DE102004014248A1

DE102004014248A1 - Regulierbares Unterdruckisolationspaneel (RUdlP)

Info

Publication number: DE102004014248A1
Application number: DE102004014248A
Authority: DE
Inventors: Erhan Gencer; Oliver Haubach
Original assignee: Gencer Erhan Dr; Haubach Oliver Dipl-Ing (fh)
Current assignee: Gencer Erhan Dr; Haubach Oliver Dipl-Ing (fh)
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Es wird ein Unterdruckisolationspaneel beschrieben, das aus einem tragenden, formstabilen und schlecht wärmeleitenden Material gefertigt, durch eine Vakuumpumpe entleert und nachhaltig unter einem durch den Regler vorgegebenen Wert gehalten wird. Der Unterdruck wird gesenkt, wenn die Isolationsansprüche geringer sind, um eine Materialermüdung der Umhüllung sowie der tragenden Struktur zu verhindern. DOLLAR A So wird eine flexible Anpassung an variierende Umgebungsbedingungen möglich. DOLLAR A Die Paneele sind modular miteinander über Verbindungsleisten mit Einweg-Ventilen verbunden, um eine Flutung mit Gas in Gegenrichtung verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft nach Anspruch (1) ein kostengünstiges und modulares Isolations-Paneel unter regulierbarem Unterdruck, das durch ein System von Ventilen und einen Druckregler an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist, die den erforderlichen Unterdruck erzeugen und langfristig beibehalten kann. Die Erfindung eignet sich besonders für den Baubereich, wo sowohl hohe Ansprüche an die thermische Isolation, als auch an die wirtschaftliche Realisierbarkeit gestellt werden.

Bisher sind drei unterschiedliche Bauformen von Vakuumisolationspaneelen (VIP) bekannt. Unter die erste Kategorie fallen VIPs, die aus einem gasdichten Kunststoff, Kunststoffverbund (überwiegend mit PE oder PP als Hauptelemente) oder einer Kunststoff-Metall-Verbund-Folie als Umhüllung und aus einer porösen und formstabilen Füllung wie Kieselsäure, Blähglas oder Glasfasern bestehen, die in Evakuierungskammern entleert werden und deren Umhüllung geschweißt wird. (z.B. siehe Zeitschrift „Die Kälte- und Klimatechnik" 10/1992 und Patent DE 40 29 405 ). Diese Bauart hat die Nachteile, dass a) bei größeren Flächen als ca. 1qm die Evakuierung der Kammern zu technischen, statischen und wirtschaftlichen Schwierigkeiten führt, b) Folien-Umhüllungen anfällig für physikalische Störfaktoren sind, c) Befestigungsmöglichkeiten fehlen, d) diese bei mechanischer Kraftbeaufschlagung nur eingeschränkt formstabil bleibt, e) sie aufgrund der hohen Diffusionsraten von begrenzter Lebensdauer sowie kostenaufwändig herzustellen ist. Unter die zweite Kategorie fallen die VIPs, die aus einer Metall-Umhüllung mit leerem Zwischenraum bestehen. Die Formstabilität und die Gas- und Wasserdampfdichtigkeit können durch Metall (Stahl oder Edelstahl) besser gewährleistet werden. Diese Paneele haben dafür andere Nachteile: höhere Wärmeverluste durch metallische Wärmebrücken in den Randbereichen. Es entsteht zudem ein höherer Kostenaufwand.

Eine andere Bauart von VIPs wird aus zwei unterschiedlichen Umhüllungsmaterialien gefertigt, um die Problematik der hohen Wärmeverluste in den Randbereichen zu lösen: die Deckplatten bestehen aus einem formstabilen Material wie Stahl, während die Randmaterialien formstabil, gasdicht und schlecht wärmeleitend ausgeführt werden. Die unterschiedlichen Werkstoffe werden miteinander gasdicht und formstabil verbunden, evakuiert und versiegelt. Diese Methode bietet noch immer keinen kostengünstigen und flexiblen Lösungswunsch.

Für einen technisch sinnvollen Einsatz im Baubereich werden bei hochwertigen Unterdruckisolationspaneelen folgende Eigenschaften gefordert:

• Geringe Wärmedurchlässigkeit der Umhüllung,
• Formstabilität,
• Gewährleistung des Unterdrucks über eine lange Lebensdauer (mind. 20 Jahre)
• Regulierbarkeit des Unterdrucks, so dass o die Materialermüdung verhindert werden kann, o eine flexible Anpassung an variierende Umgebungsbedingungen möglich wird,
• Druckstabilität,
• Leichte Verarbeitung,
• Modularität,
• Möglichkeit der großflächigen Bauform sowie unterschiedlicher Geometrien (kreisförmig oder dreieckig sowie herkömmlich rechteckig usw.)
• Einsatzmöglichkeit als lichtdurchlässiges, aber hochisolierendes Wandelement
• Niedrige Herstellungs- und Wartungskosten.

Unsere Aufgabenstellung entspricht diesen Anforderungen und die Lösung lautet: Regulierbares Unterdruckisolationspaneel (RUdIP).

Beschreibung des Regulierbaren Untenrdruckisolationspaneels (RUdIP):

o Die Umhüllung: wird aus einem geeigneten Kunststoff- bzw. Kunststoffverbundmaterial hergestellt, sodass die gesamte Umhüllung durch das gleiche Material formstabil hergestellt wird. Die Deckplatten(1) werden so gepresst hergestellt, dass eine die Formstabilität erhöhende Gitterstruktur(2) auf der Paneelaußenseite entsteht (Siehe 1: Querschnitt des Paneels und 2: Draufsicht des Paneels). Die Dimensionierung dieser Gitterstruktur ist so zu berechnen, dass die durch den Unterdruck von mindestens 0,95 bar (entspricht 0,05 bar absolutem Druck) hervorgerufenen Biegemomente aufzunehmen sind.
o Die Gitterstruktur auf der Deckplatte bietet auch einen Haftgrund für Putz, wenn das RUdIP als Wandelement eingesetzt wird.
o Die gitterstrukturierte(n) Deckplatte(n) kann(können) auch mit Glasscheiben verbunden werden, um RUdIP als Lichtwandelement einzusetzen.
o Die gitterstrukturierte(n) Deckplatte(n) kann(können) auch mit Verkleidungsmaterialien (Holzplatten, Mehrschichtplatten, Alupaneelen etc.) verbunden werden, um RUdIP als Isolations- und Verkleidungselement einzusetzen.
o Bei größeren Spannweiten des RUdIPs werden Abstandshalter(3) innerhalb des Paneels eingesetzt. Diese werden X-förmig (3: Schnitt X-förmigen Abstandshalter) ausgebildet und aus Stoffen mit höherem Wärmewiderstand hergestellt (z.B. Keramik). Diese X-Form gewährleistet einen sehr kleinen Querschnitt in der Mitte des Paneels, so dass die Wärmeübertragung von einer Seite des RUdIPs zu der anderen Seite zu vernachlässigen bleibt.
o An der zu evakuierenden Seite des RUdIPs befindet sich eine Abschlussleiste(4) mit Einweg-Ventilen(5) und einer als Auslaß dienenden Anschlußhülse(6) zu der Vakuumpumpe(7). (Siehe 4: Draufsicht Abschlussleiste). Die Aufgabe der Abschlussleiste ist, zu gewährleisten, dass das Paneel immer auf dem Unterdrucksniveau bleibt, das durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Diese Leiste kann aus Metall ausgebildet werden und muss außerhalb der zu isolierenden Fläche liegen, um Wärmebrücken zu vermeiden.
o Eine Vakuumpumpe wird in Verbindung mit einem Unterdruckregler (mechanisch oder elektronisch betrieben) das Isolationssystem nach den Soll-Wert des Reglers evakuieren und auf diesem Unterdruckpegel halten. Die Pumpe wird vorzugsweise mit Solarstrom betrieben.
o Die Regulierung des Unterdrucks hat so zu erfolgen, dass bei Unterschreitung einer definierten Temperaturdifferenz zwischen der zur Gebäudeinnen- bzw. außenseite ausgerichteten Oberfläche des RUdIPs der Unterdruck so gesenkt wird, dass der U-Wert sich dementsprechend verringert. Diese Regulierung ist wichtig, um die Stoffe der Umhüllung zu entlasten, wenn die Isolationsansprüche nicht so hoch sind.
o Es wird möglich, mehrere RUdIPs miteinander über eine Nut-und-Feder-Einrichtung(8) zu verbinden (siehe 5: Draufsicht Modulare Verbindung). Diese Verbindung verfügt ebenfalls über Einweg-Ventile(5), die die Evakuierung in eine Richtung ermöglichen, aber eine Flutung mit Gas in Gegenrichtung verhindern (siehe 6: Querschnitt Nut-Feder-Verbindung). Diese Einweg-Einrichtung soll, wenn ein RUdIP-Element in dem verbundenen System ausfallen sollte, verhindern, dass sich alle restlichen Elemente auch füllen und damit ausfallen.
o Die Verbindung soll gasdicht und druckstabil ausgebildet werden. Diese Aufgabe wird beispielsweise dadurch gelöst, dass das Einweg-Ventil in eine Gummiöffnung(9) eingesetzt wird. Die Gummiöffnung zieht sich unter dem Unterdruck zusammen und schließt gasdicht ab.
o Die Größe und Form der einzelnen RUdIPs kann variabel gestaltet werden. Durch diese Methode der Evakuierung ist es möglich, eine gesamte Wandfläche mit einem RUdIP zu decken bzw. auszubilden. Mit dieser Methode ist es auch möglich, dreieckige oder kreisförmige sowie Polygone, elliptische oder gewölbte Flächen mit einem Vakuum zu isolieren; die geometrische Ausprägung ist, unter Berücksichtigung der Statik, beliebig.
o RUdIP bietet des weiteren die Möglichkeit, Isolierflächen komplett lichtdurchlässig (oder halb-transluzent) auszubilden. Dieses ist z.B. für Passivhaus-Bauweise von großer Bedeutung, wo die Nordwände sehr effektiv isoliert und trotzdem mit genug Lichtdurchgang ausgestattet werden können. Diese Möglichkeit ist auch für Gewächshäuser sehr wichtig, da dort die Energieverluste enorm sind. Weitere Einsatzbereiche sind industrielle Bauten und Wintergärten.
o Die Wartung des RUdIP: Falls aufgrund einer äußeren Einwirkung ein Loch/Riss auf der Deckplatte des RUdIP entsteht und sich dadurch ein Element mit Luft füllt, wird dieses Geschehen durch die ständige Belastung an der Vakuumpumpe unmittelbar registriert. Ein Signal meldet dem Regler, daß ein Leerlaufen der Pumpe durch einen Defekt an den RUdIP-Elementen hervorgerufen wurde, indem ein Alarm ausgelöst wird. Das Element, das defekt ist, kann durch das Einweg-Ventilsystem zurückverfolgt und lokalisiert werden. Die Wartung findet statt, indem man entweder das Loch von außen mit einem reißfesten, druck- und formstabilen und nicht-gasdurchlässigen Material zuklebt und/oder die Oberfläche mit einem Kunststoffkleber vulkanisiert oder das defekte Element komplett austauscht.

Claims

Regulierbares Unterdruckisolationspaneel, gefertigt aus einer Kunststoff- (bzw.Kunststoffverbund-) Umhüllung, beispielsweise PP (=Polypropylen) oder PMMA oder einem anderen, tragenden, formstabilen und schlecht wärmeleitenden Material, beispielsweise einer Fulleren- oder einer Keramikverbindung, so ausgebildet, dass es an den Aussenseiten der Deckplatten(1) tragende Gitterstrukturen(2) aufweist, die durch ein integriertes oder befestigtes Material, beispielsweise Metall (bzw. -draht), verstärkt werden können, mit Abstandshaltern(3) (aus nicht wärmeleitendem Material) innerhalb des Paneels versehen ist und mit einer Abschlussleiste(4) auf dem evakuierenden Rand mit Einweg-Ventilen(5) ausgestattet ist, die mit einer Vakuumpumpe(7) und einem Unterdruckregler verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Paneel durch diese Vakuumpumpe nach dem Soll-Unterdruckwert des Reglers entleert und nachhaltig bei diesem Wert unter Unterdruck gehalten wird, und dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck innerhalb des Paneels regulierbar ist, und dadurch gekennzeichnet, dass die Paneele modular miteinander über Verbindungsleisten (8) mit Einweg-Ventilen(5) verbunden und entleert und unter den erwünschten Unterdruck gesetzt werden können.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatten(1) bei der Herstellung so gepresst oder gegossen werden, dass eine die Formstabilität erhöhende Gitterstruktur(2) auf der Paneelaußenseite entsteht (Siehe 1: Querschnitt des Paneels und 2: Draufsicht des Paneels). Die Dimensionierung dieser Gitterstruktur ist so zu berechnen, dass die durch den Unterdruck von mindestens 0,95bar (entspricht 0,05 bar absolutem Druck) hervorgerufenen Biegemomente aufzunehmen sind.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter(3), die innerhalb des Paneels eingesetzt werden, X-förmig (3: Schnitt X-förmiger Abstandshalter) ausgebildet und aus Stoffen mit höherem Wärmewiderstand (z.B. Keramik) hergestellt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die X-Form im Zentrum nicht durchgehend ausgeführt sein muß, sondern gegebenenfalls als separater, geometrisch geeigneter Haltepunkt für das Auffangen der Kräfte dienen kann.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die tragenden Gitterstrukturen(2) nicht auf die Aussenseiten der Deckplatten(1) beschränkt sein müssen, sondern Teil der Deckplatten sein können und in den Innenraum überlappen können und/oder die Oberfläche des Raumgitters plan oder aus statischen Gründen gewölbt sein kann und die Abstandshalter(3) nicht zwingend notwendig sein müssen.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich an der zu evakuierenden Seite des RUdIP-Elementes oder des verbundenen Systems von RUdIPs eine Abschlussleiste(4) mit Einweg-Ventilen(5) und einer als Auslaß dienenden Anschlußhülse(6) zu der Vakuumpumpe(7) befindet. (Siehe 4: Draufsicht Abschlussleiste). Die Aufgabe der Abschlussleiste ist, zu gewährleisten, dass das Paneel immer auf dem Unterdrucksniveau bleibt, das durch die Vakuumpumpe erzeugt wird. Diese Leiste kann aus Metall ausgebildet werden und muss außerhalb der zu isolierenden Fläche liegen, um Wärmebrücken zu vermeiden.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das System einen vereinfachten Aufbau bezüglich der Regulierbarkeit des Unterdrucks haben kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drucksensor die Ein- und Ausschaltfunktion der Vakuumpumpe übernimmt und bei Übersteigen eines definierten Wertes eine Meldeleuchte einschaltet.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierflächen komplett lichtdurchlässig oder halb-transluzent oder opak ausführbar sind und dadurch gekennzeichnet, daß lichtdurchlässige oder halb-transluzente Module koloriert oder strukturiert oder gemustert bzw. opake Module Oberflächen-strukturiert oder beschichtet, als Haftgrund für Putz oder mit Verkleidungsmaterialien verbunden ausgeführt werden können und dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung und die Stützstruktur aller Bauformen, unabhängig davon, welche Materialien eingesetzt werden, mehrschichtig ausgeführt werden kann.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Form, beispielsweise dreieckig, kreisförmig, polygon, elliptisch oder gewölbt, der einzelnen RUdIPs, unter Berücksichtigung der Statik, beliebig ist.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere RUdIPs miteinander, beispielsweise über eine Nut-und-Feder-Einrichtung(8) oder eine andere, geeignete Anschlußtechnik„ verbunden werden können verbinden (siehe 5: Draufsicht Modulare Verbindung). Diese Verbindung verfügt ebenfalls über Einweg-Ventile(5), die die Evakuierung in eine Richtung ermöglichen, aber eine Flutung mit Gas in Gegenrichtung verhindern (siehe 6: Querschnitt Nut-Feder-Verbindung).
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung ein- oder mehrschalig, gepreßt oder vergossen, hergestellt werden kann und die Abdichtung der Schalen sowie der Module untereinander sowie der Ventilsitze durch ein geeignetes Material oder eine Materialkombination, beispielsweise eine Gummierung, hergestellt wird.
Regulierbares Unterdruckisolationspaneel nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle eines Defektes an einem RUdIP eine einfache und kostensparende Wartung erfolgen kann. Falls aufgrund einer äußeren Einwirkung ein Loch/Riss auf der Deckplatte eines RUdIP entsteht und sich dadurch ein Element mit Luft füllt, wird dieses Geschehen durch die ständige Belastung an der Vakuumpumpe unmittelbar registriert. Ein Signal meldet dem Regler, daß ein Leerlaufen der Pumpe durch einen Defekt an den RUdIP-Elementen hervorgerufen wurde, indem ein Alarm ausgelöst wird. Das Element, das defekt ist, kann durch das Einweg-Ventilsystem zurückverfolgt und lokalisiert werden. Eine sensorische, detaillierte Meldung, eine zeitliche Erfassung der sich öffnenden Ventile ist zum Auffinden der Defekts ebenso möglich wie eine Einleitung von farbigem Gas und/oder der Einsatz von Revisionsfenstern. Die Wartung findet statt, indem man entweder das Loch von außen mit einem reißfesten, druck- und formstabilen und nicht-gasdurchlässigen Material zuklebt und/oder die Oberfläche mit einem Kunststoffkleber vulkanisiert oder das defekte Element komplett austauscht.