NO170232B - Varmeisolerende bygnings- og/eller lyselement - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et varmeisolerende bygnings-og/eller lyselement, omfattende minst to i-det minste tilnærmet parallelt forløpende veggelementer, mellom hvilke det er anordnet plane støtteelementer og en tett forbindelse i kantområdene for å utgjøre, et tømbart mellomrom.

I mange årtier har vinduer med dobbelt og tre lags glass etter forvinduet på bygninger vært utprøvd, som i tidens løp er forbedret ved ytterligere tiltak som dempning med et infrarødt reflekterende sjikt og fylling med edelgasser med hensyn til isoalsjonsvirkning til en k-verdi på 1,4 W/m 3 K. Sammenlignet med godt isolerte bygningsyttervegger er denne verdi enda utilfredsstillende.

Enda lavere k-verdi (1,0 W/m 3 K) oppnås ved isole-rende glassvinduer, som mellom glasskivene er forsynt med overtrukkede transparente folier som reflekterer de infra-

røde stråler. Foliene bevirker at konveksjon, dvs. varmeover-føringen gjennom luft i bevegelse sterkt forhindres. For å unngå glassbrudd, må det høye trykk som dannes mellom glass-skivene ved oppvarming kunne unnvike fra det tette hulrom i det inntil 100 mm tykke vindu. Et i tillegg anordnet filter bevirker at den innkommende nye luft avfuktes, for å utelukke nedslag på glasskivene i vinduets hulrom. Denne konstruksjon tillater en gunstig k-verdi, men hindrer imidlertid vinduets lysgjennomtrengelighet på grunn av de mange refleksjonssjikt. Dessuten er de voluminøse og kostbare.

Ved hjelp av vakuumisolerte lyselementer kan det oppnås enda langt bedre k-verdier, da luftens konveksjon og deretter varmeledningen i stor grad kan oppheves ved økende vakuum i et hulrom. Dessuten er glass et av de mest egnede materialer som er istand til å opprettholde et vakuum over årtier.

Vakuumisolerte lyselementer oppnår dessuten om vinteren en positiv varmebalanse, fordi det utgående varme-energitap for et vindu er mindre enn energien som kommer inn ved hjelp av lyset.

Fordelen med et evakuert lyselement består i at heller ikke lyd kan forplante seg gjennom vakuum.

Like så fordelaktig er det at det ikke kan danne seg noe kondensat i et evakuert hulrom. Dessuten er et infrarødt reflekterende sjikt, f.eks. en sølvopdampning uopp-nåelig godt beskyttet mot oxydasjon i vakuum, slik at matting i stor grad forhindres.

Det er følgelig en ubestridt kjennsgjerning at anvendelse av et vakuumisolert bygnings- og/eller lyselement vil kunne bringe store fordeler. Likevel har disse eksiste-rende kjennsgjerninger ikke ført til en økonomisk suksess.

Således er det blant annet i DE-PS 25 20 062 gjort kjent et bygningselement med høy isoleringsevne, hvor minst én av de to begrensningsflater anordnet med avstand er lys-gjennomtrengelig eller gjennomsiktig, og begrensningsflatene er støttet mot hverandre ved hjelp av støtteelementer.

Innenfor rammen av den her tilkjennegjorte henvisning er det foreslått et bygningselement hvor begrensningsflatene på grunn av de påsatte sylindriske hhv. påklebede kuleformede støtteelementer har en avstand på flere millimeter. Merk-naden at en mindre avstand mellom begrensningsflatene gir en bedre isolasjonsvirkning er på grunn av de fremsatte angivel-ser ubegrunnet og beror på antagelser som mangler økonomiske overveielser og kjennsgjerninger såvel som konstruktive ut-føre lseskjennetegn.

Uløst er også den spesielle utforming av bygnings-elementets forbindelse ved kantene med liten avstand mellom begrensningsflatene. Ukjent er også løsningen som fører til unngåelse av erkjennelsen av de enkelte støtteelementer, når som nevnt, lette tyllforheng eller regndråper virker betydelig sterkere og mer uregelmessig.

Det europeiske patentskrift 0 047 725 formidler en varmeisolerende vindusglasskive med et hulrom som er tømt til et gasstrykk under 0,1 millibar, og er forsynt med mer enn 10 000 overlapningstrinn pr. kvadratmeter mellom glasskivene anordnet med en avstand på omtrent 0,3 mm. De påfallende tallrike overlappingstrinn som forekommer i tett anordning og forbundet stivt med vindusglasset har til hensikt en høy sta-bilitet for denne vindusglasskive med ulempen med den store varmeledning gjennom disse overlappingstrinn. Åpenbart ukjent oppheves vakuumets avgjørende nytte ved hjelp av denne utforming. Denne utforming kan nok oppfylle de stilte krav for en vindusglasskive med hensyn til fasthet og holdbarhet, men imidlertid er dens isoleringsevne utilstrekkelig og funksjons-evnen for forbindelsen sammenhengende med denne uløst. Sist-nevnte er på grunn av sin utforming ute av stand til å oppta glasskivenes gjensidige forskyvninger som oppstår ved tempera-turdifferansene på begge sider av vindusglasskiven.

Ifølge sluttberetningen i et sveitsisk forsknings-prosjekt nr. 1093.1 ble det i årene 1983 til 1985 gjennomført forsøk med utviklingen av et "evakuert dobbeltvindu med ekstremt høy varmeisolering". De utførte eksperimenter ifølge DE 25 20 062 og det amerikanske patentskrift 3 916 871 fremviste ikke noen tilstrekkelig forklaring og tilfredsstil-lende kjennsgjerninger såvel over utformingen som også den økonomiske fremstilling av et evakuert dobbeltvindu.

Også dersom mellomrommets tetthet hadde vært løst, er nå som før et vindu eller en glassdør med støtteelementer som hindrer den frie gjennomsikt uønsket, og har derfor ført til forskningsprosjektets for tidlige avslutning.

Ved varmeisolering av bygninger danner vinduene fra tidligere konstruksjoner achillessenen som skal fjernes. Ved hjelp av vakuumteknikken bør det være mulig å fremstille vinduer med positiv energibalanse, dvs. med k-verdier under 0,5 W/m 3 K. Om vinteren vil da den innkommende lysenergi være større enn det utgående varmetap, slik at et vakuumvindu også på nordsiden av et hus i løpet av dagen kan fremstille en type varmevegg, til tross for at det ikke blir skint på av sola.

Ved samtidig anvendelse av vakuumisolerte lyselementer som vinduer og fassadeelementer, kan i mange tilfeller den konvensjonelle bygningsoppvarming sløyfes, da en lys-gjennomtrengelig vakuumbygningshud kan overføre tilstrekkelig lysenergi i form av varme inn i det indre av bygningen, og altså fremstiller en type varmefelle.

Dessuten tjener bygningsmurene om natten som varme-lagring inntil lysoppvarmingen så om morgenen igjen blir aktiv.

Om sommeren dannes det en kjøligere bygning ved hjelp av vakuumisolerte vinduer og fasadeelementer forsynt med skyggelegningsmidler, også med fremragende lyddempnings-verdier da lyd ikke kan forplante seg i vakuum.

Men det er til idag ikke lykkes å finne en til-fredsstillende løsning til tross for store anstrengelser.

Hovedhindringen for en innføring på markedet danner etter teknikkens stand de rasterlignende anordnede støtteele-menter som sterkt forstyrrer vindugjennomsikten, som kuler eller stående bolter, som avvises av bygningsbransjen.

Dessuten består en permanent ulykkesfare på grunn av glassbrudd ved implosjon av evakuerte vinduer.

Dessuten er det hittil ikke lykkes å posisjonere disse kjente kuler eller bolter nøyaktig rasterlignende på en glassflate i stort antall på økonomisk måte.

En ytterligere hindring for en realisering dannet det anvendte høyvakuum, som ifølge teknikkens stand er nødven-dig for å kunne oppnå en tilstrekkelig isoleringsvirkning, som imidlertid på grunn av stadig utdampning fra glassover-flaten ikke kan opprettholdes over lengre tidsrom.

Bygningselementet ifølge DE-PS 25 20 062 har ulem-pene med de optisk forstyrrende støtteelementer.

At det heller ikke i den senere tid er oppnådd noen fremskritt viser offentliggjørelsen av et forskningsarbeid av SERI, Solar Energie Research Insistute, Golden, Colorado USA

i tidsskriftet "In Review" fra januar 1985.

Dette trykkskrift viser to glassplater med 3 mm tykkelse, mellom hvilke det er anordnet rasterlignende kuleformede støtter med en diameter på 4 mm som forstyrrer gjen-nomsikten. Det høyvakuum på 1,3 x 10 -3 Pa = 1,3 x 10 -5 mbar som trengs, garanterer store vanskeligheter for dets opprettholdelse over årtier. Det er også vist den forutsette glass-avstand en stor implosjonsfare.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er altså

å tilveiebringe et varmeisolerende bygnings- og/eller lyselement av den innledningsvis nevnte type, som ved hjelp av et varig vakuum mest mulig forhindrer varmetapene og hvis høye isolasjonsevne kan fremstilles innenfor rammen av de

industrielle muligheter etter økonomiske betingelser.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål ved hjelp av de karakteristiske trekk angitt i den kjennetegnende del av krav 1. Forskjellige utførelsesformer er angitt i de uselv-stendige krav.

Dette sikrer muligheten for en høy isd-leringsevne for et bygnings- og7eller lyselement i finvakuum-området og en varig opprettholdelse av vakuumet i mellomrommet som dannes ved hjelp av veggelementene som er tett forbundet med hverandre i randområdet. Den betydelig mer kostbare frem-, stilling i høyvakuumsområdet kan på den måte unngås, uten at isolasjonsevnen forminskes og at muligheten for at den frie gjennomsikt skal hindres.

v Utdampingen av veggene i det evakuerte mellomrom som inntrer i høyvakuumområdet elimineres i stor grad i fin-vakuumområdet og på den måten økes betraktelig evnen for opprettholdelse av vakuumet.

Den foreliggende oppfinnelsestanke støtter seg blant annet på den fysikalske kjennsgjerning, hvorfra varme-ledningsevnen ved gasser praktisk talt oppheves når de eksi-sterende gassmolekylers frie veilengde er større enn avstanden mellom kald og varm vegg i et evakuert rom.

Gassmolekylenes frie veilengde er proporsjonal med undertrykket tilveiebragt ved vakuum. Konsekvensen av denne lovmessighet er at jo mindre veggavstanden er, jo tilsvarende mindre skal evakueres, for å redusere henholdsvis forhindre varmeledningen i gass. Således utgjør eksempelvis den midlere frie veilengde for luftmolekylene ved et vakuum på 10 ^_mbar ca. 0,6 mm hhv. ved 1 mbar ca. 0,06 mm. Samtidig må det tas hensyn til at luftmolekylene i et vakuumrom ikke bare beveger "seg loddrett fra vegg til vegg, men i alle retninger i rommet.

Den praktiske anvendelse av disse regler fører til en mest mulig liten avstand mellom veggelementene, slik at en teknisk realisering enda er mulig. Alt etter overflatebeskaf-fenhet ligger avstanden mellom veggelementene hhv. glasskivene mellom 0,05 og 0,5 mm.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende

i forbindelse med noen utførelseseksempler og under henvisning til tegningene, der fig. 1 er et planriss av bygnings- og/eller lyselementene ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser et tverrsnitt gjennom bygnings- og/eller lyselementet på fig. 1, fig. 3 viser et tverrsnitt gjennom et bygnings- og/eller lyselement dannet av tre veggelementer, fig. 4 viser et tverrsnitt gjennom et bøyd bygnings- og/eller lyselement, fig. 5 viser et tverrsnitt gjennom et rørformet bygnings- og/ellér lyselement, fig. 6 viser et utsnitt av et forstørret tverrsnitt gjennom et bygnings- og/eller lyselement, og fig. 7 viser et utsnitt av et forstørret tverrsnitt gjennom et bygnings- og/eller lyselement.

Fig. 1 viser et bygnings- og/eller lyselement med anordningen av støtteelementene 2 mellom veggelementene 1. Fig. 2 viser dette bygnings- og/eller lyselement med mellomrommet 3 fremstilt i tverrsnitt. Fig. 3 anskueliggjør et bygnings- og/eller lyselement dannet av tre veggelementer 1. Fig. 4 formidler et bøyd bygnings- og/eller lyselement ifølge utførelsesformen på fig. 1 - 3. På fig. 5 er bygnings- og/eller lyselementet dannet av to konsentrisk anordnede rørformede veggelementer adskilt av en ringspalt.

På fig. 6 er det fremstilt en fleksibel kanttetning av en tynn metallfolie 7, som med sine kanter er loddet eller limt ved veggelementenes innerside og hvor deres gjenværende del ligger an brettet ragende ut over bygnings- og/eller lyselementet s kant. Gettermidler, som oppvarmes ved hjelp av lys-innstrålingen, kan anordnes i det evakuerte mellomrom 3 i form av et tynt belegg eller bånd.

Fig. 7 anskueliggjør en fleksibel kanttetning som på fig. 6, med den forskjell at den er forsynt med et større rom for opptak av gettermiddel. Dette oppnås ved hjelp av innlegg-ing av et trykkfast C-profil 9, som er omsluttet av den T-formede metallfolie. U-profilen 10 tjener som mekanisk beskyttelse.

Avstanden mellom støtteelementene 2 er avhengig av tverrsnittet og trykkfastheten for materialet som anvendes.

Ved optimering må det tilstrebes en mest mulig liten varmeledning. Støtteelementmaterialet med gettervirkning ville være ideelt.

Jo mindre tverrsnittet er og dermed trykkbelastbar-heten, desto mindre må avstandene mellom støtteelementne 2 velges, slik at det muliggjøres en optimering av veggelem-tenes tykkelse henholdsvis en gunstig innvirkende løsning på veggelementenes pris.

Varmeisolerende bygnings- og/eller lyselementer ifølge oppfinnelsen egner seg også som prisgunstige tynnsjiktsisolasjoner for kjøleskap, frysebokser, kjølerom osv., såvel som overalt hvor det ved det minste plassbehov skal oppnås høy varmeisolering. Istedenfor glassplater kan det også anvendes metallplater i vilkårlig mange sjikt, slik at k-verdier på mindre enn 0,1 w/m 2 K med en tykkelse på ca. 10 mm er oppnåelig. En enda bedre k-verdi oppnås ved hjelp av anordning av infrarødreflekterende folier i de mikrotynne vakuums j ikt 3.

Claims (10)

1. Varmeisolerende bygnings- og/eller lyselement bestå-ende av minst to i det minste tilnærmet parallelt forløpende veggelementer (1) mellom hvilke det er anordnet plane støtte-elementer (2) og en tett forbindelse i kantområdene for éi utgjøre et tømbart mellomrom (3), KARAKTERISERT VED at mellomrommet (3) har et vakuum fra 1 til 10 _ 3 millibar og avstanden mellom veggelementene (1) er mindre enn den frie veilengde for luftmolekylene bestemt for dette vakuum slik at luftmolekylenes varmeoverføring mellom veggelementene (1) i det vesentlige oppheves, idet den tette forbindelse omfatter en metallisk tetningsfolie (7) som omslutter mellomrommet (3) og absorberer forskjeller i ekspansjonen av veggelementene (1) på grunn av temperaturforskjellene i veggelementene (1) .

2. Bygnings- og/eller lyselement ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at avstanden mellom veggelementene (1) som avgrenser mellomrommet (3) er maksimalt 0,5 mm.

3. Bygnings- og/eller lyselement ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at støtteelementene (2) ligger på veggelementene (1) .

4. Bygnings- og/eller lyselement ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at støtteelementene (2) har mindre høyde enn tykkelse.

5. Bygnings- og/eller lyselement ifølge krav 4, KARAKTERISERT VED at støtteelementene (2) er flate småskiver.

6. Bygnings- og/eller lyselement ifølge ett av kravene 3-5, KARAKTERISERT VED at støttelementene (2) er et transparent materiale.

7. Bygnings- og/eller lyselement ifølge ett av kravene

3-6, KARAKTERISERT VED at støtteelementene (2) er mykere i enn veggelementene (1).

8. Bygnings- og/eller lyselement ifølge ett av kravene 1-7, KARAKTERISERT VED at støttelementene (2) overdekker maksimalt 1 o/oo av.bygnings- og/eller lyselementets.samlede flate.

9. Bygnings- og/eller lyselement ifølge ett av kravene 1-8, KARAKTERISERT VED at støtteelementene (2) i det minste på én side er glidende forbundet med et av veggelementene (1).

10. Bygnings- og/eller lyselement ifølge ett av kravene 1-9, KARAKTERISERT VED at veggelementene (1) er av glass.