FI91012B

FI91012B - Huoneen ulkoilmasta eristävä lasiseinämä

Info

Publication number: FI91012B
Application number: FI895098A
Authority: FI
Inventors: Jacques Fremaux
Original assignee: Saint Gobain Vitrage
Priority date: 1988-10-27
Filing date: 1989-10-26
Publication date: 1994-01-14
Also published as: JPH02157385A; EP0368707B1; DE68908848D1; DE68908848T2; DK532689A; FR2638513A1; NO176893C; NO894077D0; CA2001598A1; FI895098A0; DK532689D0; ATE93926T1; EP0368707A1; JP2877386B2; NO176893B; FI91012C; NO894077L; FR2638513B1; CA2001598C; ES2045509T3

Description

91012

Huoneen ulkoilmasta eristävä lasiseinämä

Keksinnön kohteena on huoneen ulkoilmasta eristävä lasisei-5 nämä, joka sisältää joukon läpinäkyviä levyjä, joista ainakin yhden pinnalla on ohut, lämpösäteilyyn vaikuttava ja säteilyä heikosti läpäisevä kerros, jolloin ilma kiertää ainakin kahden läpinäkyvän levyn välillä ennen kuin se jakautuu huoneeseen, ja joista huoneen sisätilaa lähinnä sijaitseva läpinäkyvä levy 10 muodostaa osan sähkölämpöruudusta.

Nykyään parannetaan lämmitetyn huoneiston ulkoilmasta erottavan lasiseinämän ominaisuuksia käyttämällä kahta lasilevyä ja kierrättämällä niiden välissä ilmaa, joka usein otetaan 15 ulkoa ja joka sekoittuu huoneiston ilmaan. Tunnetaan useita ratkaisuja. Niiden etuna on se, että lämpöhäviö on pienempi kuin jos suoraan ulkoa tuleva ilma ei kiertäisi lasia pitkin.

Tällaisten seinämien haittana on kuitenkin, että ainakin osa 20 sisempää lasia pitkin virtaavasta ilmasta on otettu rakennuksen ulkopuolelta, ja sisemmän lasin lämpötila jää alhaisemmaksi kuin muissa huoneen muodostavissa sisäseinissä. Näin ollen seinämän lähellä olevan tilan käyttö on yleensä rajoitettua. Tuntuisi siis olevan edullista nostaa tämän seinämän 25 lämpötilaa. Sen toteuttamiseksi on ehdotettu lisäeristystä, esim. yksinkertaisen sisälasin korvaamista eristävällä lasilla. Mukavuus paranee, mutta seinämää kulkeva tuloilma lämpenee vähemmän, eikä kokonaislämpötase mainittavasti parane.

30 Asian parantamiseksi on ajateltu huoneiston suoraa lisälämmi-tystä, joka nostaisi huoneiston ulkoilmasta erottavan lasiseinämän sisälasin sisäpinnan lämpötilaa. EP-patentissa 102987 B ehdotetaan tuloilman lämmittämistä ennen kuin se alkaa kulkea seinämää pitkin. Menetelmä on ollut tyydyttävä, mutta osa li-35 säenergiasta kuluu turhaan ulkolasin lämmittämiseen.

Edelliseen menetelmään on ehdotettu muunnelmaa, jossa toinen seinämän muodostavista laseista on lämmittävä. Tällöin käyte- 2 tään yleensä ohutta, tyhjössä paikoilleen asetettua ja jostain metallista muodostettua läpinäkyvää johtavaa kerrosta. Tällaisella menetelmällä on selvät etunsa, sillä lämpöä tulee juuri sinne, missä sitä tarvitaankin, huoneistoon ja lasiseinämä 5 paitsi, että se päästää luonnonvaloa sisään, osallistuu myös ilmanvaihtoon ja lämmitykseen.

Energianhukka on kuitenkin huomattava: lämmönvaihto seinämän muodostavien lasien välillä on suuri sisemmän lasin ollessa 10 lämmittävä ja ulomman lasin lämpötilan ollessa paljon alhaisempi. US-patentissa 4 641 466 onkin ehdotettu, että lämmittävää lasia vastapäätä sijaitseva lasi pinnoitetaan infrapunasäteitä heijastavalla kerroksella, niin että lämmittävän lasin säteilemä lämpö heijastuu takaisin ja lämmönhukka jää pienem-15 mäksi.

Tunnetaan myös erilaisia laitteita, joilla vaikutetaan lämmittävien lasiseinämien toimintaan. Esim. EP-patenttihakemuksessa 165287 tuodaan esiin lämmönsäätelymenetelmä ja FR-patentissa 20 2 180 433 menetelmä, jonka avulla sähkövirta lakkaa automaat tisesti heti, kun sitä ei tarvita tai se voisi olla vaarallista .

Lähin tekniikan taso on FI-patenttijulkaisu 73 045, joka kä-25 sittää samalla lämpöruudun ja ilmankierron. Sama koskee myös tunnettua FI-patenttijulkaisua 73 044.

FI-patenttijulkaisu 73 045 siis käsittää ilmankierron ja sisäpuolella (huoneiston puolella) olevan lämpölevyn, mutta siinä 30 viitataan myös toiseen kerrokseen, joka heijastaa infra-punasäteilyä.

Mutta vaikka tällaiset lasiseinämät ovatkin hyviä teknisiä ratkaisuja, ne ovat monimutkaisia ja siis vaikeita toteuttaa 35 ja yleensä kalliita.

Tämän keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin lämmittävä lasi- seinämä, jossa kiertää ilmaa, ja joka on tehokas ja yksinker- li 91012 3 täinen ja edullinen toteuttaa. On haluttu saada aikaan menetelmä, joka takaa samanlaiset mukavuudet kuin jo olemassa olevissa menetelmissä, mutta jonka käyttökustannukset ovat pienemmät ja asennuskustannukset huomattavasti pienemmät.

5

Keksinnön mukaiselle lasiseinämälle on tunnusomaista se, että lämpösäteilyyn vaikuttava ja säteilyä heikosti läpäisevä ohut kerros sijaitsee lämpöruudun mainitun levyn pinnalla sillä puolella, millä ilma kiertää.

10

Lasin lämmittävänä elementtinä on edullista käyttää läpinäkyvää johtavaa kerrosta. Suositeltavassa keksinnön mukaisessa toteutusmuodossa juuri tämä kerros muodostaa heikosti säteilevän kerroksen. Keksinnössä silloin, kun tulevan sähkön jän-15 nite kasvaa tai kerros, joka yleensä on ulottumattomissa, tulee tahallisesti tai tahattomasti ulottuville, sähkövirta katkeaa automaattisesti.

Keksinnön mukaisella seinämän toteutuksella on huomattavia 20 etuja aikaisempiin verrattuna. Teknisellä tasolla, kun heikosti säteilevä kerros on suunnattu kohti seinämän kylmää puoliskoa, lämmittävän lasin lämpö säteilee pääosin kohti huoneistoa, lämpöhukka pienenee huomattavasti, sillä ulospäin suuntautuva lämpö puolestaan saadaan huomattavilta osilta talteen 25 kiertävään ilmaan. Tämä tekninen etu lisää puolestaan mukavuutta annetuissa lämpöolosuhteissa: sisäinen ja ulkoinen lämpötila, ilmavirta, lasin lämmittämiseen käytettävä sähköenergia, huoneistoon sisään suuntautuvan lasin pinnan lämpötila on korkeampi, mikä lisää viihtyisyyttä. Keksinnön tuomat edut 30 voidaan esittää myös taloudelliselta kannalta: kun samaa kerrosta käytetään lämmittävänä elementtinä ja "säteilyeristime-nä", seinämän kustannukset jäävät pieniksi. Lisäksi, jos sen sijaan että seinämän lämpötila pidetään korkeampana, kuten edellä olevissa esimerkeissä, lämpötila pidetään säätelyn 35 avulla samana, lämpötilaan tarvittavan sähköenergian määrä on huomattavasti pienempi.

4 Tätä ilmiötä voidaan kuvata käyttäen käsitettä termoresistens-si. Olkoon R kokonaistermoresistenssi lämmittävän lasin ulkopinnan ja ulomman lasin välillä. Lämmönvaihtoa lasien välillä ilmaisee virta F: 5

T, - TE

F = --------

R

10 jossa T, ja TE ovat ilmavirran molemmin puolin sijaitsevien sisäpuolisen ja ulkopuolisen lasipinnan lämpötila.

Lämpöresistenssi R muodostuu kahdesta osasta, joista toinen koskee ilman vaihtumista, ilmavirran johtumista/kulkeutumista, 15 Rc, toinen lämpösäteilyä, Rr. Resistenssien perinteinen suhde on: 111 2 0 R Rc Rr

Ns. "parietodynaamisessa" lämmöneristysjärjestelmässä, jossa kierrätetään tuloilmaa (mahdollisesti sekoitettuna huoneistosta otettuun ilmaan) huoneiston ulkoseinämän muodostavien kah-25 den lasilevyn välissä, Rc:n arvo kasvaa selvästi.

Oletetaan, että se on kerrottu 10:llä: lii 30 - = ..... +---- R 10Rc Rr

Voidaan nähdä, että jos Rc ja Rr ovat samaa luokkaa, kaikki muutokset RR:ssä heijastuvat käytännöllisesti katsoen inte-35 graalisesti kokonaistermoresistenssiin ja siis lämpövirtaan, joka on annetun lämpötilan gradientti: jos esim. Rr kaksinkertaistuu, ilmavirta-arvo käytännöllisesti katsoen puolittuu: kaikki lämmittävän lasilevyn säteilyyn vaikuttavat seikat heijastuvat välittömästi lämpöhäviöön.

4 0

Seuraavassa selitetyistä oheen liitetyistä kuvioista nähdään selvemmin, kuinka keksintö on toteutettu ja kuinka se toimii.

n 5 91012

Kuviossa 1 nähdään perinteinen parietodynaaminen eristysik-kuna.

Kuviossa 2 on tällainen ikkuna kaavakuvassa.

5

Kuviossa 3 on lämmittävä muunnelma.

Kuviossa 4 nähdään paljaan lasin ja huonosti tiettyä säteilyä läpäisevällä kerroksella päällystetyn lasin säteilemät 10 energiamäärät.

Kuviot 5/ 6 ja 7 kuvaavat keksinnön mukaisia seiniä.

Kuviossa 1 nähdään perinteinen parietodynaaminen eristysik-15 kuna, jossa on sisäpuitteet 1 ja ulkopuitteet 2. Ne liittyvät tiiviisti seinään, vain ulomman ikkunan liikkuvan osan alalaidassa ja sisemmän ikkunan ylälaidassa on matalat aukot. Säädeltävä mekaaninen tuuletusjärjestelmä pitää huoneiston sisäilman alipaineisena, niin että ulkoa imeytyy 20 korvausilmaa huoneistoon, virtausnopeus voi olla esim.

huoneiston tilavuus per tunti. Uikoilmavirtaa kuvaa nuoli 3, lasien välissä kiertävää ilmaa 4 ja huoneistoon tulevaa ilmavirtaa nuolet 5. On olemassa erilaisia järjestelmiä, esim. pystysuuntaisten levyjen lukumäärä, ilmavirran kier-25 tosuunta, kuten myös uudelleen kierrätettävän ilman määrä voi vaihdella. Periaatteena on kuitenkin aina, että ulkoa otettu raitis ilma virtaa huoneiston sisätilaan yhteydessä olevaa seinämää pitkin.

30 Kuviossa 2 nähdään kaikkein yksinkertaisin ratkaisu: ilma virtaa alhaalta ylöspäin kahden yksinkertaisen lasin välissä .

Kuviossa 3 puolestaan on sama järjestelmä, mutta siinä 35 toinen laseista on lämmittävä. Huoneiston puoleinen lasi on kerroksinen, se muodostuu kahdesta lasilevystä, joiden välissä on muovilevy 7, se voi olla esim. polyvinyylibuty-raalia (PVB). Toisessa laseista 6 on PVB-muovin puoleisella 6 pinnallaan läpinäkyvä johtava kerros 8, joka on muodostettu esim. katodisumustusta käyttäen hopeasta, joka on pantu kahden hopeaa suojaavan ja transmissio-ominaisuuksia parantavan läpinäkyvän oksidikerroksen (esim. tinaoksidi) väliin.

5 Sähkövirta tulee perinteiseen tapaan esim. hopeamaalausta käyttäen valmistettuja elektoridnauhoja pitkin. Lämpöjännityksen vuoksi kuviossa 3 ja sitä seuraavissa kuvioissa nähtävien kaltaiset lasit saattavat rikkoutua, joten ne on edullista valmistaa karkaistusta lasista.

10

Kun tällaista lämmittävää ikkunaa käytetään parietodynaami-sessa eristävässä seinämässä, tarvitaan lämmönsäätöjärjestelmää, esim. sellaista, jota on kuvattu FR-patenttihakemuk-sessa 165287.

15

Keksinnössä päällystetään kuvion 3 kaltaiset kerroslasit huonosti tiettyä säteilyä lävitse päästävällä kerroksella tehokkuuden parantamiseksi. Nämä keksinnön mukaiset kerrokset suunnataan ulospäin ja ne sijaitsevat joko tuloilman 20 puolella (nuoli 9 kuviossa 3) tai toisella puolella. Joka tapauksessa kerros on pystyttävä pitämään puhtaana, sen on oltava mekaanisesti tarpeeksi kestävä, jotta tavalliset huoltotoimet voidaan suorittaa. Edellä kuvatun kaltaiset metallikerrokset 8 eivät yleensä sovi, on suositeltavampaa 25 käyttää kuumassa kiinnitettyjä oksidipuolijohdekerroksia, jollaisia on kuvattu esim. EP-patentissa 125153. Tällaiset kerrokset muuttavat selvästi lasin säteilynläpäisyominai-suuksia.

30 Kuviossa 4 nähdään kahden lasin pintalämpösäteilyspektrit 20°C:ssa, 10 on käsittelemättömän kalkkisoodasilikaattilasin käyrä, 11 kuvaa samaa lasia samassa lämpötilassa, mutta päällystettynä 420 nm paksulla, fluorilla doopatulla Sn02-kerroksella. Voidaan nähdä, että jälkimmäisen heijastusomi-35 naisuudet ovat selvästi paremmat.

Kuviossa 5 nähdään kuvion 3 kaltainen parietodynaaminen ratkaisu, jossa on kuitenkin keksinnön mukainen kerros,

II

7 91012 joka rajoittaa lämpösäteilyä, erityisesti sellaista, joka voisi absorboitua lämmittävää ikkunaa 14 vastapäätä sijaitsevaan kylmään lasiin 13.

5 Kuviossa 6 on parietodynaaminen eristävä seinämä, jossa on keksinnön mukainen lämmittävä lasi, mutta tässä eristävänä suljettuna muunnelmana.

Lämmittävä kerros 15 on suojassa ulkopuoliselta kosketukselle) ta, sillä se sijaitsee perinteisen suljetun eristysikkunan 16 sisällä, joka muodostuu tavalliseen tapaan välikappaleesta 17, joka sisältää kuivaavaa ainetta 16 ja joka on kiinnitetty kerroslasin muodostaviin lasilevyihin esim. polysulfi-dia 19 käyttäen. Sähkö saadaan kahta johtavaa nauhaa 20 15 pitkin. Mikäli lämmittävä kerros 15 ei ole heikosti tiettyä säteilyä läpäisevä kerros, sellainen on kerros 21, joka sijaitsee levyn ulkopinnalla tai joka voi yhtä hyvin sijaita lämmittävässä lasilevyssä, toisella puolella kuin lämmittävä kerros 15.

20

Kuviossa 7 nähdään kaavakuvassa erittäin suositeltava keksinnön toteutusmuoto. Siinä nähdään seinämä, joka muodostuu kahdesta lasilevystä, joiden välissä kulkee raittiin ilman virta nuolten 22 suuntaisesti. Toinen laseista 23 on lämmit-25 tävä, tässä huoneiston puoleinen lasi. Ilma imetään ulkoa mieluiten lasin 24 alaosasta, mutta yhtä hyvin sopii mikä tahansa ilmankiertojärjestelmä, joka saa raittiin ilman virtaamaan lämmittävää lasia pitkin.

30 Lämmittävässä lasissa 23 on ei-huoneiston puolellaan kerros 25, joka kestää puhdistuksen huonontumatta. Heikosti tiettyä säteilyä läpäisevä kerros, joka on samanlainen kuin kerros 12 kuviossa 5 tai kerros 21 kuviossa 6, toimii tässä myös lämmittävänä kerroksena. Siinä on siis sähkövirtaa tuovia 35 nauhoja 26, jotka on sijoitettu siten, että kun ne yhdistetään saatavilla olevaan sähköjännitelähteeseen, saavutetaan haluttu maksimipintajännite. Taloudellisista syistä, sen sijaan että kerros mitotettaisiin levyn mittasuhteiden ja 8 saatavilla olevan sähköjännitteen mukaan, on edullisempaa käyttää aina samaa kerrosta ja sovittaa osatekijöistä sähkö-jännite ja/tai impulssien kesto sellaisiksi, että saavutetaan säädön mukainen tarpeellinen pintajännite ottaen huomi-5 oon lämmittävän seinämän pintalämpötila ja/tai tulevan ilman lämpötila ja/tai tarvittava kokonaissähkövoima annettuna hetkenä suhteessa sellaisiin tekijöihin kuin huoneiston lämpötilan ohjearvot, huoneiston senhetkinen lämpötila, ulkolämpötila tai vuorokaudenaika.

10

Jotta käyttöalue olisi mahdollisimman laaja, on toivottavaa pystyä käyttämään korkeita sähköjännitteitä, erityisesti julkisen sähkönjakeluverkoston talouksille jakamaa. Asennuksessa täytyy käyttää eristäviä tiivisteaineita ja on varot-15 tava, ettei kerros kosketa mitään johtavia kappaleita ja varauduttava sopivin turvallisuusjärjestelmin. Kerrosta 25 on silloin tällöin pestävä, koska ohi kulkeva ilma saattaa liata sitä. Seinämä täytyy siis pystyä avaamaan pesua varten. Tällöin, jos tavallisesti käytettävä jännite on vaaral-20 linen, sähkövirta täytyy saada lakkaamaan automaattisesti kun ikkuna avataan. Esim. FR-patentissa 2 180 433 kuvattu järjestelmä tai vastaava on tähän tarkoitukseen sopiva. Samoin, jos jompikumpi laseista 23 tai 24 särkyy, sähkövirran täytyy katketa.

25

Koska lasit yleensä ovat karkaistuja, voidaan käyttää tavallista karkaistun lasin rikkoutumisen havaitsevaa järjestelmää, esim. EP-patenttihakemuksessa 33857 mainitun kaltaista. Lasissa 24 voi olla vain tunnettu elektroninen laite, joka 30 kertoo onko sähkövirta katkennut.

Edellä olevasta kuvauksesta tulee esiin, miten tehokas, taloudellinen energiankulutuksensa ja asennuskustannustensa puolesta keksinnön mukainen seinämä on. Kerroksia voidaan 35 valmistaa suurina sarjoina eli hyvin edullisesti, vain yksi kerros riittää ja sovelletun säätöjärjestelmän ansiosta voidaan käyttää sähköverkon jännitettä.

Claims

91012

1. Huoneen ulkoilmasta eristävä lasiseinänä, joka sisältää joukon läpinäkyviä levyjä, joista ainakin yhden pinnalla on ohut, lämpösäteilyyn vaikuttava ja säteilyä heikosti läpäi- 5 sevä kerros, jolloin ilma kiertää ainakin kahden läpinäkyvän levyn välillä ennen kuin se jakautuu huoneeseen, ja joista huoneen sisätilaa lähinnä sijaitseva läpinäkyvä levy (14, 23. muodostaa osan sähkölämpöruudusta, tunnettu siitä, että lämpösäteilyyn vaikuttava ja säteilyä heikosti läpäisevä 10 ohut kerros (12, 21, 25) sijaitsee lämpöruudun mainitun levyn pinnalla sillä puolella, millä ilma kiertää.

2. Glasvägg enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vär-merutan är ett laminatglas (14).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että lämpöruutu on laminaattilasi (14). 15

3. Glasvägg enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vär- merutan är en sluten isolerande glasruta (16). li 91012

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että lämpöruutu on umpinainen eristyslasiruutu (16) .

4. Glasvägg enligt patentkrav 1, kännetecknad av att vär* merutan bestär av en skiva (23) som blir föremäl för elekt-risk uppvärmning genom att elströmmen strömmar genom det ge-nomskinliga ledande skiktet (25), som samtidigt är det tunna 5 skiktet som paverkar värmeutsträlningen.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että lämpöruutu muodostuu levystä (23), johon kohdistuu sähkölämmitys sähkövirran läpivirtauksella läpinäkyvän johtavan kerroksen (25) kautta, joka samalla on ohut, lämpösäteilyyn vaikuttava kerros. 25

5. Glasvägg enligt nägot av föregäende patentkrav, känne-tecknad av att det tunna skiktet pä värmerutans yta som paverkar värmeutstralningen är av halvledande genomskinlig 10 metalloxid.

5. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että lämpösäteilyyn vaikuttava, lämpöruudun pinnalla sijaitseva ohut kerros on puolijohtavaa läpinäkyvää metallioksidia. 30

6. Glasvägg enligt patentkrav 4 eller 5, kannetecknad av att skiktet under normala användningsförhällanden är skyddat mot yttre beröring. 15

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että normaaleissa käyttöolosuhteissa kerros on suojattu ulkopuoliselta kosketukselta.

7. Glasvägg enligt nägot av föregäende patentkrav, känne-tecknad av att den utgör ett fast väggelement i byggnadens yttervägg.

7. Jonkin edellisistä patenttivaatimuksista mukainen la siseinämä, tunnettu siitä, että se muodostaa rakennuksen ulkoseinän kiinteän seinäosuuden.

8. Glasvägg enligt nägot av patentkraven 1-6, kännetecknad av att den utgör ett öppningsbart väggelement, en dörr, ett fönster eller motsvarande i byggnadens yttervägg.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen lasiseinältä, tunnettu siitä, että se muodostaa rakennuksen ulkoseinän avattavan seinäosuuden, oven, ikkunan tai vastaavan.

9. Glasvägg enligt patentkrav 7 eller 8, kännetecknad av 25 att dä det skyddade ledande skiktet (8, 15, 25) under norma - la användningsförhällanden avisoleras, bryts elströmmen au-tomatiskt med ett lämpligt system.

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen lasiseinämä, tun nettu siitä, että kun normaaleissa käyttöolosuhteissa ulkoiselta kosketukselta suojattu johtava kerros (8, 15, 25) paljastuu, sähkövirta katkeaa automaattisesti sopivalla järjestelmällä.

10. Glasvägg enligt patentkrav 9, kännetecknad av att det 30 lämpliga systemet bryter elströmmen dä väggen öppnas.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että sopiva järjestelmä katkaisee sähkövirran, kun seinämä avataan. 15 li. Patenttivaatimuksen 9 mukainen lasiseinämä, tunnettu siitä, että sopiva järjestelmä katkaisee sähkövirran, kun jompikumpi seinämän muodostavista lasilevyistä särkyy. 20 l. Glasvägg som isolerar ett rum frän yttre luften, omfat-tande ett antal genomskinliga skivor, av vilka ätminstone en pä ytan har ett tunt skikt som päverkar värmeutsträlningen ooh släpper igenom straining svagt, varvid luften cirkulerar mellan ätminstone tvä genomskinliga skivor innan den förde- 25 las i rummet, och av vilka den genomskinliga skiva (14, 23) som befinner sig närmast det inre av rummet utgör en del av en elektrisk värmeruta, kännetecknad av att det tunna skik-tet (12, 21, 25) som päverkar värmeutsträlningen och släpper svagt igenom straining befinner sig pä den sida av ytan av 10 värmerutans nämnda skiva, där luften cirkulerar.

11. Glasvägg enligt patentkrav 9, kännetecknad av att det lämpliga systemet bryter elströmmen dä nägondera av glasru-torna, vilka utgör väggen, gär sönder.