DE102011112644A1

DE102011112644A1 - Lichtdurchlässige Vakuumdämmplatte

Info

Publication number: DE102011112644A1
Application number: DE102011112644A
Authority: DE
Inventors: Roland Caps; Leif Gullberg
Original assignee: Va Q Tec AG
Current assignee: Va Q Tec AG
Priority date: 2011-09-07
Filing date: 2011-09-07
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine evakuierte Wärmedämmplatte, die sich aus einem opaken Teil und aus einem oder mehreren lichtdurchlässigen Teilen zusammensetzt. Sowohl die opake als auch die lichtdurchlässigen Flächen bestehen aus mikroporösen Stützkernen mit einer Porengröße unter 5 μm. Die unterschiedlichen Stützkerne sind im wesentlichen auf den gleichen Gasdruck evakuiert und weisen eine Wärmeleitfähigkeit von höchstens 0,010 W/mK auf. Die lichtdurchlässigen Teile können aus transparenten Aerogelplatten oder transluzentem Aerogelgranulat aufgebaut sein. Die opaken Teile können aus pyrogener Kieselsäure mit Trübungsmittel bestehen. Der Gesamtstützkern, der sich aus den opaken und lichtdurchlässigen Teilen zusammensetzt, ist von einer luft- und wasserdampfdichten Hochbarrierehülle umgeben, die eine Luftdurchlässigkeit von weniger als 0,1 cm3/m2d aufweist, um eine ausreichend lange Nutzungsdauer zu gewährleisten. Die Hochbarrierehülle ist zumindest im Bereich des lichtdurchlässigen Stützkerns transparent.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vakuumdämmplatte, die sich aus lichtdurchlässigen und nicht-lichtdurchlässigen Flächen zusammensetzt.
Mit evakuierten Dämmplatten lassen sich höchste Wärmedämmwerte bei geringsten Platzverbrauch erreichen. Beispielsweise wird verpresstes pyrogenes Kieselsäurepulver als Stützkörper verwendet, der von einer vakuumdichten, metallisierten Hochbarrierefolie umhüllt wird [Patentschrift DE 100 58 566 ]. Aufgrund der extrem feinen Porenstruktur der pyrogenen Kieselsäure erreicht man schon mit einem relativ mäßigen Vakuum von z. B. 10 mbar eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit um 4 bis 5 mW/mK. Eine Anwendung betrifft die effiziente Dämmung von Haustüren. Die Vakuumdämmplatten wird dort als Dämmkern eingesetzt und erreicht bei moderaten Türdicken höchste Dämmwerte.
Oft wird bei einer Haustüre jedoch auch ein transparenter Anteil als Sichtfenster zum Kontakt nach draußen gewünscht. Transparente Haustürteile können als Doppelglasisolierscheibe ausgeführt werden, wie es in der Fenstertechnik üblich ist. Allerdings ist der Wärmedurchgang durch das transparente Teil gewöhnlich sehr viel größer gegenüber den nichttransparenten Teilen einer Haustüre. Beispielsweise erreicht der U-Wert eines Isolierglasfensters in Doppelscheibenausführung bestenfalls 1,1 W/m²K in der Scheibenmitte. Der Isolierglasrandverbund stellt zudem eine bedeutende Wärmebrücke dar und erhöht den Wärmedurchgang in Abhängigkeit von der Scheibengröße wesentlich. Je geringer die Größe des Glasscheibenteils desto höher ist im Verhältnis der Anteil des Randverbundes an dem Wärmedurchgang des Isolierglaselementes. Der effektive Wert U-Wert des transparenten Scheibeneinsatzes bei einer Größe von z. B. 30 cm × 30 cm kann damit leicht 2 W/m²K übersteigen. Demgegenüber liegt der U-Wert einer vakuumgedämmten opaken Fläche gewöhnlich unter 0,3 W/m²K.
Will man in einer mit Vakuumdämmplatten hochgedämmten Haustüre ein transparentes Teil integrieren, so hat dies produktionstechnisch einen hohen Aufwand zur Folge. Es müssen, wie das Beispiel in 1 zeigt, sehr viele kleine, einzeln vakuumgedämmte Teile zusammengesetzt werden, um das transparente Teil in der Fläche einzubringen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lösung zu finden, bei der eine aus opaken und lichtdurchlässigen Teilen zusammengesetzten hochdämmenden Platte möglichst einfach gestaltet ist, die Wärmedämmung verbessern wird und Wärmebrücken vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Aufbau eines Vakuumpaneels gelöst, in dem mikroporöse Stützkerne aus opaken, nicht-lichtdurchlässigen Materialien mit mikroporösen Stützkerne aus lichtdurchlässigen Materialien in der Fläche kombiniert werden. Beide Stützkerne weisen in etwa die gleich Dicke auf. In ihrer Gesamtheit wird die Kombination der beiden unterschiedlichen Stützkörper von einer zumindest in einer Teilfläche transparenten Hochbarrierefolie vakuumdicht umhüllt.
Bevorzugt wird für die opaken Flächenteile ein Stützkern aus verpresster pyrogener Kieselsäure verwendet. Der Kieselsäure ist üblicherweise ein Infrarottrübungsmittel zugesetzt, um die Wärmeleitfähigkeit auf ein Minimum von 0.004 bis 0.005 W/mK zu reduzieren.
In die nicht-opaken Flächenteile wird entweder eine transparente Platte aus monolithischem Kieselsäureaerogel gleicher oder ähnlicher Dicke wie der opake Kern oder alternativ eine Schüttung aus transluzentem Aerogelgranulat eingebracht. Monolithische Kieselsäureaerogele werden durch ein Sol-Gel-Prozess mit anschließender überkritischer Trocknung hergestellt. Monolithisches Aerogel lässt einen großen Teil des Lichtes ungestreut hindurch, so dass es transparent ist. Transluzentes Aerogelgranulat wird in einem ähnlichen Prozess, aber kontinuierlich hergestellt. An den Oberflächen von Aerogelgranulatkörnen wird Licht gestreut, jedoch erreicht ein recht hoher diffuser Lichtanteil die andere Seite einer Schüttung aus diesem Material.
Schüttungen aus Aerogelgranulaten in Luft werden schon seit längerem als transluzente Dämmelemente für Fassaden- oder Dachteile eingesetzt und erreichen eine Wärmeleitfähigkeit um 0,020 W/mK. Durch die Evakuierung lässt sich die Wärmeleitfähigkeit von monolithischen und granulärem Aerogel noch einmal halbieren, d. h. es werden Werte unter 0,010 W/mK erreicht.
Aerogele sind im allgemeinen wesentlich teurer als Platten aus pyrogener Kieselsäure, daher ist es vorteilhaft kleinere Flächen transparenter/transluzenter Aerogelteile mit größeren Flächen aus pyrogener Kieselsäure zu kombinieren, um eine maximale Wärmedämmung bei ausreichender Lichtdurchlässigkeit zu erreichen.
Die Kombination aus Flächenteilen mit opaken Kieselsäureplatten und mit Aerogelplatten bzw. -schüttung wird mit einer transparenten Hochbarrierefolie umhüllt, auf einen Gasdruck unter 10 mbar evakuiert und vakuumdicht verschlossen. Alternativ kann der zusammengesetzte Stützkern auch mit einer opaken, metallisierten Hochbarrierefolie umhüllt werden, wobei über bzw. unter den Teilflächen mit transparenten oder transluzenten Stützkernen transparente Teile von Hochbarrierefolien in die opake Hülle eingesiegelt sind. Dies kann dadurch geschehen, dass aus der metallisierten, opaken Folie eine Fläche ausgeschnitten wird und ein etwas größeres transparentes Hochbarrierefolienteil mit seiner Siegelschicht am Rand der ausgeschnittenen Fläche auf die Siegelschicht der opaken Folie aufgesiegelt wird. Das hat den Vorteil, dass die gegenüber einer opaken, metallisierten Hochbarrierefolie gewöhnlich höheren Gas- oder Wasserdampfdurchlässigkeit einer transparenten Barrierefolie sich aufgrund des relativ kleinen Flächenanteils (z. B. 10%) in der Summe weniger bemerkbar macht. Beispielsweise erhöht sich die Gasdurchlässigkeit einer opaken, metallisierten Hochbarrierefolie mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,01 cm³/m²d nur auf effektiv 0,02 cm³/m²d, wenn ein Flächenanteil von 10% aus einer transparenten Barrierefolie mit einer Luftdurchlässigkeit von 0,1 cm³/m²d eingesetzt wird. Die effektive Durchlässigkeit der kombinierten Umhüllung von 0,02 cm³/m²d ist damit fünf mal geringer als die einer transparenten Vollumhüllung mit 0,10 cm³/m²d.
Transparente Hochbarrierefolien können z. B. aus einer oder mehreren Laminatschichten bestehen, die mit SiOx oder AlOx bedampft sind.
Nicht-transparente Hochbarrierefolien bestehen üblicherweise aus zwei oder drei Schichten metallisiertem Polyester. Alle Barrierefolien müssen zusätzlich mit einer siegelfähigen Schicht aus z. B. Polyethylen ausgerüstet sein. Die Luftdurchlässigkeit der opaken Hochbarrierefolien sollte mindestens 0,05 cm³/m²d (bei Raumtemperatur) vorzugsweise kleiner 0,01 cm³/m²d, die der transparenten Hochbarrierefolien mindestens 0,2 cm³/m²d vorzugsweise kleiner 0,05 mbar liter/m²d betragen. Dadurch kann eine ausreichend lange Nutzungsdauer der Vakuumdämmung bis zu einer Verdoppelung des Wärmedurchgangs erreicht werden. Ähnliche Grenzwerte und Vorzugswerte der Barriereeigenschaften gelten auch für die Permeation von Wasserdampf durch die Barrierefolien, allerdings ausgedrückt in g/m²d.
Die Wärmeleitfähigkeit der opaken Kerne aus gepresstem pyrogenem Kieselsäurepulver beträgt im evakuierten Zustand (< 1 mbar) typischerweise 0,004 bis 0,005 W/mK. Die Wärmeleitfähigkeit der transparenten Stützkerne aus monolithischem Aerogel liegt bei etwa 0,008 bis 0,010 W/mK, die von transluzentem Aerogelgranulat bei 0,006 bis 0,010 W/mK. Daher erhöht sich die Gesamtwärmeleitfähigkeit der kombinierten Vakuumdämmplatten aufgrund der transparenten Komponenten nur um 0,0005 W/mK, wenn ein Anteil von 10% transparenter Vakuumdämmung angenommen wird.
Die Herstellung der kombiniert opak-transparenten Vakuumdämmplatten kann z. B. wie folgt durchgeführt werden: Eine Platte aus gepresster Kieselsäure wird auf die gewünschte Größe zurecht geschnitten. Mit Hilfe einer Stichsäge wird aus der Platte der Teil entfernt, der später durch eine transparente Aerogelplatte ersetzt werden wird. Die opake Kieselsäureplatte mit der Aussparung wird vollständig mit einem Kunststoffvlies umhüllt, das auch die ausgesägten Innenkanten miteinschließt. Dadurch wird vermieden, dass bei der weiteren Verarbeitung Staub auf die transparente Aerogelplatte zu liegen kommt und die Transparenz verschlechtert.
Danach wird eine Tüte aus metallisierter Hochbarrierefolie hergestellt, in die der Stützkern mit Aerogeleinlage hineinpasst. An beiden Seiten der opaken Tüte wird an der Stelle, an der später der transparente Kernteil zu liegen kommt, eine Öffnung ausgeschnitten. Zwei transparente Folienteile, die etwas größer sind als der Tütenausschnitt werden mit den Nicht-Siegelseiten aufeinandergelegt und in die Tüte an die Stelle des Ausschnitts gelegt. Der Rand der transparenten Folien wird nun mit den Randbereichen um den Ausschnitt der opaken Tüte herum mit einem geeigneten Siegelwerkzeug so versiegelt, dass eine vakuumdichte Verbindung der unterschiedlichen Folien entsteht.
Die Aerogelplatte wird in die Aussparung des Kieselsäureplatte eingesetzt. Anschließend wird der Stützkern mit transparentem Teil so in die auf drei Seiten geschlossene Tüte eingeschoben, dass die transparenten Bereiche der Tüte und die Aerogeleinlage aufeinander treffen. Die Tüte mit dem Stützkern wird in einer Vakuumkammer auf einen ausreichend tiefen Druck unter 5 mbar evakuiert und nach ausreichender Evakuierung mit einem Siegelbalken verschlossen. Nach der Belüftung der Vakuumkammer weist gemäß 2 die so erhaltene Vakuumdämmplatte 6 trotz ihres transparenten Teils 5 einen sehr niedrigen Wärmedurchgang auf.
Die Ausführung mit transluzentem Aerogelgranulat kann auf ähnliche Weise erfolgen, indem das Aerogelgranulat in die Aussparung der Kieselsäureplatte eingefüllt wird. Im Gegensatz zu Aerogelplatten schrumpft allerdings die Dicke der Aerogel-Granulatschüttung erheblich, wenn sie nach dem Evakuieren mit dem atmosphärischen Druck von außen belastet wird. Es empfiehlt sich daher, den Aerogelgranulat-Stützkern vor dem Einsetzen in die Aussparung vorzupressen.
Die Vakuumdämmplatten mit integriertem transparenten oder transluzentem Fenster können für die Dämmung von Haustüren aber auch für die Ausführung von Türen von Kühl- oder Gefrierschränken verwendet werden. Der lichtdurchlässige Teil der Vakuumdämmplatte kann von außen mit einer Glas- oder Kunststoffscheibe abgedeckt werden, um die mechanisch empfindliche Hochbarrierefolie vor Beschädigung zu schützen.
Erläuterung der Abbildungen:
1 zeigt den bisherigen Aufbau einer Tür mit Türblatt (3), einer Isolierglasscheibe (1) mit Randverbund (2) und mehreren Vakuumisolierplatten (4).
2 zeigt eine erfindungsgemäßen Aufbau einer Tür mit Türblatt (3), einer einzigen Vakuumisolierplatte (6) mit integriertem transparentem Aerogelteil (5).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10058566 [0002]

Claims

Vakuumdämmplatte mit einer zumindest in Teilflächen transparenten Umhüllung dadurch gekennzeichnet, dass ihr Stützkern teilweise aus transparenten oder transluzenten Materialien und teilweise aus opakem Material aufgebaut ist, so dass ein oder mehrere Sichtfenster bestehen.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass deren Umhüllung aus einer oder mehreren transparenten Hochbarrierefolien besteht.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Teile der Umhüllung aus einer oder mehreren opaken Hochbarriefolien und die anderen Teile aus einer oder mehreren transparenten Hochbarrierefolien bestehen, wobei die transparenten Folienflächen auf der Vorder- und Rückseite der Vakuumdämmplatte so verteilt sind, dass als Sichtfenster ein Lichtdurchgang durch die Hüllenvorderseite an den transparenten oder transluzenten Stützkörperteilen, durch das transparente oder transluzente Stützmaterial selbst und durch die entsprechende Stellen der Rückseite der Hülle möglich ist.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe der transparenten Folienflächen in etwa den Flächen der transparenten oder transluzenten Stützkörperteile entspricht.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 3–4, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Hochbarrierenfolienteile innen mit der Siegelschicht nach außen auf der nicht-transparenten Hülle im Bereich der Sichtfenster vakuumdicht aufgesiegelt sind.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Hochbarrierefolie eine oder mehrere Barriereschichten aus SiOx oder AlOx enthält.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasdurchlässigkeit der transparenten Barrierefolie weniger als 0,2 cm³/m²d, bevorzugt weniger als 0,05 cm³/m²d beträgt.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die opaken und transparenten oder transluzenten Teile des Stützkerns einen mittleren Porendurchmesser kleiner 10 μm, bevorzugt kleiner als 1 μm und besonders bevorzugt kleiner 0,5 μm aufweisen.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die opaken, nicht-lichtdurchlässigen Stützkörperteile aus Kieselsäurepulver bestehen.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die opaken Stützkörperteile aus verpresster pyrogener Kieselsäure, das mit einem Infrarot-Trübungsmittel vermischt ist, bestehen.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten Stützkörperteile aus monolithischem Aerogel mit einer Licht-Transparenz größer 50%, bevorzugt größer 80% bestehen.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die transluzenten Stützkörperteile aus Aerogelgranulat oder -pulver mit einer diffusen Lichttransmission größer 10%, bevorzugt größer 30% bestehen.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1–12, dadurch gekennzeichnet, dass die transparenten oder tranzluzenten Stützkörperteile in einen Ausschnitt des nichtransparenten Stützkörperteils eingesetzt sind.
Vakuumdämmplatte nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausschnitt rechteckförmig oder rund ist.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkern in der Hülle auf einen Gasdruck kleiner als 100 mbar, bevorzugt kleiner als 10 mbar und besonders bevorzug kleiner als 3 mbar evakuiert ist und vakuumdicht verschlossen ist.
Vakuumdämmplatte nach Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie als wärmedämmende Füllung von Haustüren oder Türen von Kühl- und Gefriergeräten mit Sichtfenster dient.