SE457367B - Foerfarande foer framstaellning av vaermeisolerande foensterkassetter - Google Patents

Description

n 457 367 å.) ytorna brukar sådana kassetter utföras hermetiskt slutna, så att någon rengöring av innerytorna ej är nödvändig. De hermetiskt sluta utrymmena möjliggör även att mellanrummen kan fyllas med en gas annan än luft, vilket möjliggör att metaller såsom koppar och silver, vilka förändras under luftens inverkan, kan användas genom att mellanrummet fylles med en ädelgas, som är inert gent- emot metallskiktet.

Vid den beskrivna fönsterkonstruktioner uppnår man en total värmeisoleringsförmåga som är så god, att den kan ställas i pari- tet med väggens isoleringsförmåga vartill kommer det ökade energitillskottet från solljuset, som kan stråla in genom rutan.

Emellertid har nämnda metallbeläggning i vissa sammanhang ej önskvärda egenskaper. Främst skall nämnas den försvagning av dagsljuset, som uppkommer, vilket leder till ökat behov av ar- tificiell belysning. Samtidigt ger den en toning och en viss färgförändring vid sikt genom rutan, vilket många reagerar emot särskilt när det gäller installationer i bostäder. En mindre begränsning i energitillskottet genom solljuset uppstår även.

Som alternativ till metallbeläggningar har därför föresla- gits, se EP-A1-0 000 031, användning av gasskikt i de hermetiskt slutna utrymmena, sammansatta av sådana gaser, som begränsar värmeutstrålningen. Det har nämligen konstaterats att det finns ett antal gaser, som har en nedsättning av sin transmission inom det infraröda området medan transmissionen för synligt ljus och det kortvágiga solljuset är nära nog opåverkad. Hittills använda och föreslagna gaser och gaskompositioner har dock visat sig ge en så begränsad värmeisoleringseffekt, att man ej vid höga värme- isoleringskrav ej kunnat avstå från nämnda metallskikt på rutorna.

Det har däremot i samband med uppfinningen visats, att man genom att tillämpa uppfinningen vid sådana fönsterkassetter, kan erhålla en ungefärligen lika god isolering mot värmeutstrålning som vid,nämnda metallbelagda ytor men utan någon som helst pà- verkan av det synliga ljuset.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att anvisa ett förfarande för framställning av en lämplig gasblandning för gas- fyllda fönster av det nämnda slaget i syfte att erhålla en god värmeisoleringsförmåga och andra i samband med fönster fördel- aktiga egenskaper med avseende till värmetransmission. 457 367 Uppfinningens ändamål uppnås genom att genomföra förfarandet med de i patentkrav 1 angivna kännetecknen.

I bifogade ritnings fig. 1 och 2 visas i två diagram grun- derna för framställning av en lämplig gasblandning.

För att nå fram till ett lämpligt utförande av fönsterkas- setten i stort och en så fördelaktig effekt som möjligt genom gasblandningen skall man vidta vissa steg. Först uppställes de grundläggande kraven för den avsedda produkten, en fönsterkas- sett. Dessa grundkrav är följande: _Produktkrav Fönsterkassetten skall vara användbar åtminstone vid tem- peraturer mellan -20° och +40° C hos gasen. Därvid skall märkas att i. monterat skick kommer den byggnad 5. vilken fönsterkassetten är monterad att ge en viss temperaturut- jämning gentemot omgivningstemperaturen. Därför torde det nämnda temperaturområdet vara tillämpligt vid alla sådana installationer, där isolerande fönsterkassetter är av in- tresse att använda.

Kassetten skall kunna utföras i rimliga dimensioner, i huvud- sak samma dimensioner, som idag tillämpas som norm. Därvid gäller i huvudsak att skiktens antal skall begränsas till två, således med maximalt tre glasrutor, och det inbördes avståndet bör ligga i området 12 mm.

Det inre gastrycket skall kunna motsvara atmosfärstrycket varigenom samma fönsterytor, som nu tillämpas, kan användas vid samma glastjocklekar, som nu förekommer.

Absorptionen av värmestràlningen skall vara hög.

Någon märkbar påverkan av genomsläppligheten för synligt ljus skall ej förekomma.

En ökad värmelagringsförmåga i förhållande till luftfyllda eller ädelgasfyllda fönsterkassetter eftersträvas. Härigenom kan en temperaturutjämnande effekt erhållas, sä att en ut- jämning av påverkan på innertemperaturen genom ändring av 457 367 yttertemperaturen, exempelvis mellan natt och dag, kan er- hållas. Fönsterkassetten skall således kunna verka som ett värmemagasin.

En hög värmetröghet skall eftersträvas, således ett utdraget tidsförlopp innan en värmeförëndring på den ena sidan av kassetten gör sig märkbar på den andra sidan. Man kan ut- trycka detta som en tidsfaktor medan värmelagringsförmågan mera är en kvantitativ faktor.

Skadlig påverkan av omgivningen vid eventuellt utsläpp av gasen skall ej förekomma. Således skall vid de omständig- heter som utsläpp kan ske gasen ej uppvisa något större mått av giftighet, radioaktivitet eller korrisivitet och får ej vara explosiv. Detta gäller de koncentrationer, som kan uppkomma vid eventuellt utsläpp genom bräckage. Gaserna får ej heller vara explosiva tillsammans och får ej ge radioak- tiv strålning i farlig grad från fönsterkassetten.

Tillverkning i industriell skala skall vara möjlig. Gasen skall således vara hanterbar under industriella förhållanden och vara anskaffningsbar i tillräckliga mängder.

På grundval av dessa produktkrav kan vissa krav uppställas på de enskilda gaser, som kan komma till användning. Dessa är: Krav på gaser för urval.

Kokpunkt ej överstigande -20°C.

Hög, absorptionsförmåga för elektromagnetisk strålning i vàglängdsomràdet 2-25 um särskilt inom omrâdet 5-15 um.

Gäller skikt av tjockleken cirka 12 mm vid atomosfärstryck även i blandning med andra gaser (begränsat partialtryck).

Blandbar med gaser avsedda för komplettering av varandra (se närmare i det följande). 457 367 God genomsiktligthet utan märkbar påverkan av synligt ljus.

Låg värmeledningsförmåga.

Högt värmevärde (värmelagringskapacitet).

Hög viskositet (trögflutenhet) för begränsning av konvek- tionen.

Ej explosiv vid de blandningsförhàllanden, som kan förekomma vid den avsedda användningen.

Ej giftig vid de utspädningar, som kan förekomma.

Ej korrosiv vid de utspädningar som kan förekomma.

Ej utsändande farlig radioaktivitet i de mängder som kan förekomma.

Tillgänglig eller kan göras tillgänglig i industriell skala.

Kombination av de gaser, som skall användas och som hämtas från det gjorda urvalet, är nästa steg. Det finnes ej någon en- skild gas, som kan ge en optimal effekt eller ens en särskilt fördelaktig effekt. Detta beror i första hand på att de enskilda gasernas absorptionsområden för värmestrålning 'utgöres av ett eller vanligen flera smala våglängdsband, som endast täcker in en mindre del av det intressanta våglängdsområdet för s.k. långvågig värmestrålning eller infraröd strålning. Vid betraktande av sådan strålning är det vanligt att utgå från s.k. svartkroppsstrålning, den värmestràlning, som en idéell svartkropp utsänder. Som fram- går av fig. 1 har denna strålning sin största intensitet, således sitt största energiinnehåll vid en våglängd av 15-20 Unx och avsevärd intensitet har strålningen inom området 10-30 \1m. Det är således dessa områden, som gasernas absorption i största möj- liga utsträckning skall täcka in och företrädesvis även området mot de kortare våglängderna ned till 5-6 uxn såsom framgår av kurvan i fig. l. 457 367 Inverkan genom absorptionen i form av en bromsning av energi- flödet genom nämnda strålning blir större ju högre strålningsinten- siteten är inom det våglängsband där gasen har sitt absorptions- band.

Valet av gaskombination blir härigenom avsevärt komplicerat.

Först skall ett antal gaser utväljas, vilka har sina absorptions- band så placerade, att de kompletterar varandra inom det intres- santa våglängdsområdet. Dessutom skall hänsyn tagas till att absorptionsbanden skall vara placerade så fördelaktigt som möj- ligt, med tanke på strålningsintensiteten inonx det intressanta vàglängdsområdet i relation till gasens absorptionsförmåga vid de olika punkterna längs våglängdsskalan. Detta ger komplicerade beräkningar, där varje gas måste utvärderas med avseende till sin inverkan på energiflödet, med andra ord storleken och placeringen av dess absoroptionsband inom våglängdsområdet med hänsynstagande till absorptionens påverkan. Dessutom skall således de olika gaserna kombineras att komplettera varandra.

Därjämte kan. man, efter bortväljande av exempelvis genom giftighet olämpliga gaser, behöva ta hänsyn till de nämnda fakto- rerna viskositet, värmledningsförmåga och värmelagringskapacitet.

Emedan värmeenergin ej endast överföres genom strålning kan en ur strålningssynpunkt något ofördelaktigare gasblandning vara för- delaktigare med tanke på konvektion och/eller ledning, så att isoleringsförmàgan gentemot värmeutbyte trots allt blir bättre.

Därjämte kan man ha anledning att ta hänsyn till komfortfaktorer; som nämnts kan man uppnå en temperaturutjämning över dygnet genom att utnytta gasernas värmelagringsförmåga och värmetröghet. Någon för alla tänkbara förhållanden optimal gasblandning finns därför ej. Man kan tänka sig på olika sätt modifierade gasblandningar för olika ändamål såsom förstahandsinriktning pà bästa möjliga isoleringsförmåga eller på värmekomfort eller kanske andra fak- torer såsom större eller mindre beroende av användbarhet vid låga temperaturer (justering av gränsen för högsta kokpunkt).

Kombinationen av gaser skall således ske enligt följande schema.

Bestämning av de användningsbetingade faktorerna såsom krav på användning vid en viss lägsta temperatur respektive 457 367 förstahandsinriktning pà bästa möjliga isoleringsförmâga eller vissa komfortfaktorer.

Analys av de enskilda gasernas inverkan pá värmetransporten med nämnda hänsynstagande till såväl storleken av absorp- tíonsbanden som dessas placering inom våglängsområdet av absorptionsbanden.

Kombination av gaserna, så att de kompletterar varandra med sina absorptionsband spridda över det intressanta vàglängds- området.

Korrigeringar i valet av gaser respektive gasernas inbördes mängdproportioner eller komplettering med gaser med speci- ella egenskaper exempelvis viskositetshöjande.

Ytterligare skall man bestämma i vilka mängdproportioner gaserna skall förekomma. De relativa Kmängder' i vilka gaserna ingår bestämmer deras partialtryck. Ett högre tryck ger en större påverkan på energiflödet och_framhäver andra fysiska egenskaper.

Vid bestämning av proportionerna måste således även hänsyn tagas till de olika gasernas páverknignsförmága. Absorptionen står dock ej i lineärt förhållande till partialtrycket utan påverkan på respektive gasers absorption inom sina respektive vâglängdsband genom sänkning av partialtrycket genom blandning av andra gaser är relativt lag. _ ' Vid urvalet av för användning tänkbara gaser enligt de tidi- gare använda kriterierna har i samband med uppfinningen framkom- mit att följande gaser är av intresse att använda för den avsedda produkten: Primär grupp: Freon 12, C12CF2 propen, CH3CH:CH2 Freon 13, CICF3 propyn, CH3C'CH Freon 1381, BrClF Freon 14, CF4 Freon 22, CICHF koldioxid, CO lustgas, N20 svavelhexafluorid, SF6 3 2 ammoniak, NH3 2 457 367 8 Sekundär grupp: metan, CH4 etylenfluorid, CH2:CHF eten, CH2:CH2 propadien, CH2:C:CH2 etan, CHQCH3 cyklopropan, C356 acetylen, HC:HC metyloxid, CH3OCH3 Efter gjorda, beräkningar med hänsynstagande till de kri- terier som angivits för gaskombinationen, framkom följande för- delaktiga kombinationer: gaser Mängdförhàllanden I; sF6, F13, F22 0,4 / 0,2 / 0,4 II; sF6, F12, F13, F22 0,2 / 0,3 / 0,2 / 0,3 III; cH3c= CH, F12, 0,5 / 0,2 / 0,1 / 0,2 F13, F22 iv: sas, cn3c=cn, 0,2 / 0:5 / 0,1 / 0,2 F13, F22 F12, F13....= Freon@ Gaserna väljes i första hand från den primära gruppen och sammanställes exempelvis enligt något av de alternativ I-IV, som anges ovan. Om av någon anledning gaserna i den primära gruppen ej är önskvärda eller ej tillgängliga kan acceptabla vërmeisole- ringsegenskaper uppnås med en sammanställning av gaser från den sekundära gruppen om uppfinningens lära tillämpas.

Kombinationerna utgör exempel pà fördelaktiga utförings- former av uppfinningen när dessa gaskombinationer användes för fyllning av isolerglaskassetter. Mätvärden för påverkan av värme- genomgången genom strålning, uttrycktes nedan som procenttalet för stràlningstransmissionen, således genomsläppligheten, subtra- herat från 100, vilket ger ett uttryck för nedsättningen av strål- ningstransmissionen i procent. Dessutom har angivits det i bygg- nadstekniska sammanhang ofta använda k-värdet, således värmegenom- gången från sida till sida av fönsterkassetten i W/m2, OC. Detta 457 367 värde gäller betecknat med (A) en fönsterkassett med 2 glas och 1 spalt 12 mm bred och med (B) 3 glas och 2 spalter 12 mm breda.

I: Stràlningsminskning: 26,5% k-värde (A)=l,93 (B)=1,38 II: _ Il _ ll _ II _ _ II _ 111: - " - " - " - 3o,1% - " - (A)=1,9 (B)=1,3s IV: - " - " - " 29,s% - " - (A)=1,92 (B)=1,3e Vanlig fönsterkassett med luft Stràlningsminskning: ca 0% " (A)“ 3 (B)æ 2 Genomsiktligheten var i samtliga fall utmärkt, åtminstone lika bra som vid luftfyllda, motsvarande kassetter och någon färgning av ljuset var ej märkbar. Värmeledningsförmågan hos samtliga gasblandningar var låg, ungefär hälften av luftens värme- ledningsförmàga och även väsentligt lägre än för argon. Gasbland- ningarna har även làg konvektion p.g.a. låg rörlighet hos de ingående molkylerna (hög viscositet). Över huvud taget kunde en betydande ökning av värmelagringskapaciteten och värmetrögheten hos fönsterkassetten i förhållande till.sádana fyllda med luft eller ädelgas förmärkas. Exempelvis kan man räkna med att en värmeövergáng från sida till sida vid temperaturförändringar på ena sidan, vid luftfyllda kassetter kan märkas efter nâgra minu- ter men vid kassetter med gas enligt uppfinningen först efter några timmar. Det existerar emellertid ej några mätmetoder för dessa förhållanden och de kan därför för närvarande ej uttryckas som mätvärden. Effekten'torde emellertid bli en betydligt bättre komfort särskilt vid skiftande yttre förhållande med avseende till temperatur och solstràlning.

Som angivits i beskrivningsinledningen har man tidigare för värmeisolerande fönster föreslagit gaser med hög absorption i det termiska omrâdet. Man kan därmed säga att uppfinningens utgångs- punkt är'det tidigare kända isolerfönstret med hermetiskt slutna gasutrymmen och användning av gaser i sagda utrymmen, vilka har en högre absorptionsförmàga gentemot termisk strålning än luft, som är en vanlig gas i sammanhanget.

Från denna utgångspunkt är emellertid uppfinningens lära ytterligare, att en förbättrad värmeisoleringsförmàga genom hög absorption av termisk strålning kan uppnås om man ej endast 457 367 10 inriktar sig på att i utrymmena införa gaser med hög absorptions- förmåga gentemot strålningen utan även att utvälja dessa gaser i tur och ordning, så att de med sina absorptionsband kompletterar varandra att bilda en i hvuudsak heltäckande absorptionsbarriär inom det infraröda fältet. Absorptionsbanden för alla gaser är nämligen mycket smala och motsvarar endast en liten bråkdel av de totala infraröda strålningsfältet. Användning av endast en gas innebär därför begränsad absorption även om gasen skulle ha en mycket hög absorption inom sina absorptionsband emedan då stora delar av strålningsfältet ej täckes av någon absorption av be- tydelse.

Om man däremot utväljer gaser, på sådant sätt att absorp- tionsbanden ej täcker varandra utan följer efter varandra inom det infraröda fältet får man en bred absorption. Detta uppnås genom en uppoffring av absorptionens styrka. Dels kan man, för att uppnå nämnda kombinationseffekt med absorptionsbanden “stap- lade" på varandra, bli tvungen att välja gaser med den absolut sett ej högsta absorptionsstyrkan och dels får man en lägre ab- sorption genom att i blandningen de enskilda gaserna vardera får ett lägre partialtryck än i oblandat tillstånd, vilket sänker absorptionens styrka.

Emellertid visar det sig såväl vid teoretiska beräkningar som genom praktiska försök, att en täckning så långt som möjligt av det infraröda fältet ger större värmeisoleringseffekt även om absorptionsstyrkan inom de täckta absorptionsbanden ej är högsta uppnåbara. En sänkning av absorptionsstyrkan genom val av gaser med lägre absorption samt framför allt genom nedsättning av ab- sorptionen genom förminskat partialtryck har en relativt liten nedsättande verkan på den totala absorptionen medan öppna, av någon absorption ej täckta områden inom det termiska strâlnings- fältet, har en betydligt större inverkan.

Uppfinningens kärnpunkt är således, att man skall välja gaserna efter hur de kompletterar varandra med avseende till täckning av det infraröda fältet, inom vilket värmeöverföringen i huvudsak sker, med inriktning på den kompletta täckningen och därvid vara beredd på att uppoffra styrkan av absorptionen.

Fig. 2 visar grafiskt absorptionseffekten med hjälp av de sammanlagda absorptionsbanden för de gaser, som ingår i den för- utnämnda gaskombinationen II. Låga värden längs kurvan anger hög 457 367 ll absorption eftersom höga värden anger hög transmittans. Genom att medelst val av gaser lägga tillsammans ett antal absorptionsband erhålles således, som framgår av figuren, en hög absorption inom en större del av området 5-15 um frånsett ett smalare omrâde vid cirka 11 um, som man ej lyckats täcka med ifrågavarande gaskombi- nation. Skulle någon i den kända tekniken tidigare nämnda och i sammanhanget förslagna gaser valts utan tillämpande av uppfin- ningen hade täckningen varit avsevärt mycket mindre, vilket skulle ha resulterat i en sämre värmeisoleringsförmága uppnâdd genom strálningsabsorption.

I sin helhet genomföras förfarandet så, att en fönsterkas- sett med två, tre eller flera rutor framställes. Detta sker pà känt sätt genom sammanfogning av det erforderliga antalet rutor medelst ett ramsystem, som ger en sådan distans mellan rutorna, att gasmellanrummen mellan dem bildas. Försegling av dessa gas- mellanrum sker genom lim och tätningsmassa, som förenar ramsyste- met med rutorna. Genom val av lim och tätningsmassa har man enligt kända metoder lyckats uppnå fullständig täthet mot vatten- ånga. De ingående gasernas molekyler är större än vattenmolekyler- na och fullständig täthet erhålles därför även för de avsedda gasblandningarna. Ramsystemet är bärare för något fuktupptagande ämne såsom silicagel, så att eventuellt vatten helt avlägsnas från den inneslutna gasen och systemet i sin helhet.

Vid industriell tillverkning måste man arbeta med sammanfog- ningen i den omgivande luften, så att efter sammanfogningen är mellanrummen mellan rutorna luftfyllda. Denna luft skall således ersättas med gasblandningen. Detta sker genom att hål är upptagna i ramsystemet, så att gas kan införas i varje gasrum vid en sida under utsläppning av den inneslutna luften-vid andra sidan. För den eftersträvade isoleringseffekten är det viktigt att åtminsto- ne nära nog all luft ersättes av gas.

Claims (5)

457 367 PATENTKRAV

1. Förfarande för framställning av värmeisolerande fönster- kassetter innefattande sammanfogning av tvâ eller flera glasrutor medelst ett ramsystem med bildande av ett, respektive flera gas- fyllda utrymmen mellan de parvis mot varandra ställda ytorna till rutorna, införande av en gasblandning sammansatt av gaser med för användningffönster tillämpliga fysikaliska egenskaper i utrymmet eller utrymmena samt tätning mot gasutbyte med omgivningen medelst ramsystemet och dettas sammanfogning med rutorna, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v, att den för införande mellan rutorna använda gasblandningen framställes genom: - att man bland gaser vilka har en tydlig, hög absorptions- förmàga för elektromagnetisk strålning i våglängdsomrádet 2-20 um, särskilt inom området 5-l5u m inom åtminstone ett - våglängdsband utväljer en första gas; - att man bland sagda gaser utväljer en andra gas, vars absorptionsband ligger i andra våglängdslägen än det respek- tive de váglângdsband, som fastställts oeh hos den första gasen; _ - att man utväljer en tredje gas och eventuellt erforderliga ytterligare gaser, vars absorptionsband i sin tur ligger på andra, ställen än absorptionsbanden för övriga. valda gaser i gasbladningen intill dess man erhållit ett åt- minstone i huvudsak sagda våglängdsomràde 2-20 :Jm och särskilt 5-15 11m täckande absorptionsomráde, som är sam- mansatt av de, i olika våglängdslägen i förhållande till vârandra liggande absorptionsbanden för de enskilda, valda gaserna; och - att urvalet av gaser, som skall ingå i blandningen sker bland gaserna: ., 457 :ev Primär grupp: freon 12, C12CF propen, CH CH:CH 2 3 2 freon 13, CICF3 propyn, CH3C1CH freon l3B1, BrClF3 lustgas, N20 freon 14, CF4 svavelhexafluorid, SF6 freon 22, CICHF koldioxid, CO 2 ammoniak, NH3 2 Sekundär grupp: metan, CH4 etylenfluorid, CH2:CHF eten, CH2:CH2 propadien, CH2:C:CH2 etan, CH3CH3 cyklopropan, C3H6 acetylen, HCIHC metyloxid, CH3OCH3 varvid gaser ur den primära gruppen företrädesvis väljes.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att för blandningen utväljes'gaserna SF6, freon 13, freon 22 i de huvudskliga mängdförhàllandena 0,4 respektive 0,2 och respektive 0,4.

3. Förfarande enligt patenkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att för blandningen utväljes gaserna SF6, freon 12, freon 13, freon 22 i de huvudsakliga mängdförhàllandena 0,2 re- spektive 0,3 respektive_0,2 respektive 0,3. '

4. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att för blandningen utväljes gaserna CH3C:CH, freon 12, freon 13, freon 22 i de huvudsakliga mängdförhállandena 0,5 respektive 0,2 respektive 0,1 respektive 0,2.

5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a_v, att för blandningen utväljes gaserna SF6, CH3C:CH, freon 13, freon 22 i de huvudsakliga mängdförhállandena 0,2 respektive 0,5 respektive 0,1 respektive 0,2.