DK158103B - Fremgangsmaade til fremstilling af varmeisolerede vindueskassetter - Google Patents

Description

DK 158103 B

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af varmei-solerede vindueskassetter omfattende sammenføjning af i det mindste to glasruder ved hjælp af et rammesystem under dannelse af et eller flere gasfyldte rum imellem de parvis imod 5 hinanden anbragte flader på ruderne, indføring af en gasblanding sammensat af gasser med fysiske egenskaber, som er velegnet til brug i vinduer, i rummet eller rummene, samt tætning over for gasudslip til omgivelserne ved hjælp af rammesystemet og dets sammenføjning med ruderne.

10

Med henblik på at spare opvarmningsenergi stræbes der efter at opnå god varmeisoleringsevne hos vinduer i bygninger. Man søger herved at opnå en sådan isoleringsevne hos vinduerne, at denne bringes på højde med isoleringsevnen hos en normal væg-15 konstruktion. Herved behøver man ikke at begrænse vinduesoverfladen af isoleringsmæssige årsager. Gennem store vinduesflader opnår man en god udnyttelse af dagslyset til belysning, og mange gange ofte en bedre totalenergibalance på grund af, at solenergien bedre kan udnyttes gennem større indstråling af 20 sollys.

Det har længe været kendt, at man kan forbedre isoleringsevnen hos vinduer ved at anvende flere glasruder, mellem hvilke der dannes et stillestående luftlag. Jo tykkere dette lag er, de-25 sto større bliver isoleringsevnen under forudsætning af, at man ikke opnår for intensive gasbevægelser, konvektion. For at undgå dette ved tykke lag, inddeler man rummet mellem yderruderne i flere rum ved hjælp af glasruder. Dette giver en konstruktion, som begrænser ledning og konvektion, men varmestrå-30 lingen ud igennem vinduet er stadigvæk forholdsvis stor. Med det formål at nedbringe også denne, er det kendt at forsyne nogle af glasfladerne med et metallag, som reflekterer varmestrålingen tilbage ind i bygningen samtidigt med, at det er så tyndt, at laget er gennemsigtigt. Ved denne type af isole-35 ringsglaskassetter til vinduesformål kan man nøjes med to lag og således tre glasruder med en indbyrdes afstand af ca. 12 mm. Med det formål at begrænse rengøringen til kun de ydre overflader skal sådanne kassetter tildannes hermetisk afluk- 2

DK 158103 B

kede, således at det ikke er nødvendigt med nogen rengøring af de indvendige overflader. De hermetisk lukkede rum muliggør også, at mellemrummene kan fyldes med en anden gas end luft, hvilket muliggør, at metaller såsom kobber og sølv, som foran-5 dres under luftens indvirken, kan anvendes ved, at mellemrummet fyldes med en ædelgas, som er inaktiv over for metallaget.

Ved den beskrevne vindueskonstruktion opnår man en total isoleringsevne, som er så god, at den kan sammenlignes med væg-10 gens isoleringsevne, hvortil kommer det øgede energitilskud fra sollyset, som kan stråle ind igennem ruden. Imidlertid har den nævnte metalbelægning i visse forbindelser ikke ønskværdige egenskaber. Først og fremmest skal der nævnes den forekommende svækkelse af dagslyset, som fører til øget behov for 15 kunstig belysning. Samtidig giver den en toning og en vis farveforandring ved betragtning igennem ruden, hvilket mange reagerer imod, især når det gælder installation i boliger. En mindre begrænsning i energitilskuddet gennem sollyset forekommer også.

20

Som alternativ til metalbelægninger er der derfor foreslået anvendelse af gaslag i de hermetisk lukkede rum, hvor disse gaslag er sammensat af sådanne gasser, som begrænser varmeud-strålingen. Det har nemlig vist sig, at der findes et antal 25 gasser, som har begrænsning med hensyn til deres transmission igennem det infrarøde område, medens transmissionen for synligt lys og det kortbølgede sollys er omtrent upåvirket. Det har derved i forbindelse med opfindelsen vist sig, at ved sådanne vindueskassetter kan man opnå en omtrent lige så god 30 isolering over for varmeudstråling som ved nævnte metalbelagte flader, men uden nogen som helst påvirkning af det synlige lys.

Ved fremstilling af en passende gasblanding, som både giver 35 fuld gennemsigtighed og om muligt optimal isoleringsévne med hensyn til varmestråling, må der tages hensyn til et stort antal enkle og sammensatte gasser med et stort antal egenskaber.

Man må således finde en blanding af gasser, hvor hver enkel af 3

DK 158103 B

gasserne har sådanne egenskaber, at de kan godtages til formålet , og en blanding af gasser, hvor de indgående gasser ikke påvirker hinanden i ugunstig retning, samt, for at den efterstræbte strålingshæmmende effekt skal opnås, gasser, som kom-5 pletterer hinanden med hensyn til at danne en barriere med en bred og stærk absorptionsbarriere for varmestråling.

En til isolering af vindueskassetter fordelagtig gasblanding fremstilles ifølge opfindelsen på den i krav l's kendetegnende 10 del angivne måde.

Ved at fremstille en gasblanding til gasfyldning af vinduer af den nævnte type i overensstemmelse med opfindelsen, opnås et vindue med god isoleringsevne og andre i forbindelse med vin-15 duer fordelagtige egenskaber.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor under henvisning til tegningen, hvor 20 fig. 1 og 2 viser ved to diagrammer grundene til fremstilling af en passende gasblanding.

For at nå frem til en passende udførelsesform for en vindueskassette i det store og hele med en så fordelagtig effekt som muligt ved hjælp af gasblandingen skal man foretage visse for-25 anstaltninger. Først opstilles de grundliggende krav til det pågældende produkt, en vindueskassette. De grundliggende krav er følgende:

Produktkrav.

30

Vindueskassetten skal være anvendelig, i det mindste ved temperaturer imellem -20° og +40°C i gasserne.

Derved skal det bemærkes, at i monteret lag kommer den bygning, hvori vindueskassetten er monteret til at give en vis temperaturudjævning over for omgivel-35 · , sernes temperatur. Derfor bør det nævnte temperatur- område være afpasset ved alle sådanne installationer, hvor isolerede vindueskassetter er af interesse at anvende.

4 DK 158103 B

Kassetten skal kunne udføres i rimelige dimensioner og i hovedsagen i samme dimensioner, som der i dag anvendes som norm. Derved gælder det i hovedsagen, at lagenes antal skal begrænses til to, dvs. med maksi-5 malt to glasruder, og den indbyrdes afstand bør ligge i området 12 mm.

Det indre gastryk skal kunne modsvare atmosfæretrykket, hvorved der kan anvendes samme vinduesruder, som 10 nu anvendes, ved samme glastykkelser, som der nu forekommer .

Absorptionen af varmestrålingen skal være høj.

15

Der skal ikke forekomme nogen mærkbar påvirkning af synligt lys' evne til at slippe igennem.

Der stræbes efter en øget varmeoplagringsevne i forhold til luftfyldte eller med ædelgasfyldte vindues- 20 kassetter. Herved kan der opnås en temperaturudjævnende effekt, så at der kan opnås en udjævning af påvirkningen på den indvendige temperatur ved ændring af den udvendige temperatur, f.eks. mellem nat og dag. Vindueskassetter skal således kunne virke som et varmemagasin.

Der skal tilstræbes en høj varmetræghed, således at et forhalet tidsforløb inden en varmeforandring på den ene side af kassetten gør sig mærkbar på den and-30 en side. Man kan udtrykke dette som en tidsfaktor, medens varmeoplagringsevnen snarere er en kvantitativ faktor.

Skadelig påvirkning af omgivelserne ved eventuelt 35 udslip af gas må ikke forekomme. Således skal ved de omstændigheder, hvorunder der kan ske udslip, gassen ikke udvise nogen større grad af giftighed, radioaktivitet eller korrosivitet, ligesom den heller ikke 5

DK 158103 B

må være eksplosiv. Dette gælder de koncentrationer, som kan forekomme ved eventuelt udslip som følge af brud. Gasserne må heller ikke være eksplosive tilsammen og må ikke give radioaktiv stråling i farlig grad 5 fra vindueskassetten.

Der skal være mulighed for fremstilling i industriel skala. Gassen skal således være håndterbar under industrielle forhold og være anskaffelig i tilstrække-10 lige mængder.

På basis af disse produktkrav kan der opstilles visse krav til de enkelte gasser, som kan komme på tale. Disse er: 15 Krav til udvalgte gasser.

Kogepunktet må ikke overstige -20°C .

Høj absorptionevne over for elektromagnetisk stråling 20 i bølgelængdeområdet 2-25 pm, især inden for området 5-15 pm. Dette gælder lag af tykkelsen ca. 12 mm ved atmosfæretryk, selv i blanding med andre gasser (begrænset partialtryk).

25 Blandbarhed med gasser beregnet til komplettering af hinanden (se nærmere i det følgende).

God gennemsigtighed uden mærkbar påvirkning af synligt lys.

30

Lav varmeledningsevne.

Høj varmeværdi (varmeoplagringskapacitet).

35 Høj viskositet (trægtflydende) til begrænsning af konvektionen.

Ikke-eksplosiv ved de blandingsforhold, som kan forekomme ved den pågældende anvendelse.

6

DK 158103 B

Ikke-giftig ved de udslip, som kan forekomme. Ikke-korrosiv ved de udslip, som kan forekomme.

5 Ikke-udsendende farlig radioaktivitet i de mængder, som kan forekomme.

Tilgængelig eller kan gøres tilgængelig i industriel skala.

10

Kombinationen af de gasser, som skal anvendes, og som hentes fra det pågældende udvalg, er næste trin. Der findes ikke nogen enkel gas, som kan give en optimal effekt eller nogen særlig fordelagtig effekt. Dette beror først og fremmest på, at 15 de enkelte gassers absorptionsområde for varmestråling udgøres af et eller normalt flere smalle bølgelængdebånd, som dækker en mindre del af det interessante bølgelængdeområde for såkaldt langbølget varmestråling eller infrarød stråling. Ved betragtning af sådan stråling er det normalt at udgå fra sort-20 legemestråling, den varmestråling, som et ideelt sortlegeme udsender. Som det fremgår af fig. 1, har denne stråling sin største intensitet og dermed dens største energiindhold ved en bølgelængde på 15-20 μηι, og en betydelig intensitet har strålingen inden for området 10-30 μιη. Det er således dette område, 25 som gassernes absorption i størst mulige udstrækning skal dække og fortrinsvis også området ned mod de kortere bølgelængder ned til 5-6 μια, således som det fremgår af kurven i f i g. 1.

30 Indvirken ved absorption i form af en bremsning af energi strømmen ved nævnte stråling bliver større, jo højere strålingsintensiteten er inden for det bølgelængdebånd, hvor gassen har dets absorptionsbånd.

i 35 Valget af gaskombination bliver derved betydeligt kompliceret.

Først skal der udvælges et antal gasser, som har deres absorptionsbånd således placeret, at de kompletterer hinanden inden for det interessante bølgelængdeområde. Desuden skal der tages 7

DK 158103 B

hensyn til, at absorptionsbåndet skal være placeret så fordelagtigt som muligt i henseende til strålingsintensiteten inden for det interessante bølgelængdeområde i relation til gassens absorptionsevne ved de forskellige punkter langs bølgelængde-5 skalaen. Dette medfører komplicerede beregninger, hvor hver gas må vurderes i henseende til dens indvirken på energistrømmen, med andre ord størrelsen og placeringen af dens absorptionsbånd inden for bølgelængdeområdet under hensyntagen til absorptionens påvirkning. Desuden skal de forskellige 10 gasser kombineres, således at de kompletterer hinanden.

Desuden kan man efter bortvælgelse af gasser, som f.eks. ikke er passende på grund af giftighed, behøve at tage hensyn til de nævnte faktorer, viskositet, varmeledningsevne og varmeop-15 lagringskapacitet. Medens varmeenergi ikke kun overføres ved stråling, kan en ud fra et strålingssynspunkt noget mere ufordelagtig gasblanding være mere fordelagtig i henseende til konvektion og/eller ledning, så at isolationsevnen i forhold til varmeveksling trods alt bliver bedre. Desuden kan man have 20 anledning til at tage hensyn til komfortfaktorer. Som nævnt kan man opnå en temperaturudjævning over døgnet ved at udnytte gassernes varmeoplagringsevne og varmetræghed. Nogen til alle tænkbare forhold optimal gasblanding findes derfor ikke. På forskellig måde kan gasblandingerne tænkes at blive modifice-25 ret til forskellige formål, såsom førstehåndsindsti 11 ing på bedste mulige isoleringsevne eller på varmekomfort eller måske andre faktorer, såsom større eller mindre afhængighed af anvendelighed ved lave temperaturer (justering af grænsen for højeste kogepunkt).

30

Kombinationen af gasser skal således ske i overensstemmelse med følgende skema.

Bestemmelse af de anvendelsesbetingede faktorer, så-35 som krav til anvendelse ved en vis laveste temperatur eller førstehånds indstilling på bedst mulige isoleringsevne eller visse komfortfaktorer.

8

DK 158103 B

Analyse af de enkelte gassers invirken på varmetransporten med nævnte hensyntagen til såvel størrelsen af absorptionsbåndet som dettes placering inden for absorptionsbåndets bølgelængdeområde.

5

Kombination af gasserne, således at de kompletterer hinanden med deres absorptionsbånd spredt over det interessante bølgelængdeområde.

10 Korrigeringer i valget af gasser eller gassernes ind byrdes mængdeproportioner eller komplettering med gasser med specielle egenskaber, f.eks. viskositetsstørrelse.

15 Yderligere skal man bestemme, i hvilke mængdeproportioner gasserne skal forekomme. De relative mængder, hvori gasserne indgår, bestemmer deres partialtryk. Et højere tryk giver en større påvirkning på energistrømmen og fremhæver andre fysiske egenskaber. Ved bestemmelse af proportionerne må der således 20 også tages hensyn til de forskellige gassers påvirkningsevne. Absorptionen står dog ikke i lineært forhold til partialtrykket., men påvirkningen af de respektive gassers absorption inden for deres respektive bølgelængdebånd ved sænkning af partialtrykket ved blanding af andre gasser er relativ lav.

25

Ved udvælgelsen af til anvendelsen tænkbare gasser i overensstemmelse med de tidligere anvendte kriterier, er der i forbindelse med opfindelsen fremkommet, at følgende gasser er af interesse til anvendelse til det pågældende produkt: 30

Primær gruppe:

Freon 12, C12CF2 propen, CH3CH:CH2

Freon 13, C1CF3 propyn, CH3C2CH

35 Freon 13B1, BrClF3 lattergas, N20

Freon 14, CF4 svovlhexaf1uorid, SFg

Freon 22, C1CHF2 ammoniak, NH3 carbondioxid, C02 9

DK 158103 B

Sekundær gruppe:

methan, CH4 ethylenfluorid, CH2:CHF

ethen, CH2:CH2 propadien, CH2:C:CH2 5 ethan, CH3CH3 cyklopropan, C3H6 acetylen, HCeHC methyloxid, CH3OCH3.

Efter udførte beregninger med hensyn til de kriterier, som angives for gaskombinationen, fremkommer følgende fordelagtige 10 kombinationer:

Gasser Mængdeforhold I: SF6, F13, F22 0,4 / 0,2 / 0,4 15 II: SF6, F12, F13, F22 0,2 / 0,3 / 0,2 / 0,3 III: CH3CbCH, F12, 0,5 / 0,2 / 0,1 / 0,2 F13, F22 IV: SF6, CH3CsCH, 0,2 / 0,5 / 0,1 / 0,2 F13, F22 20 F12, F13....=Freon.

Kombinationerne udgør eksempler på fordelagtige udførelsesformer for opfindelsen, når disse kombinationer anvendes til 25 fyldning af isoleringsglaskassetter. Måleværdier for påvirkningen af varmegennemgangen ved stråling udtrykkes nedenfor so« procenttal for strålingstransmissionen, således gennemtrænge-lighed, subtraheret fra 100, hvilket giver et udtryk for nedsættelsen af strålingstransmissionen i procent. Desuden er der 30 angivet den i byggetekniske sammenhæng ofte anvendte k-vardi, nemlig varmegennemgangen fra den ene side af vindueskassetten til den anden udtrykt i W/m2, °C. Denne værdi gælder, betegnet med (A), en vindueskassette med to glas og en spalte med en bredde på 12 mm og med (B) tre glas og to spalter ned en bred-35 de på 12 mm.

I: Strålingsformindskelse: 26,5% k-værdi (A)=l,93 (B)=l,38 10

DK 158103 B

II: " ” 30,2% " (A)=1,9 (B)=l,35 III: ” " 30,1% " (A)=1,9 (B)=l,35 5 IV: " " 29,8% " (A)=l,92 (8)=1,36

Normal vindueskasset med luft strålingsformindskelse: ca. 0% " (A)«3 (B)«2.

10 Gennemsigtigheden var i samtlige tilfælde udmærket og i det mindste lige så god som ved luftfyldte, tilsvarende kassetter, og der registreredes ikke nogen farvning af lyset. Varmeled-ningsevnen hos samtlige gasblandinger var lav, og omtrent halvdelen af luftens varmeledningsevne og endog betydeligt IS lavere end for argon. Gasblandingerne har også lav konvektion på grund af lav bevægelighed i de indgående molekyler (høj viskositet). I det hele taget kunne der fornemmes en betydelig øgning af varmeoplagringskapaciteten og varmetrægheden hos vindueskassetter i forhold til sådanne, der var fyldt med luft 20 eller ædelgas. F.eks. kan man regne med, at en varmeovergang fra den ene side til den anden ved temperaturforandringer på den ene side ved luftfyldte kassetter kan mærkes efter nogle minutter, men ved kassetter med gas ifølge opfindelsen først efter nogle timer. Der eksisterer imidlertid ikke nogen måle-25 metoder for dette forhold, og de kan derfor for nærværende ikke udtrykkes ved måleværdier. Effekten turde imidlertid blive en betydelig bedre komfort, især ved vekslende ydre forhold med hensyn til temperatur og solstråling.

30 I det hele taget gennemføres fremgangsmåden således, at der fremstilles en vindueskassette med to, tre eller flere ruder. Dette sker på kendt måde gennem sammenføjning af det pågældende antal ruder ved hjælp af et rammesystem, som giver en sådan afstand i me 11 eis ruderne, at gasmellemrummene mellem dem dan-35 nes. Forseglingen af disse gasmellemrum foregår ved hjælp af lit» og totningsnass®, som forener rammesystemet med ruderne.

Ved valg af lim og tætningsmasse er det i overensstemmelse med kendte metoder lykkedes at opnå fuldstændig tæthed over for 11

DK 158103 B

vanddamp. De indgående gassers molekyler er større end vandmolekylerne, og fuldstændig tæthed opnås derfor også for de pågældende gasblandinger. Rammesystemet er bærere for et fugtoptagende materiale, såsom silicagel, så at eventuelt tilstede-5 værende vand fjernes fuldstændigt fra den indesluttede gas og systemet som helhed.

Ved industriel tilvirkning må man arbejde med sammenføjningen i den omgivende luft, hvorfor mellemrummene imellem ruderne 10 efter sammenføjningen er luftfyldte. Denne luft skal således erstattes med gasblandingen. Dette sker ved hjælp af huller, som er tildannet i rammesystemet, så at gas kan indføres i hvert gasrum ved den ene side under udstrømning af den indesluttede luft ved den anden side. For at opnå den tilstræbte 15 isoleringsvirkning er det vigtigt, at omtrent alt luft erstattes af gas.

Det at man opnår en betydelig forbedret isoleringsevne ved strålingsdæmpning ved hjælp af en gasblanding, som er sammen-20 sat i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse, set i forhold til tidligere i denne forbindelse almindeligt kendte gasblandinger udelukker ikke, at der kan opnås yderligere forbedret strålingshæmmende virkning ved hjælp af den tidligere kendte belægning af glasruder med et reflekterende lag. Et så-25 dant reflekterende lag består af et tyndt metal- eller metaloxidlag, som er gennemsigtigt, men og med en vis virkning på det synlige lys. Eftersom at et sådant lag yderligere dæmper varmestrålingen, udover den dæmpning, som opnås ved hjælp af gasblandingen, opnås en kombineret effekt. Denne kombinerede 30 effekt bibringer en vindueskassette en isoleringsevne ved hjælp af såvel gasblandingen ifølge opfindelsen som reflek-tionslaget, og som er meget god og sammenlignelig med den evne, der kan opnås med vægge af normalt byggemateriale og med rimelig tykkelse.

35

Claims (5)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af varmeisolerede vindues- O kassetter omfattende sammenføjning af i det mindste to glasruder ved hjælp af et rammesystem under dannelse af et eller flere gasfyldte rum mellem de parvis imod hinanden vendende overflader på ruderne, indføring af en gasblanding sammensat af gasser med fysiske egenskaber, som er velegnet til brug i 10 vinduer i rummet eller rummene, samt tætning over for gasudslip til omgivelserne ved hjælp af rammesystemet og dets sammenføjning med ruderne, kendetegnet ved, at den til indføring imellem ruderne anvendte gasblanding fremstilles

15 Ved! - at man blandt gasser, som har en tydelig og høj absorptionsevne for elektromagnetisk stråling i bølgelængdeområdet 2-20 am, især inden for området 5-15 jim, inden for i det mindste ét bølgelængdebånd, udvælger en første gas, - at man blandt de nævnte gasser vælger en anden gas, hvis absorptionsbånd ligger i andre bølgelængdeområder end det eller de bølgelængdebånd som fastsættes hos den første gas, 25 - at man vælger en tredje gas og eventuelt nødvendige yderligere gasser, hvis absorptionsbånd ligger på andre steder end absorptionsbåndet for de øvrige valgte gasser i gasblandingen, indtil man har et absorptionsområde, som i det mindste i hovedsagen dækker bølgelængdeområdet 2-20 pm, og især bølgelængdeområdet 5-15 pm, og som er sammensat af de i indbyrdes forskellige bølgelængdeområder liggende absorptionsbånd for de enkelte valgte gasser, og at valget af gasser, der skal indgå i blandingen, sker blandt gasserne: 35 DK 158103 B Primær gruppe:

5 Freon 12, C12CF2 propen, CH3CH:CH2 Freon 13, CICF3 propyn, CH3C3CH Freon 13B1, BrClF3 lattergas, N2O Freon 14, CF4 svovlhexafluorid, SF6 Freon 22, ClCHF2 ammoniak, NH3 10 carbondioxid, CO2 Sekundær gruppe: methan, CH4 ethylenfluorid, CH2:CHF 15 ethen, CH2:CH2 propadien, CH2:C:CH2 ethan, CH3CH3 cyklopropan, C3H6 acetylen, HCsHC methyloxid, CH3OCH3. hvorved der fortrinsvis vælges gasser fra den primære gruppe. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til blandingen udvælges gasserne SF6» Freon 13, Freon 22 i hovedsagelig mængdeforholdene henholdsvis 0,4 og 0,2 og 0,4. 25

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til blandingen udvælges gasserne SF6» Freon 12, Freon 13, Freon 22 i hovedsagelig mængdeforholdene henholdsvis 0,2 og 0,3 og 0,2 og 0,3. 30

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til blandingen udvælges gasserne CH3C:CH, Freon 12, Freon 13, Freon 22 i hovedsagelig mængdeforholdene henholdsvis 0,5 og 0,2 og 0,1 og 0,2. 35 DK 158103 B

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til blandingen udvælges gasserne SF$, CH3CSCH, Freon 13, Freon 22 i hovedsagelig mængdeforholdene henholdsvis 0,2 og 0,5 og 0,1 og 0,2. 5 10 15 20 25 30 35