CZ1641U1

CZ1641U1 - Thermal insulation of glazed building units

Info

Publication number: CZ1641U1
Application number: CZ19941791U
Authority: CZ
Inventors: Michal Kordík
Original assignee: Michal Kordík
Priority date: 1992-06-12
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1994-03-21

Description

Oblast techniky ’ -—Technical field ’-—

Technické řešení se týká tepelné izolace prosklených celků staveb vzduchovými mezerami vytvořenými pomocí fólií.The technical solution concerns the thermal insulation of glazed units of buildings with air gaps formed by foils.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Doposud známá řešení zateplování prosklených celků staveb jsou výrobně i finančně značně náročná a nedostatečně efektivní, čímž se významně zvyšuje energetická náročnost vytápění takto tepelně izolovaných objektů. Z materiálů světových firem podnikajících v dané oblasti je známé, že pokud se u obvodových plášťů staveb dosahuje hodnota součinitele prostupu tepla k = 0,25 W/m².K, u oken a prosklených částí se s problémy dosahuje k = 1,3 W/m².K, přičemž se jedná o okna se třemi speciálními skly oddělenými dvěma vzduchovými mezerami, ve kterých je vzduch vysoušen pomocí silikagelu. Jedna cesta dalšího vývoje v této oblasti, ve které nebylo dosaženo významnějších výsledků, se zaměřuje na nové typy speciálních skel, případně lepených skel nebo skel potažených plastovými foliemi. Z dostupných informací vyplývá, že tímto přístupem bylo doposud dosaženo zlepšení pouze o cca 20 % v porovnání s klasickými skly, přičemž součinitel prostupu tepla dosahuje hodnoty:So far known solutions of thermal insulation of glazed units of buildings are very demanding in terms of production and finances and insufficiently effective, which significantly increases the energy intensity of heating of such thermally insulated buildings. It is known from the materials of the world companies doing business in this area that if the value of the heat transfer coefficient k = 0.25 W / m ² .K is reached for the building envelope, k = 1.3 W with problems with windows and glazed parts / m ² .K, with windows with three special glasses separated by two air gaps, in which the air is dried using silica gel. One way of further development in this area, in which no significant results have been achieved, is to focus on new types of special glass, or glued glass or plastic film coated glass. The available information suggests that this approach has so far achieved an improvement of only about 20% compared to conventional glass, with a heat transfer coefficient of:

- pro 2 skla s 1 vzduch, mezerou - k = 2,5 - 2,3 W/m².K,- for 2 glasses with 1 air, gap - k = 2.5 - 2.3 W / m ² .K,

- pro 3 skla se 2 vzduch, mezerami - k = 1,7 - 1,3 W/m².K.- for 3 glasses with 2 air, gaps - k = 1.7 - 1.3 W / m ² .K.

Nutno podotknout, že okna s více skly jsou finančně nákladná a z tohoto důvodu se ani v praxi okna s více jak třemi skly nerozšířila.It should be noted that multiple glass windows are costly and for this reason, windows with more than three glass do not expand in practice.

Druhá cesta spočívá ve využití plastových folií, které se napínají mezi skla a vytvářejí separované vzduchové mezery. Toto řešení je známé již poměrně dlouho, viz např. švýcarský patent 351095, ale mechanické problémy spojené s aplikací plastových folií (např. na bázi polyetylénu, polypropylénu apod.) jsou natolik komplikované, že toto řešení se prakticky nevyužívá. Je znám i pokus vyřešit tento problém mechanického uchycení vysokotažných plastových folií při současném zabezpečení jejich biaxiálního napnutí pomocí soustavy pohyblivě uložených prvků okenních rámů (viz US patent 4,334.398), ale navržené řešení je natolik komplikované a výrobně náročné, že ani toto nebylo podle dostupných informací průmyslově využito, resp. nebylo využito ve významnějším rozsahu.The second way is to use plastic foils that stretch between the glasses to create separate air gaps. This solution has been known for quite a long time, see, for example, Swiss Patent 351095, but the mechanical problems associated with the application of plastic films (eg polyethylene, polypropylene, etc.) are so complicated that this solution is practically not used. It is also known to attempt to solve this problem of mechanical attachment of high tensile plastic films while ensuring their biaxial tension through a system of movably mounted window frame elements (see U.S. Pat. No. 4,334,398), but the proposed solution is so complicated and labor intensive that even this is not industrially available according to available information. used, respectively. has not been used to a significant extent.

Rozhodující příčiny nulového, resp. minimálního průmyslového využití různých řešení oken s plastovými foliemi nutno hledat v jejich nevyhovujících fyzikálně-chemických vlastnostech. Jedná se v první řadě o jejich nízkou mechanickou pevnost a tepelnou odolnost, vysokou tažnost, nízkou pevnost v tahu, poměrně vysoký zákal při větších tloušťkách (např. biaxiálně orientovaná polypropylénová folie nelakovaná má při tloušťce 40 jum zákal až cca 1,4 %, a to se jedná o folii, která je považována za velmi vhodnou pro předmětnou oblast aplikací), značný lom světla již při malém zvlnění a tím výrazné zkreslování obrazu. Významně se na odrazení průmyslových výrobců od realizace známých řešení podílely i problémy s elektrostatickým nábojem plastových folii a ulpíváním prachu na jejich povrchu, v důsledku kterého je nutné při výrobě takovýchto oken zabezpečit bezprašné prostředí. Významnou nevýhodou doposud navrhovaných a odzkoušených plastových folií je i jejich nízká odolnost proti působení ultrafialového a infračerveného záření a tím i jejich relativně krátká - v porovnání např. s rámem okna - životnost.The decisive causes of zero, resp. minimum industrial use of various plastic window solutions must be sought in their non-conforming physico-chemical properties. These are primarily their low mechanical strength and heat resistance, high ductility, low tensile strength, relatively high haze at higher thicknesses (eg biaxially oriented non-varnished polypropylene film has a haze of up to 1.4% at 40 µm, and it is a foil that is considered to be very suitable for the subject area of application), a considerable refraction of light already at a small ripple and thus a significant image distortion. Problems with the electrostatic charge of plastic foils and the adherence of dust on their surface have also significantly contributed to discouraging industrial manufacturers from making known solutions, thus ensuring a dust-free environment in the production of such windows. A significant disadvantage of the hitherto proposed and tested plastic foils is their low resistance to the action of ultraviolet and infrared radiation and thus their relatively short - in comparison with eg the window frame - the service life.

Z uvedené je zřejmé, že i když je v současnosti známo vícero řešení tepelné izolace prosklených celků staveb a intenzivní vývoj v této oblasti již probíhá několik desetiletí, v průmyslu našlo rozsáhlejší uplatnění pouze řešení založené na aplikací více skel, přičemž vzhledem na jeho finanční náročnost se v rozhodující míře používají okna pouze se třemi skly. Tepelně izolační vlastnosti takovéhoto okna jsou však v porovnání s obvodovými zdmi budov několikanásobně horší a je tedy možné konstatovat, že tento dlouhodobý problém snížení energetické náročnosti vytápění budov při současném zachování dobré optické průhlednosti nebyl doposud uspokojivě vyřešen, přičemž vzhledem k celosvětově klesajícím energetickým zdrojům je společenská potřeba jeho řešení stále aktuálnější.From the above it is clear that although several solutions of thermal insulation of glazed units of buildings are currently known and intensive development in this area has been going on for several decades, only a solution based on multi-glass applications has found a wider application in industry. they use windows with only three glasses to a significant extent. However, the thermal insulating properties of such a window are several times worse compared to the peripheral walls of buildings and it can thus be stated that this long-term problem of reducing the energy intensity of buildings while maintaining good optical transparency has not been satisfactorily resolved and is socially sophisticated due to the worldwide decreasing energy resources. The need for its solution is becoming increasingly

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky dosavadních řešení do značném míry odstraňuje tepelná izolace prosklených celků staveb tvořená vzduchovými mezerami pomocí folií, podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že alespoň jedna folie je z materiálu na bázi triacetátu celulózy, která je upnutá na upínacích prvcích rámu ve vyrovnaném stavu, a to alespoň na dvou protilehlých stranách.The aforementioned drawbacks of the prior art are largely eliminated by the thermal insulation of glazed units made of air gaps by means of films according to the present invention, wherein at least one film is a cellulose triacetate material which is clamped to the chucking elements of the frame. at least two opposite sides.

Folie zhotovené litím z nového materiálu na bázi triacetátu celulózy, známé pod obchodním označením výrobce jako cellitová folie, vykazují diametrálně odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti od známých folií. Tyto folie mají na rozdíl od plastových zanedbatelnou tažnost, nízkou pevnost v střihu, vysokou pevnost v tahu a rozměrovou stálost, vysokou odolnost proti působení ultrafialového a infračerveného záření, prakticky nulový elektrostatický náboj a velmi nízký zákal - pod 0,1 %. Jsou odolné proti vodě, minerálním olejům, alifatickým a aromatickým uhlovodíkům a alkoholům, trvalá tepelná odolnost je 120 °C (krátkodobě až 150 - 160 °C) a výborné vlastnosti mají i z hlediska odolnosti vůči šíření plamene.Films made by casting a new cellulose triacetate-based material known as cellite film by the manufacturer have diametrically different physicochemical properties from known films. These films have, in contrast to plastic, negligible ductility, low shear strength, high tensile strength and dimensional stability, high resistance to ultraviolet and infrared radiation, virtually zero electrostatic charge and very low haze - below 0.1%. They are resistant to water, mineral oils, aliphatic and aromatic hydrocarbons and alcohols, the durable heat resistance is 120 ° C (short-term up to 150-160 ° C) and their excellent flame-spread properties.

Zatímco u doposud aplikovaných plastových folií je použití předpětí nevyhnutelné, optické a mechanické vlastnosti nové folie zaručují velmi dobré optické vlastnosti tepelné izolace podle technického řešení i v případě mírného zvlnění folie. Proto odpadá nevyhnutelnost napínání folie a plně postačuje i její upnutí v rámu pouze v několika bodech a alespoň na dvou protilehlých stranách, což následně umožňuje výrazně zjednodušit konstrukci rámu s pozitivním dopadem na jeho výrobní náklady a zvýšení produktivity práce při aplikaci tepelné izolace podle tohoto technického řešení.While the use of pre-stressing in the previously applied plastic films is unavoidable, the optical and mechanical properties of the new film guarantee very good optical properties of the thermal insulation according to the invention even in the case of a slight foil curl. Therefore, the inevitability of foil stretching is eliminated and its clamping in the frame is only sufficient in a few points and at least on two opposite sides, which in turn makes it possible to significantly simplify the frame design with a positive impact on its manufacturing costs and increase the productivity of thermal insulation application of this technical solution. .

Z hlediska maximálního omezení prostupu tepla je výhodné, když tepelná izolace sestává alespoň ze dvou paralelně uspořádaných folií, které jsou na upínacích prvcích rámu upnuty ve vzájemném odstupu a jednotlivé vzduchové mezery jsou navzájem izolované, čímž se zabrání přenosu tepla prostřednictvím vedení materiálu a proudění vzduchu.From the point of view of maximum heat transfer limitation, it is advantageous if the thermal insulation consists of at least two sheets arranged in parallel, which are clamped to one another on the frame clamping elements and the individual air gaps are insulated from one another, thereby preventing heat transfer through material flow and air flow.

Dalšího zlepšení izolace se dosáhne, když vzduch ve vzduchové mezeře je vysušený, což je zabezpečeno tím, že alespoň jedna vzduchová mezera obsahuje vysušovadlo (např. silikagel).A further improvement in insulation is achieved when air in the air gap is dried, which is ensured by the fact that at least one air gap contains a desiccant (e.g. silica gel).

Z hlediska minimalizace problémů s udržováním čistoty tepelné izolaci podle technického řešení a zabezpečení stability jejich izolačních i optických vlastností je žádoucí vyhotovit styk folie s rámem a/nebo styk jednotlivých prvků rámu jako alespoň prachotěsný, příp. ještě výhodněji vzduchotěsný.From the viewpoint of minimizing the problems of maintaining the cleanliness of the thermal insulation according to the technical solution and ensuring the stability of their insulating and optical properties, it is desirable to prepare the contact of the foil with the frame and / or the contact of the individual elements of the frame as at least dustproof. even more preferably airtight.

Provedení podle tohoto technického řešení má oproti doposud známým řešením celou řadu výhod, které již byly výše zmíněny. Jeho principiální předností však je bezproblémová průmyslová využitelnosti, a to s využitím jednoduchých, investičně nenáročných zařízení a běžně komerčně dostupných materiálů. I přes tuto realizační jednoduchost je navržené řešení vysoce efektivní a v porovnání s klasickým oknem se dvěma skly bez folie, které má součinitel prostupu tepla k = 2,6 až 2,9 W/m².K, se při aplikování tří folií mezi dvě skla dosahuje bez problémů k = 0,78 až 0,85 W/m².K. Velký význam má i možnost využít řešení podle tohoto technického řešení nejen při výrobě nových tepelných izolací prosklených celků budov staveb, ale i při zateplování již existujících (aplikací jen jediné folie se dosahuje snížení prostupu tepla přes prosklenou plochu až o cca 30 %), čímž se z hlediska rozsahu možných aplikací jednoznačně liší od řešení doposud známých, která toto neumožňovala.The embodiment according to this technical solution has a number of advantages, which have already been mentioned above. Its principal advantage, however, is trouble-free industrial usability, using simple, low-cost equipment and commercially available materials. Despite this simplicity of design, the proposed solution is highly effective and, in comparison with a conventional window with two non-film glass, which has a heat transfer coefficient of k = 2.6 to 2.9 W / m ² . glass without problems k = 0.78 to 0.85 W / m ² .K. The possibility of using the solution according to this technical solution is not only important in the production of new thermal insulation of glazed units of buildings, but also in thermal insulation of existing ones (application of only one foil achieves a reduction of heat transmission through the glazed area by up to 30%). in terms of the range of possible applications, it is clearly different from the solutions known to date, which did not allow it.

Přehled obrázků na výkreseList of drawings in the drawing

Řešení je blíže objasněno pomocí obrázků, kde:The solution is explained in more detail by means of pictures, where:

- obr. 1 znázorňuje příčný řez částí okna s rámem a protilehlým rámem s aplikovanými kovovými nebo plastovými profily,Figure 1 is a cross-sectional view of a portion of a window frame and an opposing frame with applied metal or plastic profiles;

- obr. 2 znázorňuje shodný řez, ale rámy jsou vytvořeny pouze ze dřeva,Figure 2 shows the same cut, but the frames are made of wood only;

- obr. FIG. 3 3 obsahuje průřez nosného rámu dvou pevných oken čtyřmi aplikovanými foliemi, Contains a cross-section of the two fixed window support frame with four applied foils se se - obr. FIG. 4 4 zobrazuje průřez okna klasické konstrukce, které dodatečně zatepleno pomocí jedné folie shows a cross-section of a classic window, which is additionally insulated with a single sheet je Yippee - obr. FIG. 5 5 znázorňuje průřez rámem okna zatepleným dvěma foliemi shows a cross-sectional view of a window frame through two foils - obr. FIG. 6 6 zobrazuje příčný řez těsnícím profilem a sestavu dvou profilů shows a cross section of the sealing profile and a set of two profiles - obr. FIG. 7 7 znázorňuje řez panelem s lepeným dvojsklem, pěti. foliemi a dutými upínacími AI prvky rámu obsahujícími silikagel, shows a section of a panel with glued double glazing, five. frame and hollow Al-frame elements containing silica gel, - obr. FIG. 8 8 zobrazuje řez oknem s prvky rámu z hPVC. shows a cross-section of a frame with frame elements from hPVC.

Příklady uskutečněníExamples of implementation

Příklad 1Example 1

Tepelná izolace podle obr. 1, zachycujícího příčný řez styku otvíratelného a pevného rámu, sestává ze čtyř cellitových folií i, které jsou umístěny mezi dvěma skly 2 a přilepeny na dřevěných upínacích prvcích 3. rámu ve vzájemných odstupech 15 mm, přičemž v jednom z upínacích prvků 9, který je perforovaný, je umístěn silikagel 9. Nosné profily 4 rámu jsou též dřevěné a vyhotovené ze dvou prvků obdélníkového průřezu spojených do tvaru písmene T, na kterém je s mezivrstvou trvale pružného tmelu přišroubovaný hliníkový těsnící profil 5 s gumovým těsněním 1. V horní části T je vlepeno silikonovým lepidlem jedno sklo 2, přeplátované tepelně izolační lištou 6. Na stykové ploše skla 2., upínacího prvku 9. a nosného prvku 4 je nanesená vrstva trvale elastického tmelu, přičemž jednotlivé prvky jsou navzájem fixovány pomocí vrutu. V dolní části T je na poslední upínací prvek 2 přilepeno silikonovým lepidlem druhé sklo 2. a přeplátováno tepelně izolační lištou 7. Detailnější pohled na kovový těsnící profil 5 je na obr. 6, kde jsou vyznačeny i jednotlivé plochy 11,11' a oddělující výstupky 10,10'. Takto zhotovená tepelná izolace má součinitel prostupu tepla rovný 0, 55 až 0, 6 W/m².K.The thermal insulation of FIG. 1, which intersects the cross-section of the openable and rigid frame, consists of four cellite sheets 1, which are located between the two glasses 2 and are glued to the wooden frame members 3 by 15 mm, and in one of the clamping frames. 9, which is perforated, the silica gel 9 is placed. The frame support profiles 4 are also wooden and made of two elements of rectangular cross-section connected to a T-shape, on which an aluminum sealing profile 5 with a rubber seal 1 is screwed with an intermediate layer of permanently flexible sealant. In the upper part T, one glass 2 is glued with silicone glue, overlaid with a heat-insulating strip 6. A layer of permanently elastic sealant is applied on the contact surface of the glass 2, the clamping element 9 and the support element 4, the individual elements being fixed to each other by a screw. In the lower part T, the second glass 2 is glued to the last clamping element 2 by a silicone adhesive and overlapped by a heat-insulating strip 7. A more detailed view of the metal sealing profile 5 is shown in FIG. 6, where the individual surfaces 11, 11 'and the separating projections are also marked. 10,10 '. The thermal insulation thus produced has a heat transfer coefficient of 0, 55 to 0.6 W / m ² .K.

Příklad 2Example 2

Tepelná izolace podle obr. 2 znázorňuje v podstatě stejné řešení jaké je uvedeno v příkladu 1. Rozdíl je v tom, že namísto kovového těsnění je na vnější ploše nosných prvků 1 rámu vytvořena řada výstupků, které plní stejnou funkci jako uvedené těsnění.The thermal insulation of Fig. 2 shows essentially the same solution as in Example 1. The difference is that instead of a metal seal, a series of protrusions are provided on the outer surface of the frame support elements 1, which perform the same function as said seal.

Příklad 3Example 3

Řešení zobrazené na obr. 3 představuje zjednodušenou variantu řešení podle příkladu 2, přičemž z důvodu názornosti je zobrazeno jako částečně rozložené. Tepelná izolace sestává ze dvou skel 2.> mezi kterými jsou umístěny čtyři cellitové folie, jejichž okraje jsou vlepeny vždy mezi dvěma upínacími prvky 2 rámu. Vzhledem k tomu, že se jedná o pevný rám, jeho konstrukce sestává pouze ze čtyř dřevěných nosných prvků A tvaru písmene L, které jsou šrouby uchyceny na centrální nosný prvek A, který má čtvercový průřez. Skla 2 jsou mezi nosné prvky A vlepena pomocí silikonového lepidla.The solution shown in Fig. 3 is a simplified variant of the solution of Example 2, and is shown partially exploded for purposes of illustration. The thermal insulation consists of two glasses 2.> between which four cellite foils are placed, the edges of which are glued between two frame clamping elements 2 each. Since it is a rigid frame, its construction consists of only four L-shaped wooden support elements A, which are fastened to the central support element A, which has a square cross-section. The glass 2 is glued between the support elements A with a silicone adhesive.

Příklad 4Example 4

Aplikace pro účely zateplení existujících oken je znázorněna na obr. 4, kde mezi dvěma skly 2 je umístěna cellitová folie 1, jejíž okraje jsou vlepeny mezi dvěma částmi rámu. Řešení se dvěma foliemi uchycenými na jednom upínacím prvku 2 je znázorněno na obr. 5.An application for thermal insulation of existing windows is shown in Fig. 4, where a cellite foil 1 is placed between the two glasses 2, the edges of which are glued between two parts of the frame. A solution with two foils attached to one clamping element 2 is shown in Fig. 5.

Příklad 5Example 5

Lepené dvojsklo 2, obsahující čtyři cellitové folie a pět upínacích prvků 2/ je znázorněno na obr. 7. Upínací prvky 2 jsou vyhotoveny z komerčně dostupných AI profilů, jejichž vnitřní objem je vyplněn silikagelem Stejné řešení, ale s využitím upínacích prvků 2 vyrobených z hPVC, je znázorněno na obr. 8.Glued double glazing 2 containing four cellite foils and five gripping elements 2 is shown in Fig. 7. Clamping elements 2 are made of commercially available AI profiles whose internal volume is filled with silica gel. The same solution, but using clamping elements 2 made of hPVC is shown in Fig. 8.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Technické řešení má mimořádně široké uplatnění v celém hospodářství, protože problém zlepšení tepelné izolace prosklených celků staveb není doposud prakticky vyřešen. Navržené řešení je přitom natolik flexibilní, že je možné jej využít nejen při výrobě nových výrobků, ale široké uplatnění najde i v oblasti zateplování již existujících budov.The technical solution has an extremely wide application in the whole economy, because the problem of improving the thermal insulation of glazed units of buildings is not yet practically solved. At the same time, the proposed solution is so flexible that it can be used not only in the production of new products, but also in the field of thermal insulation of existing buildings.

Claims

1.

Thermal insulation of glazed building units formed by air gaps by means of foils, characterized in that at least one foil (1) is of cellulose triacetate-based material and is clamped on frame clamping elements (3) without pre-tensioning in at least two opposite sides.

2.

Thermal insulation according to claim 1, characterized in that it comprises at least two parallel-arranged foils (1) clamped on the frame clamping elements (3) at a distance from one another.

3.

Thermal insulation according to claims 1 and 2, characterized in that the at least one air gap comprises a desiccant (9).

4.

Thermal insulation according to claims 1 and 2, characterized in that the contact of the foil (1) with the frame elements (3, 4) and / or the contact of the individual frame elements (3, 4) is dustproof, preferably airtight.