöljet 25 kan fixeras med plastlister 23 på samma sätt som plastbehållarna 22. Den mot domens inre vända öppningen i profilen ger plats för förbindelseslangar 26 mellan plastbehâllarna 22.

Fig. 4 visar stjärnformiga förbindelseelement 30 av ett elastiskt men ändå starkt material. Aluminiumprofilerna 20 träs över förbindelse- styckenas armar 31 och över det bleck 32 som användes för att förank- ra korsstag 33 mellan förbindelsestyckena 30. Förankringsblecken 32 med fastsättningen av korsstagen 33 visas tydligare på fig. 5. Kors- stagen 33 tjänar dels till att öka konstruktionens styrka, dels till att understödja plastbehâllarna.

Domens yttersta skikt utgöres av sexkantiga plastfolier 25, Mylar®, Tedlar® e.d., som förankras i spåren 21 i listerna 24 på aluminium- profilerna 20 som beskrivits ovan. Pâ fig. 6 visas en dom sedd från utsidan. Genom det använda förankringssystemet kan färg och andra egen- skaper varieras mellan olika element och på olika ställen på domen.

Man kan sålunda mycket väl tänka sig att det område som vetter mot so- lens zenitpunkt täckes med ett sådant plastmaterial som blir totalref- lekterande när yttertemperaturen stiger över en viss nivå, se t.ex.

Exploring Space Conditioning with Variable Membranes, MIT, Cambridge, Mass., 1975.

Ytterskalets inre skikt består såsom nämnts ovan av platta, sexkanti- ga plastbehâllare 22, och uppbyggnaden visas mera detaljerat på fig. 7. Plastbehållarna 22 är i två motstâende hörn försedda med de förut- nämnda förbindelseslangarna 26 som sträcker sig vertikalt längs domen.

Strömninqsriktningen i en rad plastbehållare går således nedifrân och upp såsom visas i pilriktningen på fig. 7, och i intilliggande verti- 7707943-2 kala rad av plastbehållare sker återledning med strömningsriktningen uppifrån och ned. I plastbehållarna inrymmes en suspension eller lös- ning till vilken vi återkommer nedan, och en pumpeffekt i uppåtgåen- de riktning âstadkommes genom inledning av gasbubblor från en icke vi- sad tryckledning vid domens bas i varannan vertikal rad_ Domkonstruktionen förutsättes kunna arbeta med två alternativa medium, eventuellt inom olika segment i kupolen. I ett fall utgöres suspensio- nen av fotosyntetiskt aktiva mikroorganismer, i ett annat fall av par- tiklar som dels har en god ljusabsorberande förmåga, dels är lätta att avskilja från den omgivande vätskan trots att de företrädesvis har samma specifika vikt som denna. Ett exempel på det första fallet är Dunaliella-alger, som genom sin extrema salttolerans medger att man kringgår kontaminationsproblemen.

Man kan också använda dubbla lager av plastbehâllare, dvs ersätta plastfolierna 25 i ytterskiktet med plastbehâllare 25. Genom att i de yttre plastbehållarna odla gröna mikroorganismer och i de inre plastbehållarna röda, utnyttjar man då en maximal del av ljusets spekt- rum för alstringen av biomassa.

Som exempel på den andra kategorin kan nämnas kompositpartiklar med ett högt ferritinnehåll för att underlätta magnetisk separation, och även innehållande små glassfärer eller fettpärlor för att förhindra sedimentation. Givetvis kräver varje system sin specifika hjälputrust- ning, exempelvis i första fallet anordningar för att intermittent genomspola systemet med hög hastighet med inerta partiklar för att eliminera eventuell beväxning av väggarna. I andra fallet kräves mag- netiska anordningar för att hålla partikeltätheten på den nivå som motsvarar kravet på ljusavskärmning. För avskärmning av värme kan man även använda en 1-eller 2%-ig kopparkloridlösning som har förmåga att filtrera bort värme men som släpper igenom all fotosyntetisk strålning.

Såsom nämnts ovan sker en direkt styrning av klimatiseringen med do- mens innerskal. För detta kan samtliga kassettaxlar 8 förses med var sitt kugghjul 40 och kugghjulen drives av en gemensam kedja 41 som U löper runt hela domens periferi. Genom att driva kedjan 41 med en mo- tor så att rotationshastigheten för varje kassett blir exakt ett varv per dygn kan solinstrâlningen 12 i domen hela tiden hållas maximal ge- nom att kassetterna 4 i domens främre del hålles parallella med sol- strålningen. För att hindra strålning att gå ut genom domens baksida 7707943-2 vill man emellertid i domens bakre halva ställa in kassetterna vinkel- rätt mot strålningen så att den reflekteras nedåt värmegrunden, se fig. 1. Detta göres genom att kassetterna på två diametralt motsatta punkter, A och B, vrides 900. På fig. 8 visas hur kugghjulet 40 är försett med en tandkoppling 41, 48 som endast medger kassetten 4 att intaga två mot varandra vinkelräta lägen. För att åstadkomma den 90- gradiga vridningen är på en kedja 43, som rör sig synkront med kedjan 41, monterat ett fäste 44 för en medbringarhylsa 45. Vid en vertikal- rörelse av medbringarhylsan utlöst av en mikrobrytare 46 påverkas den vinkelböjda änden 47 på kassettens axel 8. Axeln 8 är fritt rörlig i vertikalled och lyftes och vrides av medbringarhylsan 45 varvid en tandskiva 48 på kassettaxeln lyftes ur sitt ingrepp med kugghjulets 40 tandskiva 42 och likaledes av medbringarhylsan vrides 900 för att därefter på nytt återgå till ingrepp med kugghjulets tandskiva.

En motsvarande pneumatisk eller hydraulisk drivning och styrning av kassetternas rörelse är också fullt möjlig, liksom en utlösning av rörelserna från en centralenhet, till vilken även temperaturkontroll kan anslutas.

Genom att kassetterna är svärtade på ena sidan och blanka på andra kan graden graden av reflexion eller absorption lätt regleras genom att kedjorna ges en motsvarande förskjutning framåt eller bakåt och samtliga kassetters lägen i förhållande till solstrâlningen därmed ändras. Man får vidare möjlighet att försluta domen med kassetternas blanka sida inåt och därmed minska den artificielkakompletteringsbe- lysning som kan erfordras när man vill styra blomningscykler e.d.

Claims (12)

1. 7707943-2 Patentkrav 1. Sätt att klimatisera en byggnadskonstruktion, k ä n n e - t e o k n a t av att ljusinstràlningen styres till optimala värden, exempelvis för produktion av biomassa, genom en kombination av bio- masseodling i byggnadens väggar och mekanisk avskärmning av infallande ljus.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att bygg- nadskonstruktionens väggar åtminstone delvis utgöres av genomskinliga plastbehållare, genom vilka cirkuleras ett odlingsmedium för mikroorga- nismer.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att de genomskinliga plastbehàllarna är anordnade i dubbla skikt, och att gröna mikroorganismer odlas i det yttre skiktet och röda i det inre, varigenom maximal absorption av instrålad energi fås i väggarna.

4. Sätt enligt krav 1-5, k ä n n e t e c k n a t av att i en del av väggens plastbehållare cirkuleras ljusabsorberande saltlösning, t.ex. kopparkloridlösning.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den mekaniska avskärmningen utgöres av platta, làngsträckta kassetter, som kan vridas mellan lägen som helt avskärmar ljusstrålningen och lägen som helt släpper igenom densamma.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e o k n a t av att kas- setterna är öppna i båda ändar för att medge luft att cirkulera genom kaesetterna, ett värmemagasin för lagring eller avgivande av värme och byggnadskonstruktionens inre.

7. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att kassetterna-styres att hela tiden bibehålla samma inställ- ning i förhållande till det infallande solljuset.

8. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k - n a t av att bygvgnadskonstruktionen är utformad som en rund dom ooh att kassetterna på två diametralt motsatta punkter på domens omkrets vrides 90° så att de i domens mot solen vända hälft kommer att släppa in maximal ljusmängd medan de i domens bakre från solen vända hälft är vridna 90° till fullständig avskärmning och reflexion av ljus tillbaka in i domen.

9. Sätt enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a t av att kas- setterna i beroende av temperaturen inuti domen styres till att bilda en vinkel med det infallande solljuset resp. en vinkel med dess normal. 7707945-2

10. Anordning för utövande av klimatkontroll i en byggnad enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att den består av ett värme- magasin (2), en däröver uppbyggd dom (1) med ett genomskinligt ytter- skal (25, 22) och ett innerskal sammansatt av platta kassetter (4) an- ordnade vridbara till att mer eller mindre kunna avskärma ljusinstrål- ning i domen (1) och ljusutsläpp därifrån, varvid för värmeväzcling mellan värmemagasinet (2) och domen (1) är anordnade ett centralt rör (5) från värmemagasinet (2) till ett övre kommunikationsutrymme (1) i domens topp, en ihålig, övre axel ( 9) på varje kassett (4) mynnande i kommu- nikationsutrymmet (10) och en undre, öppen kantyta på varje kassett (Uf) mynnande i domen.

11. Anordning enligt krav10, känn e t e cknactav att ytterskalet är uppbyggt av ett ytterskikt (25) och ett innerskikt (22) varvid åtminstone innerskiktet är sammansatt av platta plastbehållare (22).

12. Anordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att plastbehållarna (22) är sexkantiga och anordnade med ett övre och ett undre hörn, att dessa hörn är försedda med öppningar för hopkopplíng med förbindelseslangar (26) och att intilliggande vertikala rader plast- behållare (22) är parvis sammankopplade med förbindelseslangarna (26) till slutna cirkulationsslingor. 15. Anordning enligt krav 12, k ä n n et e c k n a d av att plastbehållarna (22) är fyllda med odlingslösning för odling av mikro- organismer. _ 14. Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a d av att en del av plastbehållarna (22) är fyllda med absorberande saltlösning, företrädesvis 2 %ig kopparkloridlösning. 15. Anordning enligt krav 12-14, k ä n n e t e c k n a d av att cirkulationsslingorna innehåller olika lösningar vid olika delar av domen. 16. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att ytterskiktet (25) är uppbyggt av plastbehållare (22) på samma sätt som innerskiktet. 17. Anordning enligt något av krav 10-15, k ä n n e t e c k - n a d av att ytterskiktet (25) är sammansatt av genomskinliga plast- folier. 18. Anordning enligt åågot av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a d av att domen (1) /uppbyggd av en stomme av aluminiumpro- filer (20) och eventuellt lister (24) försedda med spår (21) vari plast- benåiiarna (22) och piastfoiierna (25) kan fastkiämmas med plaéeiister 770794-3-2 (25) och att alumíniumprofilerna (20) är sammansatta med stjärnformade förbindelseelement (50) till att bilda en ungefärligen halvsfärisk dom- stomme med bikakestruktur. 19. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d av att förbindelseslangarna (26) mellan plastbehållarna (22) är inlagda i öppningar i aluminiumprofilerna (20). 20. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d av att kassetanna (4) har en blank, reflekterande sidoyta (5) och en svart, värmeabsorberande sidoyta (6), att de är monterade i huvud- sak vertikalt och roterbart på två axlar (8, 9), av vilka åtminstone den övre (9) är ihålig odh förbinder kassettens inre med komminikationsut- rymmet (flO), medan kassetten nedtill är öppen och i fri förbindelse med domen. 21. Anordning för styrning av kassetternas inställning, k ä n - n e t e c k n a d av ett kugghjul (40) på kassettens (4) undre axel (8), en kedja (41) löpande över och i ingrepp med alla kassetternas kugghjul (40) samt en motor för drivning av kedjan (41) synkront med solens rörelse. 22. Anordning enligt krav 24, k ä n n e t e c k n a d av en mikrobrytare (46) pàverkningsbar av två diametralt motsatta kammar (44) vid domens undre kant, en magnetanordning anordnad att röra en styrhyl- sa (45) vertikalt, en tapp (47) på kassettens undre axel (å), påverk- ningsbar av styrhylsan (45), en tandkoppling (42, 48) mellan kassett- axeln (8) och kugghjulet (40) för att fastlägga olika lägen med 900 mel- lanrum mellan kugghjulet och kassettaxeln vid styrhylsans (45) påverkan på axeltappen (47) samt en kedja (43) för utlösning av styrhylsans (45) verkan synkront rörlig med kedjan (41). 25. Anordning enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k- n a d av en anordning för reglering av kedjans (41) hastighet i beroen- de av temperaturen inuti domen (4). ANFURDA PUBLIKATIONER: Frankrike 1 555 634 Schweiz 581 943 Tyskland 1 582 871, 2 522 791 US 2 732 663