DE19629237C2 - Device for temperature-dependent shading of components - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Verschattung von Bauelementen, z. B. Solarkollektoren und Gebäudeteilen, TWD-Fassaden, Fenster oder Fensterelementen; man erreicht damit einen Überhitzungsschutz bei zu hoher Sonneneinstrahlung.The invention relates to a device for temperature-dependent shading of Components, e.g. B. solar collectors and building parts, TWD facades, windows or window elements; one achieves overheating protection if the temperature is too high Sun exposure.
Eine zweite Anwendung ist die der Tageslicht-Lenkung für Fensterelemente. Eine weitere Anwendung ist die Isolierung von Solarkollektoren.A second application is that of daylight control for window elements. A Another application is the insulation of solar collectors.
Das energetische Potential der Sonne als Wärme- und Lichtquelle hat zur Entwicklung von thermischen Komponenten wie Solarkollektoren und Hausfassaden mit transparenter Wärmedämmung (TWD) angeregt, sowie den Trend zur "gläsernen Architektur" eingeläutet, mit großzügig dimensionierten Spezialfenstern oder Tageslichtelementen. Mittlerweile sind die erreichten Wirkungsgrade so gut, daß es für Zeiten hoher Einstrahlung spezieller Vorrichtungen bedarf, um hohe Temperaturen und möglichen Schaden am System abzuwenden.The energetic potential of the sun as a source of heat and light has Development of thermal components such as solar collectors and house facades stimulated with transparent thermal insulation (TWD), as well as the trend towards "glass Architecture "ushered in, with generously dimensioned special windows or Daylight elements. In the meantime, the efficiency levels achieved are so good that it For times of high irradiation, special devices are required to achieve high Prevent temperatures and possible damage to the system.
Zur Zeit gibt es keine geeignete Vorrichtung zum Schutz von Solarkollektoren gegen Überhitzung; deshalb dürfen im gesamten Aufbau nur hochtemperaturbeständige und damit teure Materialien verwendet werden (Metall, Glas, Holz). Mit der Verfügbarkeit einer geeigneten Technik rückt die Serienfertigung von Kollektoren aus Kunststoff in greifbare Nähe, verbunden mit einem erheblichen Preisverfall pro m2 installierte Fläche.There is currently no suitable device for protecting solar collectors against overheating; therefore only high temperature-resistant and therefore expensive materials (metal, glass, wood) may be used in the entire structure. With the availability of suitable technology, the series production of plastic collectors is within reach, combined with a considerable drop in prices per m 2 of installed space.
In Fassaden und Fenstern kommen Verschattungssysteme zum Einsatz. Eine Übersicht diesbezüglich bietet z. B. der Beitrag "Verschattungsvorrichtungen an Gebäuden - optische und thermische Auswirkungen" von A. Raicu, H. R. Wilson und V. Wittwer aus der Reihe "Innovative Lichttechnik in der Architektur" des Ostbayerischen Technologie Transfer Instituts (OTTI). Tab. 1 zeigt eine Klassifizierung denkbarer Maßnahmen.Shading systems are used in facades and windows. A Overview in this respect offers z. B. the contribution "shading devices Buildings - Optical and Thermal Effects "by A. Raicu, H. R. Wilson and V. Wittwer from the "Innovative lighting technology in architecture" series by East Bavarian Technology Transfer Institute (OTTI). Tab. 1 shows one Classification of conceivable measures.
Statische Verschattungssysteme reduzieren den Gesamtertrag in erheblichem Maße oder haben sehr geringen Schalthub. Dynamische Systeme auf mechanischer Basis sind teuer in Anschaffung und Wartung; auch bergen sie ein hohes Ausfallsrisiko. Schaltbare Schichten (elektrochrom, thermochrom, thermotrop) befinden sich noch in der F Phase; eine Reihe von Fragen und Problemen im Zusammenhang mit Wirkungsgrad, Schalthub, Langzeitstabilität und Serienfertigung sind noch ungelöst.Static shading systems reduce the total yield considerably or have a very low switching stroke. Dynamic systems on a mechanical basis are expensive to buy and maintain; they also harbor a high risk of failure. Switchable layers (electrochromic, thermochromic, thermotropic) are still in the F phase; a number of questions and issues related to Efficiency, switching stroke, long-term stability and series production are still unsolved.
Im Fensterbereich ist reine Verschattung oftmals unerwünscht. Diffuses Licht, wie es z. B. ein bedeckter Himmel anbietet, soll möglichst ungehindert in den Raum. Direktes Sonnenlicht hingegen soll, besonders in der warmen Jahreszeit, zum großen Teil reflektiert werden, zum Teil für eine blendungsfreie Raumbeleuchtung sorgen. Pure shading is often undesirable in the window area. Diffuse light like it e.g. B. offers an overcast sky, should be as unhindered as possible in the room. Direct Sunlight, on the other hand, is said to be largely, especially in the warm season be reflected, partly ensure glare-free room lighting.
Die Nachfrage für aktive lichtlenkende Fensterelemente ist groß, aber die gegenwärtig verfügbaren Produkte können immer nur einen Teil der Anforderungen erfüllen. Elektrisch verstellbare Lamellen sind aufwendig, einfache infrarot-aktiv beschichtete Scheiben können nicht auf unterschiedliche Einstrahlungsbedingungen reagieren.The demand for active light-directing window elements is great, but that Products currently available can only meet part of the requirements fulfill. Electrically adjustable slats are complex, simple infrared active coated panes cannot respond to different irradiation conditions react.
Aus der EP 0 369 080 geht ein Vielschichtsystem hervor, das wenigstens eine Folie vorsieht, die in einem gedehnten Zustand, in dem die Folie etwa zwischen 4 bis 15% ihrer ursprünglichen Länge gedehnt ist, mit einer zweiten Folie laminiert wird. Die durch den gedehnten Zustand eingebrachte Vordehnung hat zur Folge, daß das Laminat im entspannten Zustand aufgerollt ist. Um das Laminat zu entrollen, muß eine äußere Kraft beispielsweise manueller Natur aufgebracht werden. Auf diese Weise kann jedoch nur ein Schaltvorgang automatisch durchgeführt werden, beispielsweise der Vorgang des Zusammenrollens beim Lösen einer Haltevorrichtung. In der Druckschrift wird lediglich ausgeführt, daß das Vielfachschichtsystem seine Eigenschaft des selbsttätigen Zusammenrollens auch dann nicht verliert, wenn das Schichtsystem längere Zeit Sonnen- und/oder Wärmestrahlung ausgesetzt ist.EP 0 369 080 discloses a multilayer system that has at least one film provides in a stretched state in which the film is between about 4 to 15% is stretched to its original length, is laminated with a second film. The As a result of the pre-stretch introduced by the stretched state, the Laminate is rolled up in the relaxed state. To unroll the laminate, you have to an external force, for example of a manual nature, can be applied. To this However, only one switching operation can be carried out automatically, for example the process of curling up when loosening one Holding device. The publication only states that the Multi-layer system also has its property of self-rolling then does not lose if the layer system sun and / or for a long time Is exposed to heat radiation.
Aus Entgegenhaltung der DE 26 17 577 A1 geht eine Blende hervor, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 9a, b, der Druckschrift als Sonnenschutzvorrichtung beispielsweise für ein Fenster ausgebildet sein soll. Hierbei weist die Blende ein Zweischichtsystem auf, das aus zwei Schichten besteht, die jeweils unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen. Ein ähnlicher Aufbau geht aus der Druckschrift DE 27 09 207, bezugnehmend auf die Fig. 1 und 2 hervor.From document DE 26 17 577 A1, a screen emerges which, in the embodiment according to FIGS. 9a, b, of the publication is designed as a sun protection device, for example for a window. Here, the screen has a two-layer system, which consists of two layers, each with different coefficients of thermal expansion. A similar structure is apparent from the document DE 27 09 207, with reference to FIGS. 1 and 2.
Die in den vorstehend genannten Druckschriften beschriebenen Verformungsvorgänge basieren auf dem an sich bekannten "Bimetall-Effekt", bei dem das Ausdehnungsverhalten der einzelnen Materialien isotrop ist, wodurch keine Vorzugsrichtung bei der Ausdehnung vorhanden ist. Those described in the above-mentioned publications Deformation processes are based on the known "bimetal effect", in which the expansion behavior of the individual materials is isotropic, which means none Preferred direction in the expansion is present.
Der vorstehend genannte "Bimetall-Effekt" kann lediglich für Lamellenanordnungen angewendet werden, deren Längen-Breiteverhältnis sehr groß ist. Soll hingegen eine Verschattungseinrichtung in etwa die Fläche des zu verschattenden Bereiches haben, und beispielsweise ein Längen-Breiteverhältnis von eins aufweisen, so würde sich eine auf dem "Bimetall-Effekt" beruhende Verschattungseinrichtung nicht in der gewünschten Weise um nur eine Achse verformen, sondern sich in der Fläche verwerfen.The above-mentioned "bimetal effect" can only be used for lamella arrangements be used, the length-width ratio is very large. Should, however, one Shading device approximately the area of the area to be shaded would have, and for example have a length-width ratio of one, so would a shading device based on the "bimetal effect" is not in the deform the desired way around only one axis, but in the surface discard.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Verschattung von Solarkollektoren, Gebäudeteilen, Fenstern oder Fensterelementen oder zur Lichtlenkung für Fensterelemente zu schaffen, die ohne Fremdenergie auskommt, automatisch reagiert und einfach zu realisieren ist.The object of the invention is to provide a device for shading solar collectors, Building parts, windows or window elements or for directing light for Creating window elements that do not require external energy automatically responds and is easy to implement.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.According to the invention, this object is achieved by claim 1. Beneficial Refinements of the device are characterized in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine Einrichtung zur temperaturabhängigen Verschattung von Bauelementen, vorzugsweise von Solarkollektoren und Gebäudeteilen, Transparenter-Wärmedämmungs-Fassaden, Fenster oder Fensterelementen, und/oder zur Lichtlenkung durch Fensterelementen, dadurch ausgebildet, dass eine infolge höherer Temperatur in mindestens eine Richtung bewegbare Doppelschicht und eine mittels derselben vor das zu verschattende Bauelement bewegbare optische Schicht vorgesehen ist, die mindestens teilweise entweder transparent oder reflektierend oder absorbierend ausgebildet ist und eine ebenso große Fläche aufweist wie das zu verschattende Bauelement, daß die Doppelschicht aus einer einachsig gereckten Kunststoffolie und einer ungereckten oder zweiachsig gereckten Folie des gleichen oder eines ähnlichen Materials, z. B. Polyamid, oder die Folie aus einer spiegelnden Metallfolie oder einer Isolierschicht besteht, und daß die einachsig gereckte Kunststoffolie in Reckrichtung einen Längenausdehnungskoeffizient aufweist, der sich vom Längenausdehnungskoeffizient der Folie lediglich in Reckrichtung der Kunststoffolie möglichst stark unterscheidet. Eine derartige erfindungsgemäße Einrichtung wird nachstehend als Thermo-Lichtschalter (TLS) bezeichnetAccording to the invention, a device for temperature-dependent shading of Components, preferably of solar collectors and parts of buildings, Transparent thermal insulation facades, windows or window elements, and / or for guiding light through window elements, characterized in that a double layer movable in at least one direction due to higher temperature and one that can be moved in front of the component to be shaded by means of the same Optical layer is provided, which is at least partially either transparent or is designed reflective or absorbent and an equally large area has as the component to be shaded that the double layer from a uniaxially stretched plastic film and an unstretched or biaxially stretched Foil of the same or a similar material, e.g. B. polyamide, or the film a reflective metal foil or an insulating layer, and that the uniaxial stretched plastic film in the stretching direction a coefficient of linear expansion has, which differs from the coefficient of linear expansion of the film only in The stretch direction of the plastic film differs as much as possible. Such The device according to the invention is hereinafter referred to as a thermal light switch (TLS) designated
Der beabsichtigte großflächige Schalteffekt wird erzielt durch den kollektiven Schaltvorgang vieler benachbarter TLS-Elemente.The intended large-area switching effect is achieved by the collective Switching process of many neighboring TLS elements.
Ein TLS-Element besteht aus einer thermisch aktiven Doppelschicht und einer optischen Komponente.A TLS element consists of a thermally active double layer and a optical component.
Die thermisch aktive Doppelschicht (Abb. 1) besteht aus zwei Kunststoffschichten (1 und 2), z. B. eine Kombination von einachsig gereckter Polyamidfolie (1) und einer normalen, (d. h. ungereckten oder 2-achsig gereckten) Folie gleichen Materials (2). Die beiden Schichten haften fest aneinander. Ob die Doppelschicht transparent, reflektierend oder absorbierend ausgeführt wird, hängt von der Gesamt-Konzeption des Schaltelements ab (siehe dazu §4).The thermally active double layer ( Fig. 1) consists of two plastic layers ( 1 and 2 ), e.g. B. a combination of uniaxially stretched polyamide film ( 1 ) and a normal, (ie unstretched or 2-axis stretched) film of the same material ( 2 ). The two layers stick together. Whether the double layer is transparent, reflective or absorbent depends on the overall design of the switching element (see §4).
Einachsig gereckte Kunststoffe (1) haben die Eigenschaft, ihre Elastizitätskonstante in der Reckrichtung bei Erwärmung zu vergrößern (wegen der temperaturabhängigen Entropieelastizität) und somit in einer Richtung zu schrumpfen. Die isotrope Schicht (2) reagiert nur schwach auf die Erwärmung. Somit zeigt die Doppelschicht bei Temperaturänderung eine Spannung quer zur Oberfläche, die die zylindrische Krümmung ändert (Prinzip des Bimetallthermometers). In dieser Anordnung reicht eine schwache und damit voll reversible Längenkontraktion der Schicht (1), um die Form des Elements in hohem Maße zu verändern. Abb. 1 zeigt das Prinzip der thermoelastischen Verformung, oben der normale, unten der überhitzte Zustand.Uniaxially stretched plastics ( 1 ) have the property of increasing their elastic constant in the stretching direction when heated (due to the temperature-dependent entropy elasticity) and thus shrinking in one direction. The isotropic layer ( 2 ) reacts only weakly to the heating. When the temperature changes, the double layer shows a tension across the surface that changes the cylindrical curvature (principle of the bimetal thermometer). In this arrangement, a weak and thus fully reversible contraction in length of the layer ( 1 ) is sufficient to change the shape of the element to a large extent. Fig. 1 shows the principle of thermoelastic deformation, the normal state above, the overheated state below.
Eine für die Anwendung ausreichende Verformung auf einer Länge im Bereich 1-3 cm ist besonders vorteilhaft durch einen extremen "mismatch" der Längenausdehnungskoeffizienten der beiden Materialien zu erreichen. Würde aber der gleiche, hohe "mismatch" auch in Querrichtung vorliegen (wie beim klassischen Bimetall-Element), dann käme es bei dieser Geometrie nicht zu der gewünschten Krümmung, sondern zu einer unkontrollierbaren Verschrumpelung. A sufficient deformation for the application over a length in the range of 1-3 cm is particularly advantageous due to an extreme "mismatch" of the To achieve linear expansion coefficients of the two materials. But would the same high "mismatch" is also present in the transverse direction (as in the classic Bimetal element), then this geometry would not produce the desired one Curvature, but to an uncontrollable shrinkage.
Durch die Verformung der thermisch aktiven Doppelschicht wird die optische Komponente verformt oder bewegt. Verformung wird erreicht, wenn die thermisch aktive Doppelschicht (Abb. 1) eine zusätzliche reflektierende oder absorbierende Beschichtung erhält. Bewegung wird erreicht, wenn die thermisch aktive Doppelschicht einen Fortsatz hat, der sich selbst nicht verformt, aber durch die Verformung der Doppelschicht seine Ausrichtung ändert. Dieser Fortsatz kann ein Fortsatz der Schicht (1) oder der Schicht (2) aus Abb. 1 sein, oder aus einem anderen Kunststoff oder Metall bestehen. Der Fortsatz ist reflektierend oder absorbierend beschichtet oder ausgebildet. Vorteilhaft ist aber, wenn sich die gesamte Fläche in eine Richtung krümmt, wie in Abb. 1 dargestellt.The optical component is deformed or moved by the deformation of the thermally active double layer. Deformation is achieved when the thermally active double layer ( Fig. 1) is given an additional reflective or absorbent coating. Movement is achieved when the thermally active double layer has an extension that does not deform itself, but changes its orientation due to the deformation of the double layer. This extension can be an extension of the layer ( 1 ) or the layer ( 2 ) from Fig. 1, or consist of another plastic or metal. The extension is coated or formed reflective or absorbent. However, it is advantageous if the entire surface curves in one direction, as shown in Fig. 1.
Geometrie und Anordnung des TLS-Elements ist derart, daß das Gesamtsystem im erhitzten Zustand weniger Sonnenlicht absorbiert als im kalten Zustand.Geometry and arrangement of the TLS element is such that the overall system in heated state absorbs less sunlight than when cold.
In Abb. 2 ist ein selbstregulierendes Sonnenschutz-System dargestellt. Rechteckige Profile 4 bilden mit Schnüren 5 den Träger. Die Streifen 6 sind Aluminiumfolien, deren Stärke und E-Modul so gewählt sind, daß sie eine waagrechte Ruhestellung einhalten können (Abb. 2a), sich aber gleichzeitig ohne Verlassen des elastischen Dehnbereichs in die Form (Abb. 2b) biegen lassen. Auf der Unterseite der Alu-Folien sind einachsig gereckte Folien aus Kunststoff auflaminiert. Diese kontrahieren bei Erhöhung der Temperatur in Reckrichtung und verformen die Alufolie elastisch (Abb. 2b). In Reckrichtung zeigen diese Kunststoff-Folien ein E-Modul, das um ein Vielfaches höher ist als in Querrichtung bzw. im ungereckten Zustand; auch verringert sich die Kriechneigung dramatisch. Mit diesen Voraussetzungen kann die Alu-Folie für längere Zeit in der gekrümmten Form festgehalten werden. in Querrichtung zeigt die gereckte Folie eine andere Wärmeausdehnung als die Alu- Folie, da aber E-Modul und Kriechfestigkeit in Querrichtung viel kleiner als in Längsrichtung sind, paßt sich die gereckte Folie der Temperaturausdehnung der Alufolie in Querrichtung an und die Verformung des Laminats verläuft wie gewünscht. Fig. 2 shows a self-regulating sun protection system. Rectangular profiles 4 with strings 5 form the carrier. The strips 6 are aluminum foils, the strength and modulus of elasticity of which are selected so that they can maintain a horizontal rest position ( Fig. 2a), but at the same time can be bent into the shape ( Fig. 2b) without leaving the elastic stretching range. Uniaxially stretched plastic foils are laminated on the underside of the aluminum foils. These contract when the temperature increases in the stretching direction and deform the aluminum foil elastically ( Fig. 2b). In the stretching direction, these plastic films show a modulus of elasticity that is many times higher than in the transverse direction or in the unstretched state; the tendency to creep is also reduced dramatically. With these requirements, the aluminum foil can be held in the curved shape for a long time. in the transverse direction, the stretched film shows a different thermal expansion than the aluminum film, but since the modulus of elasticity and creep resistance in the transverse direction are much smaller than in the longitudinal direction, the stretched film adapts to the temperature expansion of the aluminum film in the transverse direction and the deformation of the laminate proceeds as wanted.
Durch die Verformung bei erhöhter Temperatur kann Sonnenlicht im Überhitzungsfall von der Anwendung ferngehalten werden. Die Anordnung von Folie und Trägerprofil gewährleistet, daß die Lichtumlenkung nur einer einzigen Reflexion bedarf. Dies ist wichtig wegen der zwar geringfügigen, aber unvermeidlichen Absorption und Eigenerwärmung der Folie.Due to the deformation at elevated temperature, sunlight can overheat be kept away from the application. The arrangement of the film and carrier profile ensures that the light deflection requires only a single reflection. This is important because of the slight but inevitable absorption and Self-heating of the film.
Bei fehlender Einstrahlung und tiefen Außentemperaturen (Winter, nachts) kühlt das Laminat so weit ab, daß eine Verformung in Gegenrichtung stattfindet (Abb. 2c). Die Alu-Folie reduziert damit den Wärmestrahlungsaustausch zwischen Innenraum und der kalten Außenscheibe und verbessert damit den k-Wert der Anordnung.In the absence of insolation and low outside temperatures (winter, at night), the laminate cools down to such an extent that it deforms in the opposite direction ( Fig. 2c). The aluminum foil thus reduces the heat radiation exchange between the interior and the cold outer pane and thus improves the k-value of the arrangement.
Vorteilhafterweise ist die Scheibe 3 die Außenscheibe eines Fensters bzw. Kollektors und die Träger 4, 5 mit den Doppelmembran 1, 2 befinden sich im Zwischenraum zwischen der Außenscheibe und der nicht dargestellten Innenscheibe.The pane 3 is advantageously the outer pane of a window or collector and the supports 4 , 5 with the double membrane 1 , 2 are located in the space between the outer pane and the inner pane, not shown.
Die reflektierenden TLS-Elemente können im Falle des Kollektors auch vor dem Absorber selbst befestigt werden.In the case of the collector, the reflective TLS elements can also be placed in front of the Absorber itself can be attached.
Bei Anwendung im Fensterbereich (etwa Überkopfverglasung) ist der Absorber durch eine zweite Glasscheibe ersetzt, im Falle der Gebäudefassade ist statt dem Absorber die Wand angeordnet oder z. B. eine transparente Wärmedämmwand vor der Fassade.When used in the window area (such as overhead glazing), the absorber is through a second glass pane is replaced, in the case of the building facade is instead of the absorber arranged the wall or z. B. a transparent thermal barrier in front of the Facade.
Bei Anwendung als automatische Tageslicht-Lenkung (Abb. 3) ist das TLS-Element mit einer optisch aktiven Schicht ausgestattet, die teilweise reflektiert und teilweise absorbiert. Im normalen Zustand (keine direkte Sonneneinstrahlung) lassen die Elemente einen Großteil des eintreffenden Lichtes passieren (Abb. 3a). Falls aber die Sonne scheint, führt die teilweise Absorption der optisch aktiven Schicht zu einer Erwärmung des Elements. Als Folge geht das Element in den erhitzten Zustand über; die neue Form (Abb. 3b bzw. Abb. 3c) reflektiert teilweise an die Zimmerdecke, wodurch eine vorteilhaften Lichtverteilung im Raum erzeugt wird, und teilweise nach außen, wodurch überschüssige Energie abgegeben wird. When used as automatic daylight control ( Fig. 3), the TLS element is equipped with an optically active layer, which partly reflects and partly absorbs. In the normal state (no direct sunlight) can be a major part of the incoming light to pass through the elements (Fig. 3a). However, if the sun is shining, the partial absorption of the optically active layer leads to heating of the element. As a result, the element becomes heated; the new shape ( Fig. 3b or Fig. 3c) reflects partly on the ceiling, which creates an advantageous light distribution in the room, and partly on the outside, giving off excess energy.
Je nach Zielsetzung kann eine Anbringung an der front- oder der rückseitigen Scheibe der Doppelverglasung vorteilhafte Effekte zeigen. Frontseitige Anbringung kann zur thermischen Kopplung an die variable Außentemperatur führen, rückseitige Befestigung koppelt an die (annähernd) konstante Innentemperatur.Depending on the objective, it can be attached to the front or the back Double glazing show advantageous effects. Front mounting can lead to thermal coupling to the variable outside temperature, on the back Fastening couples to the (approximately) constant internal temperature.
Wenn die TLS-Elemente als lange schmale Elemente hergestellt werden (z. B. als Streifen, deren Länge zwar über die gesamte Fensterbreite reicht, deren Lamellenbreiten aber unter 1 mm liegen und deren gegenseitiger Abstand unter 2 mm liegt), ist zunehmend auch Durchsicht möglich, und damit ein Einsatz bei Fenstern in Augenhöhe. Je kleiner die Breite, umso weniger wird die gerade Durchsicht durch die Streifen (Abb. 3a) gestört; im Idealfall sind sie auch für einen Beobachter in Fensternähe nur noch als Linien sichtbar. Eine weitere Verbesserung der Durchsicht kann durch eine Reduzierung des Kontrastes erreicht werden, etwa indem die Streifen nur teilweise reflektieren oder absorbieren (z. B. 30-80%) und dafür den Rest des Lichtes transmittieren.If the TLS elements are manufactured as long, narrow elements (e.g. as strips, the length of which extends across the entire window width, but whose slat widths are less than 1 mm and whose mutual spacing is less than 2 mm), it is increasingly possible to see through them , and therefore for use at windows at eye level. The smaller the width, the less the straight view through the strips is disturbed ( Fig. 3a); ideally, they are only visible as lines to an observer near the window. A further improvement in transparency can be achieved by reducing the contrast, for example by only partially reflecting or absorbing the stripes (for example 30-80%) and transmitting the rest of the light.
Eine Anordnung der TLS-Elemente quer zur Richtung der natürlichen Konvektion, wie in Abb. 3 dargestellt, kann einen Beitrag zur Verringerung des k-Wertes leisten, z. B. im Inneren von Doppelfenstern oder von Solarkollektoren.Arranging the TLS elements transversely to the direction of natural convection, as shown in Fig. 3, can help to reduce the k value, e.g. B. inside of double windows or solar collectors.
Die einachsige gereckte Schicht kann als Folie oder Faser bereitgestellt werden; viele thermoplastischen Standard-Kunststoffe wie Polyethylen oder Polypropylen lassen sich recken. Z. B. sind einachsig gereckte Folien aus Polyamid (15 µm dick) oder Polypropylen (40 µm dick) Stand der Technik. Der Verbund mit der zweiten Schicht kann z. B. durch Koextrusion, Verklebung oder einfache adhäsive Haftung (z. B. bei Lacken) gewährleistet werden.The uniaxial stretched layer can be provided as a film or fiber; many standard thermoplastic plastics such as polyethylene or polypropylene can be stretched. For example, uniaxially stretched polyamide films (15 µm thick) or polypropylene (40 µm thick) state of the art. The association with the second Layer can e.g. B. by coextrusion, gluing or simple adhesive adhesion (e.g. with paints).
Die optisch aktive Komponente kann durch eine spiegelnde Aluminium-Beschichtung (z. B. Bedampfung) erzeugt werden. Für unkritische Anwendungen reicht auch eine milchige Folie. Wenn die optisch aktive Komponente absorbieren soll, wird eine dunkle Färbung gebraucht. The optically active component can be achieved with a reflective aluminum coating (e.g. vapor deposition). One is also sufficient for non-critical applications milky film. If the optically active component is to absorb, a dark coloring used.
Die Haftung an der Scheibe wird durch Kleber erzielt, oder bei leichter Fertigung der Elemente durch (selbständige) Adhäsion, oder wie in Abb. 2 dargestellt.Adhesion to the pane is achieved with glue, or with light manufacturing of the elements by (independent) adhesion, or as shown in Fig. 2.
Das Ausmaß der thermischen Verformung sowie der Schaltpunkt kann durch den Grad der Reckung der anisotropen Schicht in weiten Grenzen eingestellt werden.The extent of the thermal deformation and the switching point can be determined by the The degree of stretching of the anisotropic layer can be set within wide limits.
Die Form des Elements im Normalzustand kann durch Warmformen festgelegt werden.The shape of the element in the normal state can be determined by thermoforming become.
Als Geometrie kommen isolierte Elemente wie auch längliche Streifen von ca. 1-5 cm in Frage. Durch entsprechende Orientierung der Schichten kann die Formänderung für spezielle Anwendungen auf zwei Dimensionen ausgedehnt werden, vergleichbar mit dem Öffnen einer Blüte (s. Abb. 4) Eine solche Anordnung vergrößert den optischen Schalthub. Wenn das TLS-Element z. B. reflektierend ausgeführt ist, wird es im Normalbetrieb eine kleine, im überhitzen Zustand eine große Schattenfläche erzeugen. Das Verhältnis dieser beiden Flächen ist der optische Schalthub.Insulated elements as well as elongated strips of approx. 1-5 cm can be used as geometry. By appropriately orienting the layers, the shape change for special applications can be extended to two dimensions, comparable to opening a flower (see Fig. 4). Such an arrangement increases the optical switching stroke. If the TLS element e.g. B. is designed reflective, it will generate a small shadow area in normal operation, in the overheated state. The ratio of these two areas is the optical switching stroke.
Wesentliches Merkmal der Erfindung ist deshalb der Einsatz anisotroper Materialien. Ideal sind z. B. einachsig gereckte Polymerfolien als innere Folie: in Reckrichtung sind sie hart (hohes E-Modul) und haben große, negative Ausdehnungskoeffizienten. In Kombination mit z. B. Aluminiumfolien (kleine, positive Koeffizienten) ergibt sich ein hoher "mismatch".An essential feature of the invention is therefore the use of anisotropic materials. Ideal are z. B. uniaxially stretched polymer films as inner film: in the stretching direction they are hard (high modulus of elasticity) and have large, negative expansion coefficients. In combination with e.g. B. aluminum foils (small, positive coefficients) results high "mismatch".
In Querrichtung haben sie positive Ausdehnungskoeffizienten und sind "weich", so daß sie (wie erforderlich) spannungsfrei der Ausdehnung der äußeren Folie folgen können und es zu keiner Querverformung kommt.In the transverse direction they have positive coefficients of expansion and are "soft", so that they follow the expansion of the outer film without tension (as required) can and there is no transverse deformation.
Elemente der in Abb. 1 skizzierten Art wurden durch Kombination einer marktüblichen selbstklebenden, reflexbeschichteten Folie mit einer einachsig gereckten Polyamidfolie hergestellt. Sie zeigten bei Temperaturänderung eine reversible Formänderung gemäß Voraussage. (Das zuletzt entwickelte Modell zeigte nach keinem der Versuche irreversible Verformung; sie tritt erst bei sehr hohen Temperaturen auf, z. B. < 100°C, wenn das Material zu erweichen beginnt.)Elements of the type sketched in Fig. 1 were produced by combining a commercially available self-adhesive, reflective-coated film with a uniaxially stretched polyamide film. When the temperature changed, they showed a reversible change in shape according to the prediction. (The last developed model showed no irreversible deformation after any of the tests; it only occurs at very high temperatures, e.g. <100 ° C, when the material begins to soften.)
Die Einrichtung kann gemäß Anspruch 9 auch verwendet werden, Bauteile oder Solarkollektoren zu isolieren, letztere z. B. bei Nacht oder Wind, und Bauteile im Winter. Die Doppelschicht muß dann in der Regel um 1801 gewendet angeordnet sein, so daß bei erhöhter Temperatureinwirkung die Isolierung von der zu isolierenden Fläche wegbewegt wird.The device can also be used according to claim 9, components or Isolate solar collectors, the latter z. B. at night or wind, and components in Winter. The double layer must then usually be turned around 1801 be so that the insulation from the to at increased temperature insulating surface is moved away.
Claims (9)
dadurch gekennzeichnet, daß eine infolge höherer Temperatur in mindestens eine Richtung bewegbare Doppelschicht (1, 2) und eine mittels derselben vor das zu verschattende Bauelement (3) bewegbare optische Schicht vorgesehen ist, die mindestens teilweise entweder transparent oder reflektierend oder absorbierend ausgebildet ist und eine ebenso große Fläche aufweist wie das zu verschattende Bauelement,
daß die Doppelschicht (1, 2) aus einer einachsig gereckten Kunststoffolie (1) und einer ungereckten oder zweiachsig gereckten Folie (2) des gleichen oder eines ähnlichen Materials, z. B. Polyamid, oder die Folie (2) aus einer spiegelnden Metallfolie oder einer Isolierschicht besteht, und
daß die einachsig gereckte Kunststoffolie (1) in Reckrichtung einen Längenausdehnungskoeffizient aufweist, der sich vom Längenausdehnungskoeffizient der Folie (2) lediglich in Reckrichtung der Kunststoffolie (1) möglichst stark unterscheidet.1. Device for the temperature-dependent shading of components, preferably solar collectors and parts of buildings, transparent thermal insulation facades, windows or window elements, and / or for directing light through window elements,
characterized in that there is provided a double layer ( 1 , 2 ) which can be moved in at least one direction as a result of higher temperature and an optical layer which can be moved in front of the component ( 3 ) to be shaded by means of the same and which is at least partially designed to be either transparent or reflective or absorbent and a has the same area as the component to be shaded,
that the double layer ( 1 , 2 ) from a uniaxially stretched plastic film ( 1 ) and an unstretched or biaxially stretched film ( 2 ) of the same or a similar material, eg. B. polyamide, or the film ( 2 ) consists of a reflective metal foil or an insulating layer, and
that the uniaxially stretched plastic film ( 1 ) has a coefficient of linear expansion in the stretching direction which differs as much as possible from the coefficient of linear expansion of the film ( 2 ) only in the stretching direction of the plastic film ( 1 ).
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