DE3228364A1 - Solar-glaseinheit - Google Patents

Description

• Solar-Glaseinheit
• Die Erfindung betrifft eine Glaseinheit mit zwei Außenscheiben und mindestens einer zwischen den Außenscheiben liegenden Innenscheibe und einem einfassenden Rahmen, wobei wenigstens einer der Zwischenräume zwischen Außen- und Innenscheibe eine von Luft verschiedene Gasatmosphäre enthält.
• Es sind Glaseinheiten der angegebenen Gattung bekannt, deren Zwischenräume mit einer von Luft verschiedenen Gasatmosphäre gefüllt sind. Durch diese bekannten Glaseinheiten soll ein Wärmeausgleich zwischen dem Inneren eines Gebäudes und der Außenatmosphäre verringert werden. Zugleich sollen diese Glaseinheiten schalldämmend wirken.
• Bekannte Glaseinheiten verlangsamen bei niedrigen Außentemperaturen zwar den Temperaturausgleich zwischen dem warmen Innern eines Bauwerkes und der Außenluft, sie verhindern aber auch eine gerade bei diesen Temperaturen wünschenswerte Nutzung von Sonnenenergie zur Erwärmung des Bauwerkinnern.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Glaseinheit der eingangs beschriebenen Art anzugeben, durch die sowohl eine Wärmedämmung erzielt als auch Sonnenenergie genutzt werden kann.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Außenscheibe sowie die Innenscheibe aus einem für UV-Strahlen durchlässigen Material bestehen und der von diesen Scheiben begrenzte Zwischenraum als Vakuumkammer ausgebildet ist, während die andere Außenscheibe aus einem für UV-Strahlen undurchlässigen Material besteht und zusammen mit der Innenscheibe einen Zwischenraum bildet, der mit einem UV-Strahlen nur geringfügig abschwächenden, Wärmestrahlung jedoch absorbierenden bzw. reflektierenden Fluid gefüllt ist, wobei die Scheiben in einem Kammerrahmen befestigt sind, der in dem Rahmen um 1800 drehbar gelagert ist.
• Eine erfindungsgemäße Glaseinheit besitzt somit ein Zweikammersystem, dessen Kammern von zwei für UV-Strahlen durchlässigen und einer für UV-Strahlen undurchlässigen Scheibe begrenzt sind. Da dieses System in einem Kammerrahmen eingefaßt ist, der gegenüber dem Fensterrahmen um 1800 geschwenkt werden kann, ist es möglich, wahlweise den als Vakuumkammer ausgebildeten Zwischenraum ins Innere des Bauwerks und den mit Fluid gefüllten Zwischenraum nach außen zu wenden oder umgekehrt. Bei niedrigen Außentemperaturen wird die erfindungsgemäße Glaseinheit so orientiert, daß der als Vakuumkammer ausgebildete Zwischenraum nach außen zeigt. Von außen nach innen folgt den beiden für UV-Strahlen durchlässigen Scheiben die für Uv-Strahlung undurchlässige Scheibe. In dieser Anordnung ist es möglich, auch bei niedrigen Außentemperaturen Sonnenenergie für eine Erwärmung des Raumes, in dem die erfindungsgemäße Glaseinheit eingebaut ist, zu nutzen: Die auch bei bedecktem Himmel zur Erdoberfläche gelangenden UV-Strahlen der Sonne durchdringen die für diese Strahlung durchlässige Außenscheibe, den als Vakuumkammer ausgebildeten Zwischenraum und anschließend die ebenfalls für W-Strahlung durchlässige Innenscheibe. In dem sich anschließenden Zwischenraum tritt nun eine Erwärmung der Gasatmosphäre aufgrund der Glashauswirkung des Fluids ein: Da das Fluid kurzwellige Strahlung nur geringfügig abschwächt, gelangt ein Großteil der auf die Glaseinheit auftreffenden UV-Strahlung bis zu der für UV-Strahlung undurchlässigen Scheibe.
• Dort wird die Strahlung absorbiert. Die für Uv-Strahlung undurchlässige Scheibe verliert jedoch sofort wieder durch Abstrahlung die aufgenommene Energie. Der langwellige Anteil der Abstrahlung wird nun durch das Fluid absorbiert bzw. reflektiert. Die für Uv-Strahlung undurchlässige Scheibe erwärmt sich und strahlt den größten Teil der Energie in Form von Infrarotstrahlen in das Innere des Raumes. Die der Außenatmosphäre zugewandte Vakuumkammer wirkt wärmedämmend.
• Wie mit herkömmlichen Glaseinheitenwird durch die erfindungsgemäße Glaseinheit bei niedrigen Außentemperaturen ein Temperaturausgleich zwischen dem Inneren des Bauwerkes und der Außenatmosphäre verlangsamt. Im Unterschied zu konventionellen Glaseinheiten kann aber zusätzlich Sonnenenergie genutzt und dem Raum Wärme zugeführt werden.
• Ein Nachteil der bekannten Glaseinheiten ist das Temperaturgefälle zwischen den Außen- und Innenscheiben. An kalten Scheiben sinkt die Raumluft durch Abkühlung infolge ihres größeren spezifischen Gewichts nach unten. Unangenehme Zugerscheinungen können die Folge sein. Da die dem Raum zugewandte Außenscheibe erfindungsgemäß erwärmt wird, tritt dieser Effekt bei der vorgeschlagenen Glaseinheit nicht auf.
• Sind die Außentemperaturen hoch, so wird der Kammerrahmen um 1800 gedreht, so daß nunmehr der mit Fluid gefüllte Zwischenraum nach außen und die Vakuumkammer in den Raum weist. Die nun außenliegende, für UV-Strahlung undurchlässige Scheibe verhindert eine Glashauswirkunq. Zusätzlich verhindert die innenliegende Vakuumkammer eine Temperaturerhöhung durch die IR-Strahlung der Sonne. Das Drehen des Kammerrahmens kann auf verschiedene Weise erfolgen, beispielsweise durch Schwenken um eine geeignete Achse oder durch Herausnehmen des Kammerrahmens aus dem Rahmen, Drehen des Kammerrahmens um 1800 und erneutes Einsetzen des Kammerrahmens in den Rahmen.
• Neben der temperaturregelnden Funktion wirkt eine erz in dungsgemäße Glaseinheit vorteilhafterweise auch schalldämmend.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung des Erfindungsgedankens besteht die UV-undurchlässige Außenscheibe aus Normalsglas und bestehen die UV-durchlässige Außenscheibe und die Mittelscheibe aus Quarzglas.
• Aufgrund seiner Verfügbarkeit und seines Preises ist gemäß einer erfindungsgemäßen Variante Kohlendioxid oder eine kohlendioxidreiche Gasmischung besonders als Fluid für den Zwischenraum zwischen der für UV-Strahlen durchlässigen Innenscheibe und der für UV-Strahlen undurchlässigen Außenscheibe geeignet.
• In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Volumen des das Fluid enthaltenden Zwischenraumes größer als das des als Vakuumkammer ausgebildeten Zwischenraumes.
• Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Glashauseffektes und eine bessere An- passungsmöglichkeit an den gewünschten Temperatureffekt, da eine Druckerhöhung des Fluids nur in engen Grenzen angebracht ist.
• Der Kammerrahmen kann besonders einfach gegenüber dem Fensterrahmen verschwenkt werden, wenn nach einer erfindungsgemäßen Variante der Kammerrahmen über zwei koaxiale Drehzapfen im Fensterrahmen befestigt und um diese schwenkbar ist sowie in Schließstellung dicht am Fensterrahmen anliegt.
• Die Dichtigkeit des mit Fluid gefüllten Zwischenraumes wie des als Vakuumkammer ausgebildeten Swischenraumeskann z.B.
• durch dauerelastischen Silikonkautschuk erreicht werden.
• Dabei verhindert ein genügend tiefer Taupunkt des Fluids oder die Verwendung von Trockenmitteln innerhalb der Zwischenräume das Beschlagen der Glaseinheit bei Temperaturänderungen. Sollte dennoch Luft in einen oder beide Zwischenräume eindringen, so kann der Anfangszustand in einer weiteren, bevorzugten Ausbildung der erfindungsgemäßen Glaseinheit wieder hergestellt werden, wenn in jeden der beiden Zwischenräume ein Kammerventil mündet, über das die Vakuumkammer evakuiert bzw. das Fluid erneuert werden kann.
• Die erfindungsgemäße, als Solarkollektor wirkende Glaseinheit kann mit besonderem Vorteil auch zur Erwärmung von Wasser eingesetzt werden. Dabei wird Wasser in Wärmetausch mit der Uv-undurchlässigen Außenscheibe gebracht.
• Zusammenfassend kann folgendes festgestellt werden: Die erfindungsgemäße, als Solarkollektor-Fenster wirkende Glaseinheit ermöglicht eine Steuerung der auf sie einfallenden Sonnenenergie und wirkt sowohl wärme- als atch schalldämmend. Durch die vorgeschlagene Glaseinheit wird Sonnenenergie auch bei bedecktem Himmel genutzt und in Form von Wärme dem Raum zugeführt, den die Glaseinheit nach außen begrenzt. Somit kann Heizenergie eingespart werden.
• Da der Kammerrahmen schwenkbar ist, kann durch Drehen dieses Rahmens jederzeit die Funktion des Fenster gesteuert werden: Bei tiefen Außentemperaturen dient die Glaseinheit zur Erwärmung des Raumes, bei hohen Außentemperaturen dagegen zur Wärmedämmung.
• Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel anhand schematischer Skizzen erläutert werden.
• Es zeigen: Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Glaseinheit Figur 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Glaseinheit.
• In beiden Figuren sind übereinstimmende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Eine erfindungsgemäße Glaseinheit besteht im wesentlichen aus einem Fensterrahmen 1 mit Lager für Zapfen 8, einem Kammerrahmen 2 mit Lager für die Zapfen 8 sowie drei, im Kammerrahmen befestigten Glasscheiben 3,5,6.
• Die mit Abstand zueinander angeordneten, beispielsweise aus Quarzglas bestehenden Glasscheiben 5 und 6 sind für W-Strahlung durchlässig und bilden einen Zwischenraum 13, der über ein Ventil 21 evakuiert werden kann. Die Glasscheibe 3 besteht beispielsweise aus Normalglas und ist für UV-Strahlung undurchlässig. Diese Scheibe ist mit Abstand zur Glasscheibe 5 angeordnet, so daß ein Zwischenraum 12 gebildet wird. Die Abstände der Glasscheiben 3,5 und 6 und damit die Volumina der Zwischenräume 12 und 13 werden durch Abstandshalter 7 und 9 festgelegt. Zwischenraum 12 ist größer ausgebildet als Zwischenraum 13 und ist mit einem Fluid, beispielsweise mit Kohlendioxid oder mit einem kohlendioxidreichen Gasgemisch gefüllt, das die Eigen- schaft hat, UV-Strahlen nur geringfügig abzuschwächen, IR-Strahlen dagegen zu absorbieren bzw. zu reflektieren. Zwischenraum 12 kann über ein Ventil 15 mit diesem Fluid gefüllt werden.
• Ein Deckrahmen 10 schließt das System ab.Fasen 14 verhindern bei senkrechtem Einbau das Eindringen von Wasser. Kammerrahmen 2 ist mit den Drehzapfen 8 drehbar im Fensterinnenrahmen 1 gelagert.
• In der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Glaseinheit soll Glasscheibe 3 in das Innere eines Raumes zeigen, während Glasscheibe 6 nach außen weist. Diese Position des Fensters wird bei niedrigen Außentemperaturen gewählt.
• In dieser Stellung kann Uv-Strahlung 11 der Sonne die UV-lichtdurchlässige Außenscheibe 6, den evakuierten Zwischenraum 13 und die Uv-lichtdurchlässige Innenscheibe 6 durchdringen. In dem mit Kohlendioxid oder der kohlendioxidreichen Gasmischung gefüllten Zwischenraum 12 tritt, wie beschrieben, eine Erwärmung der Gasfüllung auf. Hierbei erwärmt sich ebenfalls die für UV-Licht undurchlässige Glasscheibe 3 und strahlt einen großen Teil der auf genommenen Wärme in Forr. von Infrarot-Strahlen 4 in den Raum.
• Durch den evakuierten Zwischenraum 13 wird eine Wärmeleitung vom Zwischenraum 12 zur Glasscheibe 6 weitgehend ausgeschaltet.
• Bei hohen Außentemperaturen wird der Kammer rahmen 2 im Fensterinnenrahmen um 1800 geschwenkt. Diese Drehmöglichkeit ist am besten in Figur 2 erkennbar, in der ein Zapfen 8, um den der Kammerrahmen 2 gedreht wird, gestrichelt dargestellt ist. Die senkrechten Streben 20 des Kammerrahmens 2 sind kreisbogenförmig konvex, die senkrechten Streben 16 des Fensterinnenrahmens 1 sind kreisbogenförnig kon- kav gewölbt, so daß die senkrechten Streben des Fensterrahmens und des Kammerrahmens in Schließstellung formschlüssig aneinanderliegen und lediglich Raum für Dichtungen 17, 18 lassen. Aufgrund der Kreisbogenform der Streben kann der Kammerrahmen 2 leicht im Fensterinnenraum 1 gedreht werden Eine Rahmenverriegelung 19 fixiert die Stellung des Kammerrahmens.
• In Sommerstellung weist nun Glasscheibe 3 nach außen und Glasscheibe 6 ins Rauminnere. Die für UV-ticht undurchlässige Glasscheibe 3 verhindert das Eindringen von UV-Strahlen in den Zwischenraum 12 und somit das Erwärmen der Gasfüllung und der Mittelscheibe 5. Die Isolierwirkung des dem Rauminneren zugewandten evakuierten Zwischenraumes 13 verhindert zusätzlich eine Temperaturerhöhung des Rauminneren durch Wärmeleitung.

Claims (7)

1. Patentansprüche 1. Glaseinheit mit zwei Außenscheiben und mindestens einer zwischen den Außenscheiben liegenden Innenscheibe und einem einfassenden Rahmen, wobei wenigstens einer der Zwischenräume zwischen Außen- und Innenscheibe eine von Luft verschiedene Gasatmosphäre enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine Außenscheibe (6) sowie die Innenscheibe (5) aus einem für Strahlen durchlässigen Material bestehen und der von diesen Scheiben (5,6) begrenzte Zwischenraum (13) als Vakuumkammer ausgebildet ist, während die andere Außenscheibe (3) aus einem für 'JV-Strahlen undurchlässigen Material besteht und zusammen mit der Innenscheibe (5) einen Zwischenraum (12) bildet, der mit einem Strahlen nur geringfügig abschwächenden, Wärmestrahlung jedoch absorbierenden bzw. reflektierenden Fluid gefüllt ist, wobei die Scheiben (3,5,6) in einem Kammerrahmen (2) befestigt sind, der in dem Rahmen (1) um 1800 drehbar gelagert ist.
2. 2. Glaseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Uv-undurchlässige Außenscheibe (3) aus Normal- glas besteht und die Mittelscheibe (v) sowie die'W-durchlässige Außenscheibe (6) aus Quarzglas bestehen.
3. 3. Glaseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Kohlendioxid oder ein Kohlendioxid enthaltendes Gasgemisch ist.
4. 4. Glaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des das Fluid enthaltenden Zwischenraumes (12) größer als das des als Vakuumkammer ausgebildeten Zwischenraumes (13) ist.
5. 5. Glaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerrahmen (2) über zwei koaxiale Drehzapfen (8) im Fensterrahmen (1) befestigt und um diese schwenkbar ist sowie in Schließstellung dicht am Fensterrahmen (1) anliegt.
6. 6. Glaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jeden der beiden Zwischenräume (12,13) ein Kaamerventil (15) mündet.
7. 7. Anwendung einer Glaseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auf die Erwärmung von Wasser.