-
Isolierglasscheibe mit vermindertem Wärmeverlust
-
Isolierglasscheiben sind in mannigfaltiger Ausführung bekannt und
ihr Flächenanteil an der Fläche eines Raumes nimmt-vor allem in nördlichen Breiten-weiter
zu.
-
Sie dienen, -vor allem als Zweischeiben-Isoliergläser- dazu, den Wärmeverlust,
der bei einer Einfachglasscheibe durch die Wärmeleitzahl des Glases und die btidcn
Wärm@übergangszahlen α@ ; αa gegeben sind, zu verringern. Da diese Wärmeverluste
in koal/m² h 0C angegeben werden, ist es verständlich, daß mit jeder Vergrößerung
der Verglasungsfläche auch die Wärmeverluste ansteigen müssen. Diese Regel gilt
natürlich auch für Isolierglasscheiber. Während in den entsprechenden DIN-Vorschriften
zwar die Wärmeverluste berücksichtigt und berechnet erden, wird nur in wenigen Literaturstellen
zwischen Wärmeleitung und Wärmestrahlung unterschieden. Der hinter einer Glasscheibe
sitzende mensch gibt seine Wärme nämlich zu einen sehr großen Teil (bis zu 98 %
) als Wärm<'strahlung ab und es ist von besonderer Bedeutung für seine Behaglichkeit,
ob durch die Glasscheibe Wärme in Form von Konvektion oder von Wärmestrahlung nach
außen abgeführt wird.
-
Besonders die neuen Großflächenheizungen, bei denen man nicht allein
den Fußboden, sondern auch die Wände aufheizt, zeigin, daß man im Raum mit Lufttemperaturen
von 16-17°C auskommen kann, weil die Strahlungsverluste des Menschen durch die Strahlung
der Wände kompensiert werden und dadurch ein hohes Behaglichkeitsgefühl bei niedrigen
Raumtemperaturen erzeugt wird als dies bei den üblichen Heizungsmothoden bisher
tiblich war, Ein derartiges Großflächenheizverfahen bedeutet natürlich
eine
erhebliche Heizkostenersparnis gegenüber den bisher üblichen Heizungssystemen.
-
Bci einem solchen Großflächenheizungssystem ist es besonders wichtig,
daß dieses Behaglichkeitsgefühl sicht durch Wärestrahlungsverluste des Menschen,
hervorgerufen durch die Verglasung des Raumes beointräcltigt wird.
-
DEr Mensch empfindet bei Verwendung einer üblichen Verglasung Unbehagen,
er sagt: "es zieht", obgleich die Luftgeschwindigkeit, also die durch Wärmeabgabe
hervorgerufene Konvektion, garnicht soviel größer ist als bei anderen Heizungssystemen
Die im folgenden beschriebene Erfindung beschreibt also die Echaltung der Behaglichkeit
des hinter Ziner Isolierglasscheib- sitzenden Menschen ,mit dem Ziel, die Wärmestrahlungsverluste
dieser Person möglichst zu verringern und die Heinz kosten des Raunies zu senken.
-
Da vor allem in modernen Bauten häufig Isolierglasscheiben vom Fußboden
bis ur Decke reichen, genügt es, Maßnahmen zu troffen, die die Wärmestrahlungsverluste
des Menschen bis nir Kopfhöhe beseitigen oder zumindest vermindern.
-
Man hat bereits die Innenseiten von Isolierglasscheiben mit Materialien
bedampft, die einen besonders hohen Wärmereflexionsgra<! aufweisen und man hat
auch bereits vorgeschlagen, den Zwischenraum zwischen den beiden Glasscheiben einer
Isolierglasscheibe mit Gasen wie Xenon oder Krypton zu füllen.
-
Die Seltenheit dieser Gase sowie ihre extrem hohen Herstellungskosten
schließen jedoch eine breite Anwendung dieses Verfahrens aus, Ebenso wirken die
auf den Scheibenoberflächen ange h-achten Wärmereflexionsschichten als Absorber
im sichtbarren Bereich des Spektrums, und da es gerade in nördlichen Breiten vor
allem auf die Einspärung an sIeizkosten und die gute Beleuchtung der Räume geht,
macht man mit derartigen Wärrnereflexionsschichten den erzielten Effekt wieder zunichte,
indem
man dur Erzielung der gleichen Raumholligkeit, wie sie mit einer unbehandelten Glasscheibe
erreicht worden wäre, die Glasfläche vergößern muß und damit die Wärmeverluste.
-
Ein anderes Verfahren wäre es, die Verglasungsfläche zu verkleinern,
wie es bereits in frühercn Zeiten üblich war.
-
Man hat auch vorgeschlagen, Mehrfach-Isolierglasscheiben zu verwenden,
allerdings ist der erzielbare F£fekt, bezogen auf der Aufwand sehr klein, denn die
Anforderungen an Spezialrehmen und die Reflexionsverluste an sichtbarem Licht gleichen
den Gewinn an Wärmestrahlung bei weitem nicht aus.
-
Ein Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist es nun, daß es zur
Erhöhung der Bchaglichkeit einer Isolierglasscheibe genügt, wenn die Wärmeverluste
der davor sitzenden Person sowiet wie möglich kompensiert werden und es ist ein
weiterer Bestandteil der Erfindung, daß diese Kompensation im wesentlichen durch
eine Umkehr der Strahlungsrichtung an der der Persor zugewandton Glasscheibe vorgenommen
wird, wobei die zur Strahlungsumkehr erforderliche Zusatzenergie so groß sein sollte,
daß der resultierende, zur kalten Seite hin gerichtete Strahlungsvektor auf die
Behaglichkeit des Monschen keinen merklichen Einfluß mehr hat. Man erhält somit
eine Isolierglasscheibe, bei der nach landläufiger Definition der sog. k-Wert in
koal/ m² h °C im Bereich der in der Nähe befindlichen Person kleiner ist als außerhalb
dieses Bereichs, obgleich, wie angedeutet, der Behaglichkeitseffekt durch diese
Maßnahme größer ist, als es die k-Werte vermuten lassen. Man erhält also eine Isolierglasscheibe
mit einem k-Wert, dar im oberen Teil der Isolierglasscheibe dem k Wert und den Eigenschaften
einer gewöhnlichen Isolierglasscheibe entspricht, im unteren @eil jedoch einen kleineren
k-Wert aufweist, wobei der Übergang linear oder nicht-linear, je nach Größe der
Scheibe und ihrer Einbauhöhe vom Fußboden aus sein kann.
-
So wird man einer Scheibe, die von Fußboden bis zur Decke reicht,
einen k-Wert-Gradienten nur bis ca. 1,50 m vom Fußboden zuordnen, während eine Scheibe,
die erst so cn
vom Fußboden beginnt, und dann bis zur Decke reicht,
nur ca. 9o cm k-Wcrt -Gredient aufweieer. sollte. Ine Übersicht über einige Ausführungsformen
gemäß der Erfindung gewinnt man am besten bei der Betrachtung der Abbildungen, wobei
es natürlich der Erfindung vorbehalten bleibt, auch @o@binatioflen der einzelnen,
in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen zu verwenden, je nach Anwendungsfall
und Wirtschaftlichkeit ins Einzelfall.
-
Abbildung la zeigt eine erste Ausführungsform der trfinduflg in der
Seitenansicht, Abbildung Ib die gleiche Ausführungsform von stornc, 1 und 2 sind
die Glasscheiben einer Isolierglasscheibe, di< durch einen Abstandshalter 3 voneinander
getrennt und mit Luft 4 oder mit Perfluorocyclobutan oder Perfluoro-2-butes zu mindestens
50 % seines Volumens gefüllt ist. 5 sind die nach dem Stande der Technik aufgedruckten
Heizleiter, wobei in diesem Falle ebenfalls nach dem Stand der Technik die Glasseite
1 die dem Innenraum zuewandte Glasseite ist und aus thermisch vorgespanntem Glas
ausgeführt sein sollte.
-
Die Abstände der aufgedruckten Leiter nehmen zur Zimmerdecke hin zu
und werden gemäß der Erfindung nur et-a bis in Kopfhöhe einer sitzenden Person ausgeführt
erden. Dadurch entsteht ein Gradient der Wärmeabstrahlung und des k-Wertes der von
unten nach oben @in zunimmt. Bei der Verwendung von Ferfluorocyclobutan oder Perfluoro-2-buten
und eta 50 c, er FiLllung des Scheibenvolunens, wirI nur im unteren Teil der Scheibe
eine hohe, die Wärmeabstrahlung verhindernde Konzentra@ion vorhanden sein. Durch
Vermischung und Restkonvektion in der Scheibe wird die Konzentration im oberen Teil
der Isolierglasscheibe geringer sein als im unteren Teil. Durch geeignete Wahl der
Dicke des Abstandshalters 3 wird eine Konvektion der zwisctcn den Scheiben befindlichen
gasförmigen Atmosphdre weitgehend verhindert.
-
In Abbildung 2 ist eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung
dargestellt, Die Glasscheiben 6 und 7 Sind durch eine Polyvinylbutyralfolie fest
miteinander verbunden. In der Folie befinden sich Widerstandsdrähte le, die einerseits
so dünn sind, daß sie den Blick flieht beeinträchtigen, andererseits aber in igrem
Abstand so angeordnet sind, daß etwa dieselben Verhältnisse wie bei der Abbildung
1 auftreten. Auch hier ist wieder Abbildung 2 a eine Seitenansicht und Abbildung
2t eine Ansicht von vornc.
-
DLe Glasscheibe 6 zeigt zum Innenraum, die Scheibe 8 zur kalten Seite
. Die Scheiben 6 und 7 können auch ius verschiedenen Gläsern mit verschiedenen Eigenschaften
ausgeführt sein, z.B. die Scheibe 6 aus einem besonderen wärmeabsorbierenden Glase,
das beispielsweise unter dem Namen@ Katacolor" typisicrt ist. Die Scheibe 7 und
8 bestehen aus gleichem Glase. Im übrigen gelten für die Wahl des Abstandshalters
9 die gleichen Bedingungen , wie bei Abbildung 1. b.
-
Ebenso sind auch die gleichen Voraussetzungen bezüglich der Wahl und
Zusammensetzung der Atmosphäre die gleichen wie hcirn ersten Ausführungsbeispiel.
-
In Anbetracht der Tatsache, daß es zur Vermeidung von WärmestraiLlungsverlusten
auf eine Energiezufuhr zur inneren Glasscheibe einer Isolierglasscheibe ankommt
und diese Erergie irgendwie aufgebracht werden muß, wird in Abbildung 3 a eine and-re
Ausführungsform von der Seite, in Abbildung 3 b von vorne dargestellt, Hierbei stellen
lo und 11 die beiden Glasscheiben einer Isolierglasscheibe dar, bei der die Oberfläche
bzw. die Verhältnisse der Brechungsindizes der Oberflächen so beschaffen sind ,
daß die Oberfläche 11 einen relativ kleinen (kleiner als 90%) Reflexionsgrad, die
Oberfläche 13 einen relativ hohen (größer als 90%) Reflexionsgrad besitzen. Dies
kann man, wie bereits erwähnt, durch
entsprechend Wahl hoch- bzw.
niedrigbrechender Gläser erreichen oder aber durch Beschichtung dr Oberflächen eir.al
mit einer nied@ig und andererseits mit eimer hochbrechenden Substanz. Auch die Beschichtung
mit einer diirnen, die Durchsich@ nicht beeinträchtigenden Schicht eines geeigneten
Metalles z.B. Gold oder Aluminium auf der Oberfläche 13 würde als alleinige Maßnahme
bereits genügen. Entscheidend für die Wirkung dieser Ausführungsform ist jedoch,
daß der Abstandshalter 3 bzw. 9 der Ausführungen gemäß Abbildungen 1 bzw.
-
3 als lineares Peltierelement 14 ausgebildet ist. Hierbei ist der
zur kalten Seite hin liegende Metallrahmen der Isolierglasscheibe 18 als Kühlfläche
für die Peltierelemente ausgebieldet. Die warme Seite enthält eine vielfach geschlitzte
Ableitungsfläche 15, die außerdem noch geschwärzt ist Die Fläche 15 ist gegenüber
der Axe soweit geneigt, daß die zwischen den Schlitzen nahezu parallel austreten4un
Wärmestrahlen im Zick-Zack zwischen den beiden Glasscheiben lo wid 11 hin und her
laufen, wobei weiter die Neigung der Fläche 15 so gewählt ist, daß die Reflexionen
in d<r Nähe des Polarisationswinkels 16 erfolgen.Auf diese Weise e wird jeweils
ein. Teil der auf die Innenscheibe lo auftreffenden Wärmestrahlen absorbiert, während
bei der Beschichtung der Oberfläche 13 der Glasscheibe 12 eine Depolarisation oder
eine Polarisation normalerweise nicht erfolgt. Man kann natürlich auch durch alidrre
Maßnahmen z.I3. gezicltc Oberflächenvergrößerungder Oberfläche 11 den Absorptionsgrad
erhöhen.
-
Für die wahl der Atmosphäre zwischen den beiden Glasscheiben gilt
das bereits bei Ausführungsform lund 1 Gesagte.
-
Die Isolierglasscheibe wird in den Rahmen 19 eingesetzt.
-
Zur Vermeidung von elektrischen kurzschlüssen zwischen den einzelnen
Peltierelementen sind in den Kühlflächen 18 dwlr.c Isolierfolien 20 eingefügt. Die
Zwischenrävme zwischen den Peltierelementen und <len Glasscheiben sind mit einem
schlecht leitenden Isolierstoff 21 ausgefüllt,
Eine derartige Anordnung
hat den Vorteil, daß sie eine Wärmepumpe darstellt und nur diejenige Energie verbraucht,
die ihr als Verlustleistung eigen ist, Die eigentliche Wirkung besteht darin , daß
die Außenluft abgekühlt wird und die der Außen@uft auf diese Weise entzogene Wärm
in die Scheiben gepumpt wird. Dadurch wird dem kontinuierlichen , die Behag lichkeit
beeinträchtigenden Wärmestrom von innen nach außen ein Wärmestrom von außen nach
innen entgegengesetzt, dessen Wert um so größer ist, je größer der Wärmestrom von
innen nach außen ist, da die Leistung der Peltierelemente mit dem Absinken der Temperatur
an der Kühlfläche 18 nahezu proportional ansteigt. Die Anordnung wird um so effizienter,
je niüdriger die Außentemperatur, je größer also die Temperaturdifferenz zwischen
Innen -und Außentemperatur ist. Verstärkt wird dieser Effekt noch durch die Verwendung
von Perfluorocyclobutan bzw. Perfluoro -2-buten, bei dem die liärmeleitzahl ebenfalls
bei sinkender Temperatur abnimmt, sodaß beide Effekte sich in ihrer Wirkung ergänzen.
-
Zur Vermeidung zu starker Absorption im Bereich der Pcltierclemente
kann die Glasscheibe lo etwa 5-lo cm hoch mit eiiicr Silber-oder Aluminiumschicht
21 undurchlässig für sichtbares Licht verspiegelt sein.
-
Zur Vermeidung von Gasverlusten durch Diffusion des Füllgases durch
die Kunststoffverkittung der beiden Glasscheiben ist eine verschließbAre Nachfüllöffnung
22 in drr Isolierglasscheibe vorgesehen, durch uic bei Bedarf auch eine Konzentrationsmessung
vorgenommen werden kann. Die 'des Wärmestrombedarfs der Peltierelemente wird durch
einen nicht gezeichneten Außentemperaturfühler mit einer ebenfalls nicht gezeiehneten
Regelelektronik vorgenommen.
-
L e e r s e i t e