石膏板类似物的建筑物面板辐射加热器的制作方法

石膏板类似物的建筑物面板辐射加热器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月22日提交的题为“plasterboard lookalike building panel radiant heater”的美国临时申请第63/042,217号的优先权，并且该美国临时申请的内容出于所有目的通过引用整体并入本文中。


背景技术：

3.将碳足迹保持在最小值的高效的房屋加热系统是期望的。现在，现代房屋隔热良好，致使不需要高功率容量的加热系统。与常规的对流加热辐射器或通常使用的地板下加热相比，红外(ir)辐射加热面板通常少使用35％至40％的能量。
4.在天花板上或天花板中放置加热面板可以在将热量战略性地放置在期望位置方面提供灵活性，比其他类型的加热单元具有更少的限制。独立的ir加热面板可以悬挂或悬吊在现有的天花板上，但通常是突兀的(即，以不受欢迎的方式突出且引人注目)，并且因此对市场而言可能不是视觉上可接受的。
5.现有的在天花板中的加热器应用可以被安装在天花板表面面板的后面在天花板托梁之间的腔中，以被隐藏。这可能涉及到使用电缆加热器垫或膜、湿式液体循环加热管道等。典型的天花板构造包括12.5mm厚的石膏板或石膏墙板石膏灰胶纸夹板的表面面板，所述表面面板通常被用干壁螺钉附接至木质天花板托梁结构，并且所述表面面板通过使用干壁胶带和填泥料沿着面板之间的接缝被整合为连续的天花板外观。这样的安装相对低效率，从而导致根据测试数据，输入能量的仅70％至75％的热传递将热量辐射到房间中。
6.ir热辐射的效率是温度的函数，在该函数中更高的温度产生更高效率的辐射。现有的石膏板或石膏灰胶纸夹板面板通常被限制在55摄氏度或更低的表面温度。
7.因此，在该领域中需要提供高效且美观的ir加热。


技术实现要素：

8.本发明的一个方面包括一种加热面板，该加热面板具有面向框架的表面和面向房间的表面。该加热面板包括：导热层，其具有面向房间的一侧和面向框架的一侧；至少一个层状加热元件，其设置在导热层的面向框架的一侧上方；隔热层，其设置在至少一个层状加热元件上方；以及面向房间的表面层，其设置在导热层的至少面向房间的一侧上方。电力线连接至层状加热元件并且被配置成连接至电源。
9.保护性面向框架的表面层可以设置在隔热层上方，并且可以限定面板的面向框架的表面的至少一部分。在一些实施方式中，导热层可以包括金属，保护性面向框架的表面层可以包括接合至隔热层的石膏增强聚酯网层，隔热层可以包括泡沫，以及/或者面向房间的表面层可以包括纸。导热层可以包括具有外围侧壁的盘。在这样的配置中，面向房间的表面层可以绕盘的侧壁缠绕并且可以限定面板的面向框架的表面的至少一部分以及面板的外围边缘表面。
10.面板可以包括电力切断开关，该电力切断开关被配置成在检测到加热面板中的温
度大于预定最大值例如在80摄氏度时，切断到层状加热元件的电力。加热面板可以包括从面板的面向房间的表面延伸至面板的面向框架的表面的多个孔，每个孔被定尺寸成接纳用于将面板紧固至建筑物的框架的紧固件。隔热区域可以在面板的外围与至少一个加热元件之间延伸。
11.加热面板可以包括两个加热元件，并且可以具有在两个加热元件之间延伸的隔热区域。电壳体切口可以被限定在隔热层中，其中，电力线连接至层状加热元件的母线，并且可以具有与面板的面向框架的表面齐平的盖。
12.本发明的另一方面包括一种加热系统，该加热系统包括如本文中所描述的加热面板，其中，电力线连接至用于调节到加热面板的电力的控制器例如恒温器。多个加热面板或在面板中的一个或更多个面板中的多个加热区可以由控制器独立控制。
13.本发明的又一方面包括一种用于加热房间的方法，该方法包括：将至少一个如本文中所描述的加热面板安装在房间的天花板上；以及将电力提供至至少一个加热元件以生成辐射至房间中的热。多个加热面板可以连接至安装在房间中的恒温器控制器，其中，该方法包括控制房间中的热以达到房间中的设定温度。天花板可以包括至少一个加热面板和至少一个非加热面板，其中，安装至少一个天花板面板包括在至少一个加热面板与至少一个非加热面板之间施加石膏材料以形成连续的可覆盖天花板层。
附图说明
14.图1是示例性加热面板实施方式的截面的示意图。
15.图2是示出加热元件相对于面板的外围的位置的示例性加热面板实施方式的部分透明平面图的示意图，以及控制和功率元件的示意图。
16.图3是如本文中所描述的加热面板在隔热天花板上的示例性安装的示意图。
17.图4是如本文中所描述的加热面板在非隔热天花板上的示例性安装的示意图。
18.图5a描绘了示出用于与紧固至其的闭合盖电连接的壳体的示例性面板的框架侧的示例性放大部分。
19.图5b描绘了在没有壳体上的盖的情况下如图5a中描绘的示例性面板的框架侧的部分。
具体实施方式
20.本发明的一个方面包括加热面板，该加热面板能够以输入能量的90％或更多来产生有用的可用辐射热量。面板能够达到高达80摄氏度的操作表面温度。面板具有石膏或石膏板面板的外观和性能，并且被配置成以与石膏灰胶纸夹板面板完全相同的方式附接至天花板。面板被配置为“即插即用”的应用，在该“即插即用”的应用中加热器被配置成插入至房屋或建筑物中110/230v的可用线路电压供应中。
21.包括一个或更多个这样的天花板面板的系统可以连接至任何标准恒温器以控制房间的温度。面板可以放置在期望的位置，并且进行定制以使特定房间布局的加热需求最大化。
22.包括这样的面板的系统的优点包括将90％或更多的能量转换为定向至房间的辐射热，这与现有的隐藏天花板安装相比可以表示30％至40％的能量节省。附加地，天花板面
板的构造使得他们能够以与现有的隔热板或石膏灰胶纸夹板面板相同的方式安装，并且活动面板表面可以覆盖有灰泥石膏或类似于石膏板的任何涂层，以使得能够整合为适合于用任何类型的合适天花板表面层来涂覆或覆盖的连续表面天花板。尽管面板可以达到80摄氏度的温度，但是面板被构造成满足防火要求。即插即用的可连接性简化了安装，并且使得能够在需要面板的任何地方灵活地将面板进行定位。加热系统的总体成本与市场上大多数或所有其他技术相比具有竞争力，并且可能更便宜。
23.图1和图2中描绘了示例性加热面板。面板包括导热层10，该导热层10优选地呈具有底部9和外围侧壁11的盘的形式。虽然包括侧壁的盘结构对于结构/美观/边缘保护功能是优选的，但是在其他实施方式中，热层可以没有侧壁，而对热性能没有负面影响。在示例性实施方式中，盘由金属(例如，在一个实施方式中厚度为0.55mm)形成，该金属优选地为钢，更优选地为镀锌钢或电镀钢。钢是优选的，这是因为低热容量、刚性、优异的防火/防烟/防毒性能以及低成本，但本发明不限于任何特定的构造材料。特别地，作为良好热导体的其他金属例如但不限于铝和铜可以特别地合适，以及非金属材料例如陶瓷材料、碳纤维增强材料或其他导热纤维聚合材料也可以用于导热层。导热层可以包括多于一种类型的导热材料的多层复合材料。
24.导热层具有面向框架的表面13(旨在面向被附接至其上的天花板的框架安装)以及面向房间的表面15(旨在面向旨在向其供应辐射热的房间安装)。加热膜12例如laminaheat comfort加热膜被设置在面向框架的表面上方，并且优选地与导热层接触。在一个实施方式中，层状加热膜在230v或110v下的额定功率可以为160w，并且可以具有300w/m2的功率密度。隔热芯14例如泡沫被设置在加热膜上方，并且可以接合至导热盘的内侧壁。在一个实施方式中，泡沫包括11mm厚的硬质聚氨酯(pu)泡沫，但本发明不限于泡沫隔热或任何特定类型的泡沫或其厚度。通常，具有导热值k＝0.028w/mk至0.035w/mk且密度为30kg/m3至250kg/m3的隔热材料是优选的。附加的合适材料在没有限制的情况下包括丙烯酸和挤塑聚苯乙烯(xps)。在一个实施方式中，隔热可以包括真空隔热板(vip)例如包括由va-q-tec ag供应的硅粉芯(商业上称为va-q-plus
tm
)的vip，该vip提供0.0035的高端性能k值，这优于标准泡沫隔热约十倍。
25.保护性阻挡层17可以施加至隔热芯层的面向框架的表面。在一个实施方式中，保护性阻挡层包括厚度为0.8mm的石膏增强聚酯网层。在隔热材料的框架侧上优选保护性表面，以对泡沫施加结构刚性和韧性/保护，但在一些实施方式中保护性表面可以被省略。增强石膏与建筑物行业中使用的现有建筑物面板兼容。然而，还可以使用其他材料，包括但不限于聚酯网/编织玻璃纤维开放式织物网和其他纤维增强聚合物涂层。向导热层的面向房间的表面施加表面涂层16(例如纸)，并且表面涂层16(例如纸)可以绕面板的侧面缠绕，并且至少缠绕在面板的面向框架侧的一部分上方。优选与标准石膏/石膏灰胶纸夹板面板上设置的外层相同的纸，但本发明不限于任何特定的表面涂层。在一些实施方式中，可以设置其他表面涂层，包括上面适合于保护性阻挡层17的任何或所有材料，所述实施方式包括其中面向房间的表面涂层和面向框架的保护性阻挡层是相同材料的实施方式以及其中材料不同的实施方式。可以设置用于将面板固定至框架的多个孔18，这些孔从面板的面向房间的表面穿透至面板的面向框架的表面。
26.如图2所描绘的，根据面板的尺寸，面板可以包括由层状加热元件限定的多个加热
区域。如图2所描绘的，面板具有两个区12a和12b，每个区均被隔热周边区域20包围，隔热周边区域20在面板的横向边缘与层状加热元件的横向边缘之间具有宽度p。隔热周边区域20可以包括例如编织玻璃纤维e(电)级，例如200gsm平纹编织构造，但本发明不限于任何特定的材料。每个加热区可以在中心位置具有接合至加热器的热保护切断开关22。在示例性实施方式中，每当检测到的热超过80摄氏度的最大值时，切断开关就可以被设定成切断到层状加热元件的电力。然而，本发明不限于任何特定的切断最大值。
27.电力输入线24连接至层状加热单元的母线25。电连接壳体26例如在图5a和图5b中更详细地描绘的电连接壳体26围绕连接位置并且包括隔热芯层内的切口。在一个实施方式中，壳体可以包括内部中空(例如，盖限定顶部和侧壁)的塑料(例如尼龙/pvc共混物)电气盖56，并且通过将两个固定螺钉57插入至对应的螺母板插入件58中而被附接至面板，使得在紧固时，盖与面板的面向框架的表面的平面表面齐平。螺母板插入件可以例如用高温粘合剂接合至加热器。电连接壳体从面板的面向房间的表面不可见。在图5a至图5b中描绘的实施方式中，导热层不是呈具有侧壁的盘的形式，但是在具有侧壁的盘的实施方式中，侧壁通常限定壳体的外边缘，从而形成其中盖从面板的外围不可见的更连续的外围边缘。
28.在示例性控制方案中，控制器50连接至电力线24，该电力线24可包括接地/地面连接54(例如到导热层)以及分别连接至加热元件12a和12b的母线25的通电连接52和53。连接可以通过本领域中已知的任何方法进行，例如使用导电粘合剂进行连接。具有电绝缘性质的胶带59可以覆盖这些连接。通电连接可以最终单独地连接至控制器50以允许对区的独立控制，或者两个加热元件可以是一起可控制的。各自的切断开关被示出为连接至通电连接器52、53，但示意性地在电气上被插入在通电连接与母线之间，使得当切断开关因过热而跳闸时，没有能量被供应至加热元件。在其他实施方式中，切断开关可以连接回至控制器。控制器可以被配置成记录和/或创建警报条件，并且在切断开关已经跳闸时产生可听警报和/或可视警报。可以提供具有远程控制的实施方式，例如其中控制器连接至家庭无线通信网络并且被配置成由计算机上例如电话、平板电脑或其他移动设备上的应用软件进行控制的实施方式。例如，控制器可以将警报作为通知提供至所连接的远程设备。
29.如所描绘的，在示例性实施方式中，面板的总厚度t可以优选地为12.5mm，但厚度不限于任何特定的尺寸，并且理想地，面板可以为与加热面板要混合至其中的标准石膏灰胶纸夹板或石膏面板的对应厚度一致的任何厚度。类似地，面板可以具有任何长度和宽度，特别地具有被配置用于被插入在完整尺寸块的石膏板或石膏灰胶纸夹板的位置的长度和宽度，例如在至少一个实施方式中，面板具有1200mm的长度l以及600mm的宽度w。在一个1200mm
×
600mm
×
12.5mm的实施方式中，隔热周边区域可以具有25mm的宽度p。
30.虽然一个实施方式可以包括适合于作为石膏板或石膏灰胶纸夹板的面板的类似物使用的特征，但实施方式不限于这样的构造。例如，适合于在标准吊顶天花板瓷砖旁边安装的天花板面板还可以形成为具有如所示和所描述的层的一些或全部。在天花板瓷砖的实施方式中，瓷砖的面向房间的层可以包括除了纸以外的材料，以及/或者可以具有与非辐射天花板瓷砖匹配的纹理，在非辐射天花板瓷砖内天花板瓷砖可以被混合以形成成整体的天花板面板系统。
31.本文中提及的示例性层状加热元件可以具有在通过引用并入本文中的pct公布申请第wo 2016/113633号(633wo公布)中描述的类型，该pct公布申请通过引用整体并入本文
中。如本文中所描述的，加热元件可以包括多个层，包括但不限于在包括随机取向的导电纤维例如碳纤维的电阻加热器片层的任意一侧或两侧上的外部加强层或隔热层，例如呈包括导电纤维、非导电纤维(例如玻璃纤维)或它们的组合的单个无缠结纤维的非编织湿铺层的形式。在优选的实施方式中，纤维具有小于12mm的平均长度并且纤维层不具有导电粒子。该层的典型密度可以在8克每平方米至60克每平方米的范围内，更优选地在15克每平方米至35克每平方米的范围内。加热器层优选地在任何方向上具有均匀的电阻(根据针对均匀性的预定行业标准)。纤维层还可以包括一个或更多个粘结剂聚合物和/或阻燃剂。导电纤维中的每一个和/或非导电纤维中的每一个可以具有在6mm至12mm的范围内的长度。多个导电纤维中的一个或更多个可以包括具有金属涂层的非金属纤维。纤维层可以基本上由单独无缠结纤维组成，并且可以特别地以在纤维基质中缺乏导电粒子为标志。然而，层240的组成不限于任何特定的构造、功能特性或密度。
32.纤维层或作为整体的加热元件还可以包括多个穿孔，这相对于在没有这样的穿孔的情况下的类似层增加了纤维层的电阻。纤维层还包括至少两个导电条带(优选地为铜)作为母线。连接至母线的电线使得电压能够被施加至加热器。
33.图3和图4中描绘了示例性安装。图3描绘了示例性隔热天花板构造30，在该示例性隔热天花板构造30中天花板与建筑物的相邻楼层的地板32邻接。地板32可以包括多个层例如底层地板和地板覆盖物(硬木、地毯、瓷砖等，但不受限制)以及其他功能层(衬层、找平层等，但不受限制)。托梁34(例如，标称2
×
4、2
×
6、2
×
8英寸构造的木材、钢梁、铝框架等)支撑邻接的地板，并且接纳将如本文中所描述的加热面板36以及常规建筑物面板37(例如，石膏灰胶纸夹板)紧固的紧固件35(例如，干壁螺钉、钉子等)。隔热材料38填充由托梁34、地板32和天花板面板36、37限定的腔。该构造可能在多层、多户住宅的构造中特别有用，在所述构造中，相邻楼层之间设置有隔热材料，以用于隔音和保温隔热性能。
34.图4描绘了另一示例性天花板构造40，在该另一示例性天花板构造40中隔热层42(例如25mm至30mm厚的矿棉)与加热面板36邻接，而不是常规干壁面板37。在示例性实施方式中，隔热层42可以接合至类似的加热面板，以帮助进一步遏制和引导面板的热输出。
35.应当注意，示例性天花板构造在本文中仅作为示例被描绘，并且本发明不限于任何特定的构造。尽管未示出，但是天花板面板对于在悬吊天花板设计——例如在商业环境中常见的悬吊天花板设计——中使用还是理想的，在该情况下面板可以固定至薄型钢梁。在图3和图4中描绘的实施方式中，如上面所描述的，还可以进行附加的修整，例如在接缝上方施加填料和接缝胶带并且进一步处理以创造具有整体平面配置而无可见接缝或紧固件凹陷的天花板，如本领域中公知的那样。相应地，面板(以及因此相应的导热层)可以被成形为具有从面板的中间区域到边缘成角度的略微倾斜的外围，面板的边缘可以具有略微小于中间区域的厚度，在面板的最厚部分中具有平面中间区域。这种略微的倾斜可以有助于容纳接缝胶带和填料，以覆盖接缝并创造基本上平面的天花板(在平面的标准容差内，正如干壁修整领域中的技术人员所充分理解的那样)。这样的基本上平面的天花板包括连续的可覆盖天花板层(例如，适合于在建筑物面板(包括加热面板和常规建筑物面板)之间涂覆或施加另外的覆盖物而没有可见接缝)。
36.除了石膏板类似物的辐射加热面板的优越热性能以外，另一优点包括即插即用的简单性，使得加热面板能够非常容易地连接至天花板中现有的或新的电力线缆。
37.尽管在本文中参照具体实施方式说明和描述了本发明，但是本发明并不旨在限于所示出的细节。确切地说，在权利要求的等同内容的范畴和范围内并且在不脱离本发明的情况下，可以在细节上进行各种修改。