DE102007040258A1 - Translucent solar energy collector - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft lichtdurchlässige Sonnenenergiekollektoren, enthaltend IR-Absorber, Ruß und Farbmittel, sowie dessen Verwendung als wärmedämmendes und sonnenschützendes Bedachungs- und Verglasungsmaterial.The invention relates to translucent solar energy collectors containing IR absorber, carbon black and colorants, as well as its use as a heat-insulating and sun-protective roofing and glazing material.
Description
Die Erfindung betrifft lichtdurchlässige Sonnenenergiekollektoren, enthaltend IR-Absorber, Ruß und Farbmittel, sowie dessen Verwendung als wärmedämmendes und sonnenschützendes Bedachungs- und Verglasungsmaterial.The Invention relates to translucent solar panels, containing IR absorber, carbon black and colorants, as well as its Use as heat-insulating and sun-protective Roofing and glazing material.
Stand der TechnikState of the art
Transparente,
IR-absorbierende Körper aus Kunststoffen werden in verschiedenen
Patentschriften beschrieben. In
In
In
Die
Aufgabe und LösungTask and solution
Die
Die Aufgabe wird gelöst durch einen lichtdurchlässigen Sonnenenergiekollektor bestehend aus einer Stegdoppel- oder -mehrfachplatte aus transparentem thermoplastischen Kunststoff, enthaltend eine innenliegende, die Transparenz des Kunststoffkörpers nicht beeinträchtigenden IR-Absorber-Schicht, die im Bereich der nahen Infrarotstrahlung (780 nm bis 1100 nm) eine mittlere Transmission weniger als 80% aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Stegplatte gebildete warme Luft direkt einem Wärmetauscher zugeführt wirdThe object is achieved by a translucent solar energy collector consisting of a web double or multiple plate made of transparent thermoplastic material, containing an internal, the transparency of the plastic body does not adversely affecting IR absorber layer in the range of near infrared radiation (780 nm to 1100 nm) has an average transmission less than 80%, characterized in that the hot air formed in the web plate is fed directly to a heat exchanger becomes
Es wurde gefunden, dass durch eine innenliegende, die Transparenz des Kunststoffkörpers nicht beeinträchtigende IR-Absorber-Schicht, die Sonnenenergie zur Erwärmung der Luft in den Hohlkammern genutzt werden kann. Die Luft wird durch die IR-Absorber-Schicht stark aufgewärmt. Die erwärmte Luft kann mittels eines nachgeschalteten Wärmetauschers genutzt werden. Zudem führt die IR-Absorber-Schicht dazu, dass nur stark reduzierte Sonnenenergie zur wesentlich geringeren Erwärmung an der sonnenabgewandten Seite führt.It was found by an internal, the transparency of the Plastic body non-interfering IR absorber layer, the solar energy for heating the air in the hollow chambers can be used. The air is passing through the IR absorber layer warmed up a lot. The heated air can by means of a downstream heat exchanger can be used. In addition leads the IR absorber layer causes only greatly reduced solar energy for much lower warming at the sun-remote Page leads.
Gegenüber
den bekannten Kunststoffkörpern gemäß der
Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention
Die Erfindung betrifft Sonnenenergiekollektoren, die sich durch einen besonders einfachen Aufbau auszeichnen. Es wird eine herkömmliche Stegdoppel- oder mehrfachplatte erfindungsgemäß mit einer innenliegenden IR-Absorber-Schicht versehen. Dadurch wird Sonnenenergie absorbiert, was einerseits zur Minderung der Wärmeenergie auf der sonnenabgewandten Seite der Stegplatte führt. Demnach erfüllt der erfindungsgemäße Sonnenenergiekollektor auch die Aufgabe der Wärmedämmung.The The invention relates to solar energy collectors, extending through a particularly easy to design. It becomes a conventional one Bridge double or multiple plate according to the invention with an internal IR absorber layer provided. This will Solar energy absorbed, which on the one hand to reduce the heat energy on the side of the bridge plate away from the sun. Therefore meets the solar energy collector according to the invention also the task of thermal insulation.
Andererseits wird durch die IR-Absorber-Schicht die in der Stegdoppel- oder mehrfachplatte befindliche Luft erheblich erwärmt. Eingestrahlte Sonnenenergie wird durch die IR-Absorber-Schicht in Wärmeenergie umgewandelt. Die vorbeiströmende Luft wird erwärmt. Mit einem nachgeschalteten Wärmetauscher kann diese warme Luft beispielsweise zur Warmwasserbereitung genutzt werden.on the other hand is made by the IR absorber layer in the bridge double or multiple plate considerably heated air. Radiated solar energy is converted into heat energy by the IR absorber layer. The passing air is heated. With a Downstream heat exchanger can, for example, this warm air be used for hot water.
Die Einbringung der funktionellen Schicht im Inneren der Stegdoppel- oder – mehrfachplatte bietet zudem den Vorteil, dass diese Schicht gegenüber der Witterung und mechanischen Einflüssen geschützt ist.The Introduction of the functional layer in the interior of the bridge double or - multiple plate also has the advantage that this Layer against the weather and mechanical influences is protected.
Idealerweise kann der erfindungsgemäße Sonnenenergiekollektor direkt als Dachfenster oder sonstige lichtdurchlässige Bedachung genutzt werden.Ideally can the solar energy collector according to the invention directly as a skylight or other translucent Roofing be used.
Die Erfindung betrifft Stegdoppel- oder -mehrfachplatten als Sonnenenergiekollektoren bestehend aus einem transparenten thermoplastischen Kunststoff, enthaltend einen oder mehrere, die Transparenz des Kunststoffkörpers nicht beeinträchtigenden IR-Absorber, der im Bereich der nahen Infrarotstrahlung (780 nm bis 1100 nm) eine mittlere Transmission von weniger als 80%, bevorzugt weniger als 75 aufweist.The The invention relates to web double or multiple plates as solar energy collectors consisting of a transparent thermoplastic material, containing one or more, the transparency of the plastic body non-interfering IR absorber in the field of Near infrared radiation (780 nm to 1100 nm) has an average transmission of less than 80%, preferably less than 75.
Zusätzlich
kann eine Mischung aus einem Ruß und Farbmitteln enthalten
sein, so dass der Kunststoffkörper oder gegebenenfalls
auch nur Teilbereiche des Kunststoffkörpers einen Grauton
bezogen auf den Cie-Lab-Farbraum innerhalb von L* entsprechend dem
angegebenen Lichttransmissionsbereich, z. B. L* im bereich 10 bis
75 oder 30 bis 75, sowie
a* = +/– 5,0, bevorzugt –5,0
bis –0,5 besonders bevorzugt –3,0 bis –2,0
und
b* = +/– 5,0, bevorzugt 1,0 bis 5,0 besonders
bevorzugt 3,0 bis 4,5 aufweist.In addition, a mixture of a carbon black and colorants may be included, so that the plastic body or possibly only portions of the plastic body a gray tone based on the Cie-Lab color space within L * corresponding to the specified light transmission range, eg. B. L * in the range 10 to 75 or 30 to 75, as well
a * = +/- 5.0, preferably -5.0 to -0.5, more preferably -3.0 to -2.0, and
b * = +/- 5.0, preferably 1.0 to 5.0, more preferably 3.0 to 4.5.
Der Kunststoffkörper weist eine SK-Zahl von kleiner 1,15, insbesondere kleiner 1,1, z. B. 1,0 bis 1,1 oder gegebenenfalls 0,8 bis 1,1 auf.Of the Plastic body has an SK number of less than 1.15, in particular smaller 1.1, z. B. 1.0 to 1.1 or optionally 0.8 to 1.1.
In
der Chemischen Industrie werden wie auch in der Glasindustrie, vor
allem 2 Farbsysteme bzw. Farbräume genutzt, um den Eindruck
von gefärbten Kunststoffen bzw. Gläsern wiederzugeben.
Dies sind die Normfarbtafel und der Cie-Lab-Farbraum, die in der
Der Cie-Lab Farbraum erlaubt im Gegensatz zur zweidimensionalen Normfarbtafel, Farbvergleiche vorzunehmen und den Abstand zu Sollfarben zu messen. Die Größe L* gibt dabei die Helligkeit (leightness) an und korreliert in etwa mit dem Transmissionsgrad eines zu messenden Kunststoffkörpers. L* im Bereich 10 bis 75 korreliert in etwa mit Lichttransmission (D65) von 15 bis 70%. Die Größe a* gibt die rot-grün-Buntheit an, die Größe b* die gelb-blau-Buntheit. Der Farbraum L* im Bereich bzw. gleich 10 bis 75, a* = +/– 5,0 und b* = +/– 5,0 steht daher für einen transparenten Kunststoffkörper mit einem Grauton. Je nach Lage von a* und b* kann der Grautone eine leichten Anklang (Stichigkeit) ins Rote, Grüne, Gelbe oder Blaue aufweisen oder bei a* und b* = 0 auch völlig neutral ausfallen.Of the Cie-Lab color space allows, in contrast to the two-dimensional standard color chart, Make color comparisons and measure the distance to target colors. The size L * indicates the brightness (leightness) and correlates approximately with the transmittance of a to be measured Plastic body. L * in the range 10 to 75 correlates in with light transmission (D65) of 15 to 70%. The size a * indicates the red-green chroma, the size b * the yellow-blue colourfulness. The color space L * in the range or the same 10 to 75, a * = +/- 5.0 and b * = +/- 5.0 therefore for a transparent plastic body with a gray tone. Depending on the location of a * and b * may be the gray tone a slight resounding (redness) into red, green, yellow or blue, or completely at a * and b * = 0 neutral.
Der
Kunststoffkörper kann eine Lichttransmission (D65,
Die erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektoren werden mittels einer Hohlkammerplatte, insbesondere einer Stegdoppelplatte, einer Stegmehrfachplatte, insbesondere einer Stegdreifachplatte oder einer Stegvierfachplatte realisiert.The Solar energy collectors according to the invention are by means of a hollow chamber plate, in particular a double-skin plate, a multi-web plate, in particular a web triple plate or a bridge quadruple plate realized.
Die Hohlkammerplatte kann aus mindestens zwei Schichten bestehen, die nicht fest verbunden sind und/oder durch Coextrusion oder durch Lamination oder durch Lackieren fest verbunden sind.The The hollow panel may consist of at least two layers, the not firmly connected and / or by coextrusion or by Lamination or are firmly connected by painting.
Hohlkammerplatten bzw. Stegplatten bestehen aus zwei gegenüber liegenden flächigen Schichten, den außen liegenden Gurten, den Ober- und Untergurten, die durch senkrechte oder diagonal angeordnete Stege miteinander verbunden sind. Die flächigen Schichten liegen bevorzugt parallel zueinander gegenüber. Bei einer Stegdoppelplatte z. B. liegen zwei parallel gegenüberliegende Gurtschichten, nämlich der Obergurt und Untergurt, mit entsprechenden Stegen vor. Eine Stegdreifachplatte weist zusätzlich einen parallel zu Ober- und Untergurt angeordneten Zwischengurt auf. Zwischengurte liegen im Gegensatz zu Ober- und Untergurt in Innern der Platte. Bei einer Fachwerkstegplatte können die Stege zumindest teilweise diagonal angeordnet sein.Cellular sheets or web plates consist of two opposite ones flat layers, the outer straps, the upper and lower girths by vertical or diagonally arranged webs connected to each other. The flat layers are preferably parallel to each other. In a double bridge plate z. B. lie two parallel belt layers, namely the upper and lower flange, with corresponding Webs before. A web tripod plate also has one Intermediate belt arranged parallel to upper and lower belt. between belts lie in contrast to upper and lower chord in the interior of the plate. In a truss bridge plate, the webs can at least be arranged partially diagonally.
Der IR-Absorber befindet sich zweckmäßigerweise in der aufgelegten, coextrudierten, laminierten und/oder auflackierten Schicht. Diese Schicht kann, muss jedoch nicht Russ und Farbmittel enthalten.Of the IR absorber is conveniently located in the laid, coextruded, laminated and / or lacquered Layer. This layer may but does not need soot and colorants contain.
Bevorzugt befindet sich im Falle eines mehrschichtigen Kunststoffkörpers der IR Absorber in einer Schicht, z. B. einer innen liegenden, dünnen coextrudierten Schicht, während sich Russ und Farbmittel in einer anderen Schicht, insbesondere in dem darunter liegenden Basisformkörper, befinden.Prefers is in the case of a multilayer plastic body the IR absorber in a layer, z. B. an internal, thin coextruded layer, while soot and colorant in another layer, especially in the underlying one Basic shaped body, are located.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist eine Hohlkammerplatte, insbesondere eine Stegdoppelplatte, eine Stegmehrfachplatte, insbesondere eine Stegdreifachplatte oder eine Stegvierfachplatte, bei der ein oder gegebenenfalls beide Gurte sowie die übrige Stegplatte coextrudiert sind, wobei zumindest ein coextrudierter Gurt den IR-Absorber, sowie Ruß und Farbmittel enthält. Die übrige Stegplatte kann z. B. farblos sein oder, um einen gleichmäßigen Farbeindruck zu gewährleisten, Ruß oder Ruß und Farbmittel enthalten. Besonders bevorzugt besteht die Stegplatte dabei aus schlagzähmodifiziertem Poly(meth)acrylat. Die Coextrusion eines kompletten außen liegenden Gurtes hat den Vorteil, daß die Schicht eine ausreichende Stärke bzw. Dicke, z. B. von 0,5 bis 2 mm hat, die es gestattet bei guter Verteilung im Extrusionswerkzeug eine Kunststoff-Formmasse annähernd gleicher oder gleicher Schmelzviscosität wie für den Basisformkörper einzusetzen. Insbesondere kann die gleiche Kunststoffformmasse für beide Schichten verwendet werden. Dies hat bei einer Stegplatte aus schlagzähmodifizierten Poly(meth)acrylat den Vorteil, dass die Hagelschlagbeständigkeit der coextrudierten Gurtschicht nicht geringer als die des Basisformkörpers ist. Dies wäre bei sehr dünnen Coextrusionschichten, die aus Gründen der Verteilung der Schmelze im Extrusionswerkzeug die Verwendung einer niedrigviskosen Formmasse verlangt, zwangsläufig der Fall.A Another preferred embodiment is a hollow chamber plate. in particular a double-skin plate, a multi-plate plate, in particular a bridge triple plate or a bridge quad plate, in which one or if necessary, both straps and the rest of the web plate coextruded, at least one coextruded belt containing the IR absorber, and carbon black and colorants. The rest Web plate can z. B. colorless or to a uniform To ensure color impression, soot or soot and Colorant included. Particularly preferred is the web plate while impact-modified poly (meth) acrylate. The Coextrusion of a complete outer belt has the advantage that the layer has sufficient strength or thickness, z. B. from 0.5 to 2 mm, which allows it with good Distribution in the extrusion tool approximate a plastic molding compound the same or the same melt viscosity as for to use the basic shaped body. In particular, the same plastic molding compound used for both layers become. This has impact-modified at a web plate Poly (meth) acrylate has the advantage that the hail impact resistance of coextruded belt layer not less than that of the base molding is. This would be with very thin coextrusion layers, for reasons of distribution of the melt in the extrusion die the use of a low-viscosity molding material, inevitably the case.
Die
bevorzugte Möglichkeit, die IR-absorbierende Schicht zu
plazieren, besteht im Rahmen einer durchgehenden coextrudierten
Innenbeschichtung eines oder beider Gurte. Ein entsprechendes Extrusionswerkzeug
für die Innenbeschichtung der Gurtflächen von
Stegplatten ist aus der
Übliche
Abmessungen für Stegplatten sind:
Dicke der Ober-
und Untergurte bei Stegplatten: ca. 0,4 bis 3 mm
Dicke der
Zwischengurte und Stege bei Stegplatten: ca. 0,1 bis 2 mm.
Längen:
bis ca. 6000 mm oder mehr (bei Bedarf entsprechend abgelängt)Usual dimensions for web plates are:
Thickness of the upper and lower straps for web plates: approx. 0.4 to 3 mm
Thickness of the intermediate straps and webs with web plates: approx. 0.1 to 2 mm.
Lengths: up to approx. 6000 mm or more (if necessary cut to length)
Materialienmaterials
Die
Stegplatten bestehen im wesentlichen aus einem transparenten thermoplastischen
Kunststoff-Basismaterial, das ein z. B. ein Polymethylmethacrylat-Kunststoff,
ein schlagzäh modifiziertes Polymethylmethacrylat (siehe
z. B.
Ein transparentes thermoplastisches Kunststoffmaterial bzw. Kunststoffbasismaterial hat, ohne IR-Absorber, Russ und Farbmittel, z. B. eine Lichttransmission (D65) von 15 bis 92, bevorzugt 65 bis 90%.One transparent thermoplastic plastic material or plastic base material has, without IR absorber, soot and colorants, z. B. a light transmission (D65) from 15 to 92, preferably 65 to 90%.
Bei bestimmten Anwendungen, z. B. wenn eine Blendung durch sehr intensive Sonnenstrahlung vermeiden werden soll, kann dem transparenten thermoplastischen Kunststoff-Basismaterial auch ein Streumittel, z. B. BaSO4, z. B. in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-%, oder ein anderes Lichtstreumittel, z. B. Lichtstreuperlen zugesetzt werden, wodurch der ursprünglich transparente Kunststoff lichtstreuend, transluzent wird.For certain applications, eg. B. if glare is to be avoided by very intense solar radiation, the transparent thermoplastic resin base material and a scattering agent, for. B. BaSO 4 , z. B. in amounts of 0.5 to 5 wt .-%, or another light scattering agent, for. As Lichtstreuperlen be added, whereby the original transparent plastic light scattering, translucent.
Lichtstreuperlen
können z. B. in Konzentrationen von 0,1 bis 30 Gew.-%,
bevorzugt 0,5 bis 10 Gew.-% zugesetzt werden. Vernetzte Lichtstreuperlen
aus Copolymeren aus Methymethacrylat und Styrol oder Benzylmethacrylat,
die insbesondere für Basisformkörper aus Polymethylmethacrylat
geeignet sind, sind z. B. bekannt z. B. aus
Die IR-absorbierende SchichtThe IR absorbing layer
Die Schichtdicke der innen liegenden, dünnen Schicht liegt z. B. im Bereich von 2 bis 250 μm.The Layer thickness of the inner, thin layer is z. B. in the range of 2 to 250 microns.
Die Schichtdicken coextrudierter Schichten liegen bevorzugt im Bereich von 5 bis 250, bevorzugt von 20 bis 150, insbesondere 50 bis 125 μm.The Layer thicknesses of coextruded layers are preferably in the range from 5 to 250, preferably from 20 to 150, especially 50 to 125 microns.
Die Schichtdicken laminierter Schichten liegen bevorzugt im Bereich von 10 bis 250, bevorzugt von 10 bis 100 μm.The Layer thicknesses of laminated layers are preferably in the range from 10 to 250, preferably from 10 to 100 microns.
Die Schichtdicken lackierter Schichten liegen nach der Trocknung bevorzugt im Bereich von 2 bis 50, bevorzugt von 5 bis 25 μm.The Layer thicknesses of coated layers are preferred after drying in the range of 2 to 50, preferably from 5 to 25 microns.
Die
IR-absorbierende Schicht kann zusätzlich einen UV-Absorber
in üblichen Konzentrationen, z. B. 0,1 bis 15 Gew.-%, enthalten,
um den IR-Absorber und die Kunststoff-Matrix vor Abbau durch UV-Strahlung
zu schützen. Der UV Absorber kann ein flüchtiger,
niedermolekularer, ein wenig flüchtiger, hochmolekularer
oder ein einpolymerisierbarer UV-Absorber sein (s. z. B.
Die Kunststoffmatrix der IR absorbierenden Schicht besteht aus transparentem Kunststoff-Basismaterial, das thermoplastisch, thermoelastisch oder vernetzt sein kann. Bevorzugt besteht das Kunststoff-Basismaterial der IR absorbierenden Schicht aus demselben Typ von transparenten, thermoplastischen Kunststoff-Basismaterial, aus dem auch der Basisformkörper besteht, also z. B. aus einem Polymethylmethacrylat-Kunststoff, einem schlagzäh modifizierten Polymethylmethacrylat-Kunststoff, einem Polycarbonat-Kunststoff (verzweigtes oder lineares Polycarbonat), einem Polystyrol-Kunststoff, einem Polyethylentherephthalat-Kunststoff oder einem Acrylnitril-Butadien-Stryrol (ABS)-Kunststoff.The Plastic matrix of the IR absorbing layer is made of transparent Plastic base material that is thermoplastic, thermoelastic or can be networked. Preferably, the plastic base material the IR absorbing layer of the same type of transparent, Thermoplastic plastic base material, from which also the basic shaped body exists, so z. B. from a polymethyl methacrylate plastic, an impact-modified polymethyl methacrylate plastic, a polycarbonate plastic (branched or linear polycarbonate), a polystyrene plastic, a polyethylene terephthalate plastic or an acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) plastic.
Dabei kann der Basisformkörper z. B. aus einer höher viskoseren Variante eines Kunststoff-Typs bestehen, z. B. Polymethylmethacrylat, und die Kunststoffmatrix aus einer niedriger viskosen Variante des gleichen Typs, z. B. einem niedrigviskoseren Polymethylmethacrylat, das sich z. B. besonders gut für die Coextrusion eignet.there can the base molding z. B. from a higher viscous variant of a plastic type, for. Polymethylmethacrylate, and the plastic matrix of a lower viscous variant of the same type, for. B. a lower viscosity polymethylmethacrylate, the z. B. is particularly well suited for coextrusion.
Durch die Anwesenheit des IR-Absorbers erscheint die äußere Schicht und dadurch der gesamte Kunststoffkörper, je nach eingesetztem IR-Absorber grünlich bis bläulich türkis. In Fällen, in denen man dieser Farbeindruck vermeiden oder mildern möchte, kann man ein lichtstreuendes Pigment, z. B. ein Weißpigment, z. B. Bariumsulfat, in Mengen von 0,5 bis 5 Gew.-% zusetzen. Die hat den technischen Vorteil, daß der Blendeffekt bei durchscheinender Sonne gemildert wird, indem das Licht gestreut wird. Gegebenenfalls kann durch Zugabe von Farbstoffen eine Kompensation des Farbeindrucks erreicht werden.Due to the presence of the IR absorber, the outer layer appears and thereby the entire Plastic body, depending on the used IR absorber greenish to bluish turquoise. In cases where you want to avoid or mitigate this color impression, you can use a light-scattering pigment, eg. B. a white pigment, z. As barium sulfate, in amounts of 0.5 to 5 wt .-% enforce. This has the technical advantage that the glare effect in translucent sun is mitigated by the light is scattered. Optionally, a compensation of the color impression can be achieved by adding dyes.
Bei bestimmten Anwendungen, z. B. wenn eine Blendung durch sehr intensive Sonnenstrahlung vermeiden werden soll, kann dem transparenten Kunststoff-Basismaterial der zusätzlichen Schicht auch ein Streumittel, z. B. BaSO4 oder ein anderes Lichtstreumittel, z. B. Lichtstreuperlen zugesetzt werden, wodurch der ursprünglich transparente Kunststoff lichtstreuend, transluzent, wird.For certain applications, eg. B. when a glare is to be avoided by very intense solar radiation, the transparent plastic base material of the additional layer can also be a scattering agent, for. B. BaSO 4 or another light scattering agent, for. As Lichtstreuperlen be added, whereby the original transparent plastic light scattering, translucent, is.
Gegebenenfalls kann sich auf der zusätzlichen Schicht aus transparentem Kunststoff, die eine IR-absorbierende Schicht enthält, noch eine oder mehrere weitere z. B. coextrudierte, lackierte oder laminierte Schicht aus Kunststoff, bevorzugt transparentem Kunststoff befinden. In diesem Fall liegt die IR-absorbierende Schicht nicht außen sondern innerhalb der äußeren Schicht des Kunststoffkörpers. Die weitere oder die weiteren Schichten können verschiedene Funktionen haben, z. B. mechanischer Schutz der IR-absorbierenden Schicht, z. B. als kratzfeste Beschichtung, Anti-Graffity-Beschichtung, UV-Absorber-Schicht, Pigment-haltige Schicht, um einen Farbeindruck zu bewirken etc.. bevorzugt liegen die Schichtdicken der weiteren Schichten im Bereich von 2 bis 200, bevorzugt von 5 bis 60 μm.Possibly can be on the additional layer of transparent Plastic containing an IR-absorbing layer, one more or more z. B. coextruded, painted or laminated layer of plastic, preferably transparent plastic are located. In this case, the IR-absorbing layer is not outside but inside the outer layer of the plastic body. The further or the further layers can have different functions, eg. B. mechanical Protection of the IR-absorbing layer, e.g. B. as a scratch-resistant coating, Anti-graffiti coating, UV absorber coating, pigmented coating, in order to effect a color impression etc .. Preferably, the layer thicknesses are the further layers in the range of 2 to 200, preferably of 5 up to 60 μm.
Es
kann z. B. sinnvoll sein im Falle einer Stegplatte aus Polycarbonat
auf die IR-Absorber-Schicht noch eine zusätzliche z. B.
coextrudierte Schicht aufzubringen, die einen UV-Absorber enthält
und das Polycarbonat vor vorzeitiger Verwitterung schützt
(Stegplatten aus Polycarbonat mit zusätzlicher UV-Absorber-Schicht
sind z. B. aus
Der IR-AbsorberThe IR absorber
Die Verwendung der zur Ausführung der Erfindung geeigneten IR-absorbierenden Verbindungen als Zusatz zu verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen ist im Prinzip bekannt (siehe Stand der Technik).The Use of suitable for carrying out the invention IR-absorbing compounds as an additive to various thermoplastic Plastics are known in principle (see prior art).
Die zusätzliche Schicht enthält einen die Transparenz des Kunststoffkörpers nicht beeinträchtigenden IR-Absorber. Dies bedeutet, daß der Kunststoffkörper in Gegenwart des enthaltenen IR-Absorbers klar durchsichtig bleibt. Dies ist möglich, da der IR-Absorber in der Kunststoffmatrix der zusätzlichen Schicht quasi löslich oder mit einpolymerisiert ist. Da lösliche IR-Absorber relativ hochmolekular sind, kommt es in der Regel nicht zu einer Migration in darunter oder gegebenenfalls darüber liegende Kunststoffschichten.The additional layer contains the transparency the plastic body not impairing IR absorber. This means that the plastic body in presence the included IR absorber remains clear. This is possible because the IR absorber in the plastic matrix of the additional layer quasi-soluble or polymerized with is. Since soluble IR absorbers are relatively high molecular weight, there is usually no migration in or below optionally overlying plastic layers.
Der IR-Absorber kann eine organische Cu(II)-Phosphat-Verbindung sein. Bevorzugt ist z. B. eine organische Cu(II)-Phosphat-Verbindungen, die aus 4 Gewichts-Teilen Phosphorsäuremethacryloyloxyethylester (PMOE) und einem Gewichts-Teil Kupfer-(II)-carbonat (KCB) erhalten werden kann.Of the IR absorber may be an organic Cu (II) phosphate compound. Preferably z. B. an organic Cu (II) phosphate compounds, consisting of 4 parts by weight of phosphoric acid methacryloyloxyethyl ester (PMOE) and one part by weight of copper (II) carbonate (KCB) can.
Geeignet
sind weiterhin z. B. organische Cu(II)-phosphat-Komplexe, wie z.
B. in
Der
IR-Absorber kann ein Phthalocyaninderivat sein. Bevorzugt sind Phthalocyaninderivate
wie z. B. wie in den Patenten
Der
IR-Absorber kann ein Perylen-Derivat sein oder z. B. eine Quaterrylentetracarbonsäureimid-Verbindung
sein, wie z. B. in
Bevorzugt sind die nicht vernetzenden Verbindungen, da sich diese z. B. für das Coextrusionsverfahren oder für das Aufbringen in nicht polymerisierenden Lacken eignen, die nach dem Abdampfen eines Lösungsmittels von selbst aushärten. Der Auftrag einer IR-absorbierenden Schicht durch Laminieren mit vorgefertigten Folien hat den Vorteil, dass die Folienherstellung in der Regel eine gleichmäßigere Schichtdickenverteilung erlaubt. Auflaminierte Folienschichten, die den IR-Absorber enthalten sind meist gleichmäßiger als entsprechende coextrudierte Schichten. IR-Absorber mit hohem Molekulargewicht oder einpolymerisierend IR-Absorber haben den Vorteil besonders migrationsstabil zu sein, d. h. sie wandern bei hohen Herstellungs- oder Gebrauchstemperaturen oder in Zuge der Nutzungsdauer praktisch nicht in die darunter oder gegebenenfalls darüber liegenden Kunststoff-Schichten.Preferably, the non-crosslinking compounds, as these z. B. for the coextrusion process or for application in non-polymerizing paints that cure after evaporation of a solvent by itself. The application of an IR-absorbing layer by lamination with prefabricated films has the advantage that the film production generally allows a more uniform layer thickness distribution. Laminated film layers containing the IR absorber are usually more uniform than corresponding coextruded layers. IR absorber with high molecular weight or copolymerizing IR absorbers have the advantage of being particularly stable to migration, ie they do not migrate at high production or service temperatures or in the course of the useful life practically in the underlying or optionally overlying plastic layers.
Die oben genannten IR-Absorber-Typen können z. B. in einer coextrudierten oder laminierten Kunststoff-Matrix in einer Konzentration von 0,01 bis 5, bevorzugt von 0,05 bis 2, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-% vorliegen.The The above-mentioned IR absorber types can, for. B. in one coextruded or laminated plastic matrix in one concentration from 0.01 to 5, preferably from 0.05 to 2, in particular 0.1 to 0.5 Wt .-% present.
In polymerisierenden Lacksystemen kann die Konzentration z. B. 0,1 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Lacktrockensubstanz betragen.In polymerizing paint systems, the concentration z. B. 0.1 to 5 wt .-% based on the paint dry substance amount.
In nicht polymerisierenden Lacksystemen kann die Konzentration z. B. 0,2 bis 5 Gew.-% bezogen auf die Lacktrockensubstanz betragen.In non-polymerizing paint systems, the concentration z. B. 0.2 to 5 wt .-% based on the paint dry substance.
Ein bevorzugter der IR-Absorber ist Lanthan-Hexaborid (LaB6) ist. Dieser IR-Absorber ist bereits in sehr niedrigen Konzentrationen wirksam.A preferred IR absorber is lanthanum hexaboride (LaB 6 ). This IR absorber is already effective in very low concentrations.
Lanthan-Hexaborid (LaB6) kann in einer z. B. Konzentration von 0,0005 bis 0,1, bevorzugt 0,005 bis 0,08 Gew.-% vorliegen. Handelsübliche Lanthan-Hexaborid Präparationen, die aus ca. 10–30 Gew.-% Lanthan-Hexaborid, 15 bis 35 Gew.-% Zirconiumoxid und 40 bis 60 Gew.-% an organischen dispergierenden Agenzien enthalten können sind für die Zwecke der Erfindung geeignet.Lanthanum hexaboride (LaB 6 ) can be found in a z. B. concentration of 0.0005 to 0.1, preferably 0.005 to 0.08 wt .-% are present. Commercially available lanthanum hexaboride preparations, which may contain from about 10-30% by weight of lanthanum hexaboride, from 15 to 35% by weight of zirconium oxide and from 40 to 60% by weight of organic dispersing agents, are suitable for the purposes of this invention ,
Selektivitätskennzahl (SK-Zahl, T/g nach DIN 67 507)Selectivity index (SK number, T / g according to DIN 67 507)
Das
Verhältnis zwischen Lichttransmissionsgrad (T) und Gesamtenergiedurchlassgrad
(g) ist kleiner 1,15, insbesondere kleiner 1,1, z. B. 1,0 bis 1,1
oder gegebenenfalls 0,8 bis 1,1. Der Gesamtenergiedurchlassgrad
(g) beschreibt den Anteil der Energie der Sonnenstrahlung, der durch
den Körper hindurchgeht. Er setzt sich zusammen aus direkt
transmittierter Strahlung und einen durch Absorption erzeugten Wärmeanteil.
Eine hohe Wärmedämmung kann dadurch erreicht,
dass der Körper aus mindestens zwei massiven Schichten
besteht, die jeweils durch Luftkammern thermisch entkoppelt sind.
Die Schichten sind bei Stegplatten durch dünne Stege miteinander
verbunden. Die IR-absorbierende Schicht besteht bevorzugt aus einer
auf dem Basismaterial haftenden Überzugsschicht aus einem
transparenten Kunststoff, die eine oder mehrere IR-absorbierende
Verbindungen enthält. Konzentration der IR-absorbierenden
Verbindung und Schichtdicke der Überzugsschicht sind bevorzugt
z. B. so zu wählen, dass das Maximum der Absorption im
Bereich zwischen 780 und 1100 nm mindestens 25%, insbesondere mindestens
50% beträgt. Die mittlere Absorption im Bereich zwischen
780 und 1100 nm kann z. B. bevorzugt mindestens 10, besonders bevorzugt
mindestens 20, insbesondere mindestens 25% betragen. Bei einer Mehrfachstegplatte kann
die Wärmedurchgangszahl nach
Verwendunguse
Der erfindungsgemäßen lichtdurchlässigen Sonnenenergiekollektoren können als Verglasungs-, Überdachungs- oder Wärmedämmelement verwendet werden. Durch einfache Kombination mit einem herkömmlichen Wärmetauscher kann die in den Sonnenenergiekollektoren erzeugte Wärmeenergie zur Erwärmung von Wasser oder Raumluft oder direkt zur Energiegewinnung verwendet werden.Of the translucent according to the invention Solar energy collectors can be used as glazing, roofing or thermal insulation element can be used. By simple combination with a conventional heat exchanger can the heat energy generated in the solar panels for heating water or room air or directly to Energy production can be used.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der Energieanteil des Lichts an der Sonnenstrahlung beträgt ca. 50%, der UV-Strahlungsanteil beträgt ca. 5% und ca. 45% entfällt auf die NIR-Strahlung. Alle drei Strahlungsarten tragen zur Aufheizung von verglasten Räumen bei. Wärmeschutzverglasungen nach dem Stand der Technik basieren entweder auf Reflexion oder auf Absorption der Sonnenstrahlung.Of the Energy content of the light at the solar radiation amounts approx. 50%, the proportion of UV radiation is approx. 5% and approx. 45% is accounted for by the NIR radiation. All three types of radiation contribute to the heating of glazed rooms. Thermal insulation glazing The prior art is based either on reflection or on absorption of solar radiation.
Einfache Systeme reduzieren den Gesamtenergiedurchlassgrad durch Reduktion der Strahlungstransmission im gesamten Bereich der Sonnenstrahlung (von 300 nm bis 2500 nm). Rußpigmente absorbieren in diesem Bereich die Strahlung und reduzieren so je nach Schichtdicke bzw. Konzentration den Gesamtenergiedurchlassgrad. Dadurch wird die Lichttransmission jedoch ebenfalls reduziert. Die Selektivitätskennzahl, die das Verhältnis der Lichttransmission zum Gesamtenergiedurchlassgrad beschreibt, ist in diesen Systemen daher nicht größer als bei Standardverglasungen, oder im Fall von Rußpigmenten sogar noch schlechter. Es gibt jedoch Anwendungen wie z. B. Gewächshäuser, bei denen eine hohe Selektivitätskennzahl von Vorteil ist. Eine hohe Selektivitätskennzahl erreicht man durch selektive, hohe Transmission im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 380 nm und 780 nm und Abschirmung gegen IR- Strahlung (> 780 nm) als auch UV-Strahlung (< 380 nm). Diese Selektivität wird bei reflektierenden Systemen durch Interferenz erzeugt. Entweder man bedampft die Oberflächen mit Schichten unterschiedlicher Brechungsindizes bei Schichtdicken im Submikrometerbereich, oder man verwendet Pigmente, die solche Interferenzschichten bereits enthalten. Die Bedampfung der Oberfläche ist technisch sehr aufwendig und der Einsatz der Pigmente führt zu einer starken Streuung der Strahlung, wodurch die Transparenz verloren geht. Absorbierende Systeme verwenden Substanzen, die im sichtbaren Bereich eine nur geringe und im NIR-Bereich eine hohe Absorption aufweisen.Simple systems reduce the overall energy transmittance by reducing radiation transmission over the entire solar radiation range (from 300 nm to 2500 nm). Carbon black pigments absorb the radiation in this area and thus reduce the total energy transmittance depending on the layer thickness or concentration. As a result, the light transmission is also reduced. The selectivity index, which describes the ratio of light transmission to total energy transmittance, is therefore no greater in these systems than standard glazes, or even worse in the case of carbon black pigments. However, there are applications such. As greenhouses where a high selectivity index is beneficial. A high selectivity index is achieved by selective, high transmission in the visible wavelength range between 380 nm and 780 nm and shielding against IR radiation (> 780 nm) and UV radiation (<380 nm). This selectivity is generated by interference in reflective systems. Either the surfaces are coated with layers of different refractive indices at layer thicknesses in the submicrometer range, or pigments are used which already contain such interference layers. The evaporation of the surface is technically very complicated and the use of the pigments leads to a strong scattering of the radiation, whereby the transparency is lost. Absorbent systems use substances that have a low absorption in the visible range and a high absorption in the NIR range.
Ein Nachteil dieser Systeme liegt darin, dass die absorbierte Strahlung zu einer Erwärmung des Verglasungskörpers führt. Die Sonnenstrahlung, bestehend aus UV-, VIS- und NIR-Strahlung trifft auf die Verglasung. Der wesentliche Teil der Strahlung im sichtbaren Bereich wird transmittiert. Der Anteil der Strahlung, der durch die Verglasung absorbiert wird, wird als langwellige Wärmestrahlung nach außen (qa) und in geringem Maße nach innen (qi) abgegeben. Durch das erfindungsgemäße Ausnutzen der Konvektionsverhältnisse wird wesentlich mehr Wärme nach außen als nach innen abgegeben.A disadvantage of these systems is that the absorbed radiation leads to a heating of the glazing body. The solar radiation, consisting of UV, VIS and NIR radiation impinges on the glazing. The essential part of the radiation in the visible range is transmitted. The portion of the radiation that is absorbed by the glazing is emitted as long-wave heat radiation to the outside (q a ) and to a slight extent inside (q i ). By exploiting the convection ratios according to the invention, substantially more heat is released to the outside than to the inside.
Der Teil der langwelligen Wärmestrahlung, der nach innen in den Raum abgegeben wird, trägt zum Gesamtenergiedurchlassgrad bei. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der leichten Herstellbarkeit der Kunststoffkörper. Im Coextrusionsverfahren können in einem kontinuierlichen Prozess Mehrfachstegplatten mit niedrigem k-Wert direkt mit einer Deckschicht, die den IR-Absorber enthält, ausgestattet werden.Of the Part of the long-wave heat radiation going inwards in the space is discharged contributes to the total energy transmittance at. Another advantage of the invention is the ease of manufacture the plastic body. In the coextrusion process can in a continuous process multi-web plates with low k value directly with a cover layer containing the IR absorber, be equipped.
Die erfindungsgemäße Nutzung der Sonnenenergiekollektoren verbindet den herkömmlichen Einsatz als Bedachung oder Fenster mit der Energiegewinnung. Zudem wird das Raumklima des hinter den erfindungsgemäßen Sonnenenergiekollektoren gelegenen Räume positiv beeinflusst. Die direkte Sonnen- und Wärmeeinstrahlung wird reduziert und gleichzeitig Energie gewonnen.The inventive use of solar energy collectors combines the conventional use as a roofing or Window with the energy production. In addition, the indoor climate of the back the solar energy panels according to the invention areas positively influenced. The direct sun and heat radiation is reduced while energy won.
Lichttransmissionsgrad, Gesamtenergiedurchlassgrad und SelektivitätskennzahlLight transmittance, total energy transmittance and selectivity index
Der Lichtransmissionsgrad und der Gesamtenergiedurchlassgrad sind abhängig von der Art, Konzentration und Schichtdicke des IR-Absorbers in der Deckschicht, als auch von dem Basiskörper. Der geeignete Lichttransmissionsgrad ist abhängig von der Anwendung. In Gewächshäusern sollte er sehr hoch sein, da er direkt Einfluss auf den Ertrag hat. Bei Überdachungen von Fußgängerpassagen oder großflächigen Verglasungen in klimatisierten Gebäuden ist eher ein sehr niedriger Gesamtenergiedurchlassgrad wichtig. Durch weiteren Zusatz von Rußpigmenten oder anderen Farbmitteln in die Deckschicht, die sowohl im sichtbaren als auch im NIR-Bereich absorbieren, kann die Lichttransmission und gleichermaßen der Gesamtenergiedurchlassgrad noch weiter reduziert werden. Die Mindestlichttransmission sollte ungefähr mindestens 30% betragen. Bei nicht eingefärbten Stegdoppelplatten als Basiskörper kann die max. Lichttransmission bis zu 86% betragen. Bei unbeschichteten Stegplatten beträgt die Selektivitätskennzahl ca. 1, an einseitig im Sinne der Erfindung beschichteten Systemen wurden SK-Zahlen in ähnlicher Größe ermittelt.Of the Light transmittance and the total energy transmittance are dependent on the type, concentration and layer thickness of the IR absorber in the top layer, as well as the base body. The suitable light transmission depends on the application. In greenhouses It should be very high, as it has a direct impact on the yield. For roofs of pedestrian passages or large glazing in air-conditioned Buildings is rather a very low total energy transmittance important. By further addition of carbon black pigments or others Colorants in the topcoat, both in the visible and in the NIR range can absorb, light transmission and alike the total energy transmittance can be further reduced. The Minimum light transmission should be at least 30% be. For non-dyed double-skin panels as Base body can the max. Light transmission up to 86% be. For uncoated web plates, the selectivity index is about 1, on one side in the context of the invention coated systems SK numbers of similar size were determined.
Der
Kunststoffkörper hat z. B. die Gestalt einer Stegmehrfachplatte,
bestehend aus mindestens zwei parallelen Kunststoffschichten, die
durch senkrecht oder diagonal angeordnete Stege miteinander verbunden sind.
Typische Dicken für die beiden äußeren
Platten liegen zwischen 0,2 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5
mm und 3 mm. Typische Dicken für eventuell vorhandene innere
Platten liegen zwischen 0.05 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 0,1
mm und 1 mm. Um eine effektive Wärmedämmung zu
erreichen, sollte der Abstand zwischen den Platten mindestens 1
mm, vorzugsweise mehr als 4 mm betragen. Die Stegdicke sollte zwischen
0,2 mm und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0.5 mm und 3 mm liegen. Der
geeignete Stegabstand liegt zwischen 5 mm und 150 mm, vorzugsweise
zwischen 10 mm und 80 mm. Der Körper sollte in seiner Gesamtheit
so gestaltet sein, dass die Wärmedurchgangszahl k nach
Ruß und FarbmittelSoot and colorants
Bevorzugt wird Ruß, besonders bevorzugt ein Farbruß, mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich von 10 bis 20 μm einsetzt.Prefers Soot, particularly preferably a carbon black, with a mean particle size in the range of 10 to 20 microns.
Dem Russ werden bevorzugt Farbmittel hinzufügt, die im Wellenlängenbereich von 650 bis 750 nm eine geringeres Absorptionsmaximum als im Wellenlängenbereich von 250 bis < 650 nm aufweisen.the Carbon black is preferably added in the wavelength range from 650 to 750 nm a lower absorption maximum than in the wavelength range from 250 to <650 nm.
Die Farbmittel sind vom eingesetzten IR-Absorber verschieden und in der Regel selbst nicht IR-absorbierend. Es kommen alle Farbmittel allein oder in Mischung in Betracht, mit deren Hilfe zusammen mit dem IR-Absorber und dem Russ eine entsprechende grautönige Einfärbung des Kunststoffkörpers, bzw. des eingefärbten Teils des Kunststoffkörpers, im Cie-Lab-Farbraum von L* = 10 bis 75, a* = +/– 5,0 und b* = +/– 5,0 erreicht werden kann. Es können z. B. Farbmittel aus den handelsüblichen Farbstoffreihen Thermoplast® (BASF), Macrolex® (Bayer), Sandoplast® (Clariant) oder Oracet® (Ciba)The colorants are different from the used IR absorber and usually not even IR-absorbing. There are all colorants alone or in mixture into consideration, with their help together with the IR absorber and the Russ a corresponding gray-tinted coloring of the plastic body, or the colored part of the plastic body in the Cie-Lab color space of L * = 10 to 75, a * = +/- 5.0 and b * = +/- 5.0 can be achieved. It can z. B. colorant from the commercially available dye sets thermoplastic ® (BASF), Macrolex ® (Bayer), Sandoplast ® (Clariant) or Oracet ® (Ciba)
Als Farbmittel können bevorzugt Macrolexgrün® 5B (Grünes Farbmittel auf Basis Anthrachinon mit dem Color Index Solvent Green 3) und Plast Red® 8350 (Rotes Farbmittel auf Basis Anthrachinon mit dem Color Index Disperse Red 22) hinzugefügt werden.Macrolex green® 5B (green colorant based on anthraquinone with the Color Index Solvent Green 3) and Plast Red® 8350 (red colorant based on anthraquinone with the Color Index Disperse Red 22) may preferably be added as the colorant.
Der Gehalt an Ruß und Farbmitteln zusammen kann 0,001 bis 0,15, bevorzugt 0,05 bis 0,1 Gew.-%.-%, bezogen auf die damit eingefärbte Schicht des Kunststoffkörpers, betragen.Of the Content of carbon black and colorants together may be 0.001 to 0.15, preferably 0.05 to 0.1 wt .-% .-%, based on the colored therewith Layer of the plastic body, amount.
BEISPIELEEXAMPLES
Beispiel 1example 1
Testsystem:Test System:
Der Versuchsaufbau umfasst einen Auflagetisch für die zu untersuchenden Platten, ein Auflicht in einem Abstand von 100 mm, einen geschützten Datenlogger und eine Rohacell Box mit einem Volumen von 2,2 l.Of the Experimental set-up includes a support table for those to be examined Plates, a reflected light at a distance of 100 mm, a protected Datalogger and a Rohacell box with a volume of 2.2 l.
Die Beleuchtungsdauer beträgt 45 min.The Lighting duration is 45 min.
Die Bestrahlung der Kammer erfolgte bei einer Globalstrahlung von 827 W/m2 und einer max. Lufttemperatur von 35,1°CThe Irradiation of the chamber took place with a global radiation of 827 W / m2 and a max. Air temperature of 35.1 ° C
Die
Ergebnisse werden in Tabelle 1 zusammengestellt:
Die mit IR-Absorber ausgestattete Stegvierfachplatte zeigt ein verändertes Erwärmungsverhalten. Die Temperaur wird stark erhöht, die Ausnutzung der Wärmeenergie durch Sonneneinstrahlung wesentlich verbessert.The equipped with IR absorber Stegvierfachplatte shows a changed Heating behavior. The temperature is greatly increased, the utilization of heat energy by solar radiation significantly improved.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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