SE455799B - Brandherdigt veggelement - Google Patents

Description

455 799 2 - Det är således i och för sig välkänt att använda en förening som genomgår en endotermisk omvandling i syfte att fördröja att temperaturen stiger över den nivå där fasomvandiing sker.

Emellertid har, som bl.a. framgår ovan, ett dylikt fasomvandlingsmaterial an- _vänts tilisannans med konventionella isolermateriai.

'En avsevärd nackdel som är förknippad med den kända tekniken är att tjocka skikt av konventionellt isolerande material måste användas liksom relativt tjocka skikt av ett fasomvandlingsmateriai, på grund av att fasomvandiings- material utnyttjas vilka fasomvandlas vid en temperatur endast något under eller vid den högsta tillåtna temperaturen.

Föreliggande.uppfinning eliminerar denna nackdel och erbjuder ett väggelement med avsevärt mindre tjocklek än kända väggelement då sanna prestanda skall upp- nås.

Vidare är väggelementet väsentligt lättare än en vägg av betongmaterial, var- för även vikten hos väggelementen reduceras när föreliggande uppfinning tili- Empas, jämfört med när väggelementen såsom konventionellt utföres i betongma- terial.

Föreliggande uppfinning hänför sig således till ett brandhärdigt väggelement innefattande ett första fasomvandlingsmaterial, företrädesvis glaubersalt, vars fasomvandllng sker vid en temperatur understigande omkring S0°C och är endoter- misk, och ett andra fasomvandlingsmaterial placerat bredvid det förstnämnda fas- omvandlingsmaterialetochvflketandrafasmwandingsmatefialfasomvâhdlas vid en högf” re temperatur än nämnda temperatur, vilket andra fasomvandlingsmaterial är av- sett att befinna sig närmare väggelementets yttersida, d.v.s. den sida som i händelse av brand uppvärms, än det första fasomvandlingsmaterialet, och utmär- kes av att, det andra fasomvandlingsmaterialet består av en massa framställd av en blandning av vattenglas i flytande fas, cement och vatten, varvid det andra fasomvandlingsmaterialet innehåller så stor mängd vatten att den endo- terma reaktionen vid fasomvandiingen huvudsakligen utgöres av Vattens för- ångning.

Nedan beskrives uppfinningen närmare i samband med bifogade ritning där - fig. l visar ett tvärsnitt genom ett väggelement där uppfinningen tillämpas enligt en första utföringsform. - fig. 2 visar en schematlsk temperaturprofil genom det i figur l visade vägg- elementet. 455 799 - fig. 3 visar ett tvärsnitt genom ett takelement enligt en andra utförings- form.

I figur l visas ett utföringsexempel av ett väggelement l där föreliggande uppfinning tillämpas.

För att fördröja att temperaturen på väggelementets l insida 2 kommer att överstiga exempelvis 50°C förefinns på känt sätt ett fasomvandlingsmaterial 3, företrädesvis glaubersalt, närmast insidan 2. Enligt en föredragen utför- ingsform är fasomvandlingsmaterialet 3 inneslutet i påsar Ä av ett flexibelt och tätt material, företrädesvis en tre-skikts plastfolie. insidan 2 består lämpligen av en tunn plåt vilken utgör ett mekaniskt skydd för det inre av väggelementet. Även väggelementets l yttersida 5 utgöres lämp- ligen av en tunn plåt.

Enligt uppfinningen innefattar väggelementet I ytterligare ett fasomvandlings- material placerat bredvid nämnda första fasomvandlingsmaterial 3.

Det andra fasomvandlingsmaterialet 6 är valt så att detta fasomvandlas vid en högre temperatur än den temperatur vid vilken det första fasomvandlings- materialet fasomvandlas. Det.andra fasomvandlingsmaterialet 6 är avsett att befinna sig närmare väggelementets yttersida, d.v.s. den sida suni händelse av brand uppvärms, än det första fasomvandlingsmaterialet 3.

Genom att utnyttja även ett andra fasomvandlingsmaterial 6 fördröjs värme att lntränga till det första fasomvandlingsmaterialet.

Enligt uppfinningen utnyttjas ett andra fasomvandlingsmaterial som innehåller så stora mängder bundet vatten att den endoterma reaktionen vid fasomvandlingen huvudsakligen utgöres av vatten som förângas.

Härigenom uppnås att stora energimängder per viktsenhet erfordras för att tem- peraturen skall stiga över vattnets förångningstemperatur l00°C.

En förening som kan innehålla stora mängder vatten i gelform är natriumsilikat Na20.nSi02.. pH20. Vattenglas är en sådan förening. Vattenglas absorberar sto- ra mängder energi i ett temperaturintervall något över l00°C. Detsamma gäller för glaubersalt. Medan vattenglas ökar sitt värmeinnehâll med c:a 1900 kJ/kg från 20°C till 20006 ökar glaubersalt sitt värmeinnehâll med cza 2000 kJ/kg i samma temperaturintervall.

För rent vatten gäller att det ökar sitt värmeinnehåll i temperaturintervallet 2000 till 200°C med ungefär 3000 kJ/kg. Vatten- är sålunda, i föreliggande sam- 455 799 i. manhang, effektivare än vattenglas och glaubersalt samtidigt som vatten är i huvudsak kostnadsfritt.

Emellertid omvandlas glaubersalt förutom vid en temperatur av drygt l0D°C vid en temperatur av c:a 32°C. Detta medför att glaubersalt ökar värmeinne- haller. med 2140 kJ/kg i remperawrantervaiiet zo°c :in 50%; varför giaubef- salt är lämpligt att använda närmast väggelementets l innersida 2. Motsvaran- de ökning av värmeinnehållet i temperaturintervallet 25°C till 5ü°C uppvisas även av fixersalt och paraffin.

Vatten är sålunda synnerligen billigt och effektivt att använda, men har giv- etvis den nackdelen att det inte kan, eller i vart fall inte bör, vara fritt utan måste vara bundet.

De ovan angivna värdena gäller för vattenglas innehållande 60 vikts-2 vatten.

Enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning består det andra fasomvand- lingsmaterialet av massa framställd av en blandning av vattenglas i flytande fas, cement och vatten, där vatten är tillsatt | sådan mängd att vikten av tillsatt fritt vatten överstiger den sammanlagda vikten av vattenglas och cement men understiger omkring 3 ggr den sammanlagda vikten av vattenglas och cement.

Företrädesvis används Portland-cement men även andra cementsorter kan ifråga- komma. Det har även visat sig att murkalk kan användas istället för cement.

Förhållandet mellan vikten av cement och vikten av vattenglas, företrädesvis vattenglas med 60 vikts-Z vatten, överstiger enligt en föredragen utförings- form omkring 0,h.

Nedan anges två blandningsexempel. I båda exemplen blandades vid framställningen först Portland-cement och vatten. Denna blandning utnyttjades därefter som här- dare för det flytande vattenglaset då blandningen blandades med vattenglaset.

Exemgel l En blandning framställdes bestående av IS kg Portland-cement och 65 kg vatten, vilken blandades med 20 kg 60%-igt vattenglas. Blandningen härdade inom I minut till en gelartad men relativt fast massa. Massans densitet blev 1330 kg/m3.

Vatteninnehållet i massan är 77%.

Exemgel ll En blandning framställdes bestående av 80 kg Portland-cement och 720 kg vatten, vilken blandades med 200 kg 60%-igt vattenglas. Blandningen härdade inom 6 min- s 455 799 uter till en gelartad men relativt fast massa. Massans densitet blev ll30 kg/m3.

I denna massa är vatteninnehâllet således så högt som SÄZ.

Härdningstiden för dylika massor påverkas mest av andelen Portland-cement i blandningen. Härdningstiden minskar med en ökande andel Portland-cement. En kort härdningstid är vanligtvis fördelaktig av produktionstekniska skäl. Ovan nämndes att vatten ökar sitt värmeinnehåll i temperaturintervallet 20°C till zoo°c med ungefär 3ooo ku/kg.

Blandningen enligt Exempel ll ovan ökar sitt värmeinnehåll med omkring 2800kJ/kg i temperaturintervallet 2D°C till 200°C. Detta i kombination med att föreliggan- de blandning är synnerligen billig fer att blandningen är synnerligen lämpad för att utgöra det nämnda andra fasomvandlingsmaterialet.

Som framgår ovan är det möjligt att gjuta blandningen och därvid erhålla en gel- artad men relativt fast massa. Emellertid är det på grund av den höga vattenhal- ten, som kan uppgå till omkring 85%, fördelaktigt att omsluta massan med ett tätt hölje påsar av en plastfolie 7, exempelvis en polypropylenfolie för att förhind- ra uttorkning. Vid framställning av ett väggelement enligt uppfinningen gjuts därför blandningen i påsar av plastfolie 7 i en för det ifrågavarande väggele~ mentet avsedd form.

Alternativt kan nämnda hölje utgöras av plåtar av stål eller annan metall. Här- vid är plåtarna anslutna mot varandra i hörn eller anslutna mot trälister i ett mellan plåtarna liggande regelverk medelst en tät plasttejp. Vid förångning av vattnet i massan till följd av en hög temperatur brister plasttejpen varvid vat- tenånga kan uttränga ur det mellan plåtarna bildade utrymmet. För det fall plåt- arna ansluter till träreglar är tvärreglarna försedda med hål, vilka är förseg- lade med tät plasttejp.

För att erhålla tillräcklig hållfasthet är enligt en föredragen utföringsform nämnda påsar omgivna av tunna plåtar 8,9 vilka bildar ett utrymme i vilket på- sarna är placerade. Härvid är den närmast väggelementets tänkta utsida belägna plåten perforerad med en mängd små hål IG, av vilka endast ett fåtal visas i figur l. Anledningen härtill är att när väggelementets utsida utsätts för så hög temperatur att vattnet i massan förångas, brister påsarna 7 på grund av det i dessa rådande trycket varefter vattenângan kan uttränga genom nämnda hål i riktning mot väggelementets utsida. l figur l visas en trälist ll som utgör ett distansorgan mellan plåtarna 8,9.

Genom att använda en trälist undvikes värmebryggor. 455 799 6 Enligt en utföringsform förses den på utsidan belägna plåten 8 med hål l0 endast nära eller l anslutning till hörn bildade av tvâ eller tre väggelement.

Härigenom uppnås att den från det andra fasomvandlingsmaterialet utströmmande vattenångan leds till dylika hörn vilka därvid kyls. För att leda vattenångan till väggelementets periferi, d.v.s. till hörnen. behöver, beroende på uppbygg- nad av det regelverk i vilken nämnda trälist ll ingår, urtagningar göras i trä- listerna ll för att tillåta passage av vattenånga förbi trälisterna.

I syfte att fördröja att den på_utsidan av väggelementet rådande temperaturen tränger in till det andra fasomvandlingsmaterialet förefinns ett isolerande skikt l2 av mineralull eller motsvarande mellan den perforerade plåten 8 och den plåt 5 som bildar väggelementets utsida.

För att hålla nämnda påsar Å innehållande det första fasomvandlingsmaterialet på plats samt för att isolera dessa från det andra fasomvandlingsmaterialet fylls utrymmet l3 mellan plåten 9 och den plåt 2 som utgör väggelementets in- nersida med polyuretanskum eller motsvarande efter det att påsarna positione- Fats.

Det ovan beskrivna väggelementet har visat sig vara ytterst effektivt. För att klara de inledningsvis nämnda förhållandena kan väggelementet utföras med följande dimensioner. Tjockleken av påsarna Å, räknat från höger till vänster i figur l, kan vara 10 mm, där den totala bredden av utrymmet mellan plåtarna 2 och 9-är 20 mm. Påsarnas 7 tjocklek kan vara 30 mm och mineralullskiktets l2 tjocklek kan vara 20 mm. De inre plåtarna 8,9 utföres lämpligen med en tjock- lek av l mm och plåtarna 2,5 på väggelementets resp. sidor med en tjocklek av 0,5 mm.

Ett dylikt väggelement har således en total tjocklek av endast 73 mm. I figur 2 visas schematiskt en temperaturprofil genom väggelementet vid en yttertemp- eratur av l000°C och vid en tidpunkt där värmen trängt in till det första fas- omvandlingsmaterialet.

Som framgår medför utnyttjandet av ett andra fasomvandlingsmaterial, i vilket till huvudsaklig del förångning av vatten utnyttjas, att temperaturgradienten faller från IDOQOC till l00°C över mineralullskiktet 12. Genom att en mycket stor värmemängd åtgår för att förânga allt vatten i det andra fasomvandlings- materialet kan dettas temperatur hållas i ett temperaturintervall kring l00°C i slutskedet av ett prov enligt de inledningsvis nämnda förutsättningarna.

Detta medför i sin tur att plåten 9 på utsidan av polyuretanskiktet 13 håller 7 455 799 en temperatur av endast l00°C. Genom att polyuretanskum har mycket goda värme- isolerande egenskaper transporteras relativt små värmemângder genom polyure- tanskiktet l3.

Genom att utnyttja nämnda första fasomvandlingsmaterial 3 förhindras att vägg- elementets innersida 2 antager en temperatur överstigande SOOC under ett prov av nämnt slag.

Om inte det andra fasomvandlingsmaterialet förekom skulle som inledningsvis nämndes väggelementets tjocklek behöva vara avsevärt större än föreliggande väggelements tjocklek för att uppnå den låga temperatur som råder vid påsar- nas Å mot väggens yttersida vända sida.

Genom föreliggande väggelements uppbyggnad erhålles således ett jämfört med konventionell teknik tunt väggelement. Att väggelementet är relativt tunt med- för i sin tur att det är relativt lätt. Dessutom är väggelementet relativt binsgt.

I det ovan angivna utföringsexemplet är det första fasomvandlingsmaterialet 3 inneslutet i påsar Å placerade vid väggelementets insida.

Enligt en annan föredragen utföringsform, visad i figur 3, placeras, särskilt vad avser utrymmen såsom datarum och brandskåp, det första fasomvandlingsmate- rialet 3 på det ställe 1 utrymmet där temperaturen stiger snabbast. Sålunda kan i dylika utrymmen en kassett ih eller hållare förefinnas i taket l5 på ut- rymmet vilken innehåller påsar Ä med det första fasomvandlingsmaterialet 3.

Härvid uppnås en effekt helt motsvarande den ovan nämnda, eftersom det första fasomvandlingsmaterialet vid fasomvandlingen sänker lufttemperaturen i utrym- met.

Enligt detta utförande kan såväl vertikala väggar som taket ha en uppbyggnad enligt den i figur l visade med den skillnaden att påsarna Å borttagits så att utrymmet l3 endast innehåller isolermaterial.

Att fästa en kassett i taket eller placera ett antal påsar ä med det första fasomvandlingsmaterialet utmed takets inneryta i någon lämplig form av hållare medför att det väggelement som utgör tak således innefattar båda fasomvandlings- materialen, även om det första fasomvandlingsmaterialet är placerat på andra sidan om väggelementets insida 2 jämfört med vad som visas i figur l. l figur 3 visas endast en del av ett tak l5 med en kassett Ik. Kassetternas antal och placering kan variera allt efter behov. Kassetten lä eller hållaren 455 799 kan vara försedd med ett antal stora hål l6 för att tillåta en effektiv luftomsättning kring påsarna Å.

Det är således tydligt att föreliggande uppfinning löser de inledningsvis om- talade nackdelarna med känd teknik.

Väggelement av föreliggande slag kan dels utgöra väggar i dokumentskåp och förvarlngsskåp. Härvid utnyttjas de 1 väggelementet ingående plâtarna för att fästa olika väggeiement till varandra för att bilda ett dylikt skåp. Även skâpets dörr utföres enligt uppfinningen.

Emellertid kan väggelement enligt uppfinningen med fördel användas som väggar i datarum och andra rum innehållande utrustning som är känslig för temperatur- er över en viss nivå. Härvid kan väggar antingen levereras som färdiga element eller platsbyggas och integreras med närliggande väggar, tak och golv i bygg- naden. Även dörrar till dylika rum bör därvid utföras i enlighet med föreligg- ande uppfinning.

Ovan har endast utföringsexempel av uppfinningen beskrivits.

Det är uppenbart att plâtarna kan ersättas av annat material såsom skivformigt byggmaterial. Vidare kan tjockleken av de olika beståndsdelarna av väggelemen- tet varieras och anpassas till olika krav av brandhärdighet.

Föreliggande uppfinning skall således inte anses begränsad till de ovan angiv- na utföringsformerna utan kan varieras inom dess av bifogade patentkrav angiv- na fâlil.

Claims (9)

, '""““4ss 799 Patentkrav

1. Brandhärdigt väggelement innefattande ett första fasomvandlings- material, företrädesvis glaubersalt, vars fasomvandling sker vid en tempera- tur understigande omkring 50°C och är endotermisk, och ett andra fasom- vandlingsmaterial placerat bredvid det förstnämnda fasomvandllngsmaterialet och vilket andra fasomvandlingsmaterial (6) fasomvandlas vid en högre temperatur än nämnda temperatur, vilket andra fasomvandlingsmaterial är av- sett att befinna sig närmare väggelementets yttersida, d.v.s. den sida som i händelse av brand uppvärms, än det första fasomvandlingsmaterialet, k ä n n e t e c k n a t a v, att det andra fasomvandlingsmaterialet (6) består av en massa framställd av en blandning av vattenglas l flytande fas, cement och vatten, varvid det andra fasomvandlingsmaterialet (6) innehåller så stor mängd vatten att den endoterma reaktionen vid fasom- vandlingen huvudsakligen utgöres av vattens förångning.

2. Brandhärdigt väggelement enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t a v, att i nämnda massa vikten av tillsatt fritt vatten överstiger den sammanlagda vikten av vattenglas och cement men understiger omkring 3 ggr den sammanlagda vikten av vattenglas och cement._

3. Brandhärdigt väggelement enligt krav 2 , k-ä n n e t e c k n a t a v, att förhållandet mellan vikten av cement och vikten av vattenglas, företrädesvis vattenglas med 60 vlkts-Z vatten, överstiger omkring 0.Å. Ä.

4. Brandhärdigt väggelement enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e - t e c k n a t a v, att det andra fasomvandlingsmaterialet (6) är om- slutet av ett tätt hölje av metallplåt eller alternativt av en plast~ folie (7), företrädesvis en polypropylenfiolie.

5. Brandhärdigt väggelement enligt krav l, 2, 3 eller Å, k ä n n e - t e c k n a t a v, att nämnda andra fasomvandlingsmaterial (6) för det fall det är inneslutet i plastfolie, är omgivet av två pâ avstånd från varandra parallella tunna plåtar (8,9), där den närmast väggelementets (l) tänkta utsida (5) belägna plåten (8) är perforerad med en mängd små hål (10). 455 7s9 \Q

6. Brandhärdigt väggelement enligt krav 1, 2, 3, 4 eller S, k ä n n e - t e c k n a t a v, att det första fasomvandlingsmaterialet (3) är inne- slutet l påsar (Å) av ett flexibelt och tätt material, företrädesvis en tre-skikts plastfolie. .-

7. Brandhärdigt väggelement enligt krav 6, k a n n e t e c k n a t a v, att nämnda påsar (H) innehållande nämnda första fasomvandlingsmaterial (3) förefinns placerade nära väggelementets (1) tänkta insida, vilken före- trädesvis utgöres av en tunn plåt (Z), och av att ett isolermaterial (l3), företrädesvis polyuretanskum, förefínns i ett väggavsnitt som utgöres av ett utrymme mellan nämnda insida (2) och den närmast insidan (2) belägna plåten (9), som vetter mot det andra fasomvandlíngsmaterialet (6).

8. Brandhärdigt väggelement enligt krav 7, särskilt ett väggelement utgörande tak i ett utrymme, k ä n n e t e c k n a t a v, att nämnda första fasomvandlingsmaterial är placerat i en kassett (lä) eller hållare i taket, således mot väggelementets tänkta insida (2), och av att nämnda väggavsnitt endast innehåller ett isolermaterial, företrädesvis polyuretan- skum.

9. Brandhärdigt väggelement enligt något av föregående krav, k ä n n e ~ t e c k n a t a v, att det från dess tänkta utsida (5) till dess tänkta insida (2)_består av en tunn plåt (5), ïsolermaterial av mineralull (12), en tunn plåt (8), det andra fasomvandlingsmaterialet (6) omgivet av ett hölje, en tunn plåt (9), polyuretanskum (13) och det första fasomvandlings- materialet (3) omgivet av plast (Ä) samt en tunn plåt (2). (J