SI25923A

SI25923A - Zračno podprta konstrukcija

Info

Publication number: SI25923A
Application number: SI201900209A
Authority: SI
Inventors: Olaj Dušan
Original assignee: DUOL d.o.o.
Priority date: 2019-11-04
Filing date: 2019-11-04
Publication date: 2021-05-31
Also published as: SI3816371T1; FI3816371T3; EP3816371B1; EP3816371A1; HRP20230213T1; PL3816371T3; LT3816371T

Abstract

Zračno podprta konstrukcija, ki obsega kupolo, ki je tvorjena z vsaj dvema membranama, od katerih je ena membrana zunanja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti zunanjosti in je druga ploskev obrnjena proti notranji membrani, in je ena membrana notranja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti notranjemu prostoru konstrukcije in je druga ploskev obrnjena proti zunanji membrani, in vpihovalno-ogrevalno enoto za dovajanje zraka v notranjost zračno podprte konstrukcije in ustvarjanje nadtlaka, s čimer se zagotavlja stabilnost in zahtevane klimatske pogoje v notranjosti zračno podprte konstrukcije, pri čemer zunanja membrana in notranja membrana tvorita vmesni prostor in sta v celoti v medsebojnem razmiku.

Description

ZRAČNO PODPRTA KONSTRUKCIJA

Predmet izuma

Predmet izuma je zračno podprta konstrukcija, ki obsega kupolo, tvorjeno iz vsaj dveh membran.

Tehnični problem

Tehnični problem je zasnovati tako zračno podprto konstrukcijo, ki ima kupolo tvorjeno z vsaj dvema membranama, pri čemer bo kupola zasnovana s poljubno zunanjo obliko in bo hkrati imela tudi dobre izolacijske lastnostmi.

Stanje tehnike

Zračno podprta konstrukcija, kot je napihljiva dvorana, je objekt, ki je tvorjen iz ene membrane, lahko tudi več. Zračno podprta konstrukcija je zasidrana v tla in podprta samo z zrakom. Zrak se v notranjost dvorane črpa s prezračevalnim sistemom tako, da dvigne membrano, jo napihne in z ustvarjenim nadtlakom glede na tlak okolice ohranja obliko in s tem strukturo membrane. Nadtlak v notranjosti napihljive dvorane je za uporabnika neopazen saj je zgolj za približno 250 Pascalov višji od zunanjega zračnega tlaka. Napihljive dvorane se uporabljajo za sezonsko ali trajno prekritje različnih športnih objektov, razstavnih in drugih umetniških prostorov, kot tudi za potrebe industrije in v vojaške namene. Odvisno od zahtev in vrste objekta je napihljiva dvorana tvorjena z najmanj eno membrano. Zaradi zahtev po čim manjši porabi energije tako za ogrevanje v zimskem času kotu za ohlajanje v poletnem času, je zahteva po vsaj dvoslojni nadtlačni lupinasti konstrukciji že zelo običajna. Poleg tega se v primeru dve ali več slojne konstrukcije zmanjša tudi nastanek kondenzata.

Da se zahtevane izolacijske lastnosti nadtlačne lupinaste konstrukcije dosežejo, morata biti membrani med seboj v bistvu ločeni tako, da med njima nastane prostor, zapolnjen z izolacijskim sredstvom, kot je izolacijska folija ali zrak. Notranja membrana je v enakomernih razmikih pritrjena na zunanjo membrano in nastanejo t. im. žepi, ki se razširjajo po obodu lupinaste konstrukcije. Mesta, kjer se membrani stikata, nimajo zračnega žepa, zato ta mesta niso izolirana in dejansko predstavljajo toplotne mostove. Ustvarja se kondenzat, ki kaplja z membrane ali teče po površini notranje membrane, ki je obrnjena v notranjost prostora. Da sta zunanja in notranja membrana v področju žepa med seboj resnično ločeni, mora biti med njima razmeščena dodatna izolacijska folija, zrak z določenim nadtakom ali kombinacija obojega, pri čemer mora biti v primeru uporabe zraka pritrditev notranje membrane na zunanjo zračno neprepustna. Posledica take medsebojne pritrditve je napihljiva lupinasta konstrukcija s številnimi vzdolžnimi in/ali prečnimi izboklinami oziroma prekati, ki naredijo zunanjo in notranjo membrano in s tem površino konstrukcije neravno, valovito, negladko.

Zunanji izgled tako tvorjene napihljive lupinaste konstrukcije zaradi »buhtljaste« površine ustvarja pri uporabnikih vtis cenenega industrijskega skladišča, čeprav je lahko tak objekt namenjen za popolnoma druge namene. Take vrste napihljiva lupinasta konstrukcija je zaradi svojega izgleda nezaželena predvsem v urbanih območjih.

Znane so zračno podprte konstrukcije poljubnih oblik, vendar so tvorjene z enojno membrano in tako ne izpolnjujejo energetskih zahtev.

V primeru zračno podprte konstrukcije s kupolo z dvema membranama in negeometrijske oblike je taka kupola zasnovana »buhtljasto« in ne doseže želene oblike zaradi nedoseganja enakomerne deformacije potem, ko se doseže zahtevan tlak v notranjosti prostora konstrukcije.

Rešitev tehničnega problema

Tehnični problem je rešen z zračno podprto konstrukcijo, katere glavne značilnosti so podane v prvem neodvisnem patentnem zahtevku. Dodatne značilnosti so podane v nadaljnjih odvisnih zahtevkih.

Zračno podprta konstrukcija, ki obsega kupolo, ki je tvorjena z vsaj dvema membranama, od katerih je ena membrana zunanja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti zunanjosti in je druga ploskev obrnjena proti notranji membrani, in je ena membrana notranja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti notranjemu prostoru konstrukcije in je druga ploskev obrnjena proti zunanji membrani, in vpihovalno-ogrevalno enoto za dovajanje zraka v notranjost zračno podprte konstrukcije in ustvarjanje nadtlaka, s čimer se zagotavlja stabilnost in zahtevane klimatske pogoje v notranjosti zračno podprte konstrukcije, pri čemer zunanja membrana in notranja membrana medsebojno razmaknjeni preko celotne svoje površine tako, da tvorita vmesni prostor in ga obdajata, pri čemer je vsakokratna membrana podprta z zrakom, katerega tlak je večji od tlaka okolice.

Notranja membrana obsega odprtino, v kateri je na zrakotesen način razporejena enota za regulacijo pretoka zraka in tlaka, s pomočjo katere se dovaja in regulira zrak iz prostora konstrukcije v vmesni prostor med notranjo in zunanjo membrano in regulira tlak v vmesnem prostoru. Tlak v vmesnem prostoru je večji od tlaka v notranjem prostoru konstrukcije, pri čemer je tlak notranjega prostora večji od zunanjega zračnega tlaka.

Enota za regulacijo pretoka zraka in tlaka je razporejena v notranji membrani prednostno v območju dovoda zraka v notranjost prostora konstrukcije, da se doseže dovolj velik tok zraka v vmesni prostor med zunanjo notranjo membrano.

Ker zunanja in notranja membrana nista medsebojno spojeni, posamezna membrana ne ustvarja gub in nima napihnjenega balonastega videza. Nasprotno, površina vsakokratne membrane je gladka.

Razmik med zunanjo in notranjo membrano je odvisen od izolacijskih zahtev, kajti večji razmik pomeni debelejši sloj izolacijskega sredstva, v tem primeru zraka in je lahko poljuben. Razmik med zunanjo in notranjo membrano je lahko tudi neenakomeren, ker je ustvarjen zgolj z nadtlakom zraka v tem vmesnem prostoru. Posledično je lahko zunanja membrana zasnovana nepravilnih oblik, medtem ko je notranja membrana gladka. V primeru, ko je zunanja membrana poljubne oblike, ki se vklaplja v okolico, je notranja membrana lahko manjša in take velikosti, ki ustreza namembnosti prostora. S tem se tudi zmanjša prostor, ki ga je treba v zimskem času ogrevati oziroma hladiti v poletnem času. Posledično se zmanjša poraba energije.

Prednost zračno podprte konstrukcije po izumu je tudi v tem, da se prostor med membranama lahko izkoristi za namestitev različnih instalacijskih vodov, ki so sicer razporejeni v notranjosti prostora in s tem vidni.

Dodatna prednost zračno podprte konstrukcije po izumu je tudi v tem, da v medprostor doteka ogrevan zrak iz notranjega prostora, ki segreva zunanjo membrano in s tem topi sneg, ki ga je pozimi treba odstranjevati s kupole zaradi obremenitev.

Podrobneje bo izum predstavljen z izvedbenim primerom in skicami, ki kažejo

Sl. 1 Zračno podprta konstrukcija, prečni pogled

Sl. 2 Zračno podprta konstrukcija, pogled v projekciji

Zračno podprta konstrukcija 100 obsega kupolo 1, ki je tvorjena v izvedbenem primeru iz dveh membran, zunanje membrane 2 in notranje membrane 3, in vpihovalno-ogrevalno enoto 5, ki z dovajanjem zraka v notranjost 8 zračno podprte konstrukcije zagotavlja njeno stabilnost in zahtevane klimatske pogoje znotraj zračno podprte konstrukcije. Membran, ki tvorijo kupolo je lahko tudi več kot dve.

Kupola 1, ki je v izvedbenem primeru tvorjena iz dveh membran, ima zunanjo membrano 2, katere ena ploskev 21 je obrnjena proti zunanjosti in je druga ploskev 22 obrnjena proti vmesnemu prostoru 4 med membranama, in notranjo membrano 3, katere ena ploskev 31 je obrnjena proti notranjemu prostoru 8 kupole 1 in je druga ploskev 32 obrnjena proti vmesnemu prostoru 4 med membranama 2, 3.

Kupola 1 je s pomočjo sistema sidranja (ni predmet izuma in ni prikazano) pritrjena bodisi na predhodno pripravljene temelje ali neposredno v tla. Zaradi zagotavlja zahtevanih pogojev znotraj kupole 1 in čim manjše porabe energije, je kupola 1 sidrana v tla na način, ki zagotavlja minimalno izgubo zraka tako, daje vsakokratna membrana 2, 3 ločeno sidrana v tla. Kupola 1 ima po obodu v področju stikanja kupole 1 s tlemi razporejene vhode (niso predmet izuma), katerih oblika in število je odvisno od potreb. Razume se, da so vhodi tvorjeni tako, da so zračno tesni.

Za postavitev in stabilnost kupole skrbi vpihovalno - ogrevalna enota 5, ki je nameščena zunaj kupole 1 v njeni bližini. Vpihovalno — ogrevalna enota 5 črpa zrak iz okolice in ga preko vodov dovaja v notranjost 8 konstrukcije, to je v prostor med tlemi in membrano. Zaradi dovajanja zraka v notranji prostor 8 konstrukcije, se v prostoru ustvari nadtlak p_n, ki povzroči, da se membrana odmakne od tal in lebdi na zraku.

Vsakokratna membrana 2, 3 je tvorjena iz trakov 6, 7 določene širine in dolžine, ki so po vzdolžnem robu med seboj spojeni na zrakotesen način, pri čemer je način spajanja izveden na poljuben znan način, kot na primer šivanje, varjenje, lepljenje ali drug znan postopka spajanja. Dolžina posameznega traku 6 ustreza celotni širini zunanje membrane 2. Dolžina posameznega traku 7 ustreza celotni širini notranje membrane 3.

Membrana je izdelana iz ustreznega materiala, običajno kompozitnega materiala z lastnostmi, ki izpolnjujejo zahteve za zračno podprte konstrukcije. Material membrane ni predmet tega izuma.

Notranja membrana 3 obsega odprtino 9, ki je prednostno razporejena v območju vpihovanja zraka v prostor 8, vendar je lahko razporejena tudi kjer koli na notranji membrani 3. Notranja membrana 3 je v območju odprtine 9 ojačana z dodatnimi plastmi materiala. V odprtini 9 je zrakotesno razporejena enota 10 za regulacijo pretoka zraka in tlaka v obliki regulacijske tlačne žaluzije, ki regulira pretok zraka iz prostora 8 v vmesni prostor 4 med notranjo 3 in zunanjo membrano 2 in regulira tlak p_v v vmesnem prostoru 4, ki mora biti večji od tlaka p_n v prostoru 8, pri čemer je tlak Pn prostora 8 večji od zunanjega zračnega tlaka po. Za boljši zajem zraka ima enota 10 za regulacijo pretoka zraka in tlaka na svojem zgornjem delu, to je delu, ki je bolj oddaljen od tal, dograjen usmerjevalnik 11 zraka. Regulacijska tlačna žaluzija 10 je v povezavi z vpihovalno-ogrevalna enoto 5 in krmiljena s krmilnim sistemom, ki je del vpihovalno-ogrevalne enote 5. S pomočjo regulacijske tlačne žaluzije 10 se v vmesnem prostoru 4 ves čas uporabe zračno podprte konstrukcije zagotavlja zadosten tlak p_v, ki povzroči in vzdržuje razmik med zunanjo 2 in notranjo membrano 3 ter preprečuje njun medsebojen stik. S tem je dosežen konstanten zračni žep, ki ima izolacijske lastnosti. Ker med zunanjo 2 in notranjo membrano 3 ni nobenega stika, ne pride do tvorjenja toplotnih mostov. Posledično ni energijskih izgub, niti tvorjenja kondenzata.

Regulacijska tlačna žaluzija 10 lahko vzdržuje kakršen koli zahtevan tlak p_v vmesnega prostora 4 in dovaja poljubno zahtevano količino zraka v vmesni prostor 4. Zato je lahko zunanja membrana 2 poljubne oblike, kakršno si je zamislil arhitekt in/ali naročnik, medtem ko je notranja membrana 3 velikosti, ki optimalno ustreza potrebam. Zaradi optimizacije notranjega prostora 8 je manjša poraba energije ob istočasno večji debelini izolacijske zračne plasti v vestnem prostoru.

Dodatna prednost tako zasnovane zračno podprte konstrukcije jev tem, da je zaradi odsotnosti stikov med zunanjo 2 in notranjo membrano 3 notranja membrana 3 gladka, brez izboklin in valov. Taka površina notranje membrane 3 daje uporabnikom dodatne možnosti njene uporabe, na primer projekcije.

Claims

Patentni zahtevki

1. Zračno podprta konstrukcija, ki obsega kupolo, ki je tvorjena z vsaj dvema membranama, od katerih je ena membrana zunanja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti zunanjosti in je druga ploskev obrnjena proti notranji membrani, in je ena membrana notranja membrana, katere ena ploskev je obrnjena proti notranjemu prostoru konstrukcije in je druga ploskev obrnjena proti zunanji membrani, in vpihovalno-ogrevalno enoto za dovajanje zraka v notranjost zračno podprte konstrukcije in ustvarjanje nadtlaka, s čimer se zagotavlja stabilnost in zahtevane klimatske pogoje v notranjosti zračno podprte konstrukcije, značilna po tem, da sta zunanja membrana (2) in notranja membrana (3) medsebojno razmaknjeni preko celotne svoje površine tako, da tvorita vmesni prostor (4), pri čemer je vsakokratna membrana (2, 3) podprta z zrakom, katerega tlak je večji od tlaka okolice.
2. Zračno podprta konstrukcija po zahtevku 1, značilna po tem, da notranja membrana (3) obsega odprtino (9), v kateri je na zrakotesen način razporejena enota (10) za regulacijo pretoka zraka in tlaka, s pomočjo katere se dovaja in regulira zrak iz prostora (8) konstrukcije v vmesni prostor (4) med notranjo (3) in zunanjo membrano (2) in se regulira tlak (p_v) v vmesnem prostoru (4).
3. Zračno podprta konstrukcija po zahtevku 2, značilna po tem, da je tlak (p_v) v vmesnem prostoru (4) večji od tlaka (p_n) v prostoru (8), pri čemer je tlak (p_n) prostora 8 večji od zunanjega zračnega tlaka (p₀).
4. Zračno podprta konstrukcija po zahtevku 2 ali 3, značilna po tem, da je enota (10) za regulacijo pretoka zraka in tlaka razporejena na notranji membrani (3) v območju vpihovanja zraka v prostor (8).
5. Zračno podprta konstrukcija po katerem koli predhodnem zahtevku, značilna po tem, da je enota (10) za regulacijo pretoka zraka in tlaka regulacijska tlačna žaluzija.