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CN107208415B - 特别适用于建筑物的隔热壳层 - Google Patents

特别适用于建筑物的隔热壳层 Download PDF

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CN107208415B CN201580062207.4A CN201580062207A CN107208415B CN 107208415 B CN107208415 B CN 107208415B CN 201580062207 A CN201580062207 A CN 201580062207A CN 107208415 B CN107208415 B CN 107208415B
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Abstract

本发明涉及一种用于建筑物的隔热壳层，其易于构成由三个一体化构件构成的多层系统，这三个一体化构件从外朝向内各自包括：具有隔热墙体的功能的外围墙体/壳体；填充有要被调节的空气的间隙；具有热辐射墙体/壳体的功能的内墙体/壳体，所述隔热壳层包括：‑覆盖结构(10)，其被定位为围绕所述建筑物(1)或所述建筑物(1)的一部分，所述覆盖结构(10)从建筑物(1)的外部朝向内部连续地包括：涂层(11)、隔离层(16)以及间隙(12)，所述间隙(12)含有空气并且相对于周围环境形成封闭且隔离的空间；‑包含在所述间隙内的空气的热调节装置(13)，使得所述壳层限定内墙体/壳体，其具有热辐射功能，被设计为消散从间隙朝内部空间传递的热量。

Description

特别适用于建筑物的隔热壳层
技术领域
本发明涉及一种隔热壳层，特别地涉及一种用于建筑物的隔热壳层。
背景技术
本发明涉及旨在提高建筑或总体上提高环境的能量效率的方案的领域，并且更特别地旨在提供一种受到热辐射表面的原理的启发的方案，对该原理进行适当修改以允许在节省大量能量的同时加热和/或冷却建筑物。
已知的是，目前建筑物或其部分的热调节托付于热调节设施，该热调节设施包括基本上由制冷压缩机和空气冷凝器组成的至少一个制冷单元，其通常安装在建筑物的外部，并且通过墙体内延伸为通道的孔被液压连接或电连接至定位在内部空间中的一个或多个分流器(即冷却装置)，在分流器内，发生冷却流体的蒸发、吸入内部空气并释放经处理的内部空气，使得该空气具有所需的热湿性。
这种类型的系统具有在要被调节的空间内产生热气流或冷气流的缺点，所述流能够直接碰撞站在或进入要被调节的环境中的人，常常使他们受到极端的热变化，这可能导致感冒、关节疼等的发作。
为了解决该问题，已经提出了用于辐射型热调节的系统，其普遍使用水(盘管)或极少情况下使用红外线(电热板)，并且由可以置于地板、天花板中以及在某些情况下甚至置于墙体中的辐射板系统组成。通常，为了温度调节的最佳结果，将加热用的辐射板安装在地板下方，而将冷却用的辐射板安装在天花板上。这种类型的安装在加热和冷却两种情况下都是对人生理机能最佳的方法，因此允许获得优异的舒适水平，因为它运用了热辐射的基本原理，然后主要通过辐射在热量区域内起作用，伴有次要的对流效应。对流现象主要在垂直内表面的情况下存在并且感觉得到，在寒冷的季节，垂直内表面倾向于加热底部靠近地板的气团，该气团通过由相邻热辐射墙体产生的加热效应变热，失去比重，然后在所涉及的内部环境内上升；到达天花板时，气团自然地释放出热量，因此趋于冷却并回落，从而引起公知的气团的自然循环原理，该原理也适用于壁挂式散热器的情况。以反向操作冷却/加热气团的相同原理将在温度比周围空气低的冷的热辐射墙体的存在下在夏季启动。
建筑中的热辐射系统提供的主要优点可以概括为：系统的能量效率更高，因为考虑到分布在整个表面上且不具有点状特性的热量对于人体以及其湿热健康是优选的这一事实，它们与常规系统相比消耗更少的功率；在设备的外部装置的尺寸以及日常和临时维护工作方面的系统效率更高。事实上，与其他系统相比，具有视线内几乎或大体没有障碍的系统的、通过辐射工作的热辐射系统由于没有外部热辐射装置而显示出明显优势，这些热辐射系统易于日常清洁和临时的和/或日常的维护。
然而，这种类型的空气调节系统在其必须用于现有建筑物的情况下需要用砌筑干预措施进行大量的改造工作，或者可替代地，在需要避免选择适用于覆盖于地板上、天花板或墙体上的系统的改造时，其需要限制建筑物内的空间。
发明内容
关于这一点，为了符合根据本发明的方案，本发明旨在提供一种建筑物的热调节系统，其用于针对建筑物的每个房间的空气调节而确保相对于目前的热调节系统有更快速、更有效并且更经济的建筑物的热调节。
通过提出一种用于建筑物的隔热壳层，根据本发明得到了上述及其他效果，该隔热壳层可以被比作用于居住和/或三级用途的室内环境的空气调节/隔热和隔声的热辐射系统，并且该隔热壳层在技术上由多层包层系统构成，该多层包层系统由三个一体化构件形成，这三个一体化构件从外到内各自包括：具有隔热墙体的功能的外围墙体/壳层，其称为外边界；填充有要被调节的空气的间隙；用作热辐射墙体的内墙体/壳层，其称为内边界。根据本发明的隔热壳层系统也称为多层系统，其限定了被约束在建筑物的外墙体之间的要被调节的间隙，所述间隙与建筑物外的周围环境隔离开，并且用于限定用于处于受控的温度下的强制通气的闭合回路。
热辐射系统的外边界用作隔离墙体，其被设计为提升所涉及的建筑物的热惯性，对抗由间隙产生/释放的热/冷气流朝外的传输。提高外边界的隔离能力使得热辐射系统整体的性能提高。
要被调节的间隙的功能是“加热/冷却构件”的功能，间隙可以通过经系统的管道吸入经调节的热/冷空气来调节，该空气根据季节需要通过现有的技术产生，该管道例如为通过常规的空气/空气加热泵来热调节的空气的供应口和回流口，其被包括在要被调节的间隙中或外部，附着于其上或在其附近。间隙用作由两个外/内边界界定的空气的封闭容积，由于其是封闭的容积，因此与外部没有空气交换。特别地，经热调节的空气并不意图以任何方式存留于由于根据本发明的隔热壳层而形成的热辐射系统所涉及到的建筑物的受限的环境中，而是仅用于根据情况的功能类型来加热/冷却与建筑物功能所指定的受限环境相接触的内边界。
特别地，如将在下面更详细描述的，根据本发明的实施方式，间隙可以装配有内部隔板，旨在区分开两个邻接且连通的、经空气调节的空间，以根据季节要求优化自然下降/上升的气流。间隙的性能与其厚度没有直接关系，并且不认为在一定限度内给定的尺寸损害其良好运行。
与经调节的间隙邻接的、用作热辐射墙体的内边界还发挥防止与外部进行流交换的隔离系统和屏障的功能，即使在系统停止的情况下，或者在达到实践温度(exercisetemperature)后，间隙也可以在室温下工作。可替代地，根据本发明的方案的不同实施方式，内边界由现有建筑物的外围墙体(本发明的隔热壳层的应用对象)构成，或者由新实现的垂直/水平封闭系统的内层形成。
因此，本发明的目的是提供一种用于建筑物的隔热壳层，其允许克服根据现有技术的热调节系统的限制并且获得前述技术效果
本发明的另一目的在于所述用于建筑物的隔热壳层能够针对生产成本和操作成本二者以基本有限的成本来实现。
本发明的另一目的是提出一种用于建筑物的简单、安全且可靠的隔热壳层。
因此，本发明的特定对象是一种用于建筑物的隔热壳层，其包括：
-涂层结构，其围绕所述建筑物或所述建筑物的一部分设置，所述涂层结构从建筑物的外部朝向内部连续地包括：涂层、隔离层和间隙；所述间隙含有空气并且相对于周围环境形成封闭且隔离的空间；
-用于包含在所述间隙中的空气的热调节的装置。
可替代地，根据本发明，所述涂层结构由适用于现有建筑物的面板或适用于新型建筑物的构造的面板构成。
优选地，根据本发明，所述面板具有多层结构，该多层结构从建筑物的内部朝向外部包括由覆层组成的第一层、间隙、隔离层和结构层。
可替代地，根据本发明，所述热调节装置可以是辐射型或者是空气对流型，并且在为空气对流型的情况下包括要被调节的空气的吸入口以及经调节的强制气流的出口，所述入口可以与外部环境连接，并且所述出口与所述间隙流体连接，所述隔热壳层还包括用于空气从间隙回流到通过空气对流进行热调节的装置的装置，所述回流装置包括与所述特调节装置的所述入口连接的管。
特别地，还是根据本发明，所述通过空气对流进行热调节的装置可以从热调节器、暖风机、风机盘管或空调中选择。
可替代地，还是根据本发明，用于空气从间隙回流到所述通过空气对流进行热调节的装置的所述装置可以包括多孔管和回流导管或第二间隙，该第二间隙相对于前述间隙设置在外部。
显而易见的是，允许实现围绕建筑物的具有高热惯性的壳体的、本发明的用于建筑物的隔热壳层的有效性能够提高建筑物整体的能量效率，并且能够根据建筑物的位置成为能够支撑或完全替代其中存在的任何加热和/或冷却系统。
附图说明
出于说明性而非限制性的目的，现在将特别地参照附图根据本发明的一些优选实施方式来描述本发明，在附图中：
图1表示应用了根据本发明的第一实施方式的隔热壳层的建筑物的剖面示意图；
图2表示图1的隔热壳层的一部分的剖面示意图；
图3表示根据本发明的第二实施方式的隔热壳层的一部分的剖面示意图；
图4表示应用了图3的隔热壳层的建筑物的剖面示意图；
图5表示应用了根据本发明的第三实施方式的隔热壳层的建筑物的剖面示意图；
图6表示包括根据本发明的第四实施方式的隔热壳层的预制面板的立体图；
图7表示代表考虑用于评估实施例6.1-6.6的单元类型的示意图；
图8a和图8b表示代表各自在借助空气对流的热调节环境和借助辐射系统(例如本发明的辐射系统)的热调节环境的情况下的热流的示意图；
图9表示在实施例1、6.2、6.4和6.6中考虑的根据本发明的一个实施方式的隔热壳层的剖视图；
图10表示在实施例2、6.1和6.2中考虑的具有砌砖的墙体的剖视图；
图11表示在实施例3、6.3和6.4中考虑的具有砌筑盒的墙体的剖视图；
图12表示在实施例4、6.5和6.6中考虑的轻质隔离墙体的剖视图；
图13表示用于模拟根据本发明的隔热壳层所采用的二维运动学计算模型的几何图样；
图14a表示沿实施例6.1的墙体厚度的热流和温度的图；
图14b表示沿实施例6.1的墙体厚度的温度曲线图；
图15a表示沿实施例6.2中的内边界(墙体)和外边界(本发明的涂层)的厚度的热流和温度的图；
图15b表示沿实施例6.2的墙体厚度的温度曲线图；
图16a表示沿实施例6.3的墙体厚度的热流和温度的图；
图16b表示沿实施例6.3的墙体厚度的温度曲线图；
图17a表示沿实施例6.4中的内边界(墙体)和外边界(本发明的涂层)的厚度的热流和温度的图；
图17b表示沿实施例6.4的墙体厚度的温度曲线图；
图18a表示沿实施例6.5的墙体厚度的热流和温度的图；
图18b表示沿实施例6.5的墙体厚度的温度曲线图；
图19a表示沿实施例6.6中的内边界(墙体)和外边界(本发明的涂层)的厚度的热流和温度的图；并且
图19b表示沿实施例6.6的墙体厚度的温度曲线图。
具体实施方式
更详细地看所提出的方案，根据本发明的用于建筑物的隔热壳层可被限定为要被调节的多层壳体，其被区分为三个子系统，从内朝外分别为：内边界、要被调节的间隙以及外边界。
特别地，在本说明书中，边界的定义等同于可以相对于间隙位于内部或外部的壳层部分，在其内侧输送经调节的空气并且其可以由水平、垂直或具有任何斜度的封闭空间构成，或者由建筑物的任何构件或周围封闭的系统构成，包括建筑物本身的外围墙体以及升高的地板或具有间隙的地板以及平坦覆盖物或设置有活板的覆盖物，其具有任意几何形状并且用单层或多层隔板实现，针对每种材料，用湿法技术(砂浆和砾岩)或干法(不存在通过与空气接触而经受硬化过程的材料/粘合剂)技术以任何方式组装，并且更一般地可延伸到层间隔室或其部分，或者延伸到多层建筑物的连续墙体。
更特别地，由于根据本发明的用于建筑物的隔热壳层而构成的热辐射系统的外边界是设置有外覆层的墙体和/或隔离罩，因此易于抵抗气候、季节温度变化以及日偏差，并且可以认为整体在性能上具备外部盖板的资格。相同的外边界被设计为系统性构件，并且与两个集成的子系统(即，填充有要被调节的空气的间隙以及内部热辐射边界/墙体)一起通过根据现有技术的每种类型的涂层来设计，从石膏墙体到连续的通风墙体和扁平屋顶和坡屋顶。根据系统的定义，其是多层气密/防水隔板并且由从外部开始为涂层和隔离系统的两个核层形成，并且不影响上述两个构件，其可以被认为是具有多个隔离层和自然地插在边界本身的内部的静态或通风空气空间的多层封装体。
内边界是具有热辐射功能或再利用目的的墙体(在应用于预先存在的墙体/壳体情况下的再功能化)，它是系统的热惯性的附加物，并且代表了室内居住环境的界限的垂直/水平闭合物。根据定义，其是典型的垂直/水平隔板并且与所有类型的建筑物隔板类似，因此其可以是单层型或多层型。
在界定要被调节的间隙的面上通过对流/传导被加热的内边界将倾向于升温/降温，并且所有热量将通过辐射并且在较小程度上通过对流从边界朝居住的内部环境转移。
相反地，要被调节的间隙是封有空气的封闭容积，其以外/内两个边界为边界，与外部和内部没有任何空气交换，目的在于通过具有热辐射功能、没有用于与外部环境或建筑物的内部交换空气的构件并且能够与每个空气调节系统接合的内边界或者通过用于释放和收集强制气流的通风口的边界上的简单开口来对室内环境进行加热/冷却/去湿的气候控制，或者能够容纳具有与所讨论的间隙的尺寸相兼容的任何几何形状的辐射型温度控制装置。根据本发明，可以使用现有技术的任何系统和技术来获得间隙的空气调节，并且根据本发明的一个示例性而非限制性的实施方式使用由目前的热泵技术给出的用于吸入空气的通风口/通道来得到。
本发明的系统的操作根据季节要求设置用于释放热的/冷的强制空气，空气能够使用任何技术被热处理，作为示例可认为是通过要被调节的空隙内部的热泵进行指定到要被调节的间隙中的空气的处理。已经达到根据能量要求的计算得出的必需温度的热泵倾向于朝用作热辐射墙体的内墙体/边界传热，这能够使内部环境的温度达到所需的工作温度。
因此，根据本发明的用于建筑物的隔热壳层允许通过主要借助于辐射和引起的对流进行的加热/冷却来对内部环境进行空气调节，同时，定位在建筑物的周围常规墙体/罩上的预设有外墙体/边界的系统倾向于增加整个建筑物的热惯性。
空气热调节系统可以补充或替代建筑物中的任何现有系统，或者可以用于实现新型建筑物，并且还与用于产生可再生能源(例如，光伏、microelolic等)的技术结合。
在与被认为是理想的且在设计阶段提前确定的温度(通常等于20/22℃)不同且相比具有较低(冬季)或较高(夏季)的温度差的温度条件下，在间隙内产生热/冷空气以及进入热/冷空气的空气热调节单元干预操作温度，该操作温度可以确定内边界的针对简单的传导/对流的被动致动。通过与生活空间相接触，内边界由于间隙的不同温度而将起到热辐射板的作用，通过辐射向居住的内部环境释放热量或低温，直到内部环境达到所需的工作温度或目标(在通过温度传感器操作的情况下)。在达到操作温度后，系统的惯性能量保持温度直到最小阈值，低于该阈值时再次启动空气热调节单元。
首先参照图1和图2，根据本发明的第一实施方式的隔热壳层由总体用附图标记10表示的覆盖结构组成，该覆盖结构完全覆盖住建筑物1并且包括涂层11，该涂层11在建筑物与第一涂层11之间限定间隙12，该空间相对于外部环境是封闭的。在间隙12中，沿流动方向A，在受控的温度下产生强制通风，其来自热调节器13(例如，暖风机、风机盘管或空调)，热调节器13设置在建筑物1的顶部、至少部分地位于间隙12内部。通过集管14收集所述处于受控的温度下的空气，该集管14设置在建筑物1的底部、位于间隙12内。通过举例的方式，集管14可以是多孔管。然后，通过回流管道15使由集管14收集到的空气沿流动方向R回流到热调节器13中。在覆盖结构10内部建立起的空气循环可以是封闭的，或者可以从外部(例如，从空气热调节器13)引进一定量的空气。
特别参照图2，显而易见的是，为了本发明的隔热壳层的正确操作，必须确保建筑物1与流经间隙12的处于受控温度下的空气之间的最大热交换。因此，与通风墙体系统不同，在根据本发明的隔热壳层中，隔离层16不将间隙12与建筑物1隔开，而是通过涂层11同时与外部环境隔开。然后，隔离层16可直接施加在涂层11的朝向间隙12的一侧上。根据已经应用为支撑已知类型的通风墙体的相同方法，隔离层16与涂层11都由连接到建筑物的正面的支撑系统支撑。
可替代地，关于参照图1所示的方案，可以使热调节器13在建筑物1的底部且使覆盖结构10和集管14在其顶部。
参照图3和图4，示出了根据本发明的第二实施方式，其中应用了本发明的隔热壳层的建筑物1进一步用通风墙体包覆。在该实施方式中，将间隙12与外部隔开的隔离层16不是直接施加到涂层11上，而是在二者之间留有用于第二间隙4的空间，该第二间隙4设置有设置在建筑物1的底部的开口5和设置在建筑物1的顶部的开口6，以通过“烟囱效应”启动有效的自然通风。至于其他部分，热调节器13和集管14完全按参照图1和图2所示的那样进行工作。同时，在这种情况下，壳层的支撑系统与根据现有技术已经常用于通风墙体的支撑系统为相同的类型。
图5示出了根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的第三实施方式，其中在建筑物1周围限定了双间隙，即，用于来自热调节器13’的处于受控的温度下的空气的向前流A的第一间隙12，以及用于空气的回流R的第二间隙14’。这两个间隙沿围绕建筑物1的整个路径被面板11’隔开，并且仅与位于建筑物1的顶部的热调节器13’以及位于建筑物1的底部的开口对应地连接(可替代地，热调节器可以放置在建筑物的底部，并且在第一间隙12与第二间隙14’之间的开口连通因此位于顶部)。总之，根据本发明的这种另外的实施方式的隔热壳层由于设置有用于封闭间隙14’的涂层11而限定与外部相比被封闭的系统。隔离层16方便地直接施加在涂层11的朝向间隙14’的一侧上。根据已经适用于支撑已知类型的通风墙体的相同方法，用于向前流A的间隙12与用于空气回流R的空气间隙14’之间的隔离面板11’、隔离层16以及涂层11全部都设置有连接到建筑物的正面的支撑系统。
最后，参照图6，示出了本发明的另外的实施方式，在根据本发明的用于建筑物的隔热壳层并不适用于现有建筑物而是建造了可以包括该隔热壳层(因此成为该结构的一部分)的新型建筑物的所有情况下，该实施方式相对上述实施方式都是优选的。
根据该实施方式，提出形成具有连续的层结构的、建筑物的外墙体，其从建筑物的内部到外部连续地设置有由简单填充物22组成的第一层、用于处于受控的温度下的强制通风通过的间隙23、隔离层24和例如由盒式多孔砖制成的结构层25。方便地，可以通过利用预制的构件20来实现这种类型的结构，其中前述各层在侧面被封在两个支撑柱21之间。
显然，同样在可以使本发明的隔热壳层并入成为结构的一部分的新型建筑物的情况下，可以提供与前面参照图3和图4以及图5所述的实施方式具有相同类型的可替代的实施方式，其具有已经参照图6描述的层状结构的简单变型。
根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的优点是显而易见的，该壳层从节能观点来看构成关于建筑系统的完整的创新。事实上，在其实施中，根据本发明的隔热壳层包含独创的且经科学验证的方案(如将在下文中说明的那样)，以满足用于舒适和良好的商业行为的建筑物或建筑物单元(或多个建筑物/单元)的能量需求。
事实上，根据本发明的用于建筑物的隔热壳层允许不是直接地通过建筑物中含有的空气量的空气调节而是以间接的方式通过利用要被调节的间隙来产生一定量的热量而向建筑物提供能量，该间隙被特别地定尺寸和制作为相同量的热量的载体。
出于说明性而非限制性目的，将特别地参照某些说明性示例在下面进一步描述本发明，其中必须考虑如下前提。
为了证实根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的优点，本说明书附带有对隔热壳层系统的模型类型的一些分析。
模型是在数字模拟器中产生的，并且用符合实际应用的数据使其更明确。
绝对而言相对于根据隔热壳层所制成的墙体的能量效率而进行的分析，并且相对而言在与同通过计算假设的没有装配有隔热壳层的墙体类似的墙体相比较时，从虚拟模型获得的数据已经科学地证实了根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的有效性。
对与住宅单元/办公室类型类似的形式的约束几何形状的虚拟模型进行了分析。
计算模型基于对可比作根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的外部垂直隔板的分层单元类型的研究，然后用属于目前建筑物类型的一些单层和多层墙体类型建立了计算模型的比较分析。
分析考虑了具有不同的厚度、建筑系统和材料的三种类型的围墙，并且还考虑了作为边界的情况，区别出具有高比重(实心砌筑墙体)、低密度(夹有轻质绝缘体的墙体)的墙体。无论有无该系统，所得到的数据都已在连续的实心砖砌筑的情况下表现出极为显著地节省额，按热功率单位(瓦特)计算的突出的节省额相当于节省近60％，因此转到砌筑盒估计节省约40％，然后对于夹有轻质隔离面板的墙体节省约15％。
从热工的观点来看，要限定旨在平衡系统以满足热需求的目标的参数，可以首先在内部和外部空间之间的热流交换的基础上设定物理现象。
第一阶段最后被定为确定参考的建筑物/建筑物单元的空气调节的需求；这些需求取决于与下述有关的多种边界条件：建筑物/单元的几何形状以及在其内部进行的人类活动、标准化的数据以及外部气候条件、建筑物/单元参考单元和/或相邻建筑物所落入的热环境等等。
一旦了解了这些需求，就可以调整能量平衡，限定要与单元和外部环境交换的热量，以确保流入量和流出量之间的充分平衡。
通过间隙引入(在冬季条件下)和移除(在夏季模式下)一定量的热量是平衡中的独特且主导的要素：事实上，用于通过运动中的大量空气来输送或移除能量的设置使技术问题复杂化，因此有必要进行适于限定间隙与相邻空间(例如，建筑物/参考单元与外部)之间的热交换系数的流体热动力学。
在完成热平衡后，可以考虑用于限定由建筑物构成的建筑群并且通过本发明的壳体加热的装置系统，并且评估支撑它们的运行的一次能源的复杂性。
已经以完全符合立法所提及的降低建筑物能耗的技术标准限定了计算的设置，它们都与回顾起来将在特定基础上进行的预测和分析程序中的数据和输入参数相关。
首先进行热流的平衡与需求的计算，其目的在于从热量的保持和便利性的观点评价系统与传统系统相比的优良度。
如已经所述的，用于确定建筑物外壳的能量需求的评价从预定的参数演变而来，相对而言首先是气候条件和几何形状。
首先参照图7，首先考虑单元类型26由100平方米和高3米的的平面组成，其中分散表面等于120平方米，其表示4个侧墙体27的总和，假设还有仅在地板下方和地板上方调节的邻接的其他单元/建筑物。
已经针对单向轨迹根据热动力学理论对穿过建筑物外壳的流进行了分析，并且观察墙体分散剂样品，已经因此检验了墙体的代表性部分，并且其中的分散已经确定了在入口和出口中的热流。
在这种情况下，隔热壳层由外边界、要被调节的间隙和内边界所决定的复杂的分层组成。
外边界是具有隔热系统的功能的密闭壳体。在计算能量需求和目标性能的功能时考虑到厚度、材料和它们的性质。
要调节的间隙是介于两个边界之间的密封空间，在该密闭空间内存在空气层(其可能是静止的或运动的，将在下文中更好地说明)，该密闭空间构成根据本发明的方案的分层必需的要素：其是中空空间，具有根据目标数据适当确定的总厚度，其构成用于放置/提取热量的物理容器。达到计算温度的空气间隙能够通过对流改变热辐射墙体中与要被调节的有限环境接触的内边界。
内边界是本发明的隔热壳层的要与待空气调节的建筑物的环境接触的围墙。在新型构造的情况下，内边界可以是最佳尺寸的计算对象，以及外边界。在将根据本发明的方案应用于现有建筑物的情况下，最佳隔离程度通过作用于外边界而不影响本发明的隔热壳层的一般操作来确定。
能够通过良好的近似值来计算热需求，考虑了主要速率，在这种情况下主要速率由传输(ΣQT)和通风(ΣQV)的热交换形成(在图8b中示出，用于与图8a中的技术说明进行比较)；在这方面有必要说明，不论在环境中进行什么样的“人类活动”，空气交换都是必需和强制性的，并且考虑到示例参照通用居住环境(UNI 12831)以最小自然气流速为0.5体积/小时来计算。
对于冬季运行，认为广义条件是指外部气候，预先指定外部温度为0℃，目标室温等于20℃。
总而言之，我们可以在此给出用于计算模型的输入数据：
气候数据：
-外部温度：0℃
-内部温度：20℃
-相对湿度：参照UNI
几何数据：
-地板面积：100m2
-总高度：3m
要被调节的体积：300m2
分散表面：120m2
对于在上述数据下传输的热功率，计算了讨论中的三个分层的传输系数，针对内部和外部环境考虑了目标的材料性质以及在技术标准UNI中提供的传递系数(感应系数，adductance)。
针对与根据本发明所提出的方案有关的每个分层以及与传统型建筑物有关的其他封装分层构造进行了计算。分层之间的比较允许评价本发明的方案在建筑物的壳体和要求方面的便利性。
遵循热湿分层数据的列表用于计算热流的需求和预算。
实施例1.外边界的特性
参照图9，在评估本发明的方案的有效性所进行的分析中考虑的外边界由用于涂层的可塑性石膏制成的罩11和可发性聚苯乙烯(EPS)隔离层16组成。该图还示出了间隙12。
热性能根据UNI EN ISO 6946测量，并且总结在了下表中。
表1.整体外边界的特性
类型 墙体
布局 垂直
方向 外部
厚度 103.0mm
传热系数U 0.344W/(m<sup>2</sup>K)
热阻R 2,906(m<sup>2</sup>K)/W
表面质量 4kg/m<sup>2</sup>
颜色 透明
面积 1m<sup>2</sup>
表2.外边界的分层
Figure BDA0001296164010000131
内表面的单位导热系数：0,000W/(m2K)
内表面单位热阻：0,000(m2K)/W
外表面的单位导热系数：25,000W/(m2K)
外表面的单位热阻：0.040(m2K)/W
实施例2.内边界的特征.实心砖墙体
在用于评估本发明的方案的有效性所进行的分析中，已经考虑了不同类型的内边界。根据涉及图10以及本实施例的第一类型，内边界由两侧涂覆有石膏31的实心砖的墙体30构成，其热性质根据UNI EN ISO 6946评价并且总结在下表中。
表3.整个内边界的特性(实心砖墙体的情况)
类型 墙体
布局 垂直
方向 外部
厚度 440.0mm
传热系数U 1.617W/(m<sup>2</sup>K)
热阻R 0,619(m<sup>2</sup>K)/W
表面质量 800kg/m<sup>2</sup>
颜色 透明
面积 1m<sup>2</sup>
表4.内边界的分层(实心砖墙体)
Figure BDA0001296164010000141
Figure BDA0001296164010000151
内表面的单位导热系数：7,690W/(m2K)
内表面单位热阻：0.130(m2K)/W
外表面的单位导热系数：25,000W/(m2K)
外表面的单位热阻：0.040(m2K)/W
实施例3.内边界的特性.墙体盒
根据参考图11及本实施例的第二类型的内边界，其被认为是盒式墙体，从内到外连续地由下述层组成：内部石膏32、120×250mm的打孔砖33(具有5mm的灰缝)、100mm厚的空气的中空空间34、80×250mm的多孔砖35(具有5mm的灰缝)、外部石膏36。
内边界的热性质已经根据UNI EN ISO 6946进行了评价，并且总结在下表中。
表5.整体内边界的特性(墙体盒)
类型 墙体
布局 垂直
方向 外部
厚度 340.0mm
传热系数U 1,022W/(m<sup>2</sup>K)
热阻R 0.979(m<sup>2</sup>K)/W
表面质量 360kg/m<sup>2</sup>
颜色 透明
面积 1m<sup>2</sup>
表6.内边界的分层(墙体盒)
Figure BDA0001296164010000152
Figure BDA0001296164010000161
内表面的单位导热系数：7,690W/(m2K)
内表面单位热阻：0.130(m2K)/W
外表面的单位导热系数：25,000W/(m2K)
外表面的单位热阻：0.040(m2K)/W
实施例4.内边界的特性.轻质墙体隔层
根据参考图12及本实施例的第三类型的内边界，其被认为是轻质墙体隔层，其从内到外连续地由下述层组成：内部石膏37、石膏板内板38、木纤维面板39、石膏板外板40、外部石膏41。
内边界的热性质总结在下表中。
表7.整体内边界的性质(轻质墙体隔层)
类型 墙体
布局 垂直
方向 外部
厚度 92.0mm
传热系数U 0.643W/(m<sup>2</sup>K)
热阻R 1,554(m<sup>2</sup>K)/W
表面质量 33kg/m<sup>2</sup>
颜色 透明
所考虑的面积 1m<sup>2</sup>
表8.内边界的分层(轻质墙体隔层)
Figure BDA0001296164010000171
内表面的单位导热系数：7,690W/(m2K)
内表面单位热阻：0.130(m2K)/W
外表面的单位导热系数：25,000W/(m2K)
外表面的单位热阻：0.040(m2K)/W
实施例5.使用动力学的计算模型的特性
然而，为了确定间隙内的交换系数，基于实验室试验在理论和实践上对其进行处理，提供有利于解决Pravachol中的情况的功能关系。
特别地，已经将其设定为二维动力学计算模型，该模型遵循应用了根据本发明的隔热壳层的墙体的几何实体并且在图13中示意性地示出，其考虑了与空气间隙中的强制对流有关的所有参数，例如：流体的速度、流体的运动、速度边界层、运动粘度、流体的导热性、无纲量参数(雷诺数、努塞尔特数、普朗特数等)；以及管道的尺寸、当量直径、交换表面。
在间隙内的流体速度w等于1m/s的情况下，对通过强制对流进行热交换的系统的精心设计导致确定以[W/m2K]为单位表示的分别在间隙的外侧(hint.1)以及间隙的内侧(hint.2)上的热交换系数。
下表9示出了输入的计算数据以及输出的对流热传递系数的值。
表9
Figure BDA0001296164010000181
实施例6.结果
通过上述方法采用所引用的数据进行的处理产生了有趣的结果，并且可通过绝对值看出。
另外，可以将所得到的“墙体隔热壳层”的结果与用对流壳体(即在构造中传统制造的填充物)所得到的结果进行比较。
在下面的实施例中，它们示出了计算报告。
6.1比较例.具有实心砖墙体的传统墙体
参照图14a和图14b，在实心砖墙体的情况下，具有如下特性：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用表面积：120m2
-K1：1.62W/m2K
-S1：120.0m2
-T：20.0℃
-T1：0.0
热流如下：
-Q：3877.2W
-Qv：1000W
-Qtot：4877.2W
根据上述，得出：
Kt＝1/Rt
其中Rt＝1/hint+Σ(st/λt)+1/hand
其中，hint＝7.7W/m2K，s1＝0,44m，Hand＝25W/m2K
允许得到：
R＝0.62m2K/W
K1＝1,62W/m2K
实施例6.2.具有实心砖墙体的隔热壳层的墙体
参照图15a和图15b，在填充有根据本发明的隔离壳层且间隙内部仍有空气的墙体中的砖的情况下，性质如下：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用的表面：120m2
-K1：0,33W/m2K
-K2：1.62W/m2K
-T1＝0.0℃S1：120.0m2
-T2：20.0℃S2：120.0m2
热流如下：
-Q1：1008W
-Q2：1000W
-Q：2008W
-T：25.2℃
-K1S1：40.1W/K
-K2S2：193.9
-T1-T2＝﹣20.0℃
Q2＝Qv2
ρ＝1.2kg/m2
cP＝1000J/kgK
T＝20.0℃
V＝300m2
n＝0.5h-1
Hv＝50W/K
Qv＝1000W
根据上述，通过实施例6.1的相同关系式：
对于朝外的ΔT1，在前面被加热，且hint＝11,3W/m2K，s1＝0.10m，λ1＝0,35W/mK；R1＝2,86m2K/W，s2＝0,003m，λ2＝0,330W/mK；R2＝0.01M2K/W，Hand＝25W/m2K；
R＝2.99m2K/W
K1＝0,33W/m2K
并且，对于朝墙体砖的内部环境的ΔT2，具有hint＝11,0W/m2K，s1＝0,44m，Hand＝7,7W/m2K；
R＝0.62m2K/W
K2＝1,62W/m2K
实施例6.3.比较.具有盒的传统的砌筑墙体
参照图16a和图16b，在具有砌筑盒的对流墙体的情况下，性质如下：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用表面积：120m2
-K1：1,02W/m2K
-S1：120.0m2
-T：20.0℃
-T1:0.0
热流如下：
-Q：2451.5W
-Qv：1000W
-Qtot：3451.5W
根据上述，得出：
Kt＝1/Rt
其中Rt＝1/hint+Σ(st/λt)+1/hand
其中，hint＝7.7W/m2K，s1＝0,34m，Hand＝25W/m2K
允许得到：
R＝0.98m2K/W
K1＝1,02W/m2K
实施例6.4.具有传统砌筑盒的隔热壳层的墙体
参照图17a和图17b，在应用了根据本发明的壳体且间隙内部仍有空气的砌筑盒式墙体的情况下，给出如下性质：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用表面：120m2
-K1：0,33W/m2K
-K2：1,02W/m2K
-T1＝0.0℃S1：120.0m2
-T2：20.0℃S2：120.0m2
热流如下：
-Q1：1126W
-Q2：1000W
-Q：2126W
-T：28.2℃
-K1S1：40.0W/K
-K2S2：122.6W/K
-T1－T2＝﹣20.0℃
Q2＝Qv2
ρ＝1.2kg/m2
cP＝1000J/kgK
T＝20.0℃
V＝300m3
n＝0.5h-1
Hv＝50W/K
Qv＝1000W
根据上述，通过与实施例6.3相同的关系式：
对于在正面加热情况下向外的ΔT1，hint＝11,3W/m2K，s1＝0.10m，λ1＝0,0348W/mK；R1＝2,87m2K/W，Hand＝25W/m2K；
R＝3.00m2K/W
K1＝0,33W/m2K
并且，对于朝向盒式墙体的内部环境的ΔT2，有hint＝11,0W/m2K，s1＝0,34m，Hand＝7,7W/m2K；
R＝0.98m2K/W
K2＝1,02W/m2K
实施例6.5.比较.传统的轻质垂直封闭墙体
参照图18a和图18b，在具有轻质垂直封闭外部的墙体的情况下，给出如下性质：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用表面：120m2
-K1：0.64W/m2K
-S1：120.0m2
-T：20.0℃
-T1：0.0
热流如下：
-Q：1544.4W
-Qv：1000W
-Qtot：2544.4W
根据上述，得出：
Kt＝1/Rt
其中Rt＝1/hint+Σ(st/λt)+1/hand
其中hint＝7.7W/m2K，s1＝0,99m，Hand＝25W/m2K
允许得到：
R＝1.55m2K/W
K1＝0.64W/m2K
实施例6.6.具有外部轻质垂直隔层的隔热壳层的墙体
参照图19a和图19b，在应用有根据本发明的隔热壳层且间隙内部仍有空气的外部轻质垂直隔层的墙体的情况下，给出如下性质：
-地板面积：100m2
-体积：300m2
-可用表面：120m2
-K1：0,33W/m2K
-K2：0.64W/m2K
-T1＝0.0℃S1：120.0m2
-T2：20.0℃S2：120.0m2
热流如下：
-Q1：1317W
-Q2：1000W
-Q：2317W
-T：32.9℃
-K1S1：40.0W/K
-K2S2：77.2W/K
-T1－T2＝﹣20.0℃
Q2＝Qv2
ρ＝1.2kg/m2
cP＝1000J/kgK
T＝20.0℃
V＝300m3
n＝0.5h-1
Hv＝50W/K
Qv＝1000W
根据上述，通过实施例6.5中相同的关系式：
对于在正面被加热的情况下朝外的ΔT1，hint＝11,3W/m2K，s1＝0.10m，λ1＝0,0348W/mK；R1＝2.87m2K/W，Hand＝25W/m2K；
R＝3.00m2K/W
K1＝0,33W/m2K
并且，对于朝向墙体的内部环境的ΔT2，有hint＝11,0W/m2K，s1＝0,09m，Hand＝7,7W/m2K；
R＝1.55m2K/W
K2＝0.64W/m2K
为了正确地解释上述结果，有必要在参照使用根据本发明的用于建筑物的隔热壳层的构造的实施例中考虑由厚10cm的聚苯乙烯面板构成且石膏加工刮平的外边界。
在实施例6.1和6.2(参考全砌筑墙体)的情况下，在所提供的热功率和节省百分比方面得到的结果表明，针对相同的边界条件，功率的平衡给应用本发明的隔热壳层的情况回报超过一半的热功率(节省近60％)。通过为间隙提供约2000W的热功率，可以确保内部环境满足所计算的热量需求。另一方面，在所考察的对流墙体的情况下，为了满足所述需求，必需提供近4900W的热容。
所得到的数据证实了在这种情况下的高度显著的节省额，并且同样有趣的是，注意到供应到要被调节的间隙中的加热功率针对所考察的情况是如何在间隙中产生了等于25.2℃的温度，该温度极其接近针对要被调节的有限环境给定的等于20℃的温度。
关于实施例6.3和6.4，各自表示没有应用和有应用根据本发明的隔热壳层的外围墙砌筑盒，可通过比较观察到，对于相同的边界条件，功率平衡给要供应到应用本发明的加热壳体的热容回报等于大约40％的节省值。通过给间隙提供约2126W的热功率，可以确保内部环境满足所计算的热量要求。另一方面，在所考察的对流墙体的情况下，为了满足需求，必须提供近3451W的热容。
即使在这种情况下，所得到的数据也证实了显著的节省，并且同样有趣的是，还在这种情况下注意到，随着产生供应到要被调节的间隙中的加热功率，针对所考察的情况产生了等于28.2℃的温度，该温度仍接近针对要被调节的有限环境给定的等于20℃的温度。
关于实施例6.5和6.6，各自表示没有应用和有应用根据本发明的隔热壳层的外围轻质墙体，通过比较观察到，对于相同的边界条件，功率平衡给要供应到应用本发明的加热壳体的热容回报近10％的节省额。附图表明尽管不如前面的情况那么显著，但是在这种情况下也有节省。通过给间隙提供约2317W的热功率，可以确保内部环境满足所计算的热量要求。另一方面，在所考察的对流墙体的情况下，为了满足需求，必须提供近2544W的热容。
同样有趣的是，在这种情况下注意到随着产生被供应给要被调节的间隙的加热功率，针对所考察的情况产生32.9℃的温度，如图所示该温度相对地远离了要被调节的有限环境的等于20℃的温度。
实施例7.试验数据的结论性总结
前述实施例中、特别是在实施例6.1-6.4中得到的发现在满足建筑物的热量要求方面极其有趣，其似乎远小于与传统型墙体有关的热量要求，因此，它们还会降低用于空气调节环境的主要热功率。
对于相同类型的外边界，试验数据还证实了如何提高系统的性能来增加特定重量，因此增加内边界的惯性。
所得到的数据还证实了在系统显现出正确地确定材料的厚度和类型的情况下，内部间隙达到的实践空气的温度完全接近所作用的有限环境的温度，从而突出了本发明的隔热壳层的能量。
如果考虑整个建筑系统，则根据本发明的隔热壳层也可被认为是更有利的，从而以下文的实施例8中表明的方式实现装置系统。
实施例8.系统和建筑物装置
根据本发明的隔热壳层被配置为真正的建筑物热系统，其由一组建筑物有机体组成，包括壳体分散剂或具有其所有几何特性的涂层的结构，以及用于维持居住环境内的安宁条件所必需的热能供应的装置网络。
在这个例子中，如前所见，可以与间隙交换适当量的热量并获得能量流的平衡，以确保实现参考单元的需求。
设法平衡热量交换的物理现象，直到实现与间隙之间减少的热量交换；使用在间隙中所假设的边界条件，足以维持25℃以上的很低的温度。
鉴于温度低以及与间隙交换的热量减少，装置必须产生降低的功率并直接使其输入其内部。
因此，本发明的隔热壳层涂层结构被配置为允许所需的空气流动，向其提供与将装置所产生的热量输送到要进行空气调节的环境(或单元)(通过已经示出的强制对流交换)的管道相同的管道。
特别地，从调节、管理以及消耗核算的观点来看，可以通过配置涂层结构，然后配置间隙使得在水平方向上的气流Corrano和热传递不涉及相邻单元来使所涉及的单元完全自主。以这种方式，该单元在内部不需要额外的或补充的装置，因为其专门由本发明的隔热壳层来提供调节热量。
最后，所假设的装置构造极其简单，尤其在与空气条件直接来自环境单元内的传统装置相比时(并且即使在更多的环境单元服务于集中系统的情况下也是如此)。
根据本发明，对用于产生热量并且将热量传递到间隙中的技术没有限制，热量因此可以通过任何技术产生，该技术为：对流类型，其特别是热泵技术，其对于所考虑的尺寸数据性能最好；或者为辐射型/通过辐照，例如水加热/冷却的技术，并扩散通过要被调节的置于间隙内的散热墙体或通过用热体(例如热壁炉或衍生燃料)进行对流加热空气输送管来通过散热墙体，其中所述技术为对流型。
这里提供的装置由如下组成：具有可逆循环的热泵组；小的空气处理单元；极小的通道系统，其是空气处理单元与空气的唯一连接；以及进入流的调节构件，用于自主管理并且可以在两个固定气候点连接到热调节单元，且放置在环境内部。
这种装置系统不需要任何类型的过滤器，或复杂的散热绝缘汇流端子。并且，其不以任何方式影响在相同的水平和垂直隔板(覆层、隔板、地板、天花板等)中的单元或环境的内部空间，并且还允许在工业规模的工程开发的情况下进行模块化定尺。
根据上述，同样就空气调节系统的经济性而言，根据本发明的隔热壳层在初始成本和运行成本方面都非常廉价，并且与房屋的剩余部分一起作为建筑系统动力可再生能源类型，其是高度简单化、强有力且经济的。
根据上面所示的装置的优点因此可以总结如下：
-取消了从单元到外部传输所消散的热，从而减少了用于空气调节的热需求；
-单元隔离环境，在冬季和夏季都具有良好性能：外边界与间隙一起确保了最佳隔离水平；内边界构成良好的热储能轮，因此确保了有效的惯性；
-在间隙中引起并且保持极其低的温度的空气调节单元：由于外部空间与外部边界之间的温度差减小，其确保了低能量损失，因此在总的建筑物包层方面能量消耗低；
-使用“墙体隔热壳层”作为用于空气调节的气流的容器，取消了所有的污物系统和环境干扰单元；
-建筑系统与极其简单的有机装置组合，大大降低了主要能耗。
总之，可以列出本发明的隔热壳层的如下优点：
-对于调节现有建筑物或新型建筑，显著节省能量(在40-60％的范围内，另外的数据可以根据伴随的开发以及确定系统的构件的尺寸来优化)。
-取消了从单元到外部传输所消散的热，从而减少了用于空气调节的热需要；
-保持与环境隔离，在冬季和夏季都具有良好性能：外边界与间隙一起提供了最佳隔离水平；内边界是良好的热储能轮，因此确保了有效的惯性；在对上级多层系统干预的情况下，隔热壳层即使在没有运行空气调节热量的情况下也提高本申请的对象的隔离性；
-在间隙中引起并保持低温的空气调节单元：由于外部空间与外部边界之间的温度差减小，其确保了低能量损失，因此在总的建筑物包层方面能量消耗低；
-通过使用用于空气调节的加热气流的容器，优化了空气调节分配系统的管道的使用，因此不包括任何污物系统和环境干扰单元；
-系统可以与任何现有的热产生技术一起使用，并且具体地可以在热单元可逆热泵与空气处理单元连接的情况下定尺寸，而没有排除和限制上述现有技术现状中的其他技术的使用；
-由于热单元的高产率、系统必须遇到的温度中的不足以及空气调节系统的简化形式的几何形状，将建筑系统与极其简单的有机装置组合，大大降低了主要能耗。
-由于装置的外部装置以及它们可能的输送管/管道造成空间不足，在室外安装新系统；
-由于减少/消除了空气输送管，因此在新型建筑或现有技术中节省了安装成本；
-节省了维护成本，在干涉物损坏了外边界的情况下(在计划无损地拆解/更换外部间壁、清洁外覆层的情况下，仅涉及外边界石膏)，容易检查间隙并且容易回收；
-与现有的热装置成为一体，该系统允许辅助或完全更换现有系统，对于个人住宅单元，控制系统通过电磁阀被可选地集中或外围控制；
-提高了空气调节、工业热辐射热量的生活舒适度，并且不限于对流，明显消除了传统空气系统带来的所有不舒适情况；
已经出于说明性而非限制性的目的根据本发明的优选实施方式描述了本发明，但是要理解的是，本领域技术人员可以显而易见地在不背离所附权利要求书所限定的相关保护范围的情况下得出变化和/或修改。

Claims (4)

1.一种用于建筑物的隔热壳层，其适于构成由三个一体化构件形成的多层系统，所述三个一体化构件从外到内各自包括：具有隔热墙体的功能的外围墙体或外围壳体；填充有要被调节的空气的间隙；具有热辐射墙体或热辐射壳体的功能的内墙体或内壳体，所述隔热壳层择一地包括：
-覆盖结构(10)，其被定位为在外部围绕现有建筑物(1)或现有建筑物(1)的一部分，所述覆盖结构(10)由面板构成并且从建筑物(1)的外部朝向内部连续地包括涂层(11)以及隔离层(16)，并且限定了围绕所述建筑物(1)的外墙体的间隙(12)，具有隔热墙体的功能的所述外围墙体或外围壳体由所述涂层(11)和所述隔离层(16)形成，具有热辐射墙体或热辐射壳体的功能的所述内墙体或内壳体由所述建筑物(1)的所述外墙体形成，或者
-覆盖结构(10)，其在建筑物中应用为外墙体，所述覆盖结构(10)由面板构成并且具有多层结构，所述多层结构从建筑物的外部朝向内部包括涂覆或结构层(25)、隔离层(24)、间隙(23)以及由热辐射覆层(22)组成的层，具有隔热墙体的功能的所述外围墙体或外围壳体由所述涂覆或结构层(25)和所述隔离层(24)形成，具有热辐射墙体或热辐射壳体的功能的所述内墙体或内壳体通过所述由热辐射覆层(22)组成的层形成，具有热辐射墙体或热辐射壳体的功能的所述内墙体或内壳体与建筑物功能所指定的受限环境进行接触；
所述间隙(12，23)含有空气并且相对于建筑物内部的周围环境形成封闭的空间而不会使所述空气穿过所述间隙而存留于所述建筑物的受限环境中，并且相对于建筑物外部的周围环境是封闭且热隔离的，所述空间适用于优化自然下降/上升的气流；
所述隔热壳层额外地包括在所述间隙(12，23)中用于空气的热调节的装置(13)，从而通过所述间隙中的经热调节的空气对所述建筑物的内部环境进行辐射型热调节；
所述用于空气的热调节的装置(13)为通过强制空气对流来操作的类型，并且包括要被调节的空气的抽吸入口以及经调节的强制气流的出口，所述入口可以与外部环境连接并且所述出口与所述间隙(12)流体连接；所述隔热壳层还包括用于使空气从所述间隙(12)回流到所述用于空气的热调节的装置(13)的装置。
2.根据权利要求1所述的隔热壳层，其特征在于，用于使空气从所述间隙(12)回流到所述用于空气的热调节的装置(13)的所述装置包括与所述用于空气的热调节的装置(13)的所述入口连接的管。
3.根据权利要求1所述的隔热壳层，其特征在于，所述用于空气的热调节的装置(13)从热调节器、暖风机、风机盘管或空调中选择。
4.根据权利要求1所述的隔热壳层，其特征在于，所述用于空气的热调节的装置(13)通过温度传感器操作。
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