BR102018000600A2

BR102018000600A2 - Vidraça de controle solar

Info

Publication number: BR102018000600A2
Application number: BR102018000600-2A
Authority: BR
Inventors: 6 § 4 Da Lpi 9279/96 Art
Original assignee: Andre Vida Pinheiro De Castro 29511639838
Priority date: 2018-01-11
Filing date: 2018-01-11
Publication date: 2019-07-30

Abstract

vidraça de controle solar maximiza a barreira térmica à entrada do calor em edificações sendo útil sua aplicação em regiões geográficas de clima quente. especialmente adaptada para absorver seletivamente as radiações infravermelha (iv) e ultravioleta (uv) solar, sendo obtida a partir da união entre os seus componentes por método outro que não a fusão, a aplicação desta vidraça no campo de construção civil cumpre com todos estes requisitos de modo extremamente eficiente, inibindo em grande parte a entrada da radiação calorífica solar (”bloqueio de calor” > 60%), bloqueando quase totalmente a entrada da radiação uv (“bloqueio uv” de 99%) e propiciando ainda, o melhor aproveitamento da iluminação natural em edificações (tl entre 25% e 60%).

Description

[001] A presente invenção é útil ao campo da construção civil, mais especificamente, para ser aplicado em fechamentos transparentes de arquitetura, tais como, janelas, fachadas, claraboias, entre outros.

[002] No campo de filtragem solar, quando aplicada em locais com características climáticas tropicais, a presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR desempenha com excelência o papel de barreira térmica à entrada da radiação solar e ao mesmo tempo, proporcionando o melhor aproveitamento da iluminação natural em edificações.

[003] No dimensionamento físico e estrutural da presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, pela variação na sua espessura, largura, comprimento e também, no tipo de tratamento térmico aplicado aos seus componentes, diferentes níveis de resistência mecânica ao impacto e a ação dos ventos poderão ser obtidos, bem como, a sua melhor adaptabilidade às dimensões e tipos de fechamento transparente, ambos elaborados com base nos projetos, especificações técnicas e memoriais de construção civil.

[004] Logo, o objetivo do presente pedido de patente é assegurar à iniciativa de inovação, a exclusividade no uso desta vidraça em fechamentos transparentes de arquitetura, oferecendo ao setor doméstico e profissional, uma opção adicional ao mercado de congêneres, alinhando-se às atuais expectativas deste mercado setorial frente às recentes metas de redução na emissão dos gases geradores do efeito estufa.

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Estado da técnica [005] Ao longo dos tempos, a crescente busca pela integração entre os ambientes internos e externos em projetos de arquitetura propiciariam a utilização de diferentes materiais em fechamentos transparentes. Logo, de acordo com as suas características intrínsecas, três diferentes classes se destacariam para esta finalidade, sendo elas, a dos materiais preponderantemente reflexivos, a dos materiais preponderantemente absortivos e a dos materiais preponderantemente transmissivos.

Materiais preponderantemente reflexivos [006] Em regiões geográficas de clima tropical, uma técnica bastante difundida no combate à entrada excessiva do calor em edificações consiste na utilização de materiais de origem inorgânica ou orgânica, dotados de propriedades ópticas preponderantemente reflexivas a exemplo do vidro, do acrílico e do policarbonato.

[007] No caso da presente invenção, a utilização de um VIDRO REFLETIVO à base de um substrato do tipo sílico-sodocálcico (obtido preferencialmente, através do processo de flutuação em estanho líquido ou processo float) é particularmente desejada, uma vez que o material possui maior resistência química às intempéries, maior empregabilidade em edificações e maior variedade dimensional em relação ao acrílico e ao policarbonato.

[008] Historicamente, a primeira geração de VIDROS REFLETIVOS deste gênero se inicia em meados de 1980, sendo produzidos neste primeiro momento pelo processo denominado pirolítico. Com pequenas variações na já reconhecida técnica de Deposição Química a partir da fase Vapor (CVD), no processo

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3/29 pirolítico, a produção da SUPERFÍCIE REFLETIVA ocorre na própria linha de produção do substrato de vidro, mediante a deposição de metais, óxidos e de outros sais metálicos sobre a sua superfície, obtendo-se como produto final, os VIDROS REFLETIVOS do tipo “hard coat”.

[009] Logo, ao serem empregadas altas temperaturas durante a etapa de pirólise, fortes ligações químicas são estabelecidas entre o substrato e a superfície refletiva conferindo-lhes, portanto, alta resistência química e mecânica.

[010] Já a partir da década 90, buscando apresentar novas soluções à arquitetura, a indústria introduziria no mercado brasileiro a sua segunda geração de VIDROS REFLETIVOS. Produzidos neste segundo momento pelo moderno processo de Deposição Física a partir da fase Vapor (mais particularmente, pelo processo Magnetron Sputtering), a produção da SUPERFÍCIE REFLETIVA passa a ser realizada de modo descontínuo, ou seja, em uma etapa posterior à fabricação do respectivo substrato.

[011] Logo, para a obtenção deste tipo de VIDRO REFLETIVO, o substrato em vidro sílico-sodo-cálcico incolor ou colorido é acondicionado inicialmente no interior da câmara de metalização a vácuo (ou coater), sendo posteriormente realizada a fabricação de sua superfície refletiva.

[012] Na câmara de metalização a vácuo, com o bombardeio iônico de alvos metálicos presentes em seu interior (sendo o “alvo”, o material de partida para a composição química da superfície refletiva), o material destes alvos irá se fragmentar (formando uma espécie de nuvem de partículas), sendo em seguida, depositado por gravidade de maneira gradativa e uniforme sobre a superfície do

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4/29 substrato, formando-se ao término do processo, o VIDRO REFLETIVO do tipo “soft coat”. Neste estágio do processo, por sinal, bastante explorado pelo estado da técnica, alternando-se entre diferentes tipos de alvos, substratos e de atmosferas no interior da câmara de metalização, as fabricantes de vidros refletivos apresentariam ao mercado uma grande variedade de produtos, seja em termos estéticos (para a obtenção de vidros refletivos nas colorações prata, azul, verde, cinza, bronze, etc.), seja em termos de resistência química e mecânica conferida à superfície refletiva, ou até mesmo, no nível de Bloqueio de calor” deste tipo de produto.

[013] Quimicamente mais refinado em relação aos vidros refletivos do tipo “hard coat”, os vidros refletivos do tipo “soft coat” apresentariam ao longo dos tempos um expressivo volume de vendas, sendo amplamente empregados até os dias atuais.

[014] Já em meados de 2005, buscando expandir ainda mais o seu portfólio de produtos, a indústria de vidros refletivos iria novamente recorrer aos produtos já homologados por suas fábricas ao redor do mundo e apresentaria no país a sua terceira geração de VIDROS REFLETIVOS (vidros refletivos baixo-emissivos), contendo na composição de sua SUPERFÍCIE REFLETIVA, materiais baixoemissivos à base de metais ou óxidos em sua forma pura ou em ligas.

[015] Estado da arte no fabrico de superfícies refletivas pelo processo Magnetron Sputtering, esta geração de vidros refletivos baixo-emissivos possui como principal característica, maior opacidade na banda do espectro infravermelho (refletindo boa parte da radiação infravermelha incidente), entretanto, apresentado como aspecto negativo, grande susceptibilidade aos danos químicos e mecânicos.

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5/29 [016] A norma ABNT NBR 16023:2011 “Vidros refletivos para controle solar - Requisitos, classificação e métodos de ensaio”, classifica cada uma destas SUPERFÍCIES REFLETIVAS segundo quatro classes distintas. São elas:

[017] Classe A - compreende as superfícies refletivas obtidas pelo processo pirolítico, resistentes quimicamente e mecanicamente à abrasão;

[018] Classe B - compreende as superfícies refletivas obtidas pela técnica Magnetron Sputtering, resistentes quimicamente e mecanicamente à abrasão;

[019] Classe C - compreende as superfícies refletivas obtidas pela técnica Magnetron Sputtering, não resistentes quimicamente e não resistentes mecanicamente à abrasão;

[020] Classe D - compreende as superfícies refletivas contendo o metal prata, obtidas pela técnica Magnetron Sputtering, não resistentes quimicamente e mecanicamente à abrasão. Sua utilização em campo exigirá a aplicação de procedimentos especiais visando inibir a oxidação da prata.

[021] Desta forma torna-se muito importante haver um correto discernimento do tipo de superfície refletiva empregada pois, com exceção da classe D (à base de prata), admite-se que todas as demais classes de SUPERFÍCIES REFLETIVAS poderão integrar a presente VIDRAÇA PARA O CONTROLE SOLAR de modo absolutamente seguro. Logo, na eventualidade da aplicação das superfícies refletivas da classe D, a realização dos procedimentos adequados de desbaste perimetral da superfície refletiva nas regiões

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6/29 de borda da vidraça (ou “edge deletion”) irão garantir a característica de segurança à VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR aqui designada, visando a sua aplicação segura no campo da construção civil.

Vidros refletivos coloridos [022] Para atender as questões estéticas relacionadas ao uso da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR reivindicada neste pedido de patente, dois são os métodos já reconhecidos pela técnica, os quais poderão ser incorporados à presente invenção, preservando ainda o seu escopo original em termos de barreira térmica à entrada do calor e quanto ao melhor aproveitamento da iluminação natural em edificações.

[023] O primeiro método consiste na aplicação de uma SUPERFÍCIE FEFLETIVA neutra ou colorida (refletiva prata, azul, verde, bronze, etc.) sobre um substrato de vidro sílico-sodo-cálcico de aspecto incolor. Nestes casos, a luz refletida irá adquirir, portanto, a coloração da própria superfície refletiva.

[024] Já no segundo método, este consiste na aplicação de uma SUPERFÍCIE REFLETIVA neutra ou colorida (refletiva prata, azul, verde, bronze, etc.) sobre um substrato de vidro sílico-sodocálcico de aspecto colorido. Nestes casos, a luz refletida irá adquirir uma fusão de cores entre a coloração da superfície refletiva e a coloração do substrato de vidro. Dentre as opções em cores provenientes deste segundo método podemos citar o exemplo mais comum e referente ao VIDRO REFLETIVO verde ou azul, onde, a SUPERFÍCIE REFLETIVA de coloração neutra (refletiva prata), ao refletir a luz incidente sobre um substrato verde ou azul irá, portanto, adquirir a coloração refletiva verde ou refletiva azul respectivamente.

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7/29 [025] Considera-se ainda neste segundo método, os casos mais específicos, onde a fusão de cores é proveniente da aplicação de uma SUPERFÍCIE REFLETIVA colorida, associada ao uso de um substrato também colorido. Nestes casos podemos citar o exemplo do VIDRO REFLETIVO azul-esverdeado, no qual, a SUPERFÍCIE REFLETIVA de coloração refletiva azul, ao refletir a luz azul sobre o substrato de massa verde, logo, a coloração final refletida irá adquirir o aspecto azul-esverdeado.

Materiais preponderantemente absortivos [026] Outra solução encontrada no estado da técnica visando minimizar a entrada do calor solar em edificações consiste na utilização de materiais preponderantemente absortivos à base de polímero ou vidro. Por materiais preponderantemente absortivos podemos considerar aqueles os quais possuem a capacidade de absorver grande quantidade da radiação infravermelha solar na faixa de comprimentos de onda entre 780nm e 2500nm.

[027] A utilização de polímeros dotados de características preponderantemente absortivas, mais especificamente, o uso do polivinil butiral é particularmente interessante e desejado para a produção da vidraça ora reivindicada, pois a utilização deste tipo de polímero irá conferir à presente vidraça, além das propriedades de controle solar, a sua característica de segurança (dada a sua alta capacidade de adesão às superfícies do vidro).

[028] Logo, no caso de sua ruptura, os fragmentos de vidro permanecerão aderidos sobre as superfícies deste polímero preservando a segurança dos ocupantes da edificação e também, a integridade estrutural do vão-luz onde fora instalada a vidraça.

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8/29 [029] Historicamente, os estudos desenvolvidos no campo dos polímeros preponderantemente absortivos da radiação infravermelha solar buscariam em seu primeiro estágio identificar potenciais precursores químicos, os quais, quando incorporados às respectivas matrizes de origem orgânica (a exemplo do polivinil butiral e do etileno vinil acetato), apresentassem excelente estabilidade química e capacidade de absorção deste tipo de radiação.

[030] Nesta linha de pesquisa, tais propriedades seriam obtidas ao se incorporar nanopartículas de diferentes metais ou ligas, óxidos, boretos e de outros sais metálicos, obtendo-se uma nova classe de materiais preponderantemente absortivos, ora, com alta capacidade de absorção na região do infravermelho e também, com maior empregabilidade industrial.

[031] Quanto aos precursores químicos absorsores da radiação infravermelha que, por sua vez, poderão ser incorporados à às respectivas matrizes orgânicas, exemplos úteis destes elementos incluem o hexaboreto de lantânio (LaB6), o óxido de índio e estanho (ITO), o óxido de estanho e antimônio (ATO), o óxido de tungstênio (WO), o óxido de tungstênio dopado com césio (CWO), o óxido de tungstênio dopado com qualquer metal dentre o Rb, K, Na, Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr e Fe, ou ainda, uma mistura compreendendo dois ou mais dos compostos citados acima.

[032] É particularmente interessante em face do problema técnico aqui exposto, a utilização de um precursor químico à base de óxido de tungstênio dopado com o elemento césio (CWO), uma vez que a dopagem com este elemento induz à formação da fase hexagonal na estrutura cristalina reconhecida por tungstênio bronze.

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9/29 [033] Logo, a formação desta fase hexagonal garante ao precursor químico maior estabilidade química, principalmente, sob a ação da radiação ultravioleta, além de garantir melhores propriedades ópticas e energéticas nas regiões do espectro visível e do infravermelho.

[034] É ainda útil, que o elemento césio preencha o maior número possível de vacâncias na rede hexagonal da estrutura tungstênio bronze, sendo este nível de ocupação obtido quando a razão entre o elemento Cs e o elemento W for Cs/W = 0,33, resultando, portanto, na formação do óxido Cs0,33WO3. Logo, neste mesmo contexto, outros exemplos para possíveis agentes absorsores da radiação infravermelha serão os compostos Rb0,33WO3, K0,33WO3 e Li0,33 WO3.

Propriedades ópticas e energéticas dos materiais [035] A evolução da técnica no campo dos materiais para aplicações arquitetônicas é evidenciada a partir do seu nível de interação com a radiação solar, principalmente, na faixa de comprimentos de onda entre 300nm e 380nm (UV), entre 380nm e 780nm (Visível), entre 780nm e 2500nm (IV próximo) e, superior à 2500nm (IV distante).

[036] Quanto ao nível de interação aqui representado pelo termo “Bloqueio de calor”, considera-se este termo como sendo o resultado da interação óptica entre o material e a radiação solar em comprimentos de onda superiores à 780nm, onde:

[037] “Bloqueio de calor” (%) = (100 - Fator Solar); podendo o material, transmitir, refletir, absorver e re-irradiar parcelas distintas destas radiações energéticas incidentes.

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10/29 [038] Ao aplicarmos modelos matemáticos específicos, padronizados segundo normas internacionais, baseados na integração das áreas sobre as curvas espectrais de transmissão e de reflexão destes materiais e ainda, que incorporam as variáveis climáticas relacionadas ao seu local de instalação, obtemos assim as suas propriedades foto-energéticas caracterizando-o, portanto, em todas as suas variáveis de desempenho.

[039] Por propriedades foto-energéticas dos materiais compreende-se no estado geral da técnica:

[040] Transmitância ultravioleta (Tuv) - É a parcela de radiação solar ultravioleta UV (no espectro eletromagnético entre 100nm e 380nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal (aobservador = 3^O), será transmitida para o interior da edificação;

[041] Transmitância Luminosa (TL) - É a parcela de radiação solar visível (no espectro eletromagnético entre 380nm e 780nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal (aobservador = 3^O), será transmitida para o interior da edificação;

[042] Refletância Luminosa externa (RLe) - É a parcela de radiação solar visível (no espectro eletromagnético entre 380nm e 780nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal, será refletida sentido ao ambiente externo da edificação;

[043] Refletância Luminosa interna (RLi) - É a parcela de radiação solar visível, que, ao incidir sobre o material em direção normal, será refletida no sentido do ambiente interno da edificação;

[044] Transmitância Energética (TE) - É a parcela de radiação energética infravermelha (IV) solar (no espectro eletromagnético entre 780nm e 2500nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal, será transmitida para o interior da edificação;

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11/29 [045] Refletância Energética externa (REe) - É a parcela de radiação energética IV solar (no espectro eletromagnético entre 780nm e 2500nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal, será refletida sentido ao ambiente externo da edificação;

[046] Refletância Energética interna (REi) - É a parcela de radiação energética IV solar (no espectro eletromagnético entre 780nm e 2500nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal, será refletida sentido ao ambiente interno da edificação;

[047] Absorbância Energética (Abs) - É a parcela de radiação energética IV solar (no espectro eletromagnético entre 780nm e 2500nm), que, ao incidir sobre o material em direção normal, será absorvida pelo mesmo;

[048] Emissividade (e) - Este termo é usado para designar quão bem o filtro óptico reflete uma onda longa respectiva ao espectro IV distante (X>2500nm). A emissividade é uma característica intrinsecamente de superfície. Logo, um baixo valor de emissividade significa que o material reflete bem as ondas infravermelhas longas, enquanto, que um número alto significa que o material reflete mal estas mesmas ondas. A faixa de valores para a emissividade varia em geral, entre 0,9 e 0,5 para os materiais não-baixo-emissivos e, inferior à 0,3 para os materiais considerados baixo-emissivos;

[049] Fator Solar (FS) - É o percentual energético total da radiação solar admitido para o interior da edificação, mediante a aplicação do material ao fechamento transparente. Em seu cálculo são incorporadas as parcelas de transmissão direta e indireta, como; a transmissão direta (TE), a absorbância (AE) e a Emissividade (e). Compreende-se por transmissão indireta, a energia absorvida pelo

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12/29 material e consequentemente, re-irradiada para o interior da edificação;

[050] “Bloqueio de calor” - Termo comum aplicado aos materiais de controle solar, utilizado para designar quão bem o material inibe a entrada do calor na edificação. No seu cálculo considera-se “Bloqueio de calor (%)” = 100 - Fator Solar ;

[051] Coeficiente global de transferência de calor (Valor-U) - É uma grandeza que mede a taxa de transferência de calor através do material pelo mecanismo de condução, ocasionado em virtude da diferença entre as temperaturas externa e interna da edificação. No sistema internacional (SI), a unidade relacionada a esta grandeza é o W/m².K;

[052] Resistência térmica (Valor-R) - Inversa ao Valor-U, ou seja, quanto maior o Valor-R do material, melhor o seu desempenho em isolação térmica. O valor-R é igual a 1 dividido pelo Valor-U. No sistema internacional (SI) a unidade relacionada a esta grandeza é o m2.K/W.

Pontos deficientes do estado da técnica

Problema técnico [053] Relativo ao problema técnico a ser solucionado, em meados de 2007, sob o escopo do programa de eficiência energética em edificações, averiguou-se, que, em regiões geográficas de clima tropical, o “conforto térmico” aos ocupantes é obtido caso o índice de “Bloqueio de calor” da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR seja superior à 60%.

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13/29 [054] Reitera-se ainda no escopo desta averiguação, que, quanto maior o seu índice de “Bloqueio de calor” maior será a sua contribuição para a eficiência energética da edificação.

[055] Sob estas mesmas condições climáticas considera-se também, que, para o “melhor aproveitamento da iluminação natural” nestas edificações, ou seja, para a preservação do conforto lumínico aos seus ocupantes, a VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR precisará apresentar além das condições de “Bloqueio de calor” citadas acima, uma Transmitância Luminosa (TL) entre 25% e 60%.

[056] Aos casos específicos onde a TL da vidraça seja inferior à 25%, suas aplicações serão em geral, direcionadas à manutenção da privacidade dos ocupantes internos à edificação. Já nos casos onde a TL da vidraça seja superior à 50%, suas aplicações serão em geral, associadas ao uso de elementos de sombreamento (como por exemplo, brises), os quais irão contribuir para o melhor desempenho do conjunto (vidraça+elemento de sombreamento) permitindo nestes casos, inclusive, a utilização de vidraças com índice de “Bloqueio de calor” inferior a 60% (por exemplo 55%).

[057] Entretanto, em grande parte das construções prediais, principalmente, nas edificações comerciais situadas em regiões tropicais, não se verifica a necessidade de tal nível de privacidade aos ocupantes (TL<25%) e tão pouco deseja-se a utilização de elementos de sombreamento similares aos já referenciados acima. Logo, nestas ocasiões, as soluções tradicionais demonstram-se pouco efetivas em vista do problema técnico ora apresentado.

[058] É particularmente importante que a vidraça aplicada ao fechamento transparente minimize tanto quanto possível, a entrada da radiação ultravioleta solar (UV) responsável pela degradação de

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14/29 móveis e de objetos, além de ocasionar graves problemas de saúde aos ocupantes da edificação, principalmente, quando relacionados ao câncer de pele em humanos.

[059] Logo, diante de todas as particularidades deste problema técnico, a presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR desempenha todos estes papéis de modo extremamente eficiente, ou seja, inibindo a entrada de grande parte da radiação calorífica solar (em patamares acima de 60%), bloqueando quase que totalmente a entrada da radiação UV (bloqueio de 99%) e permitindo o melhor aproveitamento da iluminação natural, demonstrando-se, portanto, perfeitamente adequada a sua utilização em locais de clima tropical.

Problema técnico no uso de vidros refletivos [060] Apesar das constantes inovações em produtos e tecnologias no campo de VIDROS REFLETIVOS (conforme já apresentado anteriormente), a indústria no país sempre recorreu às suas matrizes internacionais e simplesmente incorporou a tecnologia dos países frios, sem ao menos realizar um estudo de adaptabilidade dos seus respectivos produtos no intuito de aplica-los em locais com condições climáticas opostas, como a exemplo do Brasil.

[061] Logo, buscando o melhor desempenho de seus produtos em termos de “Bloqueio de calor” e ao mesmo tempo, quanto ao “melhor aproveitamento da iluminação natural” em edificações, a indústria de VIDROS REFLETIVOS no Brasil adotaria as mesmas soluções já difundidas em países de clima frio, ou seja, incorporandoos às vidraças denominadas “duplas”, de excelente desempenho, porém, cuja fabricação é complexa e de alto custo.

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15/29 [062] No entanto, durante a sua comercialização existe uma forte tendência em se optar pelas soluções em vidraças “simples”, pelo fato de apresentarem menor custo de exequibilidade industrial, consequentemente, tornando-as mais baratas em relação às vidraças “duplas”.

[063] Outro fator muito considerado pelos construtores no momento de adquirir uma vidraça está relacionado diretamente com a diferença de peso entre as vidraças ditas “simples”, em relação às vidraças “duplas”, um fator que poderá elevar ou então, reduzir o custo de execução do empreendimento.

[064] As vidraças “duplas” incorporam em sua estrutura, mais especificamente, entre as duas peças de vidro, um perfil de alumínio preenchido com sílica gel, posicionado ao longo de toda a região perimetral da vidraça. Logo, a inserção deste perfil de alumínio em vidraças “duplas” as tornam mais pesadas em relação às vidraças “simples” e como consequência, a utilização destas vidraças “duplas” irá demandar uma estrutura de caixilhos mais robusta e, portanto, cara, elevando o custo de execução do empreendimento.

[065] Para melhor esclarecer as deficiências existentes no estado da técnica relativas ao campo dos vidros refletivos e ainda, visando referenciar alguns exemplos de vidraças ao longo do presente relatório, são apresentadas na tabela 1 abaixo, as propriedades foto-energéticas de alguns exemplos de vidros refletivos comercializados no país, quando aplicados em vidraças “simples”.

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TABELA 1. Desempenho foto-energético de alguns vidros refletivos utilizados sob a forma de vidraças “simples”.

Vidro refletivo/	TL	RLe	TE	REe	Bloqueio de Calor (%)
Propriedade	(%)	(%)	(%)	(%)
Prata 33 (Pirolítico)	33	47	38	33	55
Azul 22 (Soft coat)	22	21	18	19	67
Prata 21 (Soft coat)	21	30	17	27	70
Prata 38 (Soft coat)	38	19	32	17	57
Azul 35 (Soft coat)	35	18	29	14	58

Nota: Os exemplos da tabela 1 são referenciados somente em caráter informativo, sendo apresentados apenas alguns dentre os diversos vidros refletivos existentes e comercializadas no mercado brasileiro.

[066] Confrontando os resultados da tabela 1 frente ao problema técnico ora evidenciado verificamos, que, em locais com características climáticas tropicais, com exceção dos vidros refletivos Azul 22 e Prata 21, todos os demais vidros refletivos, quando utilizados sob a forma de vidraças “simples”, estes não proporcionam o “conforto térmico” adequado aos usuários em edificações (ou seja, o “Bloqueio de calor” é superior à 60%) resultando, portanto, na utilização excessiva dos equipamentos de ar-condicionado ou então, sendo necessário o uso de elementos de sombreamento adicionais.

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17/29 [067] Em contrapartida, os vidros refletivos Azul 22 e Prata 21, quando utilizados sob a forma de vidraças “simples”, estes apresentam uma baixa transmitância luminosa, não propiciando, portanto, “o bom aproveitamento da iluminação natural em edificações” (entenda-se neste sentido, TL < 25%), reproduzindo aos seus ocupantes a sensação de desconforto lumínico, compensada exclusivamente, pelo uso excessivo da iluminação artificial.

[068] Logo, embora considerado um caso exemplificativo, este fenômeno ocorre frequentemente durante a aplicação de vidros refletivos em vidraças denominadas “simples”, principalmente, quando utilizados em regiões geográficas de clima tropical, demonstrando de um modo geral, o grau de deficiência vivenciado pelo estado da técnica no período e reforçando, portanto, as vantagens inerentes à presente invenção.

Problema técnico no uso de materiais preponderantemente absortivos [069] Visando melhor apresentar as deficiências pertinentes ao estado da técnica frente ao problema técnico ora evidenciado por este pedido de patente, são apresentadas na tabela 2 a seguir, as propriedades foto-energéticas de dois polímeros à base de polivinil butiral, destacando-se o polivinil butiral preponderantemente absortivo contendo em seu interior, partículas dispersas do elemento Cs0,33WO3 ou CWO (o qual absorve, tanto a radiação IV quanto a radiação UV) e o polivinil butiral desprovido de tais propriedades de absorção no IV próximo.

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TABELA 2. Desempenho foto-energético de alguns polímeros à base de polivinil butiral.

Polímero / propriedade	TL (%)	RLe (%)	T E (%)	REe (%)	Abs (%)	“Bloqueio de Calor” (%)
Polivinil butiral absortivo IV+UV (CWO)	76	8	39	7	54	48
Polivinil butiral comum	89	8	80	7	13	17

[070] Ao avaliarmos a tabela 2 verificamos uma tendência de ambos os polímeros à base de polivini butiral para que apresentem uma transmitância luminosa superior a 70% e uma refletância luminosa inferior à 8% tornando-os, portanto, úteis ao setor automotivo, setor o qual, estabelece exigências específicas quanto à transmitância luminosa (TL > 70%) e quanto às refletâncias visíveis (RL < 8%).

[071] Entretanto, estas tendências pouco se aplicam aos fechamentos transparentes de arquitetura, principalmente, em locais com características climáticas tropicais a exemplo do Brasil.

[072] Logo, do modo no qual se é apresentado, a utilização de uma vidraça “simples” confeccionada exclusivamente à base do polivinil butiral preponderantemente absortivo resultará como principais aspectos negativos, na utilização exaustiva dos equipamentos de ar condicionado e também, no ofuscamento da visão dos ocupantes da edificação (devido ao seu alto valor de TL).

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Solução técnica [073] Verificados os problemas técnicos resultantes exclusivamente, do uso de vidros refletivos ou então, no uso de materiais preponderantemente absortivos IV+UV, o autor do presente pedido de patente buscou de modo inventivo agregar as propriedades de ambos os materiais, elaborando uma nova composição de vidraça de segurança do tipo “simples” (ou seja, uma vidraça “não-dupla”) melhor adaptada, nesta ocasião, para absorver as radiações infravermelha (IV) e ultravioleta (UV) solar.

[074] Visando melhor evidenciar o efeito técnico obtido pela VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR ora reivindicada, são apresentadas na tabela abaixo as propriedades foto-energéticas para um caso hipotético onde todas as vidraças incorporam um vidro refletivo do modelo Prata 38 soft coat (vide tabela 1).

[075] Os exemplos discriminados na tabela 3 abaixo apresentam as seguintes configurações:

[076] A) Vidraça “dupla” - contendo o vidro refletivo Prata 38 soft coat (externo) e um vidro sílico-sodo-cálcico incolor (interno);

[077] B) Vidraça “simples” - obtida pela união do vidro refletivo Prata 38 (externo) ao polivinil butiral comum não-absortivo (vide tabela 2), o qual, por sua vez, une-se a um vidro sílico-sodo-cálcico incolor (interno);

[078] C) Vidraça “simples” - respectiva ao presente pedido de patente, obtida pela união do vidro refletivo Prata 38 (externo) ao polivinil butiral preponderantemente absortivo contendo partículas de Cs0,33WO3, que, por sua vez, une-se a um vidro sílico-sodo-cálcico incolor (interno);

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TABELA 3. Exemplos da aplicação de vidros refletivos em vidraças arquitetônicas.

Vidraça / Propriedade	Transmitância Luminosa (%)	Refletância Luminosa (%)	Transmitância Energética (%)	Refletância Energética (%)	“Bloqueio de Calor” (%)
A	33	23	25	19	67
B	38	19	30	17	58
C	32	19	15	17	69

[079] Embora representado como um caso exemplificativo, a tabela 3 possibilita uma melhor compreensão dos efeitos técnicos obtidos pelos diferentes tipos de VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR.

[080] Verifica-se nesta tabela, que, a vidraça “dupla” (A) possibilitaria solucionarmos o problema técnico ora evidenciado por este relatório de patente. Entretanto, conforme já evidenciado anteriormente, a alta complexidade envolvida em seu processo de fabricação e ainda, o seu alto custo de exequibilidade industrial (consequentemente repassado ao consumidor final) tornam estas vidraças “duplas” menos atraentes, tanto para o seu fabricante quanto para o seu eventual comprador.

[081] Outro aspecto já considerado anteriormente refere-se ao peso da vidraça “dupla” em relação à vidraça dita “simples”, que por fim, elevam os custos de execução do empreendimento (são utilizados caixilhos mais robustos e, portanto, caros).

[082] Ao avaliarmos as propriedades foto-energéticas destas vidraças notamos grandes diferenças, principalmente, em termos de Transmitância Energética (TE) e também, nos seus índices de “Bloqueio de calor”.

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21/29 [083] Enquanto na vidraça “dupla” (A) a solução técnica para o problema relativo ao índice de “Bloqueio de calor” é obtida de maneira indireta, ou seja, minimizando a taxa de calor re-irradiado para o interior da edificação (o calor re-irradiado pelo vidro refletivo externo fica retido na câmara de ar existente entre o vidro refletivo e o vidro interno), já no exemplo da vidraça “simples” (C) reivindicada por este pedido de patente, a solução técnica está associada de maneira direta, ou seja, mediante a redução direta na Transmitância Energética (TE) da vidraça, um mérito alcançado exclusivamente, pela atuação conjunta entre o vidro refletivo e o material preponderantemente absortivo IV+UV.

[084] Por outro lado, observa-se ainda na tabela 3 que a incorporação de um polivinil butiral comum (não-absortivo) pouco influencia o desempenho foto-energético da vidraça, não solucionando, portanto, os principais problemas técnicos evidenciados por este pedido de patente.

[085] Deste modo, verifica-se que a VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR aqui reivindicada preenche uma lacuna no estado da técnica, apresentando-se como uma potencial solução para o problema técnico evidenciado, propiciando, ainda, o menor repasse de custos ao seu consumidor final.

[086] Logo, pelas vantagens que oferece, a matéria tratada sob o título de VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR reúne condições suficientes para merecer o privilégio de ser reconhecida como Patente de Invenção.

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Sumário da disposição [087] A busca pelo aperfeiçoamento no índice de barreira térmica em fechamentos transparentes de arquitetura, principalmente, em regiões geográficas de clima tropical levou à criação deste objeto de patente intitulado VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR.

[088] Em relação às demais congêneres, a referida invenção inova ao ser melhor adaptada para a absorção das radiações ultravioleta (UV) e infravermelha (IV) solar de maneira seletiva, sendo obtida a partir da união entre os seus componentes por método outro que não a fusão e caracterizada nesta ordem, do ambiente externo para o ambiente interno da edificação, por um vidro sílico-sodocálcico refletivo (vidro refletivo), um material preponderantemente absortivo (contendo partículas do composto químico Cs0,33WO3 dispersas em seu interior) e um vidro sílico-sodo-cálcico interno de aspecto óptico incolor ou colorido.

[089] A utilização da presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR na forma de vidraças “simples” (ou seja, “não-dupla”) em fechamentos transparentes, tais como, em janelas, fachadas, claraboias, entre outros, inibirá em mais de 60% a entrada do calor solar em edificações, proporcionará um bloqueio de ao menos 99% da radiação UV e ainda assim, preservará o melhor aproveitamento da iluminação natural em locais geográficos de clima tropical.

[090] A VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR reivindicada pelo presente pedido de patente apresenta alta eficiência e menor custo de exequibilidade industrial em relação aos seus congêneres diretos, ou seja, um fator extremamente importante para a divulgação da proposta da sustentabilidade energética em edificações.

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23/29 [091] No dimensionamento físico e estrutural da presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, pela variação na sua espessura, largura, comprimento e também, no tipo de tratamento térmico aplicado aos seus componentes, diferentes níveis de resistência mecânica ao impacto e a ação dos ventos poderão ser obtidos, bem como, a sua melhor adaptabilidade às dimensões e tipos de fechamento transparente, ambos elaborados com base nos projetos, especificações técnicas e memoriais de construção civil.

Descrição detalhada da incorporação [092] De acordo com o apresentado neste pedido de patente, refere-se à presente VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, à vidraça de segurança do tipo “simples” (ou seja, não “dupla”) utilizada em fechamentos transparentes no campo da construção civil, obtida a partir da união entre os seus componentes por métodos outros que não a fusão, especialmente adaptada para absorver seletivamente as radiações infravermelha (IV) e ultravioleta (UV) solar, caracterizada nesta ordem, do ambiente externo para o ambiente interno da edificação, por um vidro sílico-sodo-cálcico refletivo (vidro refletivo), um material preponderantemente absortivo das radiações IV e UV, e um vidro sílico-sodo-cálcico de aspecto óptico incolor ou colorido.

[093] De acordo com o apresentado neste pedido de patente, refere-se ao VIDRO REFLETIVO, a um dos componentes utilizados externamente na VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, melhor compreendido por um substrato de vidro sílico-sodo-cálcico recozido obtido, preferencialmente, através do processo de flutuação em

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24/29 estanho líquido (processo float que origina o vidro do tipo float), de aspecto óptico incolor ou colorido (azul, verde, fumê, bronze, etc.), sobre o qual é aplicado uma SUPERFÍCIE REFLETIVA de aspecto neutro ou colorido (refletiva prata, azul, verde, cinza, dourado, bronze, etc.) segundo os métodos já descritos no estado da técnica, obtendo-se desta forma, o padrão de cor desejado para a respectiva vidraça e, ainda, obtendo-se um controle primário no nível de radiação solar transmitida para o interior da edificação.

[094] Por padrão de cor desejado entende-se aqueles estabelecidos por CIE L*a*b* variável.

[095] O VIDRO REFLETIVO poderá receber além do recozimento, tratamentos térmicos outros com o intuito de aumentar a sua resistência mecânica ao impacto, à ação dos ventos e ao eventual stress térmico deste componente.

[096] De acordo com o tipo de fixação empregado à dita VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR no fechamento transparente de arquitetura haverá ainda, a necessidade ou não, de se aplicar o tratamento térmico ao VIDRO REFLETIVO.

[097] O VIDRO REFLETIVO tratado termicamente apresentará uma tensão residual superficial típica de compressão, entre 30MPa e 150MPa.

[098] Para o melhor desempenho da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR em fechamentos transparentes de arquitetura, o substrato de vidro deverá apresentar um aspecto incolor, sendo a coloração refletida externamente, a coloração proveniente da própria SUPERFÍCIE REFLETIVA quando observado o VIDRO REFLETIVO pelo lado do respectivo substrato.

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25/29 [099] Outra finalidade de grande importância atribuída ao VIDRO REFLETIVO refere-se à sua atuação primária no controle da quantidade de luz e de calor admitida para o interior da edificação.

[100] Logo, quanto as propriedades foto-energéticas do VIDRO REFLETIVO, calculadas com tolerância de +/- 3% pela norma EN410 ou ISO9050 entende-se as a seguir:

[101] sua Transmitância Luminosa (TL) será em geral, entre 70% e 20%;

[102] sua Refletância Luminosa externa (RLe) será em geral, entre 55% e 9%. Compreende-se por RLe, a reflexão do VIDRO REFLETIVO medida pelo lado do seu respectivo substrato;

[103] sua Refletância Luminosa interna (RLi) será, em geral, entre 55% e 3%. Compreende-se por RLi, a reflexão do VIDRO REFLETIVO medida pelo lado da superfície refletiva;

[104] sua Transmitância Energética (TE) será em geral, inferior a 65%;

[105] sua Refletância Energética externa (REe) será em geral, entre 45% e 9%. Compreende-se por REe, a reflexão do VIDRO REFLETIVO medida pelo lado do seu respectivo substrato.

[106] De acordo com o apresentado por este pedido de patente, refere-se à SUPERFÍCIE REFLETIVA, às superfícies de diversa colorações (refletiva prata, azul, verde, cinza, dourado, bronze, etc.) obtidas pela deposição de metais, ligas, óxidos, nitretos, carbetos e de outros sais metálicos aplicados diretamente sobre a superfície do substrato de vidro (preferencialmente, sobre o vidro float), através do processo pirolítico (deposição química a partir da fase vapor e suas variações) ou pelo processo de deposição catódica a vácuo (magnetron sputtering e suas variações).

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26/29 [107] As SUPERFÍCIES REFLETIVAS compreenderão a primeira, a segunda e a terceira geração de VIDROS REFLETIVOS para o controle solar descritos ao longo deste relatório de patente.

[108] As SUPERFÍCIES REFLETIVAS melhor adaptadas à solução do problema técnico apresentado neste pedido de patente abrangerão as classes A, B, C e D segundo a norma ABNT NBR 16023:2011, ou então, segundo as classes equivalentes da norma internacional EN1096. Em todas as ocasiões a superfície refletiva deverá estar protegida das intempéries e, portanto, deverá estar situada de modo anteriormente adjacente ao MATERIAL PREPONDERANTEMENTE ABSORTIVO IV+UV, quando avaliada a VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR no sentido, do ambiente exterior para o interior da edificação.

[109] De acordo com o apresentado por este pedido de patente refere-se ao MATERIAL PREPONDERANTEMENTE ABSORTIVO IV+UV, a um dos componentes utilizados na VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, preferencialmente à base de resina de polivinil butiral (material melhor adaptado para a união entre as peças de vidro de forma segura), o qual irá incorporar em seu interior e de modo disperso, os precursores químicos responsáveis pela absorção da radiação infravermelha solar.

[110] Quanto aos precursores químicos utilizados com a finalidade de absorção da radiação infravermelha (IV) solar poderão ser utilizados o hexaboreto de lantânio (LaB6), o óxido de índio e estanho (ITO), o óxido de estanho e antimônio (ATO), o óxido de tungstênio (WO), o óxido de tungstênio dopado com césio (CWO), o óxido de tungstênio dopado com qualquer metal dentre o Rb, K, Na,

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Tl, In, Ba, Li, Ca, Sr e Fe, ou, ainda, uma mistura compreendendo dois ou mais dos compostos citados acima.

[111] É particularmente interessante e desejável em face do problema técnico aqui exposto, a utilização do precursor químico à base de Cs0,33WO3 (CWO).

[112] Quanto às propriedades foto-energéticas deste MATERIAL PREPONDERANTEMENTE ABSORTIVO IV+UV, entende-se as a seguir:

[113] TL deverá ser superior à 70%;

[114] RLe = RLi deverá ser de aproximadamente 8%;

[115] TE deverá ser inferior a 55%;

[116] REe = REi deverá ser de aproximadamente 7% [117] De acordo com o apresentado por este pedido de patente, refere-se ao VIDRO SÍLICO-SODO-CÁLCICO interno, a um dos componentes utilizados na VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, melhor compreendido, por um substrato de vidro sílico-sodo-cálcico recozido, obtido preferencialmente através do processo de flutuação em estanho líquido (processo float que origina o vidro do tipo float), de aspecto óptico incolor ou colorido (azul, verde, fumê, bronze, etc.).

[118] O VIDRO SÍLICO-SODO-CÁLCICO interno poderá receber um tratamento térmico com o intuito de aumentar a sua resistência mecânica ao impacto, a ação dos ventos e ao eventual stress térmico deste componente. O VIDRO SÍLICO-SODOCÁLCICO tratado termicamente apresentará uma tensão residual superficial típica de compressão, entre 30MPa e 150MPa.

[119] De acordo com o tipo de fixação empregado à VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR no fechamento transparente haverá ainda, a necessidade ou não, de se aplicar o tratamento

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28/29 térmico ao respectivo VIDRO SÍLICO-SODO-CÁLCICO interno.

[120] Quanto as propriedades foto-energéticas do VIDRO SÍLICO-SODO-CÁLCICO interno, entende-se as a seguir:

[121] sua Transmitância Luminosa (TL) será em geral, superior a 40%;

[122] sua RLe será igual à sua RLi (por se tratar de um vidro não refletivo) estando, portanto, entre 8,5% e 5%;

[123] sua Transmitância Energética (TE) será em geral, superior a 45%;

[124] sua REe será igual à sua REi (por se tratar de um vidro não refletivo) estando, portanto, entre 8,5% e 5%.

[125] De acordo com o apresentado por este pedido de patente, em relação às propriedades foto-energéticas da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR aqui reivindicada, visando-se a resolução do problema técnico ora enunciado, entende-se as a seguir:

[126] sua Transmitância Luminosa (TL) será em geral, entre 60% e 25%;

[127] sua Refletância Luminosa Externa (RLe) será em geral, entre 55% e 9%. Compreende-se por RLe, a reflexão da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR ao ser observada pelo lado do VIDRO REFLETIVO;

[128] sua Refletância Luminosa Interna (RLi) será em geral, entre 55% e 5%. Compreende-se por RLi, a reflexão da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, ao ser observada pelo lado do VIDRO SÍLICOSODO-CÁLCICO interno;

[129] sua Transmitância Energética (TE) será em geral, inferior a 35%;

[130] sua Refletância Energética externa (REe) será em geral, entre

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45% e 9%. Compreende-se por REe, a reflexão da VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR, quando medida pelo lado do respectivo VIDRO REFLETIVO.

[131] sua Transmitância no Ultravioleta (Tuv) não será superior à 2%.

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Claims

1. VIDRAÇA DE CONTROLE SOLAR caracterizada nesta ordem, do ambiente externo para o ambiente interno da edificação, por um vidro sílico-sodo-cálcico refletivo (vidro refletivo), um material preponderantemente absortivo IV+UV e um vidro sílicosodo-cálcico incolor ou colorido.