Die Erfindung betrifft eine Wärmedämmplatte gemäss dem Patentanspruch 1 aus lichtdurchlässigem Material (auch "transparente Isolation" und im folgenden abgekürzt "TI-Platte" genannt).
"Lichtdurchlässig" oder "transparent" soll hier als durchlässig für Sonnenenergie, nicht aber durchsichtig im Sinne von bildtreuer Übertragung verstanden werden. Es handelt sich bei der Erfindung nicht um ein "Fenster", sondern um Wärmeisolationsplatte, die Sonnenenergie (Licht und infrarote Wärmestrahlung) durchlässt, Raumwärme aber zurückhält. Lichtdurchlässige Wärmedämmplatten werden gebraucht, um natürlich beleuchtete Räume und Hallen, z.B. für Fabrikation, Sport und Lagerung zu bauen. Eine nicht erfindungsgemässe Wärmedämmung ist der Glasbaustein, Fig. 1, mit Glaswänden 1 und 3 um isolierende Luft im Innern. Weitere nicht-erfindungsgemässe Wärmedämmplatten sind lichtdurchlässige Doppel- und Trippelstegplatten (Fig. 2) aus Kunstoffwänden 1 und 3.
Weitere TI-Platten im Handel sind Wabenplatten Fig. 3 aus einzelnen Kunststoffröhrchen 4 und Abdeckplatten 1, sowie Schaumstoffplatten Fig. 4 aus lichtdurchlässigen Acryl-Blasen. Einen vergleichbaren technischen Stand, wie TI-Platten, zeigen heute beste drei- und vierfach-verglaste Fenster mit Beschichtungen zur Reflexion der Wärmestrahlung. Sie sind jedoch wesentlich teurer.
Der Hauptnachteil aller TI-Platten, mit Ausnahme der Wabenplatte, besteht darin, dass der einfallende Sonnenstrahl eine Vielzahl von einzelnen Schichten, wie Folien, Platten, Blasen durchqueren muss, wobei jedesmal Strahlung nach aussen zurückreflektiert wird. Ist die Platte dick genug, um die gewünschte Wärmedämmung zu erreichen, dringt nur noch ein Bruchteil der einfallenden Sonnenenergie durch die Platte. Wabenplatten, anderseits weisen den Nachteil auf, dass sie offene Hohlleiter sind, die nicht nur Licht in beiden Richtungen leiten, sondern, in einem geringeren Mass auch infrarote Wärmestrahlung (nebst Luft und Feuchtigkeit), was den Wärmeverlust vergrössert.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, Sonnenenergie-Durchgangsverluste einer TI-Platte (durch Reflexion und Absorption) zu vermindern, ohne die Wärme-Durchgangsverluste zu vergrössern.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die lichtdurchlässige Wärmedämmplatte aus mehreren, aufeinander gestapelten Folien besteht, wobei jede dieser Folien eine durch Ausformungen profilierte Oberfläche besitzt, welche Ausformungen pro Folie gleichförmig sind und mit ihren Mittelachsen senkrecht oder geneigt zur Folienebene verlaufen, und welche Ausformungen die nächste Folie im Stapel distanzieren und stützen, wobei sich jede Ausformung entweder aus ebenen Flächen zusammensetzt oder aus einer gekrümmten Fläche gebildet ist, wobei von den ebenen Flächen jede mit der jeweiligen Mittelachse der Ausformung einen Winkel von weniger als 40 DEG bildet oder bei aus einer gekrümmten Fläche gebildeten Ausformung, der halbe Innenwinkel an der Spitze der Ausformung weniger als 40 DEG beträgt.
Im folgenden werden anhand von Zeichnungen einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1-4 den Stand der Technik.
Fig. 5 Skizze des prinzipiellen Aufbaus einer TI-Platte.
Fig. 6 Querschnitt durch eine spitzwinklig geformte Folie mit geneigter Mittelachsen-Richtung (Winkel beta ).
Fig. 7 Ansicht von zwei Schichten einer TI-Platte mit Zick-Zack-Folien alternierend mit flachen Folien.
Fig. 8 Ansicht von drei Schichten einer TI-Platte mit Zick-Zack-Folien.
Fig. 9a Querschnitt und
Fig. 9b Draufsicht einer Pyramid-TI-Platte mit geneigter Mittelachs-Richtung (Winkel beta ).
Fig. 10a Querschnitt von drei TI-Schichten mit kegelförmigen Ausformungen,
Fig. 10b Draufsicht auf eine Schicht von Fig. 10a und
Fig. 10c Ansicht zweier Folien gemäss Fig. 10a und 10b.
Fig.
11 Ansicht einer TI-Platte mit Pyramiden- und Zick-Zack-Folienstrukturen kombiniert zu "Giebeldach"-Ausformungen.
Fig. 12 Querschnitt durch drei Folienschichten einer TI-Platte mit kleinen Pyramiden und periodisch grösseren Stützpyramiden.
Sämtliche Figuren zeigen bevorzugte Ausführungen erfindungsgemässer TI-Platten, die im folgenden näher beschrieben werden.
Fig. 5 zeigt eine Skizze des prinzipiellen Aufbaus einer erfindungsgemässen TI-Platte. Die Platte besteht aus einem Stapel von geformten, spitzwinkligen Folien 2 (Pyramiden, Kegel, Zick-Zack-und Giebeldach-Ausformungen), die sich aufeinander mit einer Distanz H abstützen. Da die Platten seitlich offen sind, können sie z.B. durch eine Schaumstoffschicht 3 eingeschlossen, sowie durch transparente Deckfolien 1 geschützt werden.
Anhand der Fig. 6 lässt sich die Wirkungsweise der erfindungsgemässen TI-Platte erklären. Jeder einfallende Lichtstrahl 8 wird an der Folienstruktur zum Teil reflektiert, siehe Teilstrahl 22. Je kleiner der Winkel alpha , also je spitzer die Folienstruktur ist, desto grösser ist der Winkelbereich gamma , in welchem der einfallende Lichtstrahl 8 in die Platte hinein und nicht nach aussen reflektiert wird und verloren geht.
Jede erfindungsgemässe TI-Oberfläche mit spitzwinkligen Ausformungen besitzt also einen Bereich gamma , aus welchem die Strahlung reflexionsarm empfangen wird. Daraus ergibt sich der gemessene, etwa auf die Hälfte verminderte Reflexionsverlust. Ausserhalb des reflexionsarmen Bereiches nehmen die Reflexionsverluste zu. Es ist deshalb wichtig, den bevorzugten Winkelbereich so auszurichten durch Wahl der Mittelachs-Richtung 6, dass er mit der Hauptrichtung der Richtung der maximalen Sonnenstrahlung möglichst übereinstimmt, wenn diese am meisten gebraucht wird (z.B. im Winter).
Fig. 7 stellt eine TI-Platte aus gekreuzt gestapelten Zick-Zack-Folien 2, resp. 2 min dar. Die Ausformungen 9 sind mit spitzen Winkeln alpha symmetrisch zur Plattennormalen. Jede Ausformung besteht aus zwei ebenen Folienflächen 16. Der Winkel delta zwischen den Richtungen der Kanten aufeinander folgender Folien 2 und 2 min beträgt in diesem Beispiel 90 DEG .
Zwischen den gekreuzten Zick-Zack-Folien 2 ist eine infra rot-wärmestrahlung-reflektierende Flachfolie eingelegt. Sie wird nahe der inneren Oberfläche der TI-Platte plaziert, um die Strahlungswärmeverluste des warmen Inneren zu reflektieren. Ferner ist ein Teil 12 einer Seitenwand 16 jeder Ausformung 9 durch eine Beschichtung gegen Überhitzung der TI bei hohem Sonnenstand geschützt. Die Beschichtung 12 kann eine gewünschte Fassaden-Wandfarbe oder eine halbtransparent absorbierende Schicht, wie bei einer Sonnenbrille sein. Sie könnte sogar mit zunehmender Strahlungsintensität dunkler werden, d.h. mehr Strahlung absorbieren, wenn diese erprobte Möglichkeit je wirtschaftlich werden sollte.
Eine weitere Zick-Zack-Folien TI-Platte zeigt Fig. 8. Verschieden ist vor allem der kleine Winkel delta zwischen den Kantenrichtungen 13 und 13 min der Folien 2 und 2 min . Eine TI dieser Art mit Kantenrichtung Ost-West an einer Süd-Fassade montiert weist besonders niedrige Reflexionsverluste auf. Kerben 21 können dazu dienen, die Fixierung der auf den Schnittpunkten 10 aufliegenden Folien zu verbessern.
Fig. 9 zeigt eine erfindungsgemässe TI-Platte im Schnitt (Fig. 9a) und im Grundriss (Fig. 9b), deren Ausformung 9 eine schiefwinklige Pyramide mit Grundriss axb ist. Die Folien werden alternierend um 90 DEG in der Plattenebene gedreht gestapelt.
Fig. 10a und Fig. 10b stellt eine TI-Platte im Schnitt und im Grundriss dar, deren Ausformungen 9 Kegel sind, die so nahe nebeneinander liegen, dass ihre Schnittlinien 18 im Grundriss Sechsecke, wie dies die Ansicht Fig. 10c deutlich zeigt. Aufeinander gestapelte Folien 2, 2 min sind abwechselnd in Plattenebene um 90 DEG gedreht. Die unterschiedlichen Abstände der Spitzen gewähren genügend Auflagemöglichkeiten für die Stapelung.
Fig. 11 zeigt einen Grund- und Seitenriss einer weiteren TI-Platte, deren Ausformung 9 eine satteldachartige Form hat, die aus zwei trapezförmigen Dachflächen 16 mit einer Giebelkante 13 und zwei dreieckigen Endflächen 21 gebildet wird. Aufeinander gestapelte Folien stützen sich auf Basis- und Giebelkanten ab. Es ist ferner die Möglichkeit dargestellt, durch Beschichtung 12 einer "Dachhälfte" 16 (oder eines Teils derselben) einen Überhitzungsschutz zu erzielen, wie dies für Fig. 7 erklärt wurde.
In Fig. 12 ist eine TI-Platte mit Ausformungen 9 aufgezeigt, die aus einer Vielzahl kleiner Kegel oder Pyramiden und periodisch grösseren Stützkegeln oder -Pyramiden besteht. Beim Stapeln dieser TI-Platten, stützt sich die obere mit den Basiskanten der kleinen Kegel auf den grossen Kegeln (resp. Pyramiden) ab. Diese Ausführungsform erlaubt mehrschichtige Platten mit infrarot-reflektierenden Folien in gestapelter Konstruktion preiswert herzustellen.
The invention relates to a thermal insulation panel according to claim 1 made of translucent material (also called "transparent insulation" and hereinafter referred to as "TI panel").
"Translucent" or "transparent" should be understood here as permeable to solar energy, but not transparent in the sense of true-to-image transmission. The invention is not a "window", but a heat insulation panel that allows solar energy (light and infrared heat radiation) to pass through, but retains room heat. Translucent thermal insulation panels are needed to cover naturally lit rooms and halls, e.g. build for manufacturing, sports and storage. Thermal insulation which is not according to the invention is the glass block, FIG. 1, with glass walls 1 and 3 around insulating air inside. Further non-inventive thermal insulation panels are translucent double and triple wall panels (FIG. 2) made of plastic walls 1 and 3.
Other TI plates in the trade are honeycomb plates Fig. 3 made of individual plastic tubes 4 and cover plates 1, and foam plates Fig. 4 made of translucent acrylic bubbles. The best triple and quadruple-glazed windows with coatings for reflecting thermal radiation show a comparable technical status as TI panels. However, they are much more expensive.
The main disadvantage of all TI plates, with the exception of the honeycomb plate, is that the incident sunbeam has to traverse a large number of individual layers, such as foils, plates, bubbles, and each time radiation is reflected back outwards. If the panel is thick enough to achieve the desired thermal insulation, only a fraction of the incident solar energy will penetrate through the panel. Honeycomb panels, on the other hand, have the disadvantage that they are open waveguides that not only conduct light in both directions, but, to a lesser extent, also infrared heat radiation (in addition to air and moisture), which increases the heat loss.
The invention is therefore based on the object of reducing solar energy transmission losses of a TI plate (by reflection and absorption) without increasing the heat transmission losses.
According to the invention, this is achieved in that the translucent thermal insulation panel consists of a plurality of foils stacked one on top of the other, each of these foils having a surface profiled by formations, which formations are uniform per film and whose central axes are perpendicular or inclined to the plane of the film, and which formations are Distance and support the next film in the stack, each formation either being composed of flat surfaces or being formed from a curved surface, each of the flat surfaces forming an angle of less than 40 ° with the respective central axis of the formation or in the case of a curved one Surface formed formation, the half inner angle at the tip of the formation is less than 40 °.
Some exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to drawings. Show it
Fig. 1-4 the prior art.
Fig. 5 sketch of the basic structure of a TI plate.
Fig. 6 cross section through an acute-angled film with an inclined central axis direction (angle beta).
Fig. 7 View of two layers of a TI plate with zigzag films alternating with flat films.
Fig. 8 view of three layers of a TI plate with zigzag films.
Fig. 9a cross section and
Fig. 9b top view of a pyramid TI plate with an inclined central axis direction (angle beta).
10a cross section of three TI layers with conical shapes,
Fig. 10b top view of a layer of Fig. 10a and
10c view of two foils according to FIGS. 10a and 10b.
Fig.
11 View of a TI panel with pyramid and zigzag foil structures combined to form "gable roof" shapes.
12 cross section through three film layers of a TI plate with small pyramids and periodically larger supporting pyramids.
All figures show preferred embodiments of TI plates according to the invention, which are described in more detail below.
5 shows a sketch of the basic structure of a TI plate according to the invention. The plate consists of a stack of shaped, acute-angled foils 2 (pyramids, cones, zigzag and gable roof formations) which are supported on one another at a distance H. Since the panels are open on the side, they can e.g. enclosed by a foam layer 3 and protected by transparent cover films 1.
The mode of operation of the TI plate according to the invention can be explained on the basis of FIG. 6. Each incident light beam 8 is partially reflected on the film structure, see partial beam 22. The smaller the angle alpha, that is, the more acute the film structure, the greater the angular range gamma in which the incident light beam 8 enters the plate and not to the outside is reflected and lost.
Each TI surface according to the invention with acute-angled shapes thus has a region gamma from which the radiation is received with little reflection. This results in the measured reflection loss, reduced by about half. Outside the low-reflection area, the reflection losses increase. It is therefore important to align the preferred angular range by choosing the central axis direction 6 so that it corresponds as closely as possible to the main direction of the direction of the maximum solar radiation when it is used most (e.g. in winter).
Fig. 7 shows a TI plate made of crossed stacked zigzag films 2, respectively. 2 min. The formations 9 are alpha symmetrical to the plate normal with acute angles. Each formation consists of two flat film surfaces 16. In this example, the angle delta between the directions of the edges of successive films 2 and 2 min is 90 °.
Between the crossed zigzag films 2, an infrared red heat-reflecting flat film is inserted. It is placed near the inner surface of the TI plate to reflect the radiant heat loss from the warm interior. Furthermore, part 12 of a side wall 16 of each formation 9 is protected by a coating against overheating of the TI when the sun is high. The coating 12 can be a desired facade wall color or a semi-transparent absorbent layer, such as in sunglasses. It could even get darker with increasing radiation intensity, i.e. absorb more radiation if this tried and tested option ever becomes economical.
A further zigzag film TI plate is shown in FIG. 8. The main difference is the small angle delta between the edge directions 13 and 13 min of the films 2 and 2 min. A TI of this type with an east-west edge mounted on a south facade has particularly low reflection losses. Notches 21 can serve to improve the fixation of the foils resting on the intersection points 10.
FIG. 9 shows a TI plate according to the invention in section (FIG. 9a) and in plan (FIG. 9b), the shape 9 of which is an oblique-angled pyramid with plan axb. The foils are alternately stacked rotated by 90 ° in the plate plane.
10a and 10b illustrate a TI plate in section and in plan, the formations of which are 9 cones which are so close to one another that their section lines 18 in the plan are hexagons, as is clearly shown in FIG. 10c. Stacked foils 2, 2 min are rotated alternately in the plate plane by 90 °. The different spacing of the tips provide enough support for stacking.
11 shows a plan and side elevation of a further TI plate, the shape 9 of which has a gable roof-like shape, which is formed from two trapezoidal roof surfaces 16 with a gable edge 13 and two triangular end surfaces 21. Stacked foils are supported on the base and gable edges. It is also shown the possibility of achieving overheating protection by coating 12 of a “roof half” 16 (or a part thereof), as was explained for FIG. 7.
FIG. 12 shows a TI plate with formations 9, which consists of a large number of small cones or pyramids and periodically larger supporting cones or pyramids. When stacking these TI plates, the top with the base edges of the small cones is supported on the large cones (or pyramids). This embodiment allows multilayer plates with infrared-reflecting films in a stacked construction to be produced inexpensively.