專利名稱：改變熱負載的溫度的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改變熱負載的溫度的裝置及改變熱負載的溫度的方法。
背景技術(shù)：
為了居住者的舒適，優(yōu)選使建筑內(nèi)的氣溫保持大致恒定。例如居住者的數(shù)量、太陽 能獲得量和建筑中所用電氣設(shè)備的數(shù)量，會增加建筑內(nèi)的氣溫，從而引起居住者的不適。日 內(nèi)的和季節(jié)性的溫度變化也會影響建筑內(nèi)的氣溫，公知的方式是試圖通過設(shè)置加熱單元和 /或空氣調(diào)節(jié)單元來改變建筑內(nèi)部的氣溫，從而克服這些溫度變化。一種公知的改變結(jié)構(gòu)物中的空氣和/或物體(即結(jié)構(gòu)物的熱負載)的溫度的方法 是采用空心的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，設(shè)置成空心的目的是為了減輕這種構(gòu)件的重量。這種空心構(gòu)件廣 泛地應(yīng)用于筆直結(jié)構(gòu)物，例如構(gòu)成墻壁、天花板或地板中任一者的全部或一部分。外部環(huán)境 空氣穿過一個或多個結(jié)構(gòu)構(gòu)件的至少一部分空心結(jié)構(gòu)，同時該空氣被允許從結(jié)構(gòu)構(gòu)件進入 建筑的房間，從而使得該空氣能夠與房間內(nèi)的空氣交換熱能，因而改變房間內(nèi)的氣溫。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種控制結(jié)構(gòu)物內(nèi)的熱負載的溫度的方法，包括提供具有高 熱質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，通過允許熱能在結(jié)構(gòu)構(gòu)件與熱負載之間傳遞來控制熱負載的溫度，該方 法包括為結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置至少一個管道和出口，所述至少一個管道用于接收供應(yīng)的空氣，所 述出口用于使供應(yīng)的空氣能夠從管道流到熱負載，以便使沿管道經(jīng)過的空氣與熱負載之間 能夠進行對流性的熱能傳遞，其中，通過調(diào)整沿管道經(jīng)過的空氣的溫度來控制沿管道經(jīng)過 的空氣與熱負載之間的熱能傳遞，該方法還包括在管道中設(shè)置用于運送熱能傳遞流體的導(dǎo) 管，所述導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的管道及經(jīng)過該管道的空氣熱接觸。使流體能夠在與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的管道熱接觸的情況下穿過管道中的導(dǎo)管，使穿過管道 的流體既能夠從供應(yīng)的空氣和結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳遞熱能，又能夠傳遞熱能到供應(yīng)的空氣和結(jié)構(gòu)構(gòu) 件。這樣能夠準(zhǔn)確控制熱負載的溫度，因為能夠快速調(diào)整熱負載的溫度。假如管道內(nèi)部用 于熱能傳遞的導(dǎo)管能夠使導(dǎo)管被改型成為具有管道的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)構(gòu)件。在管道內(nèi)設(shè)置導(dǎo)管的 進一步優(yōu)點是，因為如果導(dǎo)管位于管道外，則結(jié)構(gòu)構(gòu)件的整體大小不必增加。例如如果在結(jié) 構(gòu)構(gòu)件的制造期間，將導(dǎo)管澆鑄到結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，則不太可能損壞導(dǎo)管。通過使熱能傳遞流體沿管道經(jīng)過以及使沿管道經(jīng)過的空氣與熱能傳遞流體之間 能夠進行熱能傳遞，可調(diào)整沿管道經(jīng)過的空氣的溫度?？刂茻嶝撦d的溫度可包括使結(jié)構(gòu)構(gòu)件與熱負載之間能夠進行輻射熱能傳遞。通過使溫度不同于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的熱能傳遞流體穿過導(dǎo)管以及使結(jié)構(gòu)構(gòu)件與流體之 間能夠進行熱能傳遞來調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度，從而可調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件與熱負載之間的熱能傳 遞的速率。該方法可包括對結(jié)構(gòu)構(gòu)件外部的熱能傳遞流體進行加熱或制冷。根據(jù)權(quán)利要求2至8任一項所述的方法包括調(diào)整結(jié)構(gòu)構(gòu)件與熱負載之間的熱能傳 遞和穿過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空氣與熱負載之間的熱能傳遞的相對量。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方案，提出了一種用于控制熱負載的溫度的溫度控制裝置， 該溫度控制裝置包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括至少一個中空管道，空氣能在與結(jié)構(gòu)構(gòu) 件熱接觸的情況下穿過所述至少一個中空管道，結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括用于接收準(zhǔn)備穿過管道的 空氣的入口和已經(jīng)穿過管道的空氣能離開結(jié)構(gòu)構(gòu)件所經(jīng)過的出口，結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括用于運 送熱能傳遞流體的導(dǎo)管，該導(dǎo)管位于管道內(nèi)，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件及穿過管道的空氣熱接觸。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可包括具有高熱質(zhì)的材料，例如結(jié)構(gòu)構(gòu)件可由混凝土制造。為了便于制造，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可包括多個大致并排的管道，每個管道沿其大部分長度 與相鄰的管道由肋分開，各個管道經(jīng)由肋中的開口能與相鄰的管道連通。相鄰的管道之間的開口可位于管道的縱向端或縱向端附近，例如在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的邊 緣或鄰近邊緣。通過在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相對邊緣設(shè)置交替的管道，管道和開口可在入口與出口 之間形成“ S ”形曲線的氣流通道。導(dǎo)管可位于管道基部附近，優(yōu)選埋置在與管道直接熱接觸的材料中，以在導(dǎo)管中 的熱能傳遞流體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間提供良好的傳導(dǎo)熱能傳遞。導(dǎo)管可以是柔性的。熱能傳導(dǎo)流體優(yōu)選為液體，并且可主要是水。根據(jù)本發(fā)明的第三個方案，提出了一種制造根據(jù)本發(fā)明的第二個方案的溫度控制 裝置的方法，該方法包括在結(jié)構(gòu)構(gòu)件中澆鑄管道。該方法可包括經(jīng)由檢修孔將導(dǎo)管送入管道。該方法可包括將導(dǎo)管設(shè)置成多個部分，并用一個或多個連接器將導(dǎo)管的各部分聯(lián) 接起來。該方法可包括將導(dǎo)管定位在管道的基部或基部附近，并優(yōu)選用材料層埋置導(dǎo)管， 以使導(dǎo)管與管道保持熱接觸。根據(jù)本發(fā)明的第四個方案，提出了一種包括根據(jù)本發(fā)明的第二個方案的溫度控制 裝置的結(jié)構(gòu)物。該結(jié)構(gòu)物可以是建筑。溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)件可構(gòu)成結(jié)構(gòu)物的地板和天花板中至少一者的一部分。


下面以僅僅示例性的方式參考附圖來描述本發(fā)明，其中圖IA是依照根據(jù)本發(fā)明的方法來控制熱負載的溫度的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的第一剖視圖，圖IB是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的第二剖視圖，圖2是結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分的立體圖，圖3示出了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的底面，以及圖4是包括如圖1至3所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)物的剖視圖。
具體實施例方式如圖1至圖3所示，設(shè)置結(jié)構(gòu)構(gòu)件10，其具有頂面12、底面14和四個側(cè)壁16。在 該示例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的截面大致為矩形。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10優(yōu)選由混凝土制造。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10可用于以公知的方式來構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)物，例如可構(gòu)成結(jié)構(gòu)物的墻壁、天花板或地板的一部分。多個相同的結(jié)構(gòu)物可連接起來以構(gòu)建又輕又堅固的結(jié)構(gòu)物。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10可包括一個或多個加強元件，例如預(yù)拉伸的鋼絲22，當(dāng)制造結(jié)構(gòu)構(gòu)件 10時，所述鋼絲22被拉長以對混凝土施加持續(xù)應(yīng)力。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10包括從一個側(cè)壁16沿縱向延伸到相對的側(cè)壁16的至少一個中空管 道18。這些中空管道18或各個中空管道18的截面大致為圓形，在制造結(jié)構(gòu)構(gòu)件10期間 例如用芯件形成到結(jié)構(gòu)構(gòu)件10中。在該示例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10包括五個大致互相平行的中 空管道18a、18b、18C、18d、18e。應(yīng)當(dāng)明白的是，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10可包括任意數(shù)量的中空管道 18，而且各個中空管道18可具有任意的截面形狀。各個中空管道18a_e與相鄰的中空管道 18a-e由實心的肋20分開。管道18a_e的形狀和大小取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的深度。例如，管 道18a-e的直徑在170mm與300mm之間。當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的深度為260mm時，管道18a_e的 截面優(yōu)選為直徑約175mm的圓形；當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的深度為320mm時，管道18a_e優(yōu)選為寬 約222mm、長約240mm的大致橢圓；以及當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的深度為400mm時，管道18a-e為寬 約218mm、長約的大致橢圓?？諝饪裳馗鱾€中空管道18a_e經(jīng)過。結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括用于接收空氣進入結(jié)構(gòu)構(gòu)件10 的至少一個管道18a_e的入口 Μ。入口 M形成在其中一個管道18a_e的一端。剩余各個 管道18a_e的各端優(yōu)選由例如塞子25堵塞。在本示例中，入口 M位于第一縱向管道18a 的第一端。應(yīng)當(dāng)明白的是，入口 M的可替換的制造方式為在結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的側(cè)壁16、或頂 面12、或底面14之一中形成開口，使得該開口與至少一個管道18a-e流體連通。各個管道 18a-e的截面面積選擇為使得能夠沿管道18a_e獲得期望的空氣流速。流速可根據(jù)需要選 擇為任意流速，但是在本示例中為兩米每秒。結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括出口沈。出口沈與至少一個管道18a_e流體連通。在本示例中， 出口沈與第五管道18e流體連通，所述第五管道18e也就是最遠離與入口 M流體連通的 第一管道18a的管道18。在該示例中，出口沈位于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的底面14。然而，如以下 更詳細的描述，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10是否構(gòu)成建筑的地板、天花板或墻壁的一部分，出口沈可 替換地位于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的側(cè)壁16或頂面12之一上。對結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的修改既可以作為制造步驟而不在現(xiàn)場進行，也可以當(dāng)將結(jié)構(gòu)構(gòu) 件10用于構(gòu)建建筑結(jié)構(gòu)物時在現(xiàn)場進行，使得各個管道18a-e與至少一個相鄰的管道 18a-e流體連通。為了將一個管道18a_e連接到相鄰的管道18a_e，使一個管道18a_e與相 鄰的管道18a-e分離的肋20的一部分被移除。可以通過在結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的頂面12或底面 14中鉆出一開口或“叉口” 30來移除肋20的該部分，使得開口 30流體連接兩個相鄰的管 道18a-e。開口 30優(yōu)選位于兩個相鄰的管道18a_e的相應(yīng)縱端或相應(yīng)縱端附近。當(dāng)相鄰的 管道18a-e之間已經(jīng)形成流體連接之后，頂面12或底面14上的開口 30優(yōu)選被堵塞，使得 管道18a_e保持流體連通，但頂面12或底面14沒有不必要的且可能令人不舒服的開口。開口 30設(shè)置在各個相鄰管道18a_e之間，管道18a與18b之間以及管道18c與18d 之間的多個開口 30設(shè)置在管道18a-e的第一縱向端，管道18b與18c之間以及管道18d與 18e之間的多個開口位于或靠近各自管道的第二縱向端。因此，入口 M與出口沈之間的 “S形曲線”氣流通道由管道18a-e與開口 30提供。用于運送熱能傳遞流體的導(dǎo)管32位于至少一個管道18a_e中。導(dǎo)管32包括第一 端34和第二端36。導(dǎo)管32優(yōu)選為柔性的，而且由例如塑性材料制造。在優(yōu)選實施例中，導(dǎo)管32的第一端34和第二端36均位于或靠近管道的入口對。導(dǎo)管32以S形曲線的方式沿 各個管道18a-18e經(jīng)過，導(dǎo)管32穿過相鄰管道18a-18e之間的各個開口 30。導(dǎo)管32設(shè)置成多個部分，在該實施例中為兩部分，第一部分3 和第二部分32b。 設(shè)置連接器38使導(dǎo)管32的多個部分聯(lián)接起來，以便允許導(dǎo)管32的各部分32a、32b之間流 體連通。第一部分3 從入口 M接連地沿各個管道18a-e延伸。導(dǎo)管32的第二部分32b 通過位于管道18e中、出口沈附近的連接器38連接到第一部分32a。第二部分從連接器38 沿各個管道18a-e反過來遵循第一部分3 的路徑延伸回到入口 24。第一部分3 和第二 部分32b因此沿其各自的大部分長度相互大致平行，或者至少在彼此旁邊，第一部分3 起 到熱能傳遞流體的供應(yīng)管線的作用，第二部分32b起到熱能傳遞流體的返回管線的作用。 當(dāng)熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32時，該配置方案有助于維持整個結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的穩(wěn)定溫度。導(dǎo)管32的第一部分3 和第二部分3 優(yōu)選經(jīng)由出口沈被送入管道18。連接 器38也可經(jīng)由出口沈被容納在管道18e中，以便使熱能傳遞流體能夠經(jīng)過導(dǎo)管32從入口 24經(jīng)過各個管道18a-e連續(xù)流向出口沈附近的連接器38，然后從連接器38經(jīng)過各個管道 18a-e流回到入口 24。將連接器38定位在出口沈附近使得能夠容易地接觸到連接器38以 進行維護或更換。因此出口 26為導(dǎo)管32和連接器38提供了檢修孔(access opening)。導(dǎo)管32優(yōu)選位于或靠近管道18a_e的基部。例如，當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件10在形成結(jié)構(gòu)物 的地板或天花板的過程中取其應(yīng)有的方向時，導(dǎo)管32朝向各個管道18a_e的底部放置。在 該示例中，導(dǎo)管32的截面為圓形，然而應(yīng)當(dāng)明白的是，導(dǎo)管32可以是任意形狀。導(dǎo)管32的 截面直徑優(yōu)選在16mm與25mm之間。導(dǎo)管32優(yōu)選埋置在薄材料層40中，以使導(dǎo)管32與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10保持良好、直 接的熱接觸。例如，可將一定量的混凝土灌入一個或多個管道18a_e中，以便越過導(dǎo) 管32流動，當(dāng)混凝土凝固時，將導(dǎo)管32保持就位。形成層40的材料優(yōu)選可自成水平狀 (self-levelling)，當(dāng)材料固定時提供大致平坦的上表面。材料層優(yōu)選比導(dǎo)管32的直徑深 約3mm，但應(yīng)當(dāng)明白的是，該層可以是任意厚度，只要該層對管道18的阻塞沒有達到使空氣 不能沿管道18經(jīng)過的程度。將導(dǎo)管埋置在材料層40中的另一個優(yōu)點在于，如果灰塵和/或其他殘渣積聚在管 道18a-e中，則能夠更加容易地對管道18a_e進行清潔，而且不會損壞導(dǎo)管32。此外，如果 管道18a-e具有大致平坦的下表面，而不是材料層40未覆蓋導(dǎo)管32的情況下的呈脊?fàn)畹?下表面，則清潔期間，殘渣不太可能積聚在管道18a_e中。應(yīng)當(dāng)明白的是，材料層40雖然是 可選的，而且可根據(jù)需要被省略，但期望的是，在此情況下導(dǎo)管32與管道的壁直接接觸，以 提供良好的導(dǎo)熱。應(yīng)當(dāng)明白的是，當(dāng)設(shè)置材料層40時，材料層40的厚度可使得導(dǎo)管32被 部分地埋置、淺淺地埋置或深深地埋置在材料層40中。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10可在制造步驟形成開口 30及插入導(dǎo)管32，或者可替換地，在用結(jié)構(gòu)構(gòu) 件10構(gòu)建結(jié)構(gòu)物之前，在現(xiàn)場形成開口 30以及插入導(dǎo)管32。圖4示出了構(gòu)成建筑結(jié)構(gòu)物50的一部分的多個結(jié)構(gòu)構(gòu)件10。建筑結(jié)構(gòu)物50包 括擁有容積空氣(a volume of air)53的房間52。房間52還包括一個或多個物體M，其 包括結(jié)構(gòu)物50的其他部分，例如家具和/或人。容積空氣53和物體M是結(jié)構(gòu)物50的熱 負載。在該示例中，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10構(gòu)成結(jié)構(gòu)物50的天花板55的一部分，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的 底面14面向房間52內(nèi)。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10可用來構(gòu)建結(jié)構(gòu)物50的任一部分。應(yīng)當(dāng)明白的是，可使用任意數(shù)量的結(jié)構(gòu)構(gòu)件10來構(gòu)建結(jié)構(gòu)物50。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10是溫度控制裝置的一部分，用于控制結(jié)構(gòu)物50內(nèi)的熱負載的溫度。應(yīng) 當(dāng)明白的是，結(jié)構(gòu)物50可包括一個以上的溫度控制裝置，以便能夠?qū)Y(jié)構(gòu)物50的各個房間 或區(qū)域中的不同熱負載進行溫度控制。溫度控制裝置包括用于檢測結(jié)構(gòu)物50內(nèi)的熱負載的溫度的至少一個傳感器。溫 度控制裝置還包括用于檢測結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度和結(jié)構(gòu)物50外部環(huán)境空氣的溫度的多個傳 感器。溫度控制裝置還包括用于從傳感器接收數(shù)據(jù)并對溫度控制裝置的操作進行控制的控 制單元51。如上所述，期望的是，房間52內(nèi)的容積空氣53的溫度和/或物體M (具體而言是 居住者)的溫度，以及例如電氣設(shè)備等某些熱敏物體的溫度，維持在舒適溫度的范圍內(nèi)。可 將舒適溫度的范圍，即預(yù)定的溫度上限和下限輸入控制單元51中。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與熱負載之間的熱能的總體傳遞或合成傳遞是輻射熱能傳遞和對流 熱能傳遞的結(jié)合。房間52內(nèi)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與物體M之間的熱能傳遞主要是輻射熱能傳 遞，然而結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與容積空氣53之間的熱能傳遞主要是對流熱能傳遞。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10具有高熱質(zhì)，因此應(yīng)當(dāng)明白的是，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10吸收和傳遞熱能比熱質(zhì) 低的材料、例如結(jié)構(gòu)構(gòu)件10周圍的空氣要慢得多。因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度趨向于比結(jié)構(gòu) 構(gòu)件10所處的環(huán)境的溫度滯后。為了更詳細地解釋這個溫度滯后，舉例而言，在日間，當(dāng)熱負載和結(jié)構(gòu)物50外部 環(huán)境空氣的溫度通常相對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度更高時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10從熱負載和經(jīng)過管道 18a-e的空氣吸收熱能，所述空氣來自結(jié)構(gòu)物50外部。在夜間，與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度相比， 熱負載和結(jié)構(gòu)物50外部環(huán)境空氣的溫度通常較低，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10能夠?qū)⑵渌盏臒崮艿?至少一部分傳遞到其周圍。通過例如管線輸出或排出使得與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10熱接觸的流體離 開結(jié)構(gòu)物50，能夠?qū)崮軅鬟f到結(jié)構(gòu)物50外部。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度變化上的時間滯后使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件10能夠?qū)嶝撦d的溫度調(diào)整 到一定度數(shù)，這取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與熱負載之間的溫差。第一傳感器重復(fù)地或持續(xù)地檢查房間52內(nèi)的容積空氣53和/或物體M的溫度， 即熱負載的溫度?？刂茊卧?1確定是否需要調(diào)溫，例如，如果熱負載的溫度高于上限，那么 期望操作溫度控制裝置來降低熱負載的溫度。類似地，如果熱負載的溫度低于下限，那么可 操作溫度控制裝置來升高熱負載的溫度。如果熱負載的溫度向上限或下限移動，或者已經(jīng) 達到被認為足夠接近上限或下限而需要調(diào)溫的溫度，控制單元51也將操作溫度控制裝置。應(yīng)當(dāng)明白的是，熱負載的溫度可在短時間內(nèi)顯著升高，例如，如果房間52被許多 人占據(jù)，或者具體而言，如果占據(jù)房間52的人數(shù)迅速增加。如果熱負載的溫度不斷增加，使 得溫度超出預(yù)定的上限，或者控制單元51確定溫度可能超出預(yù)定的上限，控制單元51將操 作溫度控制裝置，以便使熱量移離熱負載。熱負載的溫度升高得如此之快，以至于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10無法足夠迅速地從熱負載吸 收充分的熱能，以維持容積空氣53的溫度在預(yù)定的舒適限度內(nèi)。因此，期望對容積空氣53 和/或物體提供補充冷卻?？刂茊卧?1將各種因素考慮在內(nèi)，例如包括熱負載的溫度、結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度和 外部環(huán)境空氣的溫度，從而確定最適宜的溫控方法?？刂茊卧?1能夠確定控制熱負載的溫度的最佳方法。例如，控制單元51確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與熱負載的溫差是否足以提供充足的 輻射熱能傳遞，或者外部環(huán)境空氣與熱負載的溫差是否充足，以通過使外部環(huán)境空氣經(jīng)過 結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的管道18a-e進入房間52來提供充足的對流熱能傳遞。對于給定的一組條件而言，控制單元51能夠進行操作以確定輻射熱能傳遞和對 流熱能傳遞的最適宜的相對量，并相應(yīng)操作溫度控制裝置，以便在可接受的時間內(nèi)提供有 效的溫控。如果控制單元51確定，除了結(jié)構(gòu)構(gòu)件10能夠提供的輻射熱能傳遞之外，結(jié)構(gòu)物50 外部環(huán)境空氣與容積空氣53之間的溫差足以使熱負載的溫度能夠主要通過對流方式來調(diào) 整，那么控制單元51會操作溫度控制裝置，以使一定量的來自結(jié)構(gòu)物50外部環(huán)境的空氣進 入結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的入口 24。外部環(huán)境空氣由例如風(fēng)扇、泵或葉輪吸入或推入結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的 管道，并經(jīng)過該管道。這種較冷的外部環(huán)境空氣與容積空氣53的混合將導(dǎo)致容積空氣53 的總體溫度降低。由于外部環(huán)境空氣通過出口沈進入房間52，所以靠近出口沈的物體M 也會感受到冷氣流。該制冷方法使用對流熱能傳遞來調(diào)整熱負載的溫度。在空氣進入結(jié)構(gòu) 構(gòu)件10之前，可以對外部環(huán)境空氣進行預(yù)處理以調(diào)整其溫度。然而，當(dāng)外部環(huán)境空氣經(jīng)過管道18a_e時，空氣與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10熱接觸，如果結(jié)構(gòu) 構(gòu)件比環(huán)境空氣更暖，環(huán)境空氣將從結(jié)構(gòu)構(gòu)件10吸收熱能，因此環(huán)境空氣的溫度將趨于升 高。當(dāng)空氣執(zhí)行充分的熱能傳遞的能力有所下降時，這會不利于對流熱能傳遞。通過對準(zhǔn) 備穿過管道18a-e的空氣進行預(yù)處理，使得該空氣的溫度低于充分熱能傳遞所需要的極限 溫度，可以對這種氣溫的升高進行彌補。然而，應(yīng)當(dāng)明白的是，這樣的效率很低。有利地，經(jīng)過管道18a_e、從結(jié)構(gòu)構(gòu)件10吸收了熱能的空氣的效能可用來控制結(jié) 構(gòu)構(gòu)件10的溫度，以便改進結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與熱負載之間的輻射熱能傳遞。因為結(jié)構(gòu)構(gòu)件10 具有高熱質(zhì)，則熱能被結(jié)構(gòu)構(gòu)件有效儲存以稍后使用。例如，在夜間，結(jié)構(gòu)構(gòu)件10被結(jié)構(gòu)物 50外部供應(yīng)的低溫環(huán)境空氣冷卻，通過將其熱能的至少一部分傳遞到環(huán)境空氣，因此使得 結(jié)構(gòu)構(gòu)件10能夠在日間從熱負載吸收熱能?？商鎿Q地或附加地，可以對日間結(jié)構(gòu)構(gòu)件10 吸收的熱能進行儲存，當(dāng)熱負載的溫度低于期望的溫度范圍時，將熱能傳遞回?zé)嶝撦d，以便 升高容積空氣53和/或物體M的溫度。在一些情況下，例如熱負載的溫度在短期內(nèi)發(fā)生大幅改變，房間52中的熱能增加 的程度或者增加的速度使得即使通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件的輻射熱能傳遞以及較冷的外部環(huán)境空氣 穿過結(jié)構(gòu)構(gòu)件10時提供的對流熱能傳遞的結(jié)合，溫度控制系統(tǒng)也無法將熱負載的溫度維 持在預(yù)定的上限與下限內(nèi)。在這些情況下，溫度控制系統(tǒng)能夠進行操作以使熱能傳遞流體 通過導(dǎo)管32循環(huán)。熱能傳遞流體優(yōu)選為水，但可以是其他液體，例如制冷劑。為了實現(xiàn)熱負載的制冷，在低于結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度時，優(yōu)選低于外部環(huán)境空氣的 溫度時，供應(yīng)熱能傳遞流體。熱能傳遞流體在進入結(jié)構(gòu)構(gòu)件10之前進行預(yù)處理，以便將熱 能傳遞流體的溫度調(diào)整到期望的溫度。調(diào)整液體的溫度比調(diào)整氣體的溫度要容易；因此熱 能傳遞流體能夠被迅速調(diào)整到期望的溫度，并且調(diào)溫更為有效。由于導(dǎo)管32定位成與管道18a_e熱接觸，所以熱能傳遞流體也與經(jīng)過管道18a_e 的空氣熱接觸。因此，熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32能夠使經(jīng)過管道18的環(huán)境空氣的溫度在 該空氣經(jīng)由出口沈進入房間52之前得到調(diào)整。這使得環(huán)境空氣與容積空氣53之間的對 流熱能傳遞比熱能傳遞流體不經(jīng)過導(dǎo)管32的情況更為有效。其優(yōu)點在于，經(jīng)過管道18a_e的空氣的溫度能夠在該空氣進入房間52之前很快被調(diào)整到最佳熱能傳遞的期望程度。這 減少了空氣從結(jié)構(gòu)構(gòu)件10吸收熱能的問題。熱能傳遞流體也能經(jīng)由傳導(dǎo)從結(jié)構(gòu)構(gòu)件10吸收熱能，以便降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫 度。結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的溫度降低使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件10能夠從熱負載進一步吸收熱能，以便降低熱 負載的溫度。熱能傳遞流體能夠比空氣更迅速地將熱能傳遞到結(jié)構(gòu)構(gòu)件10或從結(jié)構(gòu)構(gòu)件 10吸收熱能，例如比空氣快約14倍。這分別增加了結(jié)構(gòu)構(gòu)件10、物體M與容積空氣53之間的輻射熱能傳遞和對流熱 能傳遞的效能。溫度控制裝置提供的輻射熱能傳遞與對流熱能傳遞的相對量取決于熱能傳遞流 體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10之間以及熱能傳遞流體與經(jīng)過管道18的空氣之間的溫差(ΔΤ)。溫差越 大，通過熱能傳遞流體進行熱能傳遞的可能性就越大。輻射熱能傳遞與對流熱能傳遞的相對量除了取決于熱能傳遞流體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件之 間以及熱能傳遞流體與經(jīng)過管道的空氣之間的溫差之外，導(dǎo)管32在管道18a-e的位置也會 影響熱能傳遞流體與結(jié)構(gòu)構(gòu)件10之間以及熱能傳遞流體與經(jīng)過管道18a_e的空氣之間可 能的熱能傳遞的相對量。這些熱能傳遞的相對量影響著輻射熱能傳遞(即結(jié)構(gòu)構(gòu)件10與 物體M之間)和對流熱能傳遞(即經(jīng)過管道18a_e的環(huán)境空氣與容積空氣53之間)中哪 一者是熱能傳遞的主要方式。導(dǎo)管32越是靠近與房間52熱接觸的結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的面(在 該示例中為底面14)，熱能傳遞流體對輻射熱能傳遞的作用與熱能傳遞流體對于對流熱能 傳遞的作用的比率就越大。在沒有熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32且外部環(huán)境溫度適宜的情況下，或者內(nèi)部熱負 載相對恒定的情況下，就沒有必要使熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32，而且在這種情況下，輻射熱 能傳遞約占結(jié)構(gòu)物50內(nèi)發(fā)生的熱能傳遞的70%，對流熱能傳遞約占發(fā)生的總熱能傳遞的 30%。在這些條件下，環(huán)境空氣與熱負載之間以及結(jié)構(gòu)構(gòu)件與熱負載之間的熱能傳遞的這 種結(jié)合效果能夠進行充分程度的調(diào)溫。在熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32的情況下，對流熱能傳遞約占從熱負載吸收或傳遞 到熱負載的總熱能傳遞的40%，輻射熱能傳遞約占總熱能傳遞的60%?？梢允褂脺囟瓤刂蒲b置來升高熱負載的溫度。這可通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的管道供應(yīng) 溫度高于熱負載的外部環(huán)境空氣來實現(xiàn)。如果外部環(huán)境空氣與熱負載之間的溫差不足以實 現(xiàn)熱負載的充分調(diào)溫，那么可以在該空氣進入結(jié)構(gòu)構(gòu)件10之前對該空氣進行預(yù)處理來升 高環(huán)境空氣的溫度?？商鎿Q地或附加地，可以使溫度高于熱負載的熱能傳遞流體、優(yōu)選溫度 高于經(jīng)過管道18的空氣的熱能傳遞流體經(jīng)過導(dǎo)管32，以便經(jīng)由對流以及通過經(jīng)由結(jié)構(gòu)構(gòu) 件10的輻射熱能傳遞而將熱能傳遞到熱負載。應(yīng)當(dāng)明白的是，其他的管道布局也是可以的，而且可以設(shè)置與此處所指定的尺寸 有所不同的管道和/或?qū)Ч堋?yīng)當(dāng)明白的是，管道和/或?qū)Ч艿某叽缭酱螅瑒t流體的流速越 高，但是設(shè)置這種管道/導(dǎo)管的難度越大。應(yīng)當(dāng)明白的是，導(dǎo)管32可設(shè)置在結(jié)構(gòu)構(gòu)件10的任意數(shù)量的管道18中，并可以使 用一個或多個管道18來接納除溫度控制裝置以外的裝置，例如電纜。溫度控制裝置可包括風(fēng)扇，所述風(fēng)扇用于調(diào)整經(jīng)過管道18的外部環(huán)境空氣的流 速，或者對其進行加熱或制冷。頁 上述說明或下述權(quán)利要求或附圖所公開的、以其特定形式表述的特征，或者涉及 用于執(zhí)行所公開的功能的裝置的特征，或者涉及用于獲得所公開的結(jié)果的方法或步驟的特 征，都可以酌情單獨地或以組合的方式用于以其多種形式來實現(xiàn)本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種用于控制結(jié)構(gòu)物內(nèi)的熱負載的溫度的方法，包括設(shè)置具有高熱質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件， 通過允許熱能在所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件與所述熱負載之間傳遞來控制所述熱負載的溫度，所述方法 包括為所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)置至少一個管道和出口，所述至少一個管道用于接收供應(yīng)的空氣， 所述出口用于使供應(yīng)的空氣能夠從所述管道流到所述熱負載，以便使沿所述管道經(jīng)過的空 氣與所述熱負載之間能夠進行對流熱能傳遞，其中，通過調(diào)整沿所述管道經(jīng)過的空氣的溫 度來控制沿所述管道經(jīng)過的空氣與所述熱負載之間的熱能傳遞，所述方法還包括在所述管 道中設(shè)置用于運送熱能傳遞流體的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管與所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的所述管道及經(jīng)過所述 管道的空氣熱接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過使所述熱能傳遞流體沿所述管道經(jīng)過，以及 使沿所述管道經(jīng)過的空氣與所述熱能傳遞流體之間能夠進行熱能傳遞，來調(diào)整沿所述管道 經(jīng)過的空氣的溫度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，控制所述熱負載的溫度包括使所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件 與所述熱負載之間能夠進行輻射熱能傳遞。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，通過使溫度不同于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的 熱能傳遞流體穿過所述導(dǎo)管以及使所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件與所述流體之間能夠進行熱能傳遞來調(diào) 整所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的溫度，從而調(diào)整所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件與所述熱負載之間的熱能傳遞的速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，通過使溫度不同于所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的熱能傳遞流 體穿過所述管道，以及使所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件與所述流體之間能夠進行熱能傳遞來增大所述結(jié)構(gòu) 構(gòu)件與所述熱負載之間的熱能傳遞的速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的方法，包括在熱能傳遞流體進入所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件 之前，調(diào)整所述熱能傳遞流體的溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的方法，包括調(diào)整所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件與所述熱負載之 間的熱能傳遞和穿過所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空氣與所述熱負載之間的熱能傳遞的相對量。
8.—種控制大致如本文所述和/或如附圖所示的熱負載的溫度的方法。
9.一種用于控制熱負載的溫度的溫度控制裝置，所述溫度控制裝置包括結(jié)構(gòu)構(gòu)件，所 述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括至少一個中空管道，空氣能在與所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件熱接觸的情況下穿過所述至 少一個中空管道，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括用于接收準(zhǔn)備穿過所述管道的空氣的入口和已經(jīng)穿 過所述管道的空氣能離開所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件所經(jīng)過的出口，所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件還包括用于運送熱能 傳遞流體的導(dǎo)管，所述導(dǎo)管位于所述管道內(nèi)，與所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件及穿過所述管道的空氣熱接 觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫度控制裝置，其中所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括具有高熱質(zhì)的材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的溫度控制裝置，其中所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件由混凝土制造。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的溫度控制裝置，其中所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件包括多個 大致并排的管道，每個管道沿其大部分長度與相鄰的管道由肋分開，各個所述管道經(jīng)由所 述肋中的開口能與相鄰的管道連通。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的溫度控制裝置，其中所述管道和所述開口在所述入口與所 述出口之間形成“S”形曲線通道。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的溫度控制裝置，其中所述導(dǎo)管位于所述管道的基部附近。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的溫度控制裝置，其中所述導(dǎo)管是柔性的。
16.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的溫度控制裝置，其中所述熱能傳遞流體是液體。
17.根據(jù)權(quán)利要求12至16中任一項所述的溫度控制裝置，其中所述熱能傳遞流體主要 是水。
18.—種大致如本文所述和/或如附圖所示的溫度控制裝置。
19.一種制造根據(jù)權(quán)利要求9至18中任一項所述的溫度控制裝置的方法，其包括在所 述結(jié)構(gòu)構(gòu)件中澆鑄所述管道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，包括經(jīng)由檢修孔將所述導(dǎo)管送入所述管道。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，包括將所述導(dǎo)管埋置在材料層中，以使所述導(dǎo)管與 所述管道保持熱接觸。
22.—種構(gòu)建如本文所述和/或附圖所示的溫度控制裝置的方法。
23.一種包括根據(jù)權(quán)利要求9至18中任一項所述的溫度控制裝置的結(jié)構(gòu)物。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的結(jié)構(gòu)物，其中所述結(jié)構(gòu)物是建筑。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的結(jié)構(gòu)物，其中所述溫度控制裝置的所述結(jié)構(gòu)構(gòu)件構(gòu)成所述 結(jié)構(gòu)物的地板和天花板中至少一者的一部分。
全文摘要
一種控制結(jié)構(gòu)物(50)內(nèi)的熱負載的溫度的方法，包括提供具有高熱質(zhì)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件(10)，通過允許熱能在結(jié)構(gòu)構(gòu)件(10)與熱負載之間傳遞來控制熱負載的溫度，該方法包括為結(jié)構(gòu)構(gòu)件(10)設(shè)置至少一個管道(18)和出口(26)，所述至少一個管道用于接收供應(yīng)的空氣，所述出口用于使供應(yīng)的空氣能夠從管道(18)流到熱負載，以便使沿管道(18)經(jīng)過的空氣與熱負載之間能夠進行對流熱能傳遞，其中通過調(diào)整沿管道(18)經(jīng)過的空氣的溫度來控制沿管道(18)經(jīng)過的空氣與熱負載之間的熱能傳遞，該方法還包括在管道(18)中設(shè)置用于運送熱能傳遞流體的導(dǎo)管(32)，該導(dǎo)管(32)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件(10)的管道(18)及經(jīng)過管道(18)的空氣熱接觸。
文檔編號F24D11/00GK102119301SQ200980131193
公開日2011年7月6日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者杰弗里·拉塞爾史密斯 申請人:塔邁克建工材料有限公司