NO864345L - Brannherdig veggkonstruksjon. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en brannherdig veggkonstruksjon. Brannherdige veggkonstruksjoner anvendes i flere forskjellige sammenheng, som for eksempel •mellom forskjellige deler av hus, for å innebygge trappehus, for brannskap beregnet for oppbevaring av utstyr og enheter som er ømtålige for høyere temperaturer, for datarom etc. •For at en vegg skal anses å være brannherdig skal den motstå en viss høy ytre temperatur i en viss tid uten at temperaturen på veggens innside skal overstige en viss temperatur. Selvsagt varierer slike krav fra anvendelse til anvendelse.

Brannherdige vegger framstilles vanligvis av betong eller betongbasert materiale, idet for anvendelse i bygninger opp-føres vegger som har en tilstrekkelig tykkelse for å forhindre at temperaturen stiger over et visst nivå på veggens innside når utsiden er utsatt for en høy temperatur. Brannvegger av betong blir ofte tunge og dyre. En annen ulempe med å utføre brannvegger i betong består i at disses tyngde medfører at det ofte er vanskelig i en forekommende bygning,

å oppføre en brannvegg. Et slikt behov kan foreligge når en del av en bygning skal inneholde utstyr,såsom datamaskiner, hvilke er følsomme for høye temperaturer. Et annet formål der en brannvegg med kjent teknikk er vanskelig å utføre, er når veggen skal være flyttbar, f.eks. i form av en folde-vegg. I hoteller, konferanselokaler og offentlige bygninger er flyttbare vegger relativt vanlige. Grunnen til nevnte vanskelighet er at veggelementer av betong blir for tunge.

For nevnte såkalte brannskap beregnet for oppbevaring av data-media, såsom datadisketter, skiver, bånd etc. tillates at en maksimal innertemperatur på 50°C oppnås etter 2 timers eksponering med en yttertemperatur på 1000°C.

For å tilveiebringe slike skap er det vanlig å utføre veggene av betong og et isoleringssjikt på den ene side av betongen samt anordne plater på begge sider av veggen.Herved gjøres betongveggen så tykk at varmeledingen gjennom betongen i kombinasjon med en viss vannavgang fra betongen medfører at veggens innertemperatur under innvirkning av isoleringssjiktet ikke overstiger den ovenfor angitte verdi under de angitte forhold.

Anvendelse av konvensjonell betong medfører som ovenfor angitt, at veggene blir tykke og dermed tunge.

For å oppnå en forsinkelseseffekt med hensyn til temperaturen på innsiden av et brannskap, er det tidligere foreslått å anbringe et faseomvandlingsmateriale i veggen, med hvilket menes et materiale som framviser en endoterm faseomvandling. Denne faseomvandling skal skje ved en temperatur som ligger under den maksimale temperatur som tillates på veggens innside .

I den internasjonale søknad nr. WO 82/00040 er det bl.a. foreslått å anvende glaubersalt, dvs. natriumsulfatdekahydrat, hvilket har en faseomvandlingstemperatur (smelting) på ca. 32°C og en andre faseomvandlingstemperatur (fordamping av krystallvann) ved ca. 100°C. Det er endog kjent å anvende silikatforbindelser for å oppnå en endoterm omvandling, for eksempel fra det tyske offentliggjøringsskrift DE-OS 2413644. Fra dette er det videre kjent å kombinere et sjikt av en silikatforbindelse med sjikt av mineralull.

Det amerikanske patentskrift nr. 4413369 viser anvendelse av gips, mineralull og en blanding av en silikatforbindelse i fast fase og gips i fast fase.

Det er således i og for seg velkjent å anvende en forbindelse som gjennomgår en endotermisk omvandling i den hensikt å forsinke at temperaturen stiger over det nivå der faseomvandlingen skjer.

Imidlertid utgjør nevnte faseomvandlingsmateriale i og for

seg intet konstruksjonsmateriale, hvorfor anvendelsen av slikt

materiale må kombineres med bærende konstruksjoner.

Den foreliggende oppfinnelse eliminerer de ovenfor angitte ulemper med den kjente teknikk og tilveiebringer et veggelement med betydelig mindre tykkelse enn kjente veggelementer når samme prestasjon skal oppnås.

'Videre er veggelementet vesentlig lettere enn en betongvegg, hvorfor'vekten av veggelementene reduseres betydelig når den foreliggende oppfinnelse anvendes/ sammenlignet med når veggelementer som vanlig utføres i betong.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en brannherdig veggkonstruksjon, omfattende et faseomvandlingsmateriale, hvis faseomvandling skjer ved en temperatur som er mindre enn en temperatur som er brannfarlig for tre, papir etc, og erkarakterisert vedat faseomvandlingsmaterialet omfatter en masse- framstilt av en blanding av vannglass i flytende fase samt vann og et" bindemiddel såsom sement eller tilsvarende, hvilket faseomvandlingsmateriale har så høyt vanninnhold at den endoterme reaksjon ved faseomvandlingen hovedsakelig utgjøres åv vannets fordampning."'! ••<:.>-;::.;r.

Oppfinnelsen skal beskrives1 nærmere i det etterfølgende med henvisning til tegningen, der

figur 1- viser;et tverrsnitt av et veggelement ifølge en første utførelsesform, der oppfinnelsen anvendes,

figur 2 viser et tverrsnitt av et veggelement ifølge en andre utførelsesform der oppfinnelsen anvendes,

figur 3 viser et tverrsnitt av et véggelement ifølge en tredje utførelsesform der oppfinnelsen anvendes.

Til grunn for den foreliggende oppfinnelse ligger en søken etter å tilveiebringe et konstruksjonsmateriale som er hen—

siktsmessig for anvendelse i brannherdige veggkonstruksjoner

og som inneholder store mengder vann. Vann er sammenlignet med andre i den foreliggende sammenheng kjente faseomvand-lingsmaterialer, hovedsakelig kostnadsfritt, samtidig som det medgår forholdsvis store energimengder for å heve vannets temperatur fra romtemperatur til en temperatur som overstiger 100°C. For normalt forekommende brannherdige veggkonstruk-•sjoner er det ønskelig å anvende et faseomvandlingsmateriale hvis faseomvandling skjer ved en temperatur som er lavere enn en for tre, papir etc. brannfarlig temperatur. Dette oppfylles når vann anvendes.

En forbindelse som kan inneholde store mengder vann i gelform er natriumsilikat Na20.nSi02. pI^O. Vannglass er en slik forbindelse. Vannglass absorberer store mengder energi i et temperaturintervall noe over 100°C. Vannglass inneholdende 60% vann øker sitt varmeinnhold med ca. 1900 kJ/kg fra 20°C

til 200°C. Tilsvarende verdi for glaubersalt er ca. 2000 kJ/kg.

For rent vann gjelder at det øker sitt varmeinnhold i temperaturintervallet 20°C til 200°C med. ca. 3000 kJ/kg.

Vann er således i den foreliggende sammenheng/mer effektivt

enn bare vannglass eller glaubersalt.

Vann er således meget billig og effektivt å anvende, men har selvsagt den ulempe at det ikke kan, eller i hvert fall ikke bør være fritt men må være bundet.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes et faseomvandlingsmateriale som omfatter en masse framstilt av en blanding av vannglass i flytende fase samt vann og et bindemiddel, såsom sement eller tilsvarende, hvilket faseomvandlingsmateriale har så høyt vanninnhold at den endoterme reaksjon ved faseomvandlingen hovedsakelig utgjøres av vannets fordampning.

Det har overraskende blitt konstatert at en slik masse kan framstilles med et vanninnhold som er så høyt som drøyt 80%. Massen varierer avhengig av vanninnholdet fra å være sandaktig til gelaktig.

Ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse består faseomvandlingsmaterialet av en masse framstilt av en blanding av vannglass i flytende fase, sement og vann, der vann er tilsatt i enlslik mengde at vekten av tilsatt fritt vann overstiger den sammenlagte vekt -av vannglass og sement, men er. mindre enn. ca. 3 ganger den sammenlagte vekt av vannglass og sement.

Fortrinnsvis anvendes Portland-sement, men endog andre sementsorter kan forekomme. Det har endog vist seg at mur-kalk kan anvendes i stedet for sement.

Forholdet mellom vekten av sement og vekten av vannglass, fortrinnsvis vannglass med 60 vekt-% vann, overstiger ifølge en foretrukket utførelsesform ca. 0,4.

Nedenfor angis to blandingseksempler. I begge eksemplene ble ved:, framstillingen j f ørst Portland-sement. og vann blandet. Denne-blandingen ble-deretter anvendt som herder for det flytende vannglasset når blandingen ble blandet med vannglasset.

Eksempel 1

En blanding ble framstilt bestående av 15 kg Portland-sement og 65 kg vann, hvilken ble blandet med 20 kg 60%-ig vannglass. Blandingen herdet i løpet av 1 minutt til en gellignende men relativt fast masse. Massens egenvekt ble 1330 kg/m 3; ■:Vanninnholdet i massen er 77%.

Eksempel 2

En blanding.ble framstilt og^bestående av 80.kg Portland-, sement og 720 kg vann, hvilken ble blandet med 200 kg 60%-ig vannglass ../Blandingen." herdet ,i ;.løpet av. 6 minutter til en gelaktig men relativt fast masse. Massens egenvekt ble 1130 kg/m 3. I denne masse er vanninnholdet således så høyt som 84%.

Herdetiden for slike masser påvirkes mest av andelen Portland-sement i blandingen. Herdetiden minsker med en økende andel Portland-sement. En kort herdetid er vanligvis fordelaktig av produksjonstekniske grunner.

Ovenfor ble nevnt at vannet øker sitt varmeinnhold i temperaturintervallet 20°C til 200°C med omtrent 3000 kJ/kg.

Massen ifølge eksempel 2 ovenfor, øker sitt varmeinnhold med omkring 2800 kJ/kg i temperaturintervallet 20°C til 200°C. Dette i kombinasjon med at den foreliggende blanding er spesielt billig, gjør at blandingen er spesielt hensiktsmessig for det foreliggende formål.

Nevnte masse har en så lav holdfasthetsstyrke at veggelementer ikke kan oppføres kun av massen, men må oppstages. Imidlertid har den en tilstrekkelig holdfasthetsstyrke til å kunne støpes og etter herding beholde sin form endog når den utsettes for

en viss belastning.

I figur 3 vises som utførelseseksempel, en enkel veggkonstruksjon der foreliggende oppfinnelse anvendes. Med henvisnings-tallet 1 betegnes veggelement som omfatter nevnte masse 2.

Som det framgår av det ovenstående, er det mulig å støpe blandingen og derved oppnå en gelaktig masse. Imidlertid er det på grunn av det høye vanninnhold som kan gå opp til ca. 85%, viktig å beskytte massen mot uttørking. Dette kan skje ved å omslutte massen med et tett hylster, f.eks. med en plastfolie 3, f.eks. en polypropylenfolie eller en kombinasjon av plate og plastfolie eller plastklebebånd. Ved framstilling av en veggkonstruksjon ifølge oppfinnelsen støpes derfor blandingen i poser av plastfolie 3 i en for det aktuelle veggelement beregnet form.

For å oppnå tilstrekkelig holdfasthet er ifølge en foretrukken utførelsesform, nevnte poser omgitt av tynne plater 4,5, hvilke danner et rom i hvilket posene er plassert. Her er den nærmest veggelementets tenkte utside 6 beliggende plate perforert med en mengde små hull 7, av hvilke kun et fåtall er vist i figur 3. Grunnen til dette er at når veggelementets •utside utsettes for så høy temperatur at vannet i massen fordampes, brister posene 3 på grunn av i disse herskende .trykk, hvoretter vanndampen kan trenge ut gjennom nevnte hull i retning mot veggelementets utside.

Alternativt kan nevnte hylster utgjøres av plater av stål eller annet metall. I så fall er platene forbundet med hverandre i hjørne eller forbundet med trelister i et mellom platene liggende sprinkelverk ved hjelp av et tett klebebånd. Ved fordampning av vannet i massen, som følge av en høy temperatur, brister plastklebebåndet, hvorved vanndamp kan trenge ut fra det mellom platene dannede rom. I det tilfelle platene er forbundet med trelekter, er trelektene forsynt med hull, hvilke er forseglet med tett plastklebebånd.

I figur 3 vises en trelist 8 som utgjør et avstandsorgan mellom platene 4, 5. Ved å anvende en trelist unngås varme-overganger.

I den hensikt å forsinke den på utsiden 6 av veggelementet herskende temperatur i å trenge inn til faseomvandlingsmaterialet 2, forefinnes ifølge en utførelsesform vist i figur 1, et isolerende sjikt 9 av mineralull utenpå den perforerte plate 4.

Selvsagt kan veggelementene 1,10, 11 kles med en hensiktsmessig indre og ytre kledning 12, 13 for å gi veggen ønsket utseende. -En slik kledning 12, 13 kan for eksempel for inn-vendige flater i hus, være plateformet bygningsmateriale, hvilket tapetseres og for utendørsflater, puss eller tegl. Den ovenfor beskrevne veggkonstruksjon har vist seg å være spesielt effektiv. For for eksempel ved en yttertemperatur på 1000°C, å forhindre at veggens innsides 14 temperatur overstiger ca. 120°C på 2 timer, er det for veggkonstruksjonen, som vist i figur 1, tilstrekkelig med en tykkelse av nevnte masse på ca. 30 mm og en mineralulltykkelse på 20 mm. Hele veggens tykkelse ved anvendelse av byggeplater 12, 13, blir kun ca. 60 mm. Platenes 4,5 tykkelse kan for eksempel være 1 mm.

Den foreliggende veggkonstruksjon løser således helt de inn-ledningsvis nevnte ulemper.

I visse sammenheng, såsom ved vegger for datarom eller rom

med annet utstyr som er følsomt for forhøyde temperaturer, skal temperaturen på veggens innside 14 under de ovenfor angitte forhold, ikke overstige ca. 50°C.

For slike anvendelser omfatter, ifølge en modifikasjon av oppfinnelsen, veggkonstruksjonen endog et andre faseomvandlingsmateriale plassert i avstand fra men parallelt med førstnevnte faseomvandlingsmateriale, som utgjøres av nevnte masse. Det andre faseomvandlingsmateriale er slik valgt at det faseomvandles ved en lavere temperatur enn massen, nemlig ved en temperatur lavere enn 50°C, og er ifølge oppfinnelsen plassert nærmere veggkonstruksjonens tenkte innside 14.

En betydelig ulempe som er forbundet med den kjente teknikk

er at tykke sjikt av konvensjonelt isolerende materiale må anvendes, liksom"relativt tykke sjikt av et faseomvandlingsmateriale, på grunn av at kun et faseomvandlingsmateriale anvendes, hvilket faseomvandles ved en temperatur kun noe under eller ved den høyeste tillatte temperatur.

Ved å kombinere et sjikt av nevnte masse med et andre faseomvandlingsmateriale som faseomvandles ved en lavere temperatur, oppnås at en relativt sett liten mengde av det andre faseomvandlingsmaterialet behøves samtidig som veggens totale tykkelse blir liten sammenlignet med tilfellet der kun det andre faseomvandlingsmaterialet anvendes i kombinasjon med en tykk isolering av mineralull.

Det andre faseomvandlingsmaterialet utgjøres fortrinnsvis av •glaubersalt. Glaubersalt omvandles foruten en temperatur på vel 100°C, ved en temperatur på ca. 32°C. Dette medfører;at glaubersalt øker varmeinnholdet med 240 kJ/kg; i temperaturintervallet 20°C til 50°C, hvorfor glaubersalt er hensiktsmessig til å bli anvendt nærmest veggens innside. Tilsvarende økning av varmeinnholdet i temperaturintervallet 20°C til 50°C framvises endog av fiksersalt og voks.

Sistnevnte modifikasjon er vist i figur 2.

Det andre faseomvandlingsmaterialet 15 er innesluttet i poser 16 av et fleksibelt og tett materiale, fortrinnsvis en tresjikts plastfolie.

For :å holde nevnte poser 16 på plass, samt isolere disse fra det.; første f aseomvandlingsmaterialet, fylles rommet 17 mellom nevnte plate 5 og den bekledning 13 som.utgjør veggens innside, med polyuretanskum 18 eller tilsvarende etter at posene er bragt på plass.

Den i figur 2 viste vegg 11 har vist seg å være ytterst effektiv. For å klare en yttertemperatur på 1000°C i to timer uten at temperaturen på veggens innside overstiger 50°C, kan tykkelsen av posene 16, regnet fra høyre til venstre i figur 2, idet den totale, bredde av rommet 18 er 20 mm. Posenes 3 tykkelse er da 30 mm og mineralullsjiktets 9 tykkelse er 20 mm.

For dette tilfelle der yttertemperaturen er 1000°C, har etter en viss tid varmen trengt inn til rommet 18. Ved åt.en-stor varmemengde medgår til-å fordampe'vann i massen 2, faller temperaturgradienten fra 1000°C til omtrent. 100°Cover mineralullsjiktet 9. I sluttrinnet ved en prøve, dvs. etter nærmere to timer, holdes temperaturen på et nivå på 10 0°C ved platen 5 utenfor polyuretansjiktet. Ved at polyuretanskum har meget gode yarmeisolerende egenskaper, transporteres små varmemengder gjennom dette.

"Ved hjelp av den foreliggende veggkonstruksjon oppnås således et, sammenlignet med konvensjonell teknikk, tynt veggelement. At veggelementet er relativt tynt medfører videre at det er relativt lett. Dessuten er veggelementet relativt billig.

I stedet for å anordne posene 16 på den i figur 2 viste måte, kan i stedet det andre faseomvandlingsmaterialet samles på det sted av rommet som skal beskyttes mot en for høy temperatur der temperaturen stiger hurtigst. Således kan rommet, som for eksempel i mindre rom eller i forskjellige typer av brannskap, en kassett eller holdere, forefinnes i taket på rommet, hvilket inneholder poser med det andre faseomvandlingsmaterialet . Herved oppnås en effekt helt tilsvarende den ovenfor nevnte, ettersom det andre faseomvandlingsmaterialet ved faseomvandlingen senker lufttemperaturen i rommet. Ifølge denne utførelse opprettholdes således isoleringssjiktet 18 bestående fortrinnsvis av polyuretanskum.

Foruten å utgjøre vegger i datarom, kan den sist beskrevne veggkonstruksjon utgjøre vegger i dokumentskap og opp-bevaringsskap. Herved utnyttes de i veggelementet inngående plater til å feste forskjellige veggelementer til hverandre. Selv skapets dør utføres ifølge oppfinnelsen.

For for eksempel foldevegger av det ovenfor angitte slag, nyttes hensiktsmessig en veggkonstruksjon hovedsakelig ifølge figur 3. Herved kan de med henvisningstallene 12 og 13 betegnede kledninger utgjøres av plater, hvilke anvendes som bærende elementer i foldeveggkonstruksjonen.

Den foreliggende oppfinnelse kan selvsagt tilpasses i alle sammenheng der det kreves en brannherdig veggkonstruksjon. Videre kan massen ifølge oppfinnelsen kombineres med andre enn de som utførelseseksempel angitte materialer.

Den foreliggende oppfinnelse skal således ikke anses begrenset til de ovenfor angitte utførelsesformer men kan varieres innen den .av de etterfølgende patentkrav angitte ramme.

Claims (10)

1. Brannherdig veggkonstruksjon omfattende et faseomvandlingsmateriale hvis faseomvandling skjer ved en temperatur lavere enn en for tre, papir etc. brannfarlig temperatur, karakterisert ved at faseomvandlingsmaterialet omfatter en masse (2) framstilt av en blanding'av vannglass i flytende fase samt vann og et bindemiddel, som for eksempel sement eller tilsvarende, hvilket faseomvandlingsmateriale har så høyt vanninnhold at den endoterme reaksjon ved faseomvandlingen hovedsakelig utgjøres av vannets fordampning.

2. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at vekten av tilsatt friskt vann overstiger den sammenlagte vekt av vannglass og sement, men er lavere enn ca. 3 ganger den sammenlagte vekt av vannglass og sement.

3. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at forholdet mellom vekten av sement og vekten av vannglass, fortrinnsvis vannglass med 60 vekt-% vann, overstiger ca. 0,4.

4. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at faseomvandlingsmaterialet (2) er omsluttet av et tett hylster av metallplate, eller alternativt av en plastfolie (3), fortrinnsvis en polypropylenfolie.

5. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert ved at nevnte faseomvandlingsmateriale (2), for det tilfelle det er innesluttet i plastfolie, er omgitt av to i avstand fra hverandre parallelle tynne plater (4,5) der den nærmest veggelementets (1,10,11) tenkte utside (6) beliggende plate (4) er perforert med en mengde små hull (7).

6. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1, 2, 3, 4 eller 5, karakterisert ved at det mellom nevnte faseomvandlingsmateriale (2) og veggelementets tenkte utside (6), dvs. den side som i tilfelle brann oppvarmes, finnes et sjikt av et isolerende materiale (9), såsom mineralull.

7. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5 eller 6, karakterisert ved at veggkonstruksjonen også omfatter et andre faseomvandlingsmateriale (15) plassert i avstand .-.fra men parallelt med førstnevnte fase-. omvandlingsmateriale (2), hvilket andre faseomvandlingsmateriale (15) faseomvandles ved en lavere temperatur enn førstnevnte faseomvandlingsmateriale (2) og hvilket andre faseomvandlingsmateriale (15) er beregnet til å befinne seg nærmere veggkonstruksjonens tenkte innside (14).

8. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 7, karakterisert ved at det andre faseomvandlingsmaterialet (15) består av et salt som faseomvandles ved en temperatur mindre enn ca. 50°C, fortrinnsvis glaubersalt.

9. Brannherdig veggkonstruksjon ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at det andre faseomvandlingsmaterialet (15) er innesluttet i poser (16) av et fleksibelt og tett materiale, fortrinnsvis en tresjikts plastfolie.

10...Brannherdig veggkonstruks jon ifølge krav 9, karakterisert ved at nevnte poser (16) inneholdende nevnte andre faseomvandlingsmateriale (15) er plassert nær veggelementets tenkte innside (13), og at et isolermateriale, fortrinnsvis polyuretanskum, finnes i et veggavsnitt som utgjøres av et rom (18) mellom nevnte innside (13) . og den nærmest innsiden (2) beliggende plate. (15), som omgir det første faseomvandlingsmateriale (2).