DE69133301T2

DE69133301T2 - Lichtdurchlässige, thermische isolationsstruktur

Info

Publication number: DE69133301T2
Application number: DE69133301T
Authority: DE
Inventors: Day Chahroudi
Original assignee: Chahroudi Day Cedar Crest
Current assignee: Chahroudi Day Cedar Crest
Priority date: 1991-03-19
Filing date: 1991-10-24
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2011-10-25
Also published as: WO1992016702A1; ATE247207T1; EP0572411B1; EP0572411A4; AU8928391A; KR100240692B1; DE69133301D1; EP0572411A1; JPH06507948A

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte das Licht eintreten lassende thermische Isolationsstruktur, welche Wärmeverlust durch thermische Strahlung, Konvektion und Leitung verhindert, einschließlich der steuerbaren Durchlässigkeit für Licht und/oder Reflexion und/oder Absorption von Licht, und eine Konvektions-Trennwand, die Licht und thermische Strahlung überträgt, auch "CBTLTR" genannt, um Konvektionsverluste zu vermeiden.
Herkömmliche Solarwärmekollektoren umfassen eine dunkele absorbierende Oberfläche, die Sonnenlicht in Wärme umwandelt, und eine transparente Abdeckung für diese Oberfläche, um zu verhindern, dass Wärme austritt. Die thermische Kollektoreffizienz eines solchen Systems wird durch das Verhältnis des Widerstands der transparenten Abdeckung für den Wärmestrom zum Widerstand des Rests des Systems bestimmt. Durch Erhöhen des thermischen Widerstands der transparenten Abdeckung, ohne deren Lichtdurchlässigkeit stark zu reduzieren, kann die Effizienz und/oder die Betriebstemperatur des Solarwärmekollektors stark verbessert werden. Es wird geschätzt, dass das zwei- oder dreifache der zum Beheizen eines gut isolierten Gebäudes verbrauchten Energie auf dessen Oberfläche in Form von Sonnensicht auftrifft. Somit würde eine bei Sonnenschein transparente Isolation den Großteil der Wärme für eine Struktur beinahe überall in den Vereinigten Staaten bereitstellen, wenn sie mit einem Wärmespeicherungssystem für schlechtes Wetter gekoppelt ist.
In der Vergangenheit wurden die Probleme des Wärmeverlustes durch Leitung, Konvektion und thermische Strahlung (auch "Strahlung in fernen Infrarotbereich" genannt) und die Regelung des Sonnenlichts unabhängig voneinander behandelt. Bspw. werden Konvektions- und Leitungsverluste durch den Einsatz von Zwischenräumen verringert, welche mit einem feinen Strukturmaterial gefüllt sind, jedoch ohne Beachtung des Einlasses des Sonnenlichts. Darüber hinaus wird das Sonnenlicht bei Verwendung von Beschichtungen von Lagen auf Fenstern, um die Überhitzung von Räumen zu verhindern, blockiert, welche jedoch keine Technik für das Eintretenlassen von mehr Sonnenlicht beinhalten, wenn gewünscht wird, die Wärme im Raum zu erhöhen. Thermische Strahlungsverluste sind von geringer Bedeutung, da in der letztgenannten Situation ein Wärmeverlust wünschenswert ist und in der erstgenannten Situation nicht beachtet wird.
Da die Wärmeverluste durch Leitung, Konvektion und Strahlung parallel zueinander auftreten und von ähnlichen Größenordnungen sind, ist eine Isolation ineffektiv, wenn nicht alle drei gleichzeitig behandelt werden, da die Wärme über den Weg des geringsten Widerstandes austritt.
Für ein besseres Verständnis wird auf "Concise Encyclopedia of Science & Technology", zweite Ausgabe, McGraw Hill (1989) in Bezug auf eine allgemeine Definition der Ausdrücke verwiesen. Insbesondere wird auf "Solar Optical Materials", herausgegeben von H. G. Hutchins, Permagon Press (1988); "Transparent Insulation Materials" und "Transparent Insulation T2", beide von L. F. Jesch, Franklin Co. Consultants Ltd. für die deutsche Gesellschaft für Solarenergie (1986 bzw. 1988); "Zarge Area Chromogenics", herausgegeben von C. M. Lampert, SPIE Optical Engineering Press (1988); "Spectral Selective Surface for Heating and Cooling Applications", C. G. Granqvist, SPIE Optical Engineering Press; "Optical Materials Technology of Energy, Efficiency and Solar Energy Conversion", herausgegeben von C. G. Granqvist, Band 9 (1990), Band 8 (1989), Band 7 (1988); "Material & Optics for Solar Energy Conversion and Advanced Lighting Technology", herausgegeben von C. M. Lampert, SPIE Optical Engineering Press (1986); "Solar Glazing, Mid Atlantic Energy Association, Topical Conference" (1979); und "Thermal Shutters and Shades", W. A. Shurcliff, Brickhouse Press, Andover, Mass., verwiesen. Diese Veröffentlichungen geben einen umfassenden Überblick über die Technologie im Zusammenhang mit dieser Erfindung.
Eine Licht eintreten lassende Isolation kann zusammen mit einer optischen Sperreinrichtung verwendet werden, um die Lichtübertragung zu regulieren, während der Fluss von Wärme verhindert wird. Die optische Sperreinrichtung kann eine Schicht oder mehrere Schichten, welche eine Öffnung bedecken, sein. Die Sperreinrichtung kann durch folgendes reversibel aktiviert werden: (1) ihre lokale Temperatur (thermochrom); (2) die Intensität des eintretenden Lichts (photochrom); (3) sowohl Temperatur als auch Licht (thermophotochrom); oder (4) einen elektrischen Strom oder ein Feld (elektrochrom). Thermochrome und thermophotochrome Sperreichrichtungen, die nicht mit einer transparenten Isolation kombiniert sind, sind der Gegenstand der US 4 307 942 sowie der US-Anmeldung 06 948 039 des Anmelders der vorliegenden Erfindung mit dem Titel "Strucutre and Preparation of Automatic Light Valves", eingereicht am 31.
Dezember 1986. Des Weiteren wird auf "Thinking Window Switches Off the Sun When it is Hot", Popular Science, März, 1984 und meinen Artikel "Contractor Designed Passive Heating, Cooling and Daylighting", U.S. Passive Solar Conference (März 1990) verwiesen.
Weder die vorstehend erwähnten Patente noch die Anmeldung verschaffen die wichtigen Vorteile des Behandelns aller Arten von Wärmeverlusten und Wärmeverwendungen für spezielle Anwendungen, einschließlich der Kombination einer transparenten Isolation mit einer photochromen oder thermophotochromen Sperrschicht.
Die US-A-4085999 und US-A-3953110 offenbaren jeweils eine thermisch isolierende Schichtstruktur mit variablem Eintritt von Licht, wobei die Struktur folgendes aufweist:
eine lichtdurchlässige Außen-Deckschicht;
mindestens eine Licht eintreten lassende thermische Isolationsschicht;
mindestens eine Schicht eines optischen Sperrmaterials, das eine variable Lichtdurchlässigkeit aufweist;
eine Innen-Deckschicht, die im Wesentlichen parallel zur Außen-Deckschicht ist und die hauptsächlich Licht durchlässt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Licht eintreten lassende Isolationsstruktur anzugeben, die gleichzeitig den Wärmeverlust durch thermische Strahlung, Konvektion und Leitung wesentlich verringert.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine das Licht eintreten lassende thermische Struktur einschließlich einer optischen Sperre anzugeben, welche eine kontrollierbare Lichtdurchlässigkeit aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein einfaches, preiswertes, Licht eintreten lassendes Isolationssystem zum Verbessern der Effizienz von Kollektoren für solare Raumkühlung, Wassererwärmung und für das Verringern von Wärmeverlusten durch Fenster sowie das Verbessern der Effizienz solarer Raumheizungssysteme anzugeben.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Schichten zu einer Bauplatte ausgebildet, bei der die Innen- und Außen-Deckschichten mit einem Rahmen verbunden sind, um eine abgedichtete Einheit zu bilden, wobei die Isolations- und Sperrschichten zwischen der Außen- und der Innen-Deckschicht angeordnet sind.
Wenn die Licht eintreten lassende thermische Isolationsstruktur den lichtdurchlässigen Zustand einnimmt, wird sie "transparente" oder "lichtdurchlässige" thermische Isolationsstruktur genannt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Trennwand vorhanden, die den Raum zwischen den Schichten in Fächer aufteilt und Konvektionsverluste verringert. In der bevorzugten Ausführungsform liegt auch eine Vorrichtung zum Unterdrücken thermischer Strahlung vor, um die Durchlässigkeit für thermische Strahlung zu hemmen.
Detaillierter ausgedrückt, kann die Struktur eine Konvektions-Trennwand, welche Licht und thermische Strahlung durchlässt (CBTLTR), und eine oder mehrere Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen umfassen, sowie die oder jede Schicht aus optischem Sperrmaterial, das die Lichtübertragung steuert. Auch kann die Struktur eine antireflektive Beschichtung aufweisen, welche Licht und thermische Strahlung nur geringfügig absorbiert und auf einer oder mehreren der Trennwandoberflächen vorhanden ist. Darüber hinaus kann die Trennwand aus einem Polyolefin hergestellt sein, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyethylen sehr hoher Kristallinität oder Polyethylen sehr niedriger Kristallinität besteht, wodurch Polyethylen mit sehr niedriger Opazität definiert ist.
Die Struktur der vorliegenden Erfindung ist als thermisch isolierende Bauplatte konstruiert, welche einen steuerbaren Lichteinlass aufweist. Die Platte kann eine Konvektions-Trennwand aufweisen, welche Licht und thermische Strahlung zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Platte überträgt, eine oder mehrere Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen in der Nähe der Außenoberfläche des Gebäudes und die optische Sperrschicht in der Nähe der Innenseite des Gebäudes. Es ist anzumerken, dass die Erfindung nicht auf die beschriebene Struktur begrenzt ist, sondern Verfahren zum Umwandeln einfallenden Lichtes in andere Formen von Energie durch Verwendung der erfindungsgemäßen, das Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstruktur breit abdeckt.
Wie nachstehend detaillierter erörtert wird, bringt die Erfindung wichtige Vorteile mit sich. Wärmeverluste (durch Leitung, Konvektion und Strahlung) werden alle gleichzeitig angegangen, wodurch der Wärmeverlust durch den Weg des geringsten Wiederstandes vermieden wird. Darüber hinaus verhindert die Kombination einer thermischen Isolation mit einer Schicht aus photochromen oder thermophotochromen optischen Sperren den Wärmefluss und den Wärmeverlust, während die Lichtströmung reguliert wird.
Die Erfindung sowie weitere Aufgaben und die zugehörigen Vorteile werden am besten durch die folgenden detaillierte Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das die funktionellen Komponenten eines Licht eintreten lassenden thermischen Isolationssystems zeigt;
2 zeigt eine CBTLTR, die für das Unterdrücken von Konvektionswärmetransfer geeignet ist und einen Hohlraum in Fächer aufteilt, die im Wesentlichen parallel zu der durch sie bedeckten Öffnung sind;
3 zeigt eine CBTLTR, die für das Unterdrücken von Konvektionswärmeübertragung geeignet ist und einen Hohlraum in Fächer teilt, welche etwa senkrecht zu der durch sie bedeckten Öffnung ausgerichtet sind;
4 zeigt eine CBTLTR, die für das Unterdrücken von Konvektionswärmeübertragung geeignet ist und einen Hohlraum in Fächer teilt, wobei parallele Lagen innerhalb eines Rahmens verwendet werden, welcher die Kanten der Schichten prägt;
5 ist ein Querschnitt einer Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstruktur, welche die veranschaulichte Modifikation der CBTLTR von 4 verwendet, um die Art und den Typ jeder Oberfläche und Schicht zu veranschaulichen;
6 ist eine transparente Isolation, welche eine andere Ausführungsform der Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstruktur von 5 ist;
7 zeigt die Abhängigkeit der Lichtdurchlässigkeit sowohl in Abhängigkeit der Temperatur als auch des einfallenden Lichtes für eine typische thermophotochrome optische Sperre;
8 zeigt im Querschnitt eine lichtdurchlässige Bauplatte, bspw. einen Fenster-, Deckenlicht- oder anderen Solarkollektor, welche eine andere Ausführungsform von 5 unter Einsatz einer optischen Sperre ist;
9 ist eine teilweise weggebrochene Ansicht der Platte von 8.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 ist einfunktionelles Lockschaubild einer das Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstruktur 10, welche eine steuerbare Lichtdurchlässigkeit aufweist. Die Isolationsstruktur 10 umfasst Mittel zum Unterdrücken von Wärmeverlusten durch Konvektion, Leitung und thermische Strahlung, bspw. den Konvektionshemmer 12, den Leitungshemmer 14 und den Hemmer 16 für thermische Strahlung, der eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen ist. Zum Zwecke der Veranschaulichung erstreckt sich jeder der Hemmer 12, 14, 16 eines thermischen Transportmechanismus über das ganze System, sie sind jedoch für die Erläuterung getrennt gezeigt. Tatsächlich sind sie übereinander geschichtet.
Eine Lichtsteuerung 18, bspw. eine optische Sperrwand, stellt die Durchlässigkeit der Struktur 10 für Licht gemäß dem gewünschten Beleuchtungsniveau oder der Temperatur des Bereiches, dessen Umgebung zu regeln ist, ein. Wie in 1 gezeigt ist, kann das eintretende Licht 11 durch die Lichtsteuerung 18 treten, um übertragenes Licht 13 zu werden, oder kann reflektiert werden, um reflektiertes Licht 15 zu werden. Wenn es durchgelassen wird, kann es auf dem Lichtabsorber 17 absorbiert werden, welcher gegebenenfalls ein integraler Bestandteil der Struktur sein kann.
Der Leitungshemmer 14 kann durch Verwendung zweier oder mehrerer beabstandeter Schichten oder Fächer mit einem Gas, Vakuum oder einem anderen Medium zwischen ihnen verwirklicht werden, um die Leitung zu verhindern.
Der Hemmer 16 für thermische Strahlung kann eine oder mehrere Beschichtungen oder Schichten aus einem Material umfassen, das reflektiert und keine thermische Strahlung emittiert, um deren Übertragung zu verhindern. Diese Schichten werden Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen genannt. Sie können transparent sein oder Licht absorbieren. Das transmittierte Licht 13 kann dann im Lichtabsorber 17 absorbiert werden, wo es in Wärme umgewandelt wird. Wenn der Lichtabsorber 17 Teil der Struktur ist, kann er auch mit dem Hemmer für thermische Strahlung kombiniert werden, der hier auch als Licht absorbierende Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen bezeichnet wird.
Der Konvektionshemmer 12 kann das Bilden von Fächern im Raum zwischen den Schichten oder das Schaffen eines Vakuums darin umfassen. Ein anderes Beispiel eines Hemmers für thermische Strahlung und Konvektion ist fein strukturiertes Siliciumdioxid niedriger Dichte oder ein Schaum aus einem oder mehreren Oxiden, genannt "Aerogel". Die Fächerbildung kann durch Trennwände oder Unterteilungen verwirklicht werden, die sich transversal zwischen den Schichten und/oder parallel zu den Schichten erstrecken, bspw. als ein CBTLTR, um Konvektionswärmetransport zu beschränken.' Wie in den 2, 3 und 4a veranschaulicht ist, können CBTLTRs aus einer dünnen Schicht oder einem Film eines für Licht und thermische Strahlung durchlässigen Materials hergestellt sein. Ihre Funktion ist es, einen mit Gas gefüllten Hohlraum in Fächer zu unterteilen und hierdurch eine Konvektionswärmeübertragung durch das Gas innerhalb des Hohlraumes zu unterdrücken.
In 1 ist die CBTLTR ein Beispiel des Konvektionshemmers 12. Die 2, 3 und 4 zeigen drei mögliche Konfigurationen für CBTLTRs, welche alle einen Hohlraum in Fächer unterteilen und dadurch Wärmeübertragung durch Konvektion unterdrücken.
2 zeit eine CBTLTR aus einem Polyolefinfilm 21 (bspw. Polyethylen), die miteinander durch Wärme verschweißt 22 oder durch ein anderes bekanntes Mittel vereinigt werden können. Bei dieser Ausführungsform einer CBTLTR sind ihre Fächer 23 etwa parallel zu der Öffnung, die sie bedeckt, ausgerichtet.
3 zeigt eine CBPLTR 30, die als eine Honigwabe ausgebildet ist, deren Anzahl an Fächern 31 etwa senkrecht zur Öffnung, die sie bedeckt, ausgerichtet sind. Dieses Beispiel einer CBTLTR kann auch aus einem Polyethylenfilm 32 hergestellt sein.
4 zeigt eine CBTLTR 40, die aus parallelen Schichten 41 ausgebildet ist, wobei ein Rahmen 42 die Kanten der Schichten trägt. Die Schichten können aus einem Polyethylenfilm hergestellt sein.
5 zeigt eine Licht eintreten lassende thermische Isolationsstruktur, wobei jede Oberfläche und Schicht der Struktur gemäß der spezifischen ausgeführten Funktion gekennzeichnet ist, bspw. die CBTLTR 512, 513, 514 von 5; die Deckschicht 515, die innere Oberfläche der transparenten Deckschicht 502 usw. Durch Ändern der Oberflächen und Schichten kann die Figur dazu verwendet werden, die meisten der verbleibenden Ausführungsformen dieser Erfindung zu veranschaulichen. Der Schutzbereich dieser Ausführungsformen ist jedoch nicht auf 5 begrenzt, da die 2 oder 3 oder eine andere Konfiguration ebenso wie 4 als Basis für die Figur verwendet werden können, um die folgende Diskussion zu veranschaulichen. So ist bspw. die Anzahl an Schichten beliebig, während die dargestellte Anzahl an Schichten gleich 5 ist, und dient nur dem Zweck der Veranschaulichung. Darüber hinaus können aufgrund der allgemeinen Natur von 5 beim Veranschaulichen zahlreicher räumlicher Verhältnisse zwischen den verschiedenen Schichten und Oberflächen andere Ausführungsformen, wie sie nachstehend beschrieben werden, auf die Bezugszeichen der Schicht oder Oberflächen als unterschiedliche Elemente Bezug nehmen.
Die CBTLTR hilft zu verhindern, dass Wärme übertragen wird, indem sie thermische Strahlung nicht absorbiert. Wenn die CBTLTR aus einem thermische Strahlung absorbierenden und emittierenden Material hergestellt wäre, (d. h., wenn sie ein hohes Emissionsvermögen aufwiese), dann würde dieses Material die Wärme, die es durch Konvektion des Gases absorbiert, in thermische Strahlung umwandeln, welche die Wärme nach außen transportieren würde.
Eine CBTLTR kann auch dazu verwendet werden, den thermischen Wiederstand zu verbessern und/oder die Kosten von Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstrukturen, bei denen nur eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet wird, zu verringern. Sie verringert auch die Kosten und Verluste durch Lichtübertragung von Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstrukturen, bei denen mehr als eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen eingesetzt ist, indem die Anzahl der erforderlichen Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen zum Erreichen eines gegebenen Wiederstands verringert wird. Eine oder mehrere dieser Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen können das Licht entweder durchlassen oder absorbieren.
Bei einer Licht eintreten lassenden thermischen Isolationsstruktur, bei der mehr als eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet wird, um ihren thermischen Wiederstand zu erhöhen, verringert das Ersetzen von Schichten der CBTLTR durch eine oder mehrere der Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen die Kosten und verbessert die Lichtdurchlässigkeit, bei nur geringfügig verringertem thermischen Widerstand. Somit ist es möglich, durch Verwendung von CBTLTRs Licht eintreten lassende thermische Isolationsstrukturen mit höherer Lichtdurchlässigkeit und/oder niedrigeren Kosten herzustellen.
Eine CBTLTR kann auch dazu verwendet werden, den thermischen Widerstand transparenter Isolationen zu verbessern, die bei einer Schicht mit hohem Emissionsvermögen verwendet wird, um Wärme abzustrahlen. Eine CBTLTR auf der Oberseite einer Schicht mit hohem Emissionsvermögen kann dazu verwendet werden, ein Gebäude zu kühlen, wenn dessen Dach damit bedeckt ist. Die Schicht mit hohem Emissionsvermögen strahlt thermische Strahlung in die obere Atmosphäre, welche in Bereichen mit trockenem Klima und bei Nacht bis zu 30°F kühler ist als die Temperatur der Luft auf Bodenniveau. Die CBTLTR bildet eine Isolation durch thermisches Isolieren des gekühlten Strahlers thermischer Strahlung gegen warme Umgebungsluft. Gleichzeitig ist die CBTLTR für thermische Strahlung transparent, was es dem Strahler ermöglicht zu arbeiten. Für diese Anwendungen sollte die CBTLTR wetterbeständig, preiswert, leicht zu installieren und kriechbeständig sein.
Eine CBTLTR und eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen, welche Licht absorbiert, können dazu verwendet werden, solare Wärme effizient zu absorbieren. In diesem Fall werden gemäß 1 ein Hemmer 16 für thermische Strahlung und ein Lichtabsorber 17 zu einer Schicht kombiniert. Diese Schicht wird „Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen, welche Licht absorbiert oder „selektives Schwarz genannt. Die CBTLTR 512, 513, 514 von 5 bildet eine transparente Isolation, indem sie eine Konvektion zwischen der transparenten äußeren Deckschicht 511 von 5 und der Sonnenlicht absorbierenden inneren Schicht 509 mit geringem Emissionsvermögen von 5 verhindert. Die innere Oberfläche 502 der transparenten Deckschicht 511 von 5 kann entweder eine Schicht mit niedrigem oder hohem Emissionsvermögen sein. Für diese Anwendungen sollte die CBTLTR eine hohe Lichtdurchlässigkeit und einen hohen Wärmewiederstand aufweisen, sowie die vorstehend aufgelisteten Leistungsmerkmale.
Da chemische Degradationsprozesse allgemein als Exponentialfunktion der Temperatur auftreten, ist es nützlich, über Umwandlungseinrichtungen von Licht zu Wärme zu verfügen, bspw. Solarkollektoren, welche opak werden, wenn entweder die Absorberoberfläche oder die äußere Luft eine bestimmte Temperatur überschreitet. Somit umfasst bei einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung von 5 eine Struktur, welche Licht in Wärme umwandelt, eine thermochrome Sperre (bei Bezugszeichen 502), eine CBTLTR (bei den Bezugszeichen 512 bis 514) und eine Licht absorbierende Schicht (bei Bezugszeichen 509) mit niedrigem Emissionsvermögen. Wenn die Außentemperatur hoch ist und keine Solarenergie benötigt wird, wird die Sperre opak.
Alternativ dazu, bspw. zur Verwendung in einem Gewächshaus mit einer Vielzahl von Pflanzen, beinhaltet eine andere Ausführungsform der Erfindung, wie in 5 veranschaulicht, die thermochrome Sperrschicht (beim Bezugszeichen 509) mit einer Licht absorbierenden Schicht hinter der Sperre (bei Bezugszeichen 510), einer transparenten Schicht (beim Bezugszeichen 502) mit niedrigem Emissionsvermögen und die CBTLTR (bei den Bezugszeichen 512 bis 514). In diesem Fall wirkt die Umwandlungseinheit von Licht zu Wärme reflektierend, wenn ihre absorbierenden Oberflächen eine vorgegebene Temperatur überschreiten.
Es ist anzumerken, dass die Umwandlungseinrichtung von Licht zu Wärme nicht als solche gedacht sein muss. Photozellen sind dafür gedacht, Licht in Elektrizität umzuwandeln und zum eigenen Nachteil Licht in Wärme umzuwandeln. In diesem Fall wirken eine CBTLTR und eine Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen ebenfalls schädlich. Die obigen Strukturen sind nur drei von vielen möglichen Beispielen von Strukturen, welche Umwandlungseinrichtungen von Licht in andere Formen von Energie mit optischen Sperren schützen.
Die CBTLTR und die Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen, welche Licht durchlassen, können als Bauplatte oder andere Oberflächen, welche Solarenergie einfangen, verwendet werden. Das Sonnenlicht kann für die Raumheizung, Beleuchtung und das Fördern des Wachstums von Pflanzen verwendet werden. In diesem Fall können die eine oder mehreren transparenten Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen auf einer beliebigen der CBTLTR-Oberflächen, wie bei den Bezugszeichen 513 bis 508 gezeigt, oder auf den inneren Oberflächen 502, 509 der transparenten Abdeckungen (oder Lasierungen) 511, 515, die der CBTLTR gegenüberliegen, vorhanden sein. In diesen Anwendungen dient, ebenso wie bei den vorstehend beschriebenen Anwendungen mit Licht absorbierenden Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen, die CBTLTR dazu, die Leistung der Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen oder der Schichten durch das Unterdrücken von Konvektion zu verbessern, wobei nicht in die Lichtübertragung eingegriffen wird.
6 zeigt ein Fenster 60 mit einem hohen Isolationswert von etwa 1,232 m²K/W (7 Quadratzoll × Stunde × Grad Fahrenheit/BTU) (ähnlich einer opaken isolierten Wand) und einer hohen Lichtdurchlässigkeit von etwa 60%. Es ist unter Verwendung einer transparenten Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen und zweier Schichten aus CBTLTR hergestellt. Für diese Anwendungen sollte die CBTLTR alle vorstehend aufgelisteten Leistungsmerkmale aufweisen, obwohl die Wärmebeständigkeit von geringerer Bedeutung sein kann. Zusätzlich sollte die CBTLTR nicht die Sicht durch die Fenster behindern.
Wie in 6 gezeigt ist, können zwei lichtdurchlässige Deckschichten 61 aus Glas hergestellt sein, vorzugsweise mit einem niedrigen Eisengehalt, um Absorption und Aufheizen durch Sonnenlicht zu verhindern. Alternativ können sie aus faserverstärkten Polymerlagen hergestellt sein, die lichtdurchlässig sein können oder aus Polymerfolien oder -lagen hergestellt sein können. Eine transparente Beschichtung 62 mit niedrigem Emissionsvermögen, zwei Schichten der CBTLTR 63 und Abstandshalter und Dichtungen 64 bilden das Fenster. Alternativ dazu kann mehr als eine transparente Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen verwendet oder auf einer oder beiden Schichten der CBTLTR 63 angeordnet werden. Die Anzahl an Schichten der CBTLTR ist nicht auf drei beschränkt, wie in 5 gezeigt, sondern kann gemäß der Eignung für die spezielle Anwendung beliebig sein.
Eine Licht eintreten lassende thermische Isolationsstruktur, wie sie in 6 gezeigt ist, kann zusammen mit einer optischen Sperre verwendet werden, um die Übertragung von Licht zu regulieren, während ein Wärmestrom verhindert wird. Die optische Sperre kann eine Schicht oder mehrere Schichten sein, die eine Öffnung bedeckt/bedecken. Die Sperre kann durch ihre lokale Temperatur (thermochrom), die auftreffende Lichtintensität (photochrom), Temperatur und Licht (thermophotochrom, wie in 7 gezeigt) oder elektrischen Strom oder ein elektrisches Feld (elektrochrom) aktiviert werden.
Eine CBTLTR, eine oder mehrere transparente Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen und eine thermochrome, photochrome, thermophotochrome oder elektrochrome optische Sperreschicht können kombiniert werden, um isolierende Platten herzustellen, die Licht übertragen und regulieren. In 5 kann die Sperre auf einer beliebigen der Schichten 501 bis 515 ausgebildet sein, aber da sie nicht transparent für thermische Strahlung ist, befindet sie sich vorzugsweise auf den äußersten Schichten 511, 515. Die transparente Schicht(en) mit niedrigem Emissionsvermögen kann/können auf einer beliebigen der inneren Oberflächen 502 bis 509 gelegen sein. Die Innenschichten 512 bis 514 sind vorzugsweise CBTLTRs.
Diese Platten können als verbesserte Kollektoren für Solarenergie verwendet werden, die bspw. für die Raumheizung, Beleuchtung oder für das Pflanzenwachstum eingesetzt werden. Diese Platten stellen eine Verbesserung bezüglich existierender Solarkollektoren aus zwei Gründen dar: Sie verhindern die Kollektion von Solarenergie, wenn diese nicht erwünscht ist, und sind bezüglich der Energie effizienter, da die transparente Isolation einen unerwünschten Verlust oder eine Verstärkung der fühlbaren Wärme verhindert.
Eine thermochrome Sperre wird als Lichtsteuerung eingesetzt, wie durch die Lichtsteuerung 18 von 1 gezeigt, wenn es gewünscht wird, die Temperatur auf der „Raum-Innen"-Seite der Platte konstant zu halten. Eine photochrome Sperre wird verwendet, wenn eine stärkere konstante Beleuchtung gewünscht wird. Eine thermophotochrome Sperre wird verwendet, wenn sowohl konstante Temperatur als auch Beleuchtung erwünscht sind.
Eine elektrochrome Sperre wird verwendet, wenn gewünscht wird, die Lichtübertragung der Sperre extern zu steuern und nicht durch eine Kombination der einfallenden Lichtintensität und der Temperatur der Sperre. Eine elektrochrome Sperre kann bspw. durch einen Temperatur- oder Lichtsensor, eine Person oder einen Computer gesteuert werden. Anders als viele thermochrome und thermophotochrome Sperren sind elektrochrome Sperren üblicherweise spiegelnd durchlässig und Sicht durch sie ist möglich. Dies ist ein Vorteil für Anwendungen des Fensters, bei denen für gewöhnlich eine Sicht durch das Fenster zusammen mit der Beleuchtung, die es schafft, gewünscht wird.
Wie in 7 gezeigt ist, wird eine thermophotochrome Sperre, deren Reflektivitätsansprechen auf die Temperatur und das Licht dazu verwendet wird, eine konstantere Beleuchtung, bspw. über ein Deckenlicht, das eine transparente Isolation aufweist, zu gewährleisten, sollte die Sperrschicht auf der Rauminnenseite der transparenten Isolation liegen. Die Innentemperaturen sind konstanter als die Außentemperaturen, und Variationen der Temperatur der Sperre bewirken, dass das unerwünschte thermische Ansprechverhalten der Sperre ihr gewünschtes Photoansprechverhalten verdeckt.
Eine lichtdurchlässige Bauplatte, bspw. ein Deckenlicht unter Einsatz einer optischen Sperre, kann eine transparente Isolation verwenden, die aus einer oder mehreren Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen und einer CBTLTR hergestellt ist. Transparente Oberflächen mit niedrigem Emissionsvermögen absorbieren typischerweise 10% des Lichts. Diese Absorption kann genug Wärme erzeugen, um das thermochrome oder thermophotochrome Ansprechverhalten einer Sperre auf Hitze bzw. einfallende Lichtintensität zu verdecken. Deshalb sollte(n) die transparente(n) Schicht en) mit niedrigem Emissionsvermögen von der thermochromen oder thermophotochromen Sperre in der Nähe der Außenseite der transparenten Isolation beabstandet sein. Diese Lage ist bei einigen Anwendungen aus einem anderen Grund vorzuziehen. Sie hält die solare Wärme durch die Schicht en) mit niedrigem Emissionsvermögen in der Nähe der Außenseite des Gebäudes, wo sie austreten kann, ohne unerwünschte zusätzliche Wärme im Sommer zu bewirken.
Somit besteht die bevorzugte Struktur für Solarlicht- und/oder Wärmekollektorplatten unter Einsatz einer thermochromen oder thermophotochromen Sperre, einer oder mehrerer transparenter Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen und einer CBTLTR aus folgendem: der Sperre in der Nähe der Innenseite (d. h, benachbart dieser oder diese bildend), der Schicht oder Schichten mit niedrigem Emissionsvermögen in der Nähe der Außenseite und der CBTLTR dazwischen.
Wie in 8 gezeigt ist, ist ein Querschnitt einer lichtdurchlässigen Bauplatte 80 oder eines Deckenlichts mit dieser bevorzugten Struktur veranschaulicht und stellt eine spezielle Ausführungsform von 5 dar. Die Platte 80 umfasst lichtdurchlässige Decklagen 81, eine Schicht 82 mit niedrigem Emissionsvermögen, eine CTBLTR 83, eine thermooptische oder thermophotooptische Sperre 84 und Abstandshalter und Dichtungen 85.
Lediglich beispielhaft veranschaulicht 9 eine Ausschnittansicht der lichtdurchlässigen Bauplatte 80 von 8. Es ist anzumerken, dass mehr als eine transparente Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen vorhanden sein kann, und die Schicht en) mit niedrigem Emissionsvermögen kann/können sich auf der CBTLTR befinden. Auch kann eine unterschiedliche Anzahl an Schichten in der CBTLTR vorhanden sein.
Der Schutzbereich der Erfindung soll nicht durch eine dieser veranschaulichenden Figuren beschränkt sein, da viele andere Konfigurationen für CBTLTRs, Bauplatten und Deckenlichte für verschiedene Anwendungen erwünscht sein können.
Wenn die obere Oberfläche eines Deckenlichts kuppelförmig oder facettiert ist, kann die bevorzugte Lage für eine transparente Oberfläche mit niedrigem Emissionsvermögen auf der CBTLTR-Schicht in unmittelbarer Nähe zur Außenseite des Gebäudes sein, da es schwierig ist, eine transparente Schicht mit niedrigem Emissionsvermögen auf einer kuppelartigen Oberfläche anzubringen.
Die Lichtdurchlässigkeit einer CBTLTR kann mit antireflektiven Schichten verbessert werden. Bspw. kann die Lichtdurchlässigkeit der Konfigurationen der 6 und 8 von etwa 60% auf etwa 75% und vorzugsweise auf etwa 85% erhöht werden. Jedoch dürfen diese Antireflexionsschichten nicht viel thermische Strahlung absorbieren, da sie anderenfalls den thermischen Widerstand der CBTLTR verringern. Materialien mit niedrigem Brechungsindex, welche nicht viel thermische Strahlung absorbieren, wenn ihre Dicke im Bereich von 1000 Å liegt (näherungsweise die Dicke von Antireflexionsschichten), umfassen folgendes: poröses und säulenförmiges Aluminium- oder Siliciumoxid und andere Oxidschichten, die einen gestuften Brechungsindex und breitbandige Antireflexionseigenschaften aufweisen; Magnesiumfluorid oder Perfluoropolymer, bspw. Polytetrafluorethylen, ⎿/4-Schichten; Gradientenschichten von fluoriniertem bis unfluoriniertem Polymer, usw. Diese Antireflexionsschichten können auf einigen und allen der Oberflächen der CBTLTR und deren transparenter Abdeckung oder Abdeckungen angeordnet werden, bspw. auf den Oberflächen 501 bis 510 in 5.
Antiabrasions-Antireflexionsbeschichtungen (AAR-Beschichtungen) sollten folgendes aufweisen: einen Brechungsindex im Bereich von 1,3 bis 1,4, dabei gilt, je niedriger, desto besser; eine Dicke von einer viertel Wellenlänge des sichtbaren Lichts oder 1000 Å, zumindest für die oberste Schicht, wenn die AAR mehrschichtig ist oder einen graduierten Brechungsindex aufweist; eine harte Oberfläche; einen niedrigen Reibungskoeffizienten; und, für Verglasungsanwendungen, Wetter- und Verschmutzungsbeständigkeit.
AAR-Beschichtungen auf beiden Seiten des Kunststofffilms können die Reflektivität des Films um mehr als 8% bis 2% verringern. Um ihre hohe Lichtdurchlässigkeit während der Verwendung zu erhalten, sind sie kratzbeständig, staubabweisend und leicht zu reinigen. Dadurch, dass die Reflexion nahezu eliminiert wird, wird der Film oder die Schicht scheinbar unsichtbar, was den Marktwert von Verpackungsmaterialien erhöht und die Verglasungseffizienz erhöht. Verglasungsanwendungen für mit AAR beschichtetes Glas und Plastiklage und Film umfassen Gebäude- und Autofenster, Deckenlichter, Gewächshäuser, Solarzellen und Solarkollektoren.
Eine Polymeroberfläche kann so ausgebildet werden, dass sie eine Antireflexionsschicht mit graduiertem Index aufweist, die aus einem perfluoriniertem Polymer mit niedrigem Brechungsindex auf der Außenseite aufgebaut ist, das eine Zusammensetzung aufweist, die nach innen zu unfluoriniertem Polymer graduiert ist. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollte das Polymer stark fluoriniert (mit mehr als 70%) auf der Außenseite und leicht fluoriniert (mit weniger als 30%) auf der Innenseite sein.
Bspw. kann die Dicke dieser Folienschicht mit graduiertem Index so gesteuert werden, dass die Durchlässigkeit von sichtbarem oder photosynthetisch aktivem Licht oder von solarer Wärme maximal ist. Solche Antireflexionsschichten werden hergestellt, indem ein Polyethylenfilm einer Gaszusammensetzung von 99,9 Stickstoff oder Argon und 0,1% elementarem Fluor für einige Minuten bei Zimmertemperatur ausgesetzt ist.
Kunststoffflaschen, welche kommerziell durch Blasformen hergestellt sind, können auf ihren Innenseiten fluoriniert werden, während sie noch heiß in der Form sind (um eine größere Dicke der Fluorinierung zu erzielen, als für eine maximale Antireflexion erforderlich ist), um eine Undurchlässigkeit für Öl zu erzielen, indem sie einer ähnlichen Gasmischung ausgesetzt werden.
Ein Vorteil der Fluorinierung der Oberfläche von Polymeren über die Anitreflexion hinaus ist es, der Oberfläche des Polymers Dauerhaftigkeit zu verleihen, wenn eine Degradation (oder Verwitterung oder Korrosion) des Polymers zuerst stattfindet. Eine der Hauptursachen der Degradation von Kunststoffoberflächen durch Wetter sind Spannungsrisse durch Korrosion, wobei der Kunststoff flüchtige Produkte durch Verwitterung erzeugt und dann schrumpft und Risse bildet. Die Spitze dieses Risses ist die Seite der schnelleren Korrosion aufgrund der Konzentration der Belastung durch Schrumpfung in ihrem geringen Radius, und so breitet sich der Riss schnell in den Körper des Polymers aus.
Die Stabilität kann dem Polymer durch Oberflächenfluorinierung durch mindestens drei Mechanismen verliehen werden. Zunächst nimmt mit der Fluorinierung das Oberflächenvolumen zu, was die Oberfläche unter Kompression setzt, wodurch die vorbelastete Oberfläche resistenter gegen Kratzer und Abrasion gemacht wird und der Rissbildung wiedersteht, wenn die Oberfläche gebogen wird und bspw. beim Falten eines Kunststofffilms.
Zum zweiten verhindert die Fluorinierung die Degradation, da fluorinierte Polymere am beständigsten gegen Degradation sind. Zum dritten weisen fluorinierte Polymere einen viel niedrigeren Reibungskoeffizienten auf als unfluorinierte Polymere, was eine größere Beständigkeit gegen Abrasion bewirkt. Die Oberflächenfluorinierung kann auch mit gehemmten Aminstabilisatoren, wie sei nachstehend beschrieben werden, verwendet werden, um hierdurch die vielen begleitenden Vorteile jedes derselben auf das ausgewählte Polymer zu übertragen.
Obwohl es seit langem bekannt ist, dass Polyolefine, und insbesondere Polyethylen, die einzigen Polymerfilme sind, welche hochtransparent für thermische Strahlung sind, war Polyethylen bei transparenten Isolationen, bspw. Fenstern mit niedrigem Emissionsvermögen, aus folgenden Gründen nicht verwendbar: 1) seine Opazität und dementsprechend geringe Lichtdurchlässigkeit; 2) seine Empfindlichkeit gegen solares Ultraviolettlicht, Oxidation und andere Degradation und 3) sein Kriechverhalten. Die Opazität von Polyethylen wird durch partielle Kristallisation hervorgerufen, so dass Polyethylenfilme mit sehr niedriger Opazität sowohl mit sehr hoher als auch mit sehr niedriger Kristallinität hergestellt werden können. Die Polyolefinfilme können zur Beständigkeit gegen Degradation mit polymerischen gehemmten Aminen, bspw. Cyasorb 3346, hergestellt von American Cyanamide, bei einem Auftrag von etwa 0,1% bis etwa 0,5% stabilisiert werden. Derartige Filme wurden einer beschleunigten Alterung entsprechend 30 Jahren solarer UV-Strahlung unterzogen, gefiltert durch herkömmliches Glas. Um ein Kriechen zu verhindern, können diese Polyolefinfilme durch die üblichen Verfahren für Polyethylen querverbunden werden: Elektronenschleier, UV-Licht oder -Wärme, jeweils mit geeigneten querverbindenen Additiven, bspw, polysaturierten Verbindungen, z. B. Oktadien und Methylen bis Acrylamid.
Polyethylenfilme sehr hoher Kristallinität werden vorzugsweise aus hoch linearem Polyethylenharz mit hohem Molekulargewicht und enger Molekulargewichtsverteilung oder einem linearen Polyethylenharz mittlerer oder niedriger Dichte hergestellt. Alle diese Polyethylenharze werden durch ein Niederdruck-Polymerisationsverfahren unter Einsatz eines Katalysators des Ziegler-Typs hergestellt. Niederdruck-Polymerisation erzeugt auch weniger Degradationsstellen. Dieser Polyethylenfilm kann uniaxial ausgerichtet und gleichzeitig registriert werden, um seine Kristallinität und Lichtdurchlässigkeit auf mehr als 90% zu erhöhen. Ein geeigneter Polyethylenfilm ist durch Tredager Films Inc. unter dem Handelsnamen MONAX erhältlich. Die linearen Materialien mittlerer und niederer Dichte können dann transversal auf einem Spannrahmen ausgerichtet werden, um symmetrischere biaxiale Schrumpfungseigenschaften bei Wärme zu erzeugen. Das Schrumpfen bei Wärme bei vorgegebenen Temperaturen kann eingesetzt werden, um im Wesentlichen faltenfreie CBTLTRs leicht zu vereinigen.
Polyethylen sehr niedriger Kristallinität wird vorzugsweise aus linearem, unter Niederdruck polymerisiertem Polyethylen niedriger oder ultra-niedriger Dichte hergestellt, welches unmittelbar nach der Extrusion durch eine Kühltrommel oder Wasser abgeschreckt wird, um Kristallisation zu verhindern. Während verschiedene Polymere und Kombinationen einer Mischung verschiedener Arten von Polymeren verwendet werden können, wird es vorgezogen, hauptsächlich Polyolefin zu verwenden, d. h., eine Polymerkomposition mit mindestens 80% Polyolefin.
Variationen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind möglich. Bspw. kann in 1 die Lichtsteuerungsschicht entweder eine photochrome oder thermophotochrome Sperre sein, während die Kombination des transparenten Konvektions- und Leitungshemmers und des Hemmers der thermischen Strahlung eine transparente Isolation darstellt.
In einer anderen Variation kann eine transparente Isolation mit einer photochromen oder thermophotochromen Sperre dazu verwendet werden, die Durchlässigkeit für Solarlicht und/oder Wärme in ein Gebäude zu regeln. Bei einem Deckenlicht kann eine photochrome Sperre eingesetzt werden, um die Fluktuationen des durchgelassenen Lichts, die durch Variationen des einfallenden Lichtes hervorgerufen werden, zu verringern und dadurch eine konstantere Beleuchtung zu schaffen oder um unerwünschte Verstärkungen solarer Wärme im Sommer zu minimieren.
Bei einer weiteren Variation kann eine thermophotochrome Sperre dazu verwendet werden, das Wachstum von Pflanzen in einem Gewächshaus zu maximieren. Die Hemmung des Pflanzenwachstums durch Wärmebelastung wird durch das thermische Ansprechverhalten der Sperre minimiert, wobei auch die Kosten für die Kühlung des Gewächshauses durch das Photoansprechverhalten der Sperre minimiert werden.
Sowohl bei der Deckenlicht- als auch der Gewächshausanwendung ist eine transparente Isolation zusammen mit der Sperre von Vorteil. Die transparente Isolation kann Heiz- und Kühlkosten sowohl für das Gewächshaus als auch das Gebäude mit dem Deckenlicht verringern.
Es ist anzumerken, dass ein großer Bereich an Veränderungen und Modifikationen bezüglich der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ausgeführt werden können. Deshalb ist die vorstehende detaillierte Beschreibung so zu verstehen, dass es die folgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente sind, die den Schutzbereich der Erfindung definieren sollen.

Claims

Thermisch isolierende Schichtstruktur mit variablem Lichteinlass, welche folgendes aufweist: eine lichtdurchlässige Außen-Deckschicht (511); mindestens eine Licht eintreten lassende thermische Isolationsschicht; mindestens eine Schicht eines optischen Sperrmaterials, das eine variable Lichtdurchlässigkeit aufweist; eine Innen-Deckschicht (515), die im Wesentlichen parallel zur Außen-Deckschicht ist und die entweder primär Licht durchlässt oder primär Licht absorbiert; dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten zu einer Bauplatte (90) ausgebildet sind, bei der die Innen- und Außen-Deckschichten mit einem Rahmen verbunden sind, um eine abgedichtete Einheit (60, 80, 90) zu bilden, wobei die Isolations- und Sperrschichten zwischen der Außen- und Innen-Deckschicht angeordnet sind.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht eine oder mehrere Schichten umfasst, welche eine Beschichtung (502–509) mit niedrigem Emissionsvermögen aufweisen, wobei die Schichten der Struktur durch Gas- oder Vakuumschichten beabstandet sind.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht eine bis vier transparente Beschichtungen mit geringem Emissionsvermögen beinhaltet und eine einzelne absorbierende Beschichtung mit niedrigem Emissionsvermögen aufweisen kann.
Struktur nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht mindestens eine Gasschicht und eine Konvektions-Trennwand umfasst, die im Wesentlichen durchlässig für Licht und thermische Strahlung (20, 32, 512–514) ist.
Struktur nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht eine Konvektions-Trennwand in Form einer Honigwabe (32) aufweist, die im Wesentlichen transparent für Licht und so angeordnet ist, dass die Zellen der Honigwabe sich im Wesentlichen senkrecht zu den Deckschichten erstrecken.
Struktur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektions-Trennwand aus einem Material mit mehr als 80% Polyolefin ist.
Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin ein Polyethylenmaterial mit einer Kristallinität ist, die entweder sehr hoch oder sehr niedrig ist.
Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin 0,1 bis 0,5 Gew.-% gehinderte Aminstabilisatoren enthält.
Struktur nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyolefin vernetzt ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Konvektions-Trennwand mindestens eine transparente Beschichtung (503–508) mit niedrigem Emissionsvermögen aufweist.
Struktur nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Innen- und Außen-Deckschichten und die Konvektions-Trennwand mindestens eine antireflektive Beschichtung (501–510) aufweisen.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht zwischen drei und zehn Schichten (511–515) umfasst, die im Wesentlichen transparent für Licht sind und thermische Strahlung im Wesentlichen reflektieren oder absorbieren, wobei jede Schicht von der benachbarten Schicht durch eine Gasschicht getrennt ist.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Isolationsschicht eine Schicht aus Aerogelmaterial aufweist.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Deckschicht primär Licht (7, 515) absorbiert.
Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Deckschicht eine Beschichtung (509) mit niedrigem Emissionsvermögen aufweist.
Struktur nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Deckschicht eine lichtabsorbierende Schicht (509) mit niedrigem Emissionsvermögen aufweist.
Struktur nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Außen-Deckschicht eine transparente Beschichtung (502) mit niedrigem Emissionsvermögen aufweist.
Struktur nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Vakuum zwischen der Innen- und Außendeckschicht aufweist.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Deckschicht (515) eine photoelektrische Zelle (509) aufweist.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder zumindest eine der Schichten aus optischem Sperrmaterial photchrom ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die oder mindestens eine der Schichten aus optischem Sperrmaterial thermophotochrom ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die oder mindestens eine der Schichten aus optischem Sperrmaterial elektrochrom ist.
Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die oder mindestens eine der Schichten aus optischem Sperrmaterial thermochrom ist.
Struktur nach Anspruch 23 und nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass thermochrome Sperren (502 und 509) sowohl auf der Außen- als auch auf der Innen-Deckschicht (511 und 515) angeordnet sind, wobei eine Licht eintreten lassende thermische Isolation vorhanden ist, die aus einer oder mehreren transparenten Beschichtungen mit niedrigem Emissionsvermögen aufgebaut ist, welche benachbart einer oder dreier Schichten aus Vakuum oder Gas angeordnet sind.
Struktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation eine bis drei Vakuumschichten umfasst, wobei eine Innen-Deckschicht vorhanden ist, die hauptsächlich lichtdurchlässig ist.
Struktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation eine bis drei Vakuumschichten umfasst, wobei eine Innen-Deckschicht vorhanden ist, die hauptsächlich Licht absorbiert.
Struktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation Gasschichten umfasst, wobei eine Innen-Deckschicht vorhanden ist, die hauptsächlich Licht überträgt.
Struktur nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolation Gasschichten umfasst, wobei eine Innen-Deckschicht vorhanden ist, die hauptsächlich Licht absorbiert.
Struktur nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine antireflektive Beschichtung (501–510) umfasst.
Struktur nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede antireflexive Beschichtung (501-510) einen abgestuften Brechungsindex aufweist.
Struktur nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede antireflektive Beschichtung (501-510) aus einem fluoriniertem Polymer hergestellt ist.
Struktur nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die oder jede antireflektive Beschichtung (501-510) aus einem porösen oder Säulen enthaltenden Metalloxid hergestellt ist.