NO129198B

NO129198B -

Info

Publication number: NO129198B
Application number: NO03674/71*[A
Authority: NO
Inventors: J Stewart
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1970-10-08
Filing date: 1971-10-06
Publication date: 1974-03-11
Also published as: US3710074A; FR2111108A5; NL147307B; DE2149589A1; BE773654A; NL7113580A; GB1364712A; CA964707A; IT939959B

Description

Elektrisk oppvarmede flerlags vinduenheter.

Flerlags vinduenheter er brukt for å redusere varmetap fra bygninger gjennom vinduene på grunn av ledning og konveksjon. Dette er oppnådd'ved å trekke fordel av det faktum at tørr, i det vesentlige statisk gass, vanligvis luft, som ikke er i forbindelse med den indre eller den ytre atmosfære virker som en isolerende varmeoverføringsbarriere på grunn av eliminering av sterke konvek-sjons strømmer innen et tørt lukket rom mellom parallelt anbragte vindusglasspaneler.

Mens den hovedsakelige varmeoverføringsbarriere for konveksjon og ledning er den tørre gass mellom panelene i en flerlags enhet, motstår panelene selv også varmeoverføring ved ledning. Således utvikler det en termisk gradient fra den eksponerte overflate fra det indre panel, som er det.panel som vender mot det indre av en bygning i hvilken enheten er installert, mot overflaten mot det lukkede rom av det samme vinduspanel. Siden varme overføres :.fra innvendig luft til det innvendige- panel, oppstår det naturlige kon-veksjonsluftstrømmer nær. vinduspanelet,. og disse er merkbare som trekk.

Det indre panel kan oppvarmes ved konveksjon" til en temperatur over den for den innvendige luft, men overdrevet varmetap fra det indre panel til utsiden kan kostnadsmessig forhindre oppvarming av slike vindusenheter. De,t. er ønskelig å ha intim kontakt mellom varmekilden og det indre panel. Dette kan gjennomføres ved å påføre et elektrisk ledende belegg, slik som tinnoksyd, på overflaten mot det lukkede rom av det indre- panel, <p>g å anbringe elektriske kontakter, slik som samleskinner, på overflaten, slik at det kan legges på et elektrisk potensial tvers over overflaten,- noe som skaper varme i filmen og leder varmen til det indre panel. Slike arrangementer er tidligere.benyttet i utstillingsfrysédisker for å hindre kondensasjon i disse. Ved slike anvendelser er varmetapet til omgivelsene ikke spesielt vesentlig fordi hele dypfrysingsenheten vanligvis er anbragt inne i bygninger og det således ikke opptrer varmetap til utsiden.

Imidlertid vil varmetap fra det indre panel og dets belegg til og gjennom det ytre panel i enheter montert som bygningsvinduer resultere i store varmetap og derav følgende omkostninger. Bruk av enheter med en elektrisk .ledende film på et panel og et klart transparent stoff for andre paneler som bygningsvinduer frembyr et problem som ikke kommer frem ved fryserdører som vanligvis betrakes under betingelser for enhetlig eller regulert belysning. Vinduer betraktes selfølgelig under flere belysningsforhold,- og elektrisk ledende belegg er ikke begagelige for øyet under alle belysningsbetingelser. Mens brukbare elektrisk ledende belegg er transparente, sees vanligvis synlig farvespill ved betraktning av vindusenheter fra et interiør-synspunkt under reduserte ytre belysningsbetingelser.

I ehnhold til foreliggende oppfinnelse er det nå funnet at lys- og varmeoverføringsegenskapene for flerlags vindusenheter kan modifiseres ved tilsetning av energiabsorberende og reflekterende media til slike enheter, og ved disse modifikasjoner kan den termiske mot-standsdyktighet og utseende av elektrisk oppvarmede flerlags vindusenheter forbedres slik at trekk elimineres mens det opprettholdes ut--merkede visuelle egenskaper, samtidig som oppvarmingsomkostningene holdes lave.

Flerlags vindusenhetene omfatter flere lystransmitterende paneler anbragt parallelt hverandre og adskilt fra hverandre ved hjelp av avstandsstykker som kan være av stive eller elastiske stoffer. For-seglende stoffer slik som en mastiks eller et adhesiv-belagt vanntett arkformig stoff anbringes rundt panelkantene slik at det dannes et hermetisk forseglet lukket rom mellom panelene. En støtteramme monteres rundt periferien av panelene. Et transparent elekt-risk ledende belegg er ifølge krav 1 anbragt på overflaten av det lukkede rom på et av panelene, helst det panel som skal monteres mot den siden av bygningen. Forbindelseshjelpemidler til den elektriske kraftkilde, slik som samleskinner, monteres slik at de kommer i kontakt med det elektrisk ledende belegg. Et transparent lys- og varmereflekterende belegg er ifølge krav 1 anbragt på overflaten mot det lukkede rom på et av panelene. Dette belegg er helst anbragt mot utsiden av bygningen i forhold til det elektrisk ledende belegg, og det kan være på det samme panel som det elektrisk ledende belegg, anbragt over dette belegg, men helst er det lys- og varmereflekterende belegg tilstede på et annet panel enn det som har det elektrisk ledende belegg.

Vanligvis er de lystransmitterende■paneler av glass. Klare glass eller varmeabsorberende glass, slik de er definert av "Federal Specification DD-G-45A" til å transmittere mindre enn 50% av den totale so.larenergi ved en tykkelse på 6,35 mm kan benyttes. Da de typisk varmeabsorberende glass er oppnåelige i flere farver; grønne, blå-grønne, gra og bronse f.eks.; kan disse med fordel benyttes som ytre paneler for å passe sammen med bygningens eksteriør slik at det gir et behagelig utseende. Kommersielt oppnåelige varmeabsorberende glass-typer, slik som de som er oppnåelige under handelsnavnene "Solex", "Solargray" og "Solarbronze" kan benyttes. Fremstillingen av farvede varmeabsorberende glass er beskrevet i US patent nr. 2.938.808 henholdsvis US patent nr. 3.296.00M for grå henholdsvis bronset glass.

De transparente elektrisk ledende belegg som typisk kan benyttes er metall eller metalliske oksyder; tinnoksyd, metallisk kobber og nikkel har vært spesielt brukbare. Elektrisk ledende belegg kan anbringes på en transparent paneloverflate ved enhver i og for seg kjent belegningsteknikk. Vakuumavsetning, katodeforstøvning, damp-avsetning, sprøytning og elektroavsetning er typiske teknikker som kan benyttes. Tinnoksyd kan f.eks. belegges på en substratoverflate ved den fremgangsmåte som er beskrevet i US patent nr. 2.566.346. Bruken av slike filmer til oppvarming er beskrevet-i US patent nr. 2.648.753. Brukbare tinnoksydbelegg har tykkelser på omkring 200 m^u til 350 m^u og motstander på omkring 100 til 300 ohm pr. flateenhet.

Det må velges reflekterende belegg som er tilstrekkelig lystransmitente, slik at det unngås merkbar formørkning inne i en bygning ved dagslys, og disse belegg må ha tilstrekkelig reflektivitet for energi i det infrarøde område til å reflektere en vesentlig andel av den energi som stråles ut av den elektrisk ledende film når denne oppvarmes til driftstemperaturer. Spesielle belegg som har vist seg å være brukbare er metallisk kobber, nikkel, gull, titandioksyd og andre belegg med lav emmisjonsevne. Emmisjonsevne er definert som forholdet mellom strålingsenergien utstrålt pr. enhetsarela pr. en-hetstid for det aktuelle stoff og den for et sort legeme. Emmisjons-evnen er numerisk lik absorbsjonen i forhold til et sort legeme, og kan således anslås for en film på et transparent substrat som (1,0-transmisjon-refleksjon). Filmer med en emmisjonsevne for synlig lys mindre enn 0,5 og ned til 0,1, og en total absolutt refleksjon større enn 0,5, og som har en infrarød emmisjonevne mindre enn 0,1 og en in-frarød absolutt refleksjon større enn 0,7 er foretrukket.

Transparente lys- og varmereflekterende belegg kan påføres substrater ved teknikker lik de til påføring av transparente elektrisk ledende belegg, da beleggsstoffene er like og ofte identiske. F.eks. kan metallisk kobber påføres en glasspaneloverflate.i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i US patent nr. 3.457.138.

Detaljene og fordelene ved foreliggende oppfinnelse be-skrives ytterligere i forbindelse med en beskrivelse av tegningene, hvor: Fig. 1 er et snitt av et typisk flerlags vindu som viser forholdet mellom den elektrisk ledende film og en reflekterende film på et ytre panel; Fig. 2 er et fasaderiss av et typisk bygningsveggutsnitt hvor det er montert et flerlags vindu; Figurene 3, 4 og 5 er snitt som viser forskjellige arrangementer av de to filmer tilstede i flerlags vinduet i fig. 2. Hver av disse utførelsesformer kan benyttes med spesiell fordel under spesielle omstandigneter; Fig. 6 er en fremstilling av spektralreaksjonen for valgte stoffer benyttet i henhold til foreliggende oppfinnelse; og

Fig. 6a angit betydningen av de i fig. 6 viste kurver.

I sin foreturkne utførelsesform omfatter foreliggende oppfinnelse to glasspaneler, et med et tinnoksydbelegg, montert mot det indre av en bygning med belegget på den overflate som vendet mot utsiden, og et med et metallisk kobberbelegg montert mot det ytre av bygningen med belegget på overflaten mot innsiden. Panelene er adskilt fra hverandre, forseglet rundt kantene og holdt i en perifer ramme slik at det dannes et hermetisk forseglet lukket rom mellom panelene slik at beleggene vender mot dette rom.

Fig. 1 viser en slik flerlags vindusenhet med et indre glasspanel 9 og et ytre glasspanel 11 anbragt parallelt med hverandre. Et metallavstandsstykke 15 med et hult indre som er fylt med et tørke-middel 23, og som har en hel låsesøm utstyrt med gjennomhullinger eller kanaler 33, gjennom hvilke luft og fuktighet kan strømme, ad-skiller de to glasspanelene 9 og 11 og strekker seg rundt kantene av disse idet det lukker rommet 31 mellom panelene. En fuktighetsmotstandsdyktig mastiks 17 binder glasspanelene 9 og 11 til avstandsstykket 15 slik at det dannes et lukket kammer 31 som således forseg-les hermetisk. En fuktighetsbarriere, slik som et plastisk arkformet stoff 21, er ved hjelp av fuktighetsmotstandsdyktig mastiks 19 bundet rundt periferien av monteringen, og en stiv kanal 13 er anbragt rundt enheten slik at den utøver en sammentrykkende kraft på enheten og gir denne stabilitet. Et transparent elektrisk ledende belegg, slik som

tinnoksyd 25, er tilstede på overflaten mot det lukkede rom av det indre glasspanel 9j og samleskinner 27 (kun én er vist) er festet til det elektrisk ledende belegg. En transparent varmreflekterende film 29, slik som kobber, er anbragt på overflaten mot det lukkede rom av det ytre glasspanel 11.

Andre utførelsesformer med et monteringsarrangement lik det som allerede er beskrevet kan fremstilles med samleskiver som presses mot den elektrisk ledende film ved hjelp av et elastisk organisk avstandsstykke som erstatter metallavstandsstykket i den fore-trukkede utførelsesform. Ved slike enheter festees samleskinnene ikke til glasset og er skjult av det elastiske avstandsstykket. Å skjule samleskinnene på denne måte sammen med bruk av et lysabsorberende avstandsstykke resulterer i enheter med utmerkede estetiske kvali-teter. Den arkformige fuktighetsbarriere kan elimineres og mastiks fylles ut i kontakt med varmen slik at denne danner fuktighetsbarri-eren.

Slik det vises i fig. 3, kan enheter konstruert med to transparente paneler, hvert med et filmbelegg, varieres ved bruk av forskjellige konstruksjonsmaterialer. Indre paneler 9, som vanligvis er av klart glass, kan være av farvet glass også. De elektrisk ledende filmer 25 som er anbragt på overflaten mot det lukkede rom av det indre panel 9 er vanligvis av tinnoksyd, men kan være kobber, gull, sølv eller ethvert ledende stoff egnet til transparente belegg. De ytre paneler 11 kan være av farvet eller klart glass. De transparente paneler kan være laget av holdbare organiske stoffer,*slik som polykarbonater, i stedet for glass. Transparente lys- og varmereflekterende filmer 29, anbragt på overflaten mot det lukkede rom av panel-et 11, vil vanligvis være metalliske eller metalloksydiske stoffer. ;I tillegg til kobber kan andre metaller slik som gull, sølv, krom, platina, palladium, nikkel og metaller fra den fjerde periode i ele-mentenes periodiske system benyttes til å fremstille egnede belegg. ;Så lenge de påførte belegg har en regulert tykkelse slik at det til-lates lystransmisjon og varmerefleksjon i henhold til de nevnte be-grensninger for emmisjonsevne og refleksjonsevne, kan ethvert metall fra gruppen benyttes. ;Reflektive filmer kan også påføres i kontakt med det elektrisk ledende belegg"på overflaten mot det lukkede rom av det indre glasspanel. Dette er vist i fig. H. En organisk film 39 med en tynn metallisk avsetning 37 på en overflate er anbragt i kontakt med den elektrisk ledende film 25 og bundet til denne med et adhesiv slik at den tynne metalliske avsetning 37, som er meget reflekterende, er anbragt mellom det elektrisk ledende stoff 25 og den organiske film 39» Da den organiske film er en elektrisk isolator, er den elektrisk ledende film totalt inneklemt i en isolerende konvolutt, og enhetens sikkerhet, i tilfelle brudd ved uhell, er øket så lenge de brukkede glasspartikler forblir festet til filmen ved hjelp av adhesivet. Poly-esterfilmer belagt med en metallisk aluminium og adhesiv har vist seg brukbare og bindes lett til det ledende belegg på glass. ;En videre utførelsesform av foreliggende oppfinnelse benytter et tredje transparent panel anbragt parallelt til de første to slik som vist i snittet i fig. 5. Et indre panel 9 med et elektrisk ledende belegg 25 og et ytre panel 11 med et transparent varmereflekterende belegg 29 er festet slik som beskrevet ovenfor med referanse til fig. 3. Et tredje transparent panel 41 er anbragt parallelt til de første go og anbragt mot det ytre av bygningen. Dette ekstra panel vil vanligvis være av farvet glass eller ha et farvebelegg for å passe til bygningens ytre. ;Det er ment at den transparente lys- og varmereflekterende film som benyttes i forbindelse med hver elektrisk ledende film skal velges med henblikk på dens spektral-reaksjonségenskaper. Som man kan sé av fig. 6, serkjmer transmisjonen for en kobberfilm på klart glass og et tinnoksydbelegg på klart glass effektivt fra solarenergi i både det ultrafiolette og det infrarøde område. Kobberbelegget reflekterer effektivt energi i det infrarøde område, slik den emi-teres fra den elektrisk ledende film når denne oppvarmes. ;Flerlags vinduene, slik de fremgår av de ledsagende tegn-inger og beskrivelsen, er testet under realistiske omgivelsesbeting-elser. De følgende eksempler er illustrerende for disse forsøk. ;- Eksempel 1. ;En enhet som består av to paneler av klart glass (0,61 m x 1,22 m), med en kobberfilm på overflaten mot det lukkede rom på det ytre panel, og uten elektrisk ledende belegg på noen av overflatene monteres i veggen på en boks med termostatisk regulerte oppvarmings-hjelpemidler for å opprettholde en gjennomsnittlig lufttemperatur på omkring 26,67°C i boksen. En andre enhet, lik den første, med unntak av et elektrisk ledende belegg av tinnoksyd på overflaten mot det lukkede rom på det indre panel monteres i veggen på en lignende boles. Tinnoksydbelegget har en spesifikk motstand på omkring 150 ohm pr. flateenhet og er omkring 270 m^,u tykt. Enhetene utstyres med samleskinner forbundet med en termostatisk regulert elektrisk kilde for å holde den indre glasstemperatur på temperaturen til den indre atmosfære, 26,67°C. Begge enheter eksponeres til utendørs vinterbetingelser i omkring 280 timer. Forsøksresultatene er vist i tabell 1, og resultatene kan oppsummeres som følger: Gjennomsnittlig utendørs glasstemperatur er den samme for begge enheter, den gjennomsnittlige totale utendørstemperatur er omkring 0,56°C, slik at forsøksperioden dekker omkring 323 grad dager (utregnet på grunnlag av grader Fahren-heit) (dette tilsvarer på grunnlag av en- 8 måneders oppvarmingssesong de gjennomsnittlige betingelser i Great Falls, Minnesota); den innvendige glassoverflatetemperatur på enheten med elektrisk ledende belegg er omkring 24,44°C, noe som kun er omkring 2,22° under luft-kontrolltemperaturen i det innendørs rom, og motstandsoppvarmingen brukte kraft i en mengde på omkring 2,6 kilowatt pr. driftstime ved drift i omkring 10% av den totale eksponeringstid. Ved sammenligning var den gjennomsnittlige innvendige glassoverflatetemperatur på enheten uten elektrisk ledende belegg hele 7,22°C under den ønskede innendørs lufttemperatur. ;Oppvarmingsdriftstiden var avhengig av den termostatiske regulering som ble benyttet ved drift av oppvarmingsinnretningen. ;Ved et vanlig dødområde, noe som tillater variasjoner på opp* til ^-2,78°C, er oppvarmingsinnretningen ikke i drift kontinuerlig, men slås på når den minimale temperatur er nådd og av når den maksimale er nådd.

En grad dag er definert i henhold til de kjente ingeniør-og arkitekturstandarder som produktet av timene i løpet av hvilke den utendørs temperatur er under 15,56°C og differansen i temperatur fra 15,56°C dividert med 24. Motstandene i ohm pr. flateenhet er målt som motstanden diagonalt over et tverrsnitt av et belegg med enhetlig tykkelse. Slike motstander er sammenlignbare kun for filmer med lik tykkelse og angis med tykkelser bestemt ved vanlige inter-ferensmetoder.

Eksemplene 2- 4.

Eksempel 1 peker kun ut fordelene ved bruk av et elektrisk oppvarmet innvendig glasspanel til å regulere den innvendige glasstemperatur for å forhindre kondensasjon og trekk. De følgende eksempler som er oppført i tabell 2, demonstrerer verdien av foreliggende oppfinnelse for å forhindre overdrevne varmetap fra elektrisk oppvarmede enheter.

Enheten i eksempel 1 som representerer en oppvarmet vindusenhet som er lik oppvarmede dobbeltbelagte fryservinduer, er den første enhet i denne tabell. Som man vil se fra tabellen, er den visuelle betraktning av en slik enhet dårlig og de gjennomsnittlige energibehov for å opprettholde innendørstemperaturen på den invendige paneloverflate er høyere enn for andre eksempler. Eksemplene i gruppe 2 er for enheter som bruker farvede glass for de utvendige paneler uten transparent lys- og varmereflekterende filmer. Disse enheter har energivehov for oppvarmingskraft som er lik de for enhetene i eksempel 1, men har lett forbedrede visuelle egenskaper. Eksemplene i gruppe 3 er for enheter som benyttet klart og farvede galss for de utvendige paneler med et pyrolytisk belegg som inneholder kobolt på overflaten mot det lukkede rom. Disse enheter har forbedret varme-overf øring og forbedrede formørkningsenergi som enheten i eksempel 1. Disse enheter har forbedrede visuelle egenskaper.

Eksemplene i gruppe 4, som omfatter den foretrukne utfør-elsesform, og som benytter et kobberbelegg på overflaten mot det lukkede rom på det utvendige panel, har sterkt forbedret varmeoverføring og sterkt forbedrede formørkningsegenskaper for ekstern solenergi. Disse enheter har vesentlig lavere varmeoverføring til utsiden under vinterbetingelser enn enhetene i eksempel 1, og kraftbehovet for å opprettholde det innvendige panel ved romtemperatur reduseres med omkring 25$. Disse enheter har utmerket visuelt utseende, da det vanlige skimmer i tinnoksydfilmene maskeres effektivt.

Fra eksemplene 2 til eksemplene 4 er det tydelig at kombi-neringen av et innvendig panel med et elektrisk ledende belegg og et utvendig panel med glassbasis, enten klart eller varmeabsorberende,

på hvilket det er festet et transparent lys og varmereflekterende belegg, gir en flerlagsvindusenhet med utmerkede varmeisolerende og visuelle egenskaper.

Enheter med nikkel-eller titanoksydbelegg på overflaten mot det lukkede rom på det utvendige panel har egenskaper omtrent midt mellom de til eksemplene 3 og 4. Enheter med gull- eller krombelegg på overflaten mot det lukkede rom på det utvendige panel har ytelser omtrent lik de i eksempel 4.

Den ovenfor gitte beskrivelse av foreliggende oppfinnelse er(ment som et eksempel, og ikke ment å begrense rammen av foreliggende oppfinnelse, bortsett fra slik det er nevnt i de ledsagende krav.

Claims

1. Flerlags vindusenhet for separering av et termisk regulert rom fra omgivelsene, bestående av minst to transparente paneler (9,11) anbragt parallelt med hverandre, hvor et første panel (9) vender mot nevnte termisk regulerte rom og et andre panel (11) mot omgivelsene, og hvor det videre er anbragt avstandsstykker (15) langs kanten mellom panelene for å separere disse fra hverandre og hvor det videre er anbragt forseglingsinnretninger (17) rundt panelkantene slik at det dannes et hermetisk- forseglet, innelukket rom (31) mellom panelene, karakterisert ved at det er anbragt et transparent, elektrisk ledende belegg (25) på den innelukkede overflate av nevnte første panel (9) og at dette belegg står i forbindelse (27) med en kilde for elektrisk strøm, og at et transparent lys- og varmereflekterende belegg (29) med en absolutt infrarød refleksjon på minst 0,7 er anbragt på den innelukkede overflate av nevnte andre panel (11), hvor nevnte lys- og varmereflekterende belegg (29) har en refleksjon av synlig lys på 32$ til Ql% slik at synlig irrisering fra nevnte elektrisk ledende belegg (25) i det vesentlige elimineres.

2. Flerlagsenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte elektrisk ledende belegg (25) består av en transparent metalloksydfilm og at nevnte transparente lys- og varmereflekterende belegg (29) har en emisjonsevnepå mindre enn 0,5 og ned til 0,1 for synlig lys og mindre enn omkring 0,1 for bølgelengder mellom 800 millimikron og 2250 millimikron.

3. Flerlagsenhet ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte elektrisk ledende belegg (25) består av en transparent metalloksydfilm og at nevnte transparente lys- og varmereflekterende belegg (29) består av et metallisk belegg valgt blant platina, palladium, kobber, krom, nikkel, gull, aluminium, titanium og sølv.

4. Flerlagsenhet ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte elektrisk ledende belegg består av tinnoksyd og at nevnte transparente lys- og varmereflekterende belegg (29) består av kobber.

5. Flerlagsenhet ifølge krav 4, karakterisert ved at panelene (9,11) består av glass.