DE2461716A1 - Ein fenster mit extrem guter, aber prinzipiell veraenderlicher waermeisolation, das auch zur direkten sonnenbeheizung eines hauses verwendet werden kann - Google Patents

Description

• Rin Fenster mit extrem guter, aber prinzipien veränderlicher Wärmeisolation, das auch zur direkten Sonnenbeheizung eies Hauses verwendet werden kann 1. Einleitung Die moderne Architektur verwenden für ihre Konstrüktionen große Glasflachen. Einfamilienhäuser haben große Fenster und Hochhauser teilweise nur noch Glasfassaden. Die gebräuchlichste Wärmeisolation wird mit dopnel- und dreifach-Fenstern, die oft auch noch metallisiert sind, erreicht. Die erzielten Warmedurchgangszahlen (fiir Konvektions- und Strahlungsverluste zusammen genommen) bewegen sich dabei bestenfalls zwischen 2 - 5 /KCal/m² h °C /. Im folgenden wird eine Kensterkonstruktion angegeben, bei der eine Gesamtwärmedurchgangszahl (fiir Konvektion und Strahlungsverluste zusammen genommen) von etwa 1 [ kCal/m² h°c] erreicht werden kann. Eine erhebliche Verbesserung gegenüber bisherigen Konstruktionen und besonders interessant und wichtig im Zeitalter der Öl - und Energiekrise. Diese Konstruktion kann darüber hinaus noch zu einem Wärmeventil erweitert werden, das zur direkten Sonnenbeheizung eines Hauses benUtzt werden kann und mit dem in kilhlen Sommernächten Wärmedurchgangszahlen von 4 - 5 KP,al/m? h OC erzielt werden 2. Die theoretischen Grundlagen für die Fensterkonstruktion In @@@@@@@@@ und sind die Strablungsverlu@te, die Kenvektionsver@uste und Gesamtwärmeverluste wischen zwei Glasscheiben, als Fiinktj on deren Temperaturdifferenz # T aufgetragen. Die ausgezogenen Kurven geben die Wärmeverluste pre Meter und Stunde. die gestrichelten Kurven die spezifischen Wärmeverluste pre Meter, Stunde und Celsius als Funktion der Temperaturdifferenz an. Fig. 4 zeigt. das Verhältnis der Strahlungs-und der Konvektionsverluste als Funktion von # T. Man kann daraus sofort entnehmen, daß für Temperaturunterschiede um 10°C die Strahlungsverluste doppelt so hoch sind wie die Konvektionsverluste. Bei einer idealen Fensterkonstruktion sollten die Strahlungsverluste praktisch Null sein und die Konvektionsverluste minimalisiert werden. Fig. 5 zeigt die prinzipiel@e Lösung dieses Problems. Eine metalliserte Plas@@k@@olie oder eine metallisierte Glasscheibe mit einer Transmission von @@ % für das sicht-@are @icht und einem Reflesxionsvermögen von @@ @ für die infrarot-Wärmestrahlung wird zwisc'fler zwei. Glasscheiben eingespannt, und zwar mit der metallisierten Seite nach "innen". zur wärmeren Seite gerichtet. Die metallisierte Plastikfolle oder die metallisierte Glasscheibe wird eine Temperatur um T2 # (T3 - T1)/2 annenmen. Aus dem Energieerhaltungssatzfolgt dann sofort, daß notwendigerweise sein muß oder wo α innen und α außen die entsprechenden Wärmeübergangszahlen sind.
• Für Normalverhältnisse erhält man für α innen # 7 und α außen # 20 [ KCal/m² h grd daraus folgt, daß der Temperatursprung an der Inneseite 3-mal höher ist als an der Außenseite. Die metailisierte durchsichtige Piastikfoiie oder die metallisierte Glasscheibe wird die Infrarot-Wärmestrahlung zu 85 % auf die für Infrarot-Strahlung schwarze Glasseneibe zurück reflektieren und die innere Glasscheibe aufheizen, so daß es zu einer Verringerung der Temperaturdifferenz T4 - Tf kommt, und dadurch die Konvektionsverluste aus dem Raum verringert werden. Das Einführen der Plastikfolie halbiert darüber hinaus die Temperaturdifferenz zwischen gegenüberliegenden Scheiben und halbiert deshalb die Konvektionsverluste "iir normale Doppelscheiben. Es muß sich also ein Temperaturprofil einstellen, wie es in Fig. 5 skizziert ist. Fir eine Temperaturdifferenz T4 - T0 # 20°C wird T3 - T2 # 4 °C sein und daher die Gesamtwärmedurchgangszahl allein durch die Konvektionsverluste bestimmt 2 @ 0 sein. Aus @@@ 2 folgt, daß damit K-Werte von l @@@@@ @ C erreicht werden können. Bei einer Entfernung dieser Folie wird der K-Wert auf etwa 4.5 - 5 KCal/m² h OG ansteigen. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, ein sogenanntes Wärme-Ventil zu konstruieren.
• 3. Die Konstruktionsmerkmale einer Fensterscheibe mit hoher Wärmeisolation Tn Fig. 6 ist eine Draufsicht und in Fig. 7 ein Querschnitt durch ein Fenster mit hoher Wärmeisolation skizziert. Wie bereits oben erwährt.
• kann die metallisterte Plastikfolie fest in den Fensterrahmen eingesnannt oder aber beweglich als sogenanntes Wärmebventil 1 ausgebildet werden. 7u diesem Zweck kann die Plastikfolie mittels Schnurzug auf eine kugellagergelagerte Rolle aufgewickelt werden. Diese Rolle ist Im oberen Teil des Fensterrahmens eingebaut, und nur die Schnur des Schnurzuges wird aus dem Rahmen nach außen geführt und dort befestigt. Die Plastikfolie ist an ihrem unteren Ende an einem Metallstab befestigt, so daß die Plastikfolie über die am Metallstab angreifende Schwerkraft in das Fenster gezogen wird, falls der Schnurzug außen frei gegeben wird. An den beiden Enden des Metall stabs kann noch ein Schnurzug angebracht werden (von außen nicht sichtbar), mit dem die Plastikfolie in der Scheibe unter Zug eingespannt werden kann. Die Schnurziige werden über Silikjongummi-Dichtungen nach außen geführt, jedoch ist eine Verschnutzung der Fensterscheiben von außen her nicht ganz auszuschließen. Um eine Reinigung prinzipiell zu ermöglichen, soll die Innenscheibe, wie in Fig. 7 skizziert, abnehmbar sein, Eine Silikongummi-Dichtung sorgt fiir einen hermetischen Verschluß der Scheibe. Das Nichtbeschlagen der Scheiben an kalten Wintertagen wird durch eine Zeolyth- oder Silikagel-Füllung im oberen Fenster rahmen gewährleistet. Diese Füllung, wie auch die Rolle fiir die metallisierte Plastikfolie, kann iiber eine gummigedichtete Abdecknlatte am oberen Fensterrahmen gewartet werden (siehe Fig. 6).
• Eine noch bessere Isolation für K-Werte kleiner als 1 / KCal/m 7KCal/m2 h OC kann man auf zwei weiteren Wegen erreichen: 1. indem einfach eine oder zwei weitere klarsichtige Plastikfolien in die Fenster eingezogen werden (siehe Fig. 8) und damit die Temperaturdifferenz T zwischen zwei angrenzenden Oberflächen reduziert wird, (laut wOg. 2 nehmen dann entsprechend die Wärmeverluste ab), oder 2. indem man die Tuftanströmung an die Scheiben- und Folien-Oberflächen unterdrückt.
• Dazu müssen die I.uftkammern zwischen Glasscheiben und metallisierter Plastikfolie unterteilt werden. Fig. 9 illustriert, wie man mit einer einfachen Rahmenkonstruktion zwischen den Glasscheiben sehr dünne klarsichtige Plastikfolien (Mylar-Folien) einspannen kann. Mit einer der-? 0 artigen Anordnung sollten K-Werte von 0.5 KCal/m h C erreicht werden.
• 4. Das Wärme-Ventil-Fenster fiir eine direkte Sonnenheizung und extreme Klimazonen Möchte man während kalter, aber sonniger Tage ein Haus im wesentlichen "direkt" mit Sonnenenergie beheizen, so muß das Haus großflächige Fenster nach Siiden haben (etwa 1/6 der Gesamtoberfläche des Hauses) und ansonsten gut isoliertes Mauerwerk mit kleinen extrem gut isolierten Fenstern aufweisen. Bei einer derartigen Architektur, die zwar wärmemäßig im Winter die optimalste Lösung darstellt, ergeben sich erhebliche Probleme, die Sonnenenergie während der Sommermonate abzuwehren und Licht und Sonnenenergieheizung während der fibergangszeiten richtig zu dosieren und dies bei extrem guter Isolierung für Infrarot-Wärmestrahlung. In direkter und konsequenter Weiterführung der oben beschriebenen Fensterkonstruktionen ergibt sich die Lösung, die in Fig. 10 in prinzipieller Weise skizziert ist.
• Im Rahmen eines Doppelfensters befinden sich zwei mobile, metallisierte Plastikfolien, die, Je nach Sonnenintensität und Jahreszeit, über eine Photozelle und ein, Je nach Jahreszeit und Temperaturunterschiede vorbestimmtes Programm gesteuert, auf Rollen im Fensterrahmen auf- oder abgewickelt werden (ähnlich Fig. 6). Die der Außenscheibe gegenüber liegende klarsichtige Plastikfolie ist auf der dem Außenfenster zugewandten Seite metallisiert (aufgedampftes Aluminium, Gold, Silber, etc), und zwar auf eine Weise, daß 80 % bis 90 )b-' des sichtbaren Lichtes und dle Infrarot-WärmestrahLung fast vollständig reflektiert werden. Die andere, der Innenseite gegenüber befindliche Plastikfólie, ist auf der der Innenscheibe zugewandten Seite derart metallisiert, daß 75 es des sichtbaren Lichtes hindurchtreten können, aber 85 % der Tnfrarot-Wärmest,rahlung auf die Innenscheibe reflektiert wird, und sie dadurch indirekt. beheizt.
• Mit einer derartigen Beschichtung zweier mobiler Plastikfolien kann nach Belieben Licht (Helligkeit) und Sonnenenergie dosiert werden. "Im Sommer ist es kühl und schattig, im Winter sonnig und warm".
• In extremen Klimazonen, wie etwa Wiistengebieten, können damit die Helligkeit und die Temperatur von Räumen geregelt. werden.
• Patentanspriiche l 9 in Fenster mit extrem guter Wärmelsolation, gekennzeichnet durch die Benützung einer metallisierten Plastikfolie oder einer metallisierten Glasscheibe, die eine Transmission von 75 - für das sichtbare licht und ein Reflexionsvermögen von 85 % fiir die Infrarot-Wärmestrahlung hat, die als "freie Trennfläche" zwischen zwei Glasscheiben montiert und deren metallisierte Seite auf die innere Scheibe ausgerichtet ist (siehe Fig.
• 2. Ein Fenster mit extrem guter Wärmeisolation nach Anspruch 1, aber dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere klarsichtige Plastikfolien als "freie Trennflächen" zwischen Außenscheibe und metallisierte Plastikfolie montiert sind (siehe Fig. 8).

Claims (1)

1. 3. Ein Fenster mit extrem guter Wärmeisolation nach Anspruch 1, deren metallisierte Plastikfolie einseitig oder auch beidseitig metallisiert ist und aufgerollt werden kann, um den Isolationswert kontinuierlich zu verändern und damit als Wärmeventil zu benutzen (siehe Fig. 6 und Fig. 7).

   4. Ein Fenster mit extremer Wärmeisolierung nach Anspruch 1, charakteri-

   siert durch sehr dünne, Klarsichtige Plastikfolien, die, in den Zwischenräumen zwischen "Außenscheibe" und metallisierter Plastikfolie und oder "Innenscheibe" und metallistort.er Plastikfolie, horizontal im Abstand von einigen Zentimetern, lamellenartig, zylindrisch oder bienenwabenförmig, zur Unterdrückung der Konvektionsströmung, angebracht sind (siehe Fig. 9).

   6. Fin Fenster mst extrem guter Wärmeisolation nach Anssrl.Jch 1, das aber mit zwei mobilen unterschiedlich metallisierten Plastikfolien ausgerüstet ist und damit als Wärme- und Helligkeits-Ventil benutzt werden kann. Die der Außenscheibe zugewandte Seite der einen Plastikfolie hat ein Reflexions-Vermögen für sichtbares Licht, das jeweils der Klimazone angepaßt werde kann und sich deshalb etwa zwischen 70 % bis 90 % bewegen wird. Die der Tnnenscheibe zugewandte Seite der anderen Plastikfolie hat eine Transmission für das sichtbare Licht von 75 % und ein Reflexionsvermögen von 85 e fiir die Infrarot-Wärmestrahlung (siehe Fig. 10) Leerseite