DE9409564U1

DE9409564U1 - Verbundglas

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Publication number: DE9409564U1
Application number: DE9409564U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-06-14
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1994-09-29
Anticipated expiration: 2004-06-15

Description

Verbundglas

Die Erfindung betrifft ein Verbundglas gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist wichtig, daß Fenster von z.B. Häusern einerseits lichtdurchlässig sind, andererseits aber möglichst wenig der Wärme aus dem Inneren eines Hauses nach außen lassen. Aus diesem Grunde werden immer mehr sogenannte Thermogläser eingesetzt, die meistens aus zwei Glasscheiben bestehen, die Luft oder ein schlechter Wärme leitendes Gas einschließen und deren zueinanderstehende Innenseiten metallisch bedampft sind, so daß ein Wärmetransport über Wärmestrahlung von der mit der Außenluft in Berührung stehenden Scheibe zu der inneren, reduziert wird.

Auf diese Weise kann mit Hilfe der Sonnenstrahlung, die durch die Fenster in das Haus gelangt und im Haus durch Absorption an Oberflächen in Wärme umgesetzt wird, im Winter Heizenergie eingespart werden.

Eine weitaus konstantere Energiequelle als die Sonne ist jedoch die Strahlung der Atmosphäre, die sogenannte Gegenstrahlung und die Strahlung des Erdbodens selber, da die Atmosphäre und der Boden auch im Winter noch Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich 2 bis 200 &mgr;&igr;&agr;. bieten und dies sowohl am Tag wie auch in der Nacht. Die Wärmestrahlung oder auch Gegenstrahlung der Atmosphäre liegt üblicherweise bei 300 W/m2, auch in klaren Winternächten bietet sie noch ca. 200 W/m2. Der Boden strahlt je nach Bodentemperatur auch im Winter noch ca. 150 W/m2 im langwelligen Infrarotbereich (2 - 200 &mgr;&idiagr;&eegr;) auf eine senkrecht stehende Fläche ab.

Von herkömmlichen Glasoberflächen wird diese Wärmestrahlung zwar zu etwa 80 bis 90% absorbiert, da die Oberfläche jedoch im gleichen Maße die absorbierte Wärme wieder abstrahlt, ist sie kein direkter Wärmegewinn für das Haus .

Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel anzugeben, durch die Wärmestrahlung besser genutzt werden kann, insbesondere durch einen gesteuerten Transport der Wärmestrahlung .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Schicht eingesetzt, die im sichtoptischen transparent ist und einen Durchlaßgrad für Wärmestrahlung im Wellenlängenbereich 2 bis 200 &mgr;&idiagr;&eegr; größer als 40% bevorzugt größer als 70% hat, so daß sie auftreffende Wärmestrahlung hindurchläßt und die eng mit einer zweiten Schicht verbunden ist, die ebenfalls im sichtoptischen Bereich transparent ist, im Bereich der Wärmestrahlung jedoch eine hohe Absorption aufweißt und somit die auftreffende Wärmestrahlung absorbieren kann.

Der Brechungsindex &eegr; der für Wärmestrahlung transparenten ersten Schicht des erfindungsgemäßen Verbundglases ist größer als der Brechungsindex von Luft (n^ft = 1) und liegt im Bereich von 1,5 bis 4, vorzugsweise bei 2 bis 3,5 im Längenwellenbereich der Wärmestrahlung.

Wichtig ist dabei auch, daß die für Wärmestrahlung transparente erste Schicht eng mit der wärmeabsorbierenden, sichtoptisch transparenten zweiten Schicht verbunden ist und das der Absorptionsgrad der sichtoptisch transparenten zweiten Schicht für Wärmestrahlung möglichst über 70% liegt. Bevorzugt ist die wärmeabsorbierende zweite Schicht aus einem Material mit hoher Transparenz im Wellenlängenbereich des sichbaren Lichtes wie z.B. Glas oder Acrylglas.

In Richtung der, für Wärmestrahlung transparenten ersten Schicht, wirkt die wärmeabsorbierende zweite Schicht wie ein Strahler. Ein Teil der aufgenommenen Wärmeenergie wird wieder abgestrahlt und an der Grenze zwischen der transparenten ersten Schicht und der Luft nach den Gesetzmäßigkeiten für Totalreflexion zur wärmeabsorbierenden zweiten Schicht zurückreflektiert und dort wiederum zum Teil absorbiert. Bei einer Ausführung der strahlungsdurchlässigen Schicht aus Polyäthylen dessen Brechungsindex &eegr; im Bereich der Wärmestrahlung bei 1,5 liegt, werden ca. 60% der von der wärmeabsorbierenden zweiten Schicht ausgehenden Wärmestrahlung zurückreflektiert,

Neben dem Polyäthylen eignen sich alle Polyolefine, Teflon, bituminöse Binder, Lackbindemittel aus der Gruppe der Zyklo- und Chlorkautschuke und einige Bindemittel aus der Gruppe der Acrylate und die Mischungen der genannten Materialien zur Ausbildung der wärmedurchlässigen ersten Schicht. Ist es gewünscht, den Brechungsindex der Materialien zu erhöhen, so kann dies in einfacher Weise durch die Zugabe von kolloidalen Teilchen erreicht werden, deren maximale Lineardimension unter 1 &mgr;&idiagr;&eegr; liegt und die aus der Gruppe der Metalle und Metalloxide ausgewählt werden.

Ferner eignen sich alle Gläser, die im sichtoptischen Bereich transparent sind und einen hohen Durchlaßgrad für Wärmestrahlung aufweisen wie z.B. Calciumfluorid Silicium, Kalium- und Natriumchlorid und Natriumfluorid, Kaliumbromid und Kaliumiodid, Cäsiumiodid und Cäsiumbromid, Silberchlorid, Bariumfluorid oder Mischungen der Materialien und denen zur Herabsetzung des Schmelzpunktes gegebenenfalls Metalloxide aus der Gruppe der Oxide von Bor, Blei, Lithium, Natrium, Kalium, Mangan, Kobalt und/oder Kupfer hinzugefügt werden.

Im Rahmen der Erfindung ist es von Vorteil, wenn die für Wärmestrahlung durchlässige erste Schicht auf der von der sichtoptisch transparenten zweiten Schicht fortweisenden Seite mit Ausnehmungen ausgestaltet ist. Vorzugsweise sollten die Oberflächen dieser Ausnehmungen eine solche Form habe daß von der zweiten Schicht in Richtung zu der ersten Schicht abgestrahlte Wärmestrahlung wieder zu der zweiten, absorbierenden Schicht auf Grund der Totalreflexion an der zur Luft weisenden Schichtfläche zurückreflektiert wird. Bevorzugt werden Formen mit geneigten Flächen, wie Halbkugel, Kugelkalotte, Pyramide und Kegel.

In der Praxis lassen sich die genannten Ausnehmungen mit Hilfe beispielsweise einer Walze durchführen, die Vorsprünge oder Nasen in der komplementären Form der Ausnehmungen an ihrer Walzenoberfläche hat. Die Walze wird in Druckanlage relativ zu der Schicht bewegt. Wenn es erwünscht ist, kann die Walze erwärmt werden.

Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von Beispielen und im Rahmen von Versuchen näher erläutert.

Es wurde eine infrarottransparente ca. 50 pm dicke Polyäthylenfolie, deren Brechungsindex im Bereich der Wärmestrahlung durch die Zugabe von ca. 20% kolloidalen Silberteilchen mit einem mittleren Durchmesser kleiner 0,4 &mgr;&idiagr;&eegr;, auf &eegr; = 2 erhöht war, mit einer optisch klaren Transferklebefolie auf eine Acryglasplatte geklebt. Der Absorptionsgrad der Acryglasplatte für Wärmestrahlung, war größer 80%. Das dermaßen aufgebaute Verbundglas wurde im Frühjahr bei Nachtfrost über einen Frühbeetkasten mit frisch eingesetzten Pflanzen gelegt, die Seite des Verbundglases mit der Polyäthylenfolie wies dabei zum Himmel. Überraschenderweise blieb der Boden unter diesem Aufbau frostfrei. Durch den Aufbau des Verbundglas aus Polyäthylen und Acryl wurde Wärmestrahlung des Himmels wohl empfangen, die Wärmestrahlung des Bodens aber nicht abstrahlt. Bei einer zum Vergleich eingesetzten, handelsüblichen Acrylplatte ohne die aufgeklebte

Polyäthylenfolie blieb der Boden nicht frostfrei, da über das Wärmestrahlung absorbierende, aber auch emittierende Acrylglas die Erdwärme zum Himmel abgestrahlt

wurde.

Im Bereich des Hausbaues, insbesondere auch bei den Fenstern eines Hauses kann es aus Gründen der Energieeinsparung wichtig sei den Wärmetransport von innen nach außen zu verringern, dabei aber einen Wärmetransport von außen nach innen zuzulassen. Herkömmliche Glasfenster haben einen Absorptionsgrad im Bereich des thermischen Infrarot,, also im Bereich der Wärmestrahlung von 2 bis 200 &mgr;&igr;&agr;, 'von 80 bis 95%. Auf die Glasfenster auftreffende Wärmestrahlung wird also zu ca. 90% absorbiert, allerdings nach der Kirchhoff'sehen Regel Absorptionsgrad=Emissionsgrad (&agr;=&egr;) auch zu 90% wieder emittiert.

Im Hinblick auf diese Gegebenheiten wurde der Erfindungsgedanke auf die Ausführung eines Verbundglases für Fenster angewendet.. Es wurde ein Verbundglas hergestellt, dessen erste nach außen weisende Schicht aus überwiegend Calciumfluorid bestand, das im sichtoptischen Bereich und im Bereich der Wärmestrahlung eine hohe Transparenz hat, mit geringen Zugaben von Silicium und schmelzpunktsenkenden Oxiden aus der Gruppe die Boroxid, Bleioxid, Lithiumoxid, Natriumoxid, Kaliumoxid, Manganoxid , Kobaltoxid und Kupferoxid enthält, versehen. Die zweite Schicht des Verbundglases war dabei ein handelsübliches Glas mit hoher Absorption im Bereich der Wärmestrahlung. Die Dicken der Gläser lagen bei ca. 150 &mgr;&idiagr;&eegr; für die erste Glasschicht und 4 mm für die handelübliche Glasschicht.

Das dermaßen ausgeführte Verbundglas wurde vor eine beheizte Platte mit hohem Emissionsgrad gehalten, so daß die Seite aus Calciumfluoridglas zur Heizplatte hin zeigte. Auf der anderen Seite des Verbundglases wurde mit einem Strahlungsthermometer, dessen Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich 7 bis 14 pm lag, die Temperatur gemessen. Fast 80% der Wärmestrahlung der Heizplatte

wurde von der Rückseite, also der Schicht aus handelsüblichem, wärmeabsorbierenden Glas, des Verbundglases abgestrahlt. Danach wurde die Verbundglasplatte so herumgedreht, das die Seite aus handelsüblichem wärmeabsorbierenden Glas zur Heizplatte wies. Die Messung ergab, daß nur 20% der von der Heizplatte empfangenen Wärme abgestrahlt wurde.

Der gleiche Versuch wurde mit einer handelsüblichen Glasplatte, auf die einseitig eine ca. 70 pm dicke Schicht aus einer Polyäthylendispersion Poligen WEl der BASF Ludwigshafen aufgetragen wurde, die im Bereich der Wärmestrahlung eine hohe Durchlässigkeit aufweißt und einen Brechungsindex in diesem Bereich von ca. 1,5 hat. Die Messungen ergaben, daß nur ca. 35% der von der Heizplatte empfangenen Wärme abgestrahlt wurde, andererseits aber über 85% der Wärme empfangen werden konnte.

In einer weiteren Anwendung des erfindungsgemäßen Verbundglases, wurde das Verbundglas mit Calciumfluorid aus dem vorher beschriebenen Versuch bei einem handelsüblichen Sonnenkollektor zur Erwärmung von Brauchwasser eingesetzt. Wie bei einem Teil dieser Kollektoren üblich, hatte dieser Kollektor über den schwarz gefärbten Wasserrohren eine Glasplatte um die Wärmeverluste über Konvektion zu verringern. Die üblichen Glasplatten sind im Bereich der Wärmestrahlung absorbierend. Das heißt die von den Rohrenausgehende Wärmestrahlung wird von der Glasplatte absorbiert und zu einem Teil nach außen abgestrahlt. Beim Einsatz des erfindungsgemäßen Verbundglases auf dem Sonnenkollektor und zwar mit der Seite aus Calciumfluorid nach außen, konnte der Wirkungsgrad dieses Kollektortyps um 50% gesteigert werden.

Claims

Schutzansprüche

1. Verbundglas bestehend aus einer ersten und einer zweiten Schicht, die beide im Bereich des sichtbaren Lichtes durchlässig sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Schicht, die ein für Wärmestrahlung im Bereich von im wesentlichen 2 &mgr;&idiagr;&eegr; bis 200 &mgr;&igr;&agr; zumindest teilweise durchlässiges Material umfaßt, das für Wärmestrahlung einen Brechungsindex &eegr; größer 1 hat, auf einer zweiten S'chicht angeordnet ist, das im Bereich der Wärmestrahlung ein hohes Absorptionsvermögen hat.

2. Verbundglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht eine zusammenhängende Schicht ist.

3. Verbundglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die erste Schicht eine zumindest teilweise zusammenhängende Schicht ist.

4. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht ein Glas auf der Basis einer Mischung ist, die Calciumfluorid und gegebenfalls eines der Materialien aus der Gruppe Silicium, Kalium- und Natriumchlorid und Natriumfluorid, Kaliumbromid und Kaliumiodid, Cäsiumiodid und Cäsiumbromid, Silberchlorid, Bariumfluorid umfaßt.

5. Verbundglas nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung Metalloxide zur Erniedrigung des Schmelzpunktes enthält, insbesondere Oxide von Bor, Blei, Lithium, Natrium, Kalium, Mangan, Kobalt und/oder Kupfer.

6. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht des zumindest teilweise durchlässigen Materials aus der Gruppe der Polyolefine, wie z.B. Polyäthylen, Polypropylen, aus Teflon, aus bituminösen Lackbindemitteln, aus der Gruppe der Zyklo- und Chlorkautschuke, aus der Gruppe der Acrylate,ausgewählt ist, oder eine Mischung aus zwei oder mehreren der aufgelisteten Materialien ist.

7. Verbundglas nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material zur Erhöhung des Brechungsindexes Teilchen in·kolloidaler Form, deren maximale Lineardimension unter 1 &mgr;&idiagr;&eegr; liegt, aus der Gruppe der Metalle und/oder Metalloxide zu 5 bis 50 Volumenprozenten, bevorzugt 10 bis 30 Volumenprozenten, beigegeben werden.

8. Verbundglas nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht optisch transparente Materialien umfaßt, die aus der. Kunststoffe und Gläser aufweisenden Gruppe ausgewählt ist.

9. Verbundglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Produkt aus der Dickenabmessung der ersten Schicht und dem Brechungsindex &eegr; des für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässigen Materials der Schicht größer als 50 pm ist.

10. Verbundglas nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte erste Schicht aus dem für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässigen Material besteht.

11. Verbundglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht auf der von der zweiten Schicht fort weisenden Seite Ausnehmungen aufweißt.

~3

12. Verbundglas nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Ausnehmungen eine solche Form hat, daß ein möglichst großer Anteil der von der zweiten Schicht in Richtung zu der ersten Schicht emittierten Wärmestrahlung auf die zweite Schicht zurückreflektiert wird und daß ein möglichst großer Anteil der von außen ankommenden Wärmestrahlung unter einem günstigen Winkel in die erste Schicht eindringen kann und nicht von der äußeren Oberfläche reflektiert wird.

13. Verbundglas nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen teilkugelförmig, kegelförmig und/oder pyramidenförmig ausgebildet sind.

14. Verbundglas nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für Wärmestrahlung zumindest teilweise durchlässige Material einen Wärmestrahlungsdurchlaßgrad von mindestens 20%, bevorzugt von mindestens 40% und besonders bevorzugt von mindestens 70% hat.

15. Verwendung des Verbundglases nach einem der vorhergehenden Ansprüche für einen Sonnenkollektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Sonnenkollektor eine Glasscheibe zur Vermeidung von Konvektionsverlusten hat, die durch das erfindungsgemäße Verbundglas ersetzt wird.