SI23150A

SI23150A - Plinsko polnjeni izolirni gradbeni panel

Info

Publication number: SI23150A
Application number: SI200900241A
Authority: SI
Inventors: Aleš KRALJ; Rudi Hajdinjak
Original assignee: Cbs Inštitut, Celovite Gradbene Rešitve, D.O.O.; Reflex D.O.O.
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2011-03-31
Also published as: RU2012110144A; US20120156455A1; SI2340338T1; EP2340338B1; WO2011031242A1; EP2340338A1

Abstract

Predmet izuma je plinsko polnjeni izolirni gradbeni panel. Panel po izumu sodi med tehnične rešitve na področju toplotne izolacije izvedene na principu plinsko polnjenega panela (GFP -gas filled panel), namenjenega za splošno uporabo, še posebej pa v gradbeništvu, še posebej pa v predfabriciranih stavbnih ovojih, to je integriranih fasadah. Panel je v prvi izvedbi značilen po tem, da je dve ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 8mm, prednostno pa med 8 in 12 mm z izolacijskim plinom, ki je binarna ali ternarna zmes izmed plinov iz hidrofluoroogljikov (HFC), ogljikovega dioksida ali argona in ima zmes povprečno molekularno maso večjo od 50 in manjšo od 71. Panel je v drugi izvedbi značilen po tem, da je tri ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 18 mm, prednostno pa med 18 in 22 mm z izolacijskim plinom ali zmesjo plinov s povprečno molekularno maso večjood 38 in manjšo od 50.

Description

Predmet izuma je plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel. Panel po izumu sodi med tehnične rešitve na področju toplotne izolacije izvedene na principu plinsko polnjenega panela (GFP gas filled panel), namenjenega za splošno uporabo, še posebej pa v gradbeništvu, še posebej pa v predfabriciranih stavbnih ovojih, to je integriranih fasadah.

Tehnični problem

Toplotna izolacija stavb je pomembna pri doseganju zniževanja porabe energije. Z večanjem potrebe po učinkoviti toplotni izolaciji je prišla potreba po dostopnih izolacijskih sistemih s toplotno prevodnostjo manjšo od tiste, ki jo ima zrak, to je 0,024 W/mK. S to zahtevo se zelo omejijo možnosti uporabe zraka kot osnove za izvedbo toplotne izolacije. Izum pa ne posega v področje visokoizolativnih materialov, ki imajo toplotno prevodnost manjšo od 0,015 W/mK. Tehnične težave so tam prevelike za izdelavo gradbenih elementov za široko uporabo.

Naloga izuma je izdelati izolimi gradbeni panel s toplotno izolacijo, ki omogoča toplotno zaščito z efektivno toplotno prevodnostjo manjšo od tiste, ki jo ima zrak. Dodatno je naloga, da takšen panel ne bi izdatneje prenašal zvoka preko svojega telesa, kar bi bilo pomembno za njene uporabe v gradbeništvu.

Stanje tehnike

Za uporabe v gradbeništvu se danes skuša izdelati toplotno izolacijske materiale s toplotno prevodnostjo nižjo od tiste, ki jo ima zrak na osnovi nanopen oz. aerogelov in vakuumskih panelov. Stanje tehnike na področju aerogelov je še vedno obremenjeno s počasnostjo zaključnega postopka superkritične ekspanzije. Aerogeli imajo majhno sposobnost prenašanja mehanskih obremenitev kar pomeni, da jih je za uporabo v gradbeništvu potrebno podpreti z dodatno konstrukcijo. Dosegljive toplotne prevodnosti komercialnih aerogelov so danes med 0,015 in 0,020 W/mK. Aerogeli so danes še vedno cenovno nedostopni, saj so najmanj dvajsetkrat dražji od običajnih gradbeniških izolacijskih materialov. Nekaj dostopnejši so vakuumski paneli, ki dosegajo začetne toplotne prevodnosti vse do 0,004 W/mK. Vakuumski paneli so večinoma oblečeni v tanke polimerne aluminizirane folije, ki naj bi zagotavljale

-2trajnost vakuuma, ki ga običajno podpira jedro iz nanosilicija, t.i. silica fume. Rešitev z aluminiziranimi folijami se srečuje z nezaupanjem, ker zagotovila za trajnost vakuuma v panelu slonijo na pospešenih preizkusih pronicanja plinov iz zraka v panel, ki pa največkrat zanemarjajo staranje tanke aluminijste oslojitve.

Tako aerogeli, kot vakuumski paneli ne ponujajo občutne zvočne izolacije sami po sebi in bi za izdatnejšo izolacijo zvoka potrebovali dodatno rešitev.

Karel Munters je v svojem patentu US 1969621 iz 1. 1934 prvič predlagal izdelavo splošno namembnih toplotno izolacijskih panelov na principu GFP. V izumu je predlagal izvedbo s takrat dostopnimi težkomolekularinimi plini, kot so SF6, CH3CI, CCI2F2, SO2F2, CH₃Br, C2H5I, SO2 in CS2 ter njihovimi medsebojnimi zmesmi. Širina med pregradami prekatov za tako težke pline mora biti zaradi preprečevanja konvekcije manj kot 5 mm. Za pregrade med prekati je predlagal uporabo aluminijastih folij ali izmenoma aluminijstih folij in papirja ali samo na gosto zloženih plasti papirja.

L. 1990 je Richard Kruck et al. v patentu US 4959111 ponovno predlagal izvedbo izolacije na osnovi GFP za potrebe hladilnikov. V izumu so predlagali uporabo novejših težkih plinov in sicer hladilna R12, R12B, ter CO2, CBrClF2, CF3I in CBrF₃. Razdalje med prekati pa predlagajo naj bodo 3 mm do največ 4 mm, da zaustavijo konvekcijo.

Večina zgoraj naštetih plinov danes ni sprejemljiva za uporabo v takšnih izolacijskih panelih zaradi škodljivosti za ozonsko plast Zemljine atmosfere, visokega toplogrednega potenciala (GWP) v kombinaciji s fotokemično nerazgradljivostjo, ter zaradi kislosti ob razpadu v atmosferi in vnetljivosti. Zgoraj našteti plini imajo z izjemo CO2, SO2 in CS2, izjemno nizko toplotno prevodnost v rangu 0,005 W/mK pri sobnih pogojih.

Raba plinov s tako nizko toplotno prevodnostjo ni ekonomična, saj že prenos toplote skozi distančnike 1 m velikega GFP panela prenese efektivno skoraj toliko toplote kot se jo prenese skozi mirujoč plin. Nadalje imajo plini s tako nizko toplotno prevodnostjo relativno visoko gostoto, to je 5 kg/m³ in več, kar zaradi tendence k konvekciji pogojuje zelo ozke špranje med pregradami prekatov GFP panela, kar posledično vodi v visoke stroške izdelave zaradi množice prekatov, ki bi jih potrebovali. Takšni plini so tudi zapleteni za pridobivanje in zopet dragi na enoto prostornine zaradi relativno velike gostote.

Za potrebe toplotne izolacije na splošno, so bile večkrat predlagane plinske zmesi npr. v patentih EP 0866091, EP 0796818, DE 10258377 in drugi. Zmesi opisane v teh patentih so bodisi za

• ·

-3potrebe penjenja polimernih pen ali pa za izdelavo okenskih GFP panelov. Slednji bi za naše namene ustrezali, če ne bi vsebovali kriptona za doseganje toplotnih prevodnosti polnilnega plina manjših od 0,015 W/mK. Kripton se pridobiva s pomočjo separacije iz zraka, kjer se ta nahaja v koncentraciji približno 1 ppm. Kripton je količinsko in cenovno nedostopen. Na področju hladilnih snovi oz. snovi za prenos toplote je patent W02004041957, avtorjev Singh Ravji et al., kjer predlagajo za prenos toplote uporabo neazeotropnih zmesi CO₂ in R32. V patentu EP 0576550, Robert Richard et al., predlagajo izdelavo nevnetljivih binarnih ali temamih neazeotropnih zmesi CO₂, R23 in R32 za potrebe hladilne tehnike, kot nadomestek za ozonu škodljivi R22. Nevnetljive zmesi na osnovi R32 so za uporabo v izolacijskih panelih zanimive zaradi nizke toplotne prevodnosti R32, to je okoli 0,011 W/mK in majhne gostote pri normalnih pogojih: 2 kg/m³. R32 sam pa je žal vnetljiv.

Rešitve iz stanja tehnike imajo špranje med stenami prekatov oziroma višine distančnikov okoli 4 mm. Rešitve iz stanja tehnike uporabljajo pline z visoko molekularno maso, s toplotno prevodnostjo okoli 0,005 W/mK. Termalno sevanje doprinese še efektivno 0,0015 W/mK, distančniki pri velikosti panela lm , pa še dodatnih 0,0035 W/mK ali več. Rešitve iz stanja tehnike imajo torej upoštevaje prenos toplote skozi plin, sevanje med prekati in prenos toplote skozi distančnike efektivno toplotno prevodnost okoli 0,01 W/mK. Pri današnjih predpisih gradbeništva bi potrebovali 50 mm takšne toplotne izolacije. To pomeni kar 12 do 13 takšnih prekatov. Dodatno težavo pri špranji med prekati bi pomenilo morebitno dotikanje pregrad prekatov, ki so običajno iz kovinske folije, saj je razdalja med folijami približno 4 mm, distančniki pa tudi nad 1 m vsaksebi.

Povzetek izuma

Plošča po izumu je GFP panel s prekati pregrajenimi s kovinskimi folijami in napolnjenimi s plini, ki so izolacijski v smislu manjše toplotne prevodnosti od zraka, a z relativno majhno gostoto tako, da je lahko špranja med pregradami prekatov GFP panela večja, število prekatov pa manjše. Za poseben primer, kjer želimo nadomestiti zmesi na osnovi kriptona je bila uporabljena zmes R32 z dodatkom R23 tako, da je dobljena nižja gostota, najnižja toplotna prevodnost in nevnetljivost, ki je varnostni pogoj. Nadalje smo določili optimalne konfiguracije špranj GFP panelov za potrebe v gradbeništvu na osnovi plinske polnitve argona, ogljikovega dioksida ali prednostno zmesi R32 in R23. Problem tlaka v panelu ob povečani temperaturi rešujemo s konkavnostjo zgornje folije, ki je pod drugo gradbeno ploščo, ki omogoča ob dvigu temperature napihovanje ali posedanje brez večjih mehanskih obremenitev na konstrukcijo panela.

-4Podrobni opis izuma

Izum bo opisan na osnovi ugotovitev raziskave, izvedbenih primerov in slike, ki prikazuj a:

Sl. 1 prerez plinsko polnjenenega izolimega gradbenega panela

Plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel 1 (GFP) po izumu je sestavljen iz prve gradbene plošče 14 in druge gradbene plošče 15 med katerima so prekati 13, s pregradami 11 med prekati 13 in distančniki 12 najmanj na zunanjem obodu. Pregrade 11 med prekati 13 naj imajo nizko termično emisivnost vsaj na eni strani. Po izumu so izbrani izolacijski plini v prekatih izmed tistih z povprečno molekularno maso med 38 in 71, posebnem primem med 50 in 71. Pri naši raziskavi smo ugotovili, da ciljne toplotne prevodnosti <0,024 W/mK dosežemo z najmanjšim tehničnim naporom, če imamo čim manj prekatov in distančnikov. Distančniki so zaradi zahteve po majhnem prenosu toplote najbolj zapletena komponenta in je zato posebej ugodno, če jih je čim manj.

Naša raziskava je pokazala, da imajo z ekonomskega stališča plini, ki so dostopni na trgu z molekularno maso do 71, komaj še dovolj majhno maso in posledično gostoto v normalnem stanju, da imajo konvekcijo omejeno do razdalje med špranjami 8 mm in več. Pri tem seveda vsakokrat upoštevamo, daje prekatov več kot eden ter, da se temperaturna razlika porazdeli med posamezne prekate. Špranje z 8 mm in več so še uporabne za izdelavo oken, ki imajo najmanj 2 komori. 8 mm špranje med prekati tudi še zadošča, da se morebitne tanke kovinske folije med distančniki ne dotikajo. S tako izbiro plina zagotovimo cenovno dostopnost plina in poenostavitev izdelave panela, ki ima tako lahko za polovico manj prekatov. Toplotna prevodnost toplotno izolacijskih plinov z molekularno maso okoli 38 je okoli 0,018 W/mK. Plini s še manjšo molekularno maso imajo še večjo toplotno prevodnost, ki pri molekulami masi 29 doseže približno tisto od zraka. Naša raziskava je pokazala, da toplotna prevodnost plina večja od 0,018 W/mK vodi v nepraktične debeline izolacije po gradbenih predpisih ter zaradi večje porabe materiala vodi tudi v višje stroške izdelka. Skratka ugotovili smo, da nam dajo izolacijski plini z molekularno maso 38 ali malo več ravno stroškovno naj učinkovitejšo rešitev. Pri tem smo upoštevali vse stroške materiala in dela. V tem območju molekularnih mas najdemo plina argon in ogljikov dioksid.

• ·

-5Za zmogljivejše rešitve s še manjšo toplotno prevodnostjo potrebujemo pline s še nižjo toplotno prevodnostjo. V stanju tehnike se običajno uporablja kripton, ki pa je zaradi težavnega pridobivanja na voljo v omejenih količinah in cenovno neugoden. Po našem izumu predlagamo rabo hidrofuoroogljika (HFC), metilenfluorida (R32) z molekularno maso 52 in toplotno prevodnostjo med 0,011 in 0,012 W/mK. Ta plin je dostopen v industrijskih količinah, ima nizko toksičnost, sprejemljiv toplogredni potencial, je neškodljiv za ozon in ob morebitnem izpustu v atmosfero fotokemično razpade zaradi delovanja sončne UV svetlobe. R32 je na žalost vnetljiv. Ta problem rešujemo z dodatkom fluoroforma (R23) ali oglikovega dioksida (CO2). R32 postane nevnetljiv od volumskem dodatku 24,7% R23 ali 55,2% CO2. Podatke o potrebnih koncentracijah smo našli v patentu EP 0576550 in so predstavljeni v tabeli 3. Pri tem poudarimo, daje mogoče takšen izolacijski panel izdelati tudi s pomočjo čistega R23. Podobno kot R32 tudi R23 ob morebitnem izpustu v zrak fotokemično razpade zaradi delovanja UV svetlobe.

Pri postopku polnjenja prekatov s plinom pogosto ostane v prekatih tudi do 7% zraka, zato v nadaljnjem besedilu govorimo o prekatih, ki so pretežno napolnjeni z izolacijskim plinom.

S pomočjo podobnostne teorije za konvekcijo (Nusseltovo število) smo določili najmanjšo špranjo med prekati, ki še onemogoča znatnejšo konvekcijo pri temperaturni razliki 25K. 8 mm je špranja med prekati, ki je potrebna za blokiranje konvekcije plinov z višjo gostoto iz intervala molekularnih mas med 50 in 71. Če imamo več prekatov, se temperaturna razlika med zunanjostjo in notranjostjo panela razdeli na posamezne prekate. Ker manjša temperaturna razlika na posameznem prekatu tudi zmanjšuje konvekcijo, imajo lahko paneli z večjim številom prekatov večje špranje med prekati. Pri 5 prekatih je špranja še lahko 10 mm, pri 6 prekatih ali več pa največ 12 mm. Pri plinih z nižjo molekularno maso med 38 in 50, pa je špranja med pregradama prekatov lahko širša. Po naši raziskavi ima lahko toplotno izolacijska struktura z izolacijskim plinom z maso med 38 in 50, ter tremi prekati, medsebojni razmik med prekati največ 18 mm. Pri štirih prekatih je ta razmik lahko največ 20 mm, pri petih ali več pa največ 22 mm.

Med prekati je pregrada, ki je največkrat aluminijasta folija. V primeru uporabe v okenskih panelih je pregrada običajno float steklo z nanosom z nizko emisivnostjo z vsaj ene notranje strani. Da bi prenos toplote s sevanjem omejili na tehnično sprejemljivo raven naj bo emisivnost površine pregrade prekata na eni strani vsaj 0,05 ali manj. Pri emisivnostih večjih od 0,05 je • ·

-6prispevek sevanja k efektivni toplotni prevodnosti panela večji od 0,002 W/mK, kar ni več sprejemljivo, saj bi bila izguba toplotne izolativnosti že okoli 10% ali več. Pogoj emisivnosti izpolnjujejo vsa komercialna float stekla z nizkoemisijskim nanosom in tudi aluminijeva folija.

Aluminijeva ali druga kovinska folija pregrade med prekati istočasno služi tudi kot plinska zapora. Distančniki med prekati, ki se nahajajo na zunanjem obodu panela morajo prav tako imeti plinsko zaporo vsaj v obliki posebne opne. Če distančniki niso izdelani iz kovinskega materiala, je potrebno, da so opremljeni s kovinsko opno vsaj po višini, ki povezuje razdaljo med dvema pregradama prekatov. Kovinska opna je lahko tanek trak na primer jeklene ali aluminijeva pločevine, lahko pa je tudi tanek sloj kovine nanesen s postopkom vakuumskega oslojevanja. V stanju tehnike je mogoče doseči zadovoljivo zatesnitev plina tudi s steklenimi in keramičnimi sloji, ki pa za izdelavo distančnikov, ki jih moramo dostikrat upogibati niso praktični.

Distančniki morajo izpolnjevati še dodatne omejitve glede prenosa toplote, ki sme prehajati preko distančnika. Ugodno je, če so distančniki oblikovani iz nerjavnega jekla s toplotno prevodnostjo manjšo od 16 W/mK. Takšno jeklo je na primer hladno valjano nerjavno jeklo 1.4301. Efektivna nadomestna debelina distančnika, ki povezuje razpon med dvema pregradama prekatov, je tista debelina pokončnega jeklenega traku s toplotno prevodnostjo 16 W/mK, ki prevaja enako toplote, kot dejanski distančnik. Takšno definicijo uporabljamo zaradi možnosti, da bi bila kovinska opna profilirana ali celo dodatno perforirana za oviranje toplotnega toka, ki teče skozi distančnik. Perforacija ene opne je možna samo v primeru, ko imamo vsaj še drugo vzporedno opno, ki je neperforirana in tako zagotavlja plinotesnost prekata. V tem zadnjem primeru je lahko distančnik cevaste konstrukcijske oblike izdelane iz tanke jeklene folije. Perforirana je lahko samo ena od vertikalnih open, ti je sten cevi, saj mora biti vsaj ena plinotesna. V efektivno nadomestno debelino distančnika pa ne štejemo prenosa toplote skozi morebitno plast kita, ki je nanesen preko distančnikov po zunanjem obodu roba panela. Štejemo pa v efektivno nadomestno debelino distančnika tudi prenos toplote preko morebitnih komponent distančnika iz nekovinskih materialov. Da prehod toplote preko distančnika ni prevelik, mora biti njegova efektivna nadomestna debelina največ 0,2 mm. Če je več, bi bil pri kvadratnem panelu s stranico 1 m, doprinos distančnika k efektivnemu prenosu toplote že 0,006 W/mK. V primerjavi s toplotno prevodnostjo recimo argona, ki je 0,018 W/mK, je to že več kot

-Ί30% povečanje, in to na vrednost, ki je skupaj z doprinosom toplotnega sevanja že večja od

0,025 W/mK. To pa je že več od ciljne vrednosti.

Plinotesne distančnike 12 in folije pregrad 11 moramo med seboj združiti s plinotesnim lepilom oziroma tesnilno maso. Običajno se za ta namen pri okenskih panelih uporabljajo butilne, silikonske ali poliuretanske tesnilne mase. Vendar pa smo pri naši raziskavi dodatno ugotovili, da je za upogibno togost celotnega panela ugodno, če je vezivo med distančniki strukturne narave, torej trda guma, ki preprečuje elastične premike oz. zdrse med posameznimi en na drugega naloženimi distančniki. Guma naj ima modul elastičnosti najmanj 4 MPa oz. trdoto najmanj 55 shore A. Za ustrezno togost mora biti širina spoja najmanj 6 mm in višina posameznega nanosa v končnem stanju največ 0,5 mm. Celoten panel ima lahko naknadno s strani preko zunanje površine distančnikov naneseno še strukturno vezivo, ki je pri okenskih sistemih običajno polisulfidna, silikonska ali poliuretanska guma.

Za uporabo v gradbeništvu naj ima panel še najmanj prvo gradbeno ploščo 14, ki je namenjena zaščiti pred zunanjimi vplivi. Prva gradbena plošča je po vgradnji v stavbo obrnjena proti zunanjosti stavbe. Prva gradbena plošča mora imeti upogibno trdnost najmanj 9 MPa in debelino vsaj 12 mm. Plošče z manjšo trdnostjo ali manjšo debelino pri za gradbeništvo običajnih razponih ne nudijo zadovoljive upogibne odpornosti na dejavnike vremena. Če pa je trdnost večja, npr. pri steklu ali polimernih kompozitih, pa je plošča lahko izjemoma debela tudi samo 8 mm. Običajno je tudi, da ima takšen panel z notranje strani še dodatno, drugo gradbeno ploščo 15, ki je lahko navadna mavčno-kartonska plošča, lahko z dodano plinotesno zaporo.

V naši raziskavi smo ugotovili, da morajo biti pregradne kovinske folije med prekati debeline najmanj 0,01 mm in največ 0,1 mm. Folije tanjše od 0,01 mm se težko industrijsko aplicirajo, folije debelejše od 0,1 mm, pa niso več ekonomične. V primeru zaključne folije, to sta prva in zadnja folija v zlogu panela moramo uporabiti debelejšo folijo med 0,02 mm in 0,2 mm. Zaključna folija tanjša od 0,02 mm ne nudi zadostne mehanske zaščite strukture za nadaljnje manipuliranje po postopku izdelave in delovanje panela. Zaključne folije debelejše od 0,2 mm, pa niso ekonomične. Izjemoma je mogoče izolacijski panel izvesti tudi tako, da sta zaključni foliji nadomeščeni kar s prvo (14) in drugo (15) gradbeno ploščo. V tem sta primeru prvi in zadnji prekat napolnjena z zrakom. Tudi, če bi v slednjem primeru med proizvodnim postopkom prvi in zadnji prekat napolnili z izolacijskimi plini, bi se ti iz prvega in zadnjega prekata izgubili

-8preko pronicanja skozi gradbeni plošči. V tem primeru ima izolacijski panel vsaj dva prekata napolnjena z izolacijskim plinom, ter zaključna prekata (prvi in zadnji), ki sta napolnjena pretežno z zrakom.

Panel po izumu je mogoče opisati z naslednjimi značilostmi.

Plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel kot toplotno izolacijska struktura iz pretežno z izolacijskim plinom napolnjenih hermetično zaprtih prekatov, z nizkoemisijsko snovjo na vsaj eni strani pregrade med prekati, z vmesnimi distančniki je značilna po tem, da je dve ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 8 mm, prednostno pa med 8 in 12 mm z izolacijskim plinom, ki je binarna ali temama zmes izmed plinov iz hidrofluoroogljikov (HFC), ogljikovega dioksida ali argona in ima zmes povprečno molekularno maso večjo od 50 in manjšo od 71. Prekati imajo med sabo distančnike, ki se nahajajo na zunanjem obodu panela ali znotraj panela, kjer distančniki, ki se nahajajo na zunanjem obodu vsebujejo vsaj plinotesno opno po vsaj 90% višine distančnika, prednostno pa po celotni višini distančnika ter, da je distančnik med prekati panela izdelan s skupno efektivno nadomestno debelino največ 0,2 mm, prednostno pa največ 0,12 mm. Izolacijski plin v prekatih je binarna zmes z 0%-76% vol. metilenfluorida (R32) in 24%-100% vol. fluoroforma (R23) ali binarna zmes s približno 75% vol. metilenfluorida (R32) in 25% vol. fluoroforma (R23). Panel ima lahko 2 do 5 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 10 mm ter, da je vsaj en razmik med prekati 8 mm ali več. Panel ima lahko tudi najmanj 6 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 12 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 10 mm ali več. Notranje pregrade prekatov so iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji iz tanke aluminijaste ali tanke nerjavne jeklene folije debeline od 0,02 do 0,2 mm ali pa so notranje pregrade prekatov iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji nadomeščeni s prvo in/ali drugo gradbeno ploščo. Spoj med tankimi kovinskimi folijami in distančniki je zatesnjen z butilno, poliuretansko ali drugo plinotesno gumielastično snovjo ter da je sklad iz več drug na drugega naloženih prekatov z distančniki ob zunanjem robu pritrjen oziroma ovit s polisulfidno, silikonsko, poliuretansko ali drugo ustrezno gumielastično snovjo. Prva gradbena plošča panela je izdelana na mineralni ali polimerni osnovi in je debeline najmanj 8 mm in upogibne trdnosti najmanj 9 MPa, druga gradbena plošča je prednostno na mineralni osnovi, še bolj prednostno mavčna plošča.

-9V dugi izvedi ima panel po izumu naslednje značilosti.

Plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel kot toplotno izolacijska struktura iz pretežno z izolacijskim plinom napolnjenih hermetično zaprtih prekatov, z nizkoemisijsko snovjo na vsaj eni strani pregrade med prekati, z vmesnimi distančniki je značilen po tem, da je tri ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 18 mm, prednostno pa med 18 in 22 mm z izolacijskim plinom ali zmesjo plinov s povprečno molekularno maso večjo od 38 in manjšo od 50. Prekati imajo med sabo distančnike, ki se nahajajo na zunanjem obodu panela ali znotraj panela, kjer distančniki, ki se nahajajo na zunanjem obodu vsebujejo vsaj plinotesno opno po vsaj 90% višine distančnika, prednostno pa po celotni višini distančnika ter, da je distančnik med prekati panela izdelan s skupno efektivno nadomestno debelino največ 0,2 mm, prednostno pa največ 0,12 mm. Izolacijski plin ali plinska zmes je pretežno iz argona, kriptona, ogljikovega dioksida ali hidrofluoroogljika (HFC). Notranje pregrade prekatov so iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji iz tanke aluminijaste ali tanke nerjavne jeklene folije debeline od 0,02 do 0,2 mm ali iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji nadomeščeni s prvo in/ali drugo gradbeno ploščo. Pri sobnih temperaturnih pogojih je najmanj folija pod drugo gradbeno ploščo konkavno nameščena tako, da se lahko pri povišanju temperature izolacijski plin razširi proti notranji gradbeni plošči. Izolacijski plin panela po izumu je lahko pretežno argon ali pretežno ogljikov dioksid, pri čemer ima panel 3 prekate z medsebojnim razmikom med prekati 18 mm ali ima 4 prekate z medsebojnim razmikom med prekati največ 20 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 18 mm ali več ali ima najmanj 5 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 22 mm ter, da je vsaj en razmik med prekati 20 mm ali več. Spoj med tankimi kovinskimi folijami in distančniki je zatesnjen z butilno, poliuretansko ali drugo plinotesno gumielastično snovjo ter, da je sklad iz več drug na drugega naloženih prekatov z distančniki ob zunanjem robu pritrjen oziroma ovit s polisulfidno, silikonsko, poliuretansko ali drugo ustrezno gumielastično snovjo. Prva gradbena plošča panela je izdelana na mineralni ali polimerni osnovi in je debeline najmanj 8 mm in upogibne trdnosti najmanj 9 MPa, druga gradbena plošča pa je prednostno na mineralni osnovi, še bolj prednostno mavčna plošča.

-10Izvedbeni primeri

Za prvi izvedbeni primer smo naredili vzorce kvadratne površine s stranico 150 mm. Prvo in drugo gradbeno ploščo smo nadomestili s steklenimi ploščami in običajnega float okenskega stekla debeline 3 mm. Za pregrade štirih prekatov smo uporabili mehke aluminijste folije zlitine 1050 proizvajalca Braun GmbH Folien-Pragetechnik, debeline 0,021 mm. Med prekati so bili TGI kompozitni okenski distančniki proizvajalca Technoform Glass Insulation GmbH, višine 12 mm. Spoj med distančniki in folijami smo zatesnili z butilno gumo GDI 15, proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH. Vzorec smo napolnili z zmesjo plinov 24,7% R23 in 75,3% R32 (vol.) s toplotno prevodnostjo 0,012 W/mK, dobavitelja Linde plin d.o.o. Na koncu pa smo obod testnega panela zakitali še s polisulfidnim kitom GDI 16 proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH. Vzorcu smo pomerili prehodnost toplote v vertikalni in horizontalni legi pri različnih temperaturnih razlikah, da bi preverili temperaturno razliko pri kateri se prične znatnejša konvekcija izolacijskega plina. Prehod toplote smo pri vseh vzorcih in izvedbenih primerih merili z namensko tovarniško predelanim merilnikom toplotne prevodnosti EinplattenWarmeleitfahigkeitsmessgerat Lambdameter EP500, proizvajalca Lambda-Messtechnik GmbH. Vse meritve smo izvajali pri srednji temperaturi vzorcev 23°C. V tabeli 1 so rezultati meritve začetka konvekcije. Teoretični rezultati so podani na osnovi podobnosntne teorije prenosa toplote s konvekcijo (Nusseltovo število).

Vrednost pri temperaturni razliki 0 v tabeli je bila dejansko pomerjena pri temperaturni razliki 7,5K, a v horizontalni legi. Teoretične vrednosti so bile aditivno prilagojene tako, da so se z merjenimi ujemale pri temperaturni razliki 0K. Merjeni rezultati so bili tudi prilagojeni za učinke prenosa toplote skozi stekleni plošči spodaj in zgoraj, ter za učinke kontaktne upornosti med ploščami merilnika toplotne prevodnosti. Rezultate podajamo v ekvivalentu toplotne prevodnosti posameznega prekata, upoštevaje, da pri prenosu toplote sodeluje tudi distančnik s tesnilnim kitom.

-11Tabela 1:

Temperaturna razlika	Merjeno	Teoretično
na prekat [Κ]	[W/mK]	[W/mK]
0	0,0690	0,069
2,5	0,0693	0,069
5	0,0703	0,070
7,5	0,0715	0,072
10	0,0716	0,075
12,5	0,0728	0,078

Naš cilj je bil, da do temperaturne razlike 25K na celotnem panelu s 7 prekati napolnjenimi s plinsko zmesjo R32 in R23 dobimo le zanemarljiv doprinos konvekcije k prehodu toplote. Pri temperaturni razliki 3,6K, ki je ena sedmina od 25K, bi želeli imeti še tehnično stanje z malo konvekcije. Toplotna prevodnost plina in prehod toplote s sevanjem doprineseta k rezultatu v tabeli približno 0,013W/mK. Ostalo je doprinos roba in distančnika. Pri temperaturni razliki 2,5K, je prirast prenosa toplote zaradi konvekcije 0,0013W/mK. To je 10% povečanje efektivnega prenosa toplote zaradi konvekcije plina. To je po naši oceni še sprejemljivo.

Za drugi izvedbeni primer smo naredili vzorce kvadratne površine s stranico 150 mm. Prvo in drugo gradbeno ploščo smo nadomestili s steklenimi ploščami in običajnega float okenskega stekla debeline 4 mm, od katerih je imelo spodnje steklo nanos z majno emisivnostjo, kot je standardno v uporabi pri oknih. Med steklima je bil jeklen okenski distančnik Nirotec 017, proizvajalca HELIMA Lingemann-Gruppe Helmunt Lingemann GmbH & Co. KG, višine 20 mm. Spoj med distančnikom in stekli smo zatesnili z butilno gumo GDI 15, proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH. Vzorec smo napolnili z zmesjo plinov 24,7% R23 in 75,3% R32 (vol.) s toplotno prevodnostjo 0,012 W/mK, dobavitelja Linde plin d.o.o. Na koncu pa smo obod testnega panela zakitali še s polisulfidnim kitom GDI 16 proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH.

Tako izdelane vzorce smo obremenili z dozo 500 MJ ultravijolične svetlobe (UV). Takšna doza ustreza uporabi v oknih v obdobju 4 let v zmernem zemeljskem pasu v vertikalni legi. Preizkusiti smo morali obstojnost plinske zmesi na UV sevanje, ki se prebije skozi 4 mm float steklo, ter morebitno interakcijo plinske zmesi z nanosom z nizko emisivnostjo. Obremenitev z • ·

-12UV je potekala skozi zgornjo float steklo, kije bilo brez nanosa z nizko emisivnostjo. Vzorec je bil med obremenitvijo na temperaturi 45°C, vse polimerne površine smo pred direktno osvetlitvijo z UV zaščitili z aluminijasto folijo.

Po obremenitvi smo dobili nekaj prirasta toplotne prehodnosti testnega vzorca, ki pa je zgolj s primerjavo toplotne prehodnosti nismo mogli zadovoljivo pojasniti, ker je imel vzorec s preizkušano plinsko zmesjo nekaj več navznoter narinjenega butilnega tesnila. Tako je obstajala verjetnost, da bi izparine iz butila lahko nekoliko kontamnirale nanos z nizko emisivnostjo na steklu. Zato smo primerjalna vzorca preizkusili še na kompleten spekter optičnih karakteristik stekla, saj bi se morebitna degradacija niskoemisivnega nanosa opazila v obliki sipanja svetlobe oz. v spremembi optičnih vrednosti. Meritve optičnih vrednosti pa so pokazale brezhibne značilne vrednosti.

Za tretji izvedbeni primer smo naredili vzorce kvadratne površine s stranico 500 mm. Prvo in drugo gradbeno ploščo smo nadomestili s steklenimi ploščami in običajnega float okenskega stekla debeline 3 mm. Za pregrade dveh prekatov smo uporabili mehke aluminijaste folije zlitine 1050 proizvajalca Braun GmbH Folien-Pragetechnik, debeline 0,025 mm. Med prekati so bili TGI kompozitni okenski distančniki proizvajalca Technoform Glass Insulation GmbH, višine 20 mm. Spoj med distančniki in folijami smo zatesnili z butilno gumo GDI 15, proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH. Vzorec smo napolnili s komercialnim argonom čistine 5.0, s toplotno prevodnostjo 0,018 W/mK. Na koncu pa smo obod testnega panela zakitali še s polisulfidnim kitom GDI 16 proizvajalca Komerling chemische fabrik GmbH. Vzorcu smo pomerili prehodnost toplote horizontalni legi, da bi lahko ugotovili doprinos sevanja toplote med prekati k prenosu toplote skozi plin. Pomerili smo kombinirano toplotno prevodnost prevoda toplote skozi plin in sevanja toplote na 0,019 W/mK. Ker ima merilnik prevoda toplote kvadratno merilno cono 150x150 mm v sredini, smo z vzorcem velikosti 500x500 mm lahko izločili prehod toplote skozi rob in distančnike. Ker je toplotna prevodnost argona pri 23°C približno 0,018 W/mK, lahko ocenimo, da je doprinos prenosa toplote s sevanjem približno 0,001 W/mK.

Claims

1. Plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel kot toplotno izolacijska struktura iz pretežno z izolacijskim plinom napolnjenih hermetično zaprtih prekatov, z nizkoemisijsko snovjo na vsaj eni strani pregrade med prekati, z vmesnimi distančniki, značilna po tem, da je dve ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 8 mm, prednostno pa med 8 in 12 mm z izolacijskim plinom, ki je binarna ali temama zmes izmed plinov iz hidrofluoroogljikov (HFC), ogljikovega dioksida, kriptona ali argona in ima zmes povprečno molekularno maso večjo od 50 in manjšo od 71.

2. Panel zahtevku 1, značilen po tem, da imajo prekati med sabo distančnike, ki se nahajajo na zunanjem obodu panela ali znotraj panela, kjer distančniki, ki se nahajajo na zunanjem obodu vsebujejo vsaj plinotesno opno po vsaj 90% višine distančnika, prednostno pa po celotni višini distančnika ter, daje distančnik med prekati panela izdelan s skupno efektivno nadomestno debelino največ 0,2 mm, prednostno pa največ 0,12 mm.

3. Panel po zahtevku 1 ali 2, značilen po tem, da je izolacijski plin v prekatih binarna zmes z 0%-76% vol. metilenfluorida (R32) in 24%-100% vol. fluoroforma (R23).

4. Panel po zahtevku 3, značilen po tem, da je izolacijski plin v prekatih binarna zmes s približno 75% vol. metilenfluorida (R32) in 25% vol. fluoroforma (R23).

5. Panel po zahtevkih 1 do 4, značilen po tem, da ima panel 2 do 5 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 10 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 8 mm ali več.

6. Panel po zahtevkih 1 do 4, značilen po tem, da ima panel najmanj 6 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 12 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 10 mm ali več.

7. Panel po zahtevkih 1 do 6, značilen po tem, da so notranje pregrade prekatov iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji iz tanke aluminijaste ali tanke nerjavne jeklene folije debeline od 0,02 do 0,2 mm.

• ·

-148. Panel po zahtevkih 1 do 6, značilen po tem, da so notranje pregrade prekatov iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji nadomeščeni s prvo in/ali drugo gradbeno ploščo.

9. Panel po zahtevku 7, značilen po tem, da je spoj med tankimi kovinskimi folijami in distančniki zatesnjen z butilno, poliuretansko ali drugo plinotesno gumielastično snovjo ter da je sklad iz več drug na drugega naloženih prekatov z distančniki ob zunanjem robu pritrjen oziroma ovit s polisulfidno, silikonsko, poliuretansko ali drugo ustrezno gumielastično snovjo.

10. Panel po zahtevku 8, značilen po tem, da je prva gradbena plošča panela izdelana na mineralni ali polimerni osnovi in je debeline najmanj 8 mm in upogibne trdnosti najmanj 9 MPa.

11. Panel po zahtevku 10, značilen po tem, da ima poleg prve gradbene plošče na eni stani, na drugi strani še drugo gradbeno ploščo, ki je prednostno na mineralni osnovi, še bolj prednostno mavčna plošča.

12. Plinsko polnjeni izolimi gradbeni panel kot toplotno izolacijska struktura iz pretežno z izolacijskim plinom napolnjenih hermetično zaprtih prekatov, z nizkoemisijsko snovjo na vsaj eni strani pregrade med prekati, z vmesnimi distančniki, značilen po tem, da je tri ali več komorni panel, narejen iz vsaj približno plan paralelnih prekatov z medsebojnim razmikom večjim ali enakim 18 mm, prednostno pa med 18 in 22 mm z izolacijskim plinom ali zmesjo plinov s povprečno molekularno maso večjo od 38 in manjšo od 50.

13. Panel po zahtevku 12, značilen po tem, da imajo prekati med sabo distančnike, ki se nahajajo na zunanjem obodu panela ali znotraj panela, kjer distančniki, ki se nahajajo na zunanjem obodu vsebujejo vsaj plinotesno opno po vsaj 90% višine distančnika, prednostno pa po celotni višini distančnika ter, daje distančnik med prekati panela izdelan s skupno efektivno nadomestno debelino največ 0,2 mm, prednostno pa največ 0,12 mm.

14. Panel po zahtevkih 12 ali 13, značilen po tem, daje izolacijski plin ali plinska zmes pretežno iz argona, kriptona, ogljikovega dioksida ali hidrofluoroogljika (HFC).

15. Panel po zahtevkih 12 do 14, značilen po tem, da so notranje pregrade prekatov iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni

-15zunanji foliji iz tanke aluminijaste ali tanke nerjavne jeklene folije debeline od 0,02 do 0,2 mm.

16. Panel po zahtevkih 12 do 14, značilen po tem, da so notranje pregrade prekatov iz tanke aluminijaste ali tanke jeklene nerjavne folije debeline od 0,01 do 0,1 mm ter, da sta zaključni zunanji foliji nadomeščeni s prvo in/ali drugo gradbeno ploščo.

17. Panel po zahtevkih 15 ali 16, značilen po tem, da je pri sobnih temperaturnih pogojih najmanj folija pod drugo gradbeno ploščo konkavno nameščena tako, da se lahko pri povišanju temperature izolacijski plin razširi proti notranji gradbeni plošči.

18. Panel po zahtevkih 12 do 17, značilen po tem, da je izolacijski plin pretežno argon ali pretežno ogljikov dioksid ter, da ima panel 3 prekate z medsebojnim razmikom med prekati 18 mm.

19. Panel po zahtevkih 12 do 17, značilen po tem, da je izolacijski plin pretežno argon ali pretežno ogljikov dioksid ter, da ima panel 4 prekate z medsebojnim razmikom med prekati največ 20 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 18 mm ali več.

20. Panel po zahtevkih 12 do 17, značilen po tem, da je izolacijski plin pretežno argon ali pretežno ogljikov dioksid ter, da ima panel najmanj 5 prekatov z medsebojnim razmikom med prekati največ 22 mm ter, daje vsaj en razmik med prekati 20 mm ali več.

21. Panel po zahtevkih 15 ali 16, značilen po tem, daje spoj med tankimi kovinskimi folijami in distančniki zatesnjen z butilno, poliuretansko ali drugo plinotesno gumielastično snovjo ter, da je sklad iz več drug na drugega naloženih prekatov z distančniki ob zunanjem robu pritrjen oziroma ovit s polisulfidno, silikonsko, poliuretansko ali drugo ustrezno gumielastično snovjo.

22. Panel po zahtevkih 1 do 21, značilen po tem, daje prva gradbena plošča panela izdelana na mineralni ali polimerni osnovi in je debeline najmanj 8 mm in upogibne trdnosti najmanj 9 MPa.

23. Panel po zahtevku 22, značilen po tem, da ima poleg prve gradbene plošče na eni stani, na drugi strani še drugo gradbeno ploščo, ki je prednostno na mineralni osnovi, še bolj prednostno mavčna plošča.