CH652342A5 - Vitrage de protection contre le rayonnement solaire. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un vitrage comprenant des feuilles de verre clair maintenues face à face en relation espacée et comportant sur une surface de verre extérieure du vitrage, un revêtement destiné à la protection contre le rayonnement solaire.
On connaît de tels vitrages dans lesquels une des faces extérieures de verre porte un revêtement capable de former un écran contre une partie du rayonnement solaire incident. Lorsqu'un tel vitrage est utilisé dans une fenêtre avec sa face extérieure revêtue orientée vers l'extérieur du bâtiment, le revêtement réduit l'éblouissement et/ou l'effet de chauffage d'un fort ensoleillement à l'intérieur du bâtiment.
Un tel revêtement externe peut être constitué d'un ou de plusieurs oxydes. Des revêtements d'oxyde peuvent fournir une protection utile contre le rayonnement solaire tout en ayant une transmission de la lumière visible apte à satisfaire la plupart des exigences pour des vitrages. De tels revêtements d'oxyde ont une résistance assez élevée à l'abrasion et ils peuvent être formés sur de grande surfaces de verre avec un degré élevé d'uniformité. Ces possibilités des revêtements d'oxyde sont bien connues dans les techniques de fabrication de verres à couches et différents revêtements d'oxyde sont en usage.
Un désavantage de tels revêtements optiques d'oxyde est réchauffement associé avec leur fonction de protection. La protection contre le rayonnement solaire offerte par de tels revêtements dépend de manière appréciable de leur absorption de rayonnement lumineux et/ou infrarouge. Cette absorption d'énergie entraîne l'échauffement du vitrage revêtu et la réémission d'énergie sous forme de rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde. Une partie de cette énergie réémise rayonne vers l'intérieur du panneau, c'est-à-dire vers l'intérieur du bâtiment et par conséquent amoindrit l'efficacité de protection solaire totale du vitrage.
Les effets néfastes de l'absorption d'énergie par le revêtement extérieur peuvent être réduits en filtrant le rayonnement infrarouge émis à partir de la feuille extérieure revêtue vers l'intérieur, par exemple au moyen d'un revêtement optique approprié disposé sur la feuille voisine. Cependant, il vaut théoriquement mieux revêtir là face intérieure de la feuille revêtue d'oxyde elle-même afin de réduire l'émission infrarouge provenant de cette face. Cependant, en pratique, des problèmes apparaissent pour concilier la présence d'un tel revêtement interne avec les performances voulues du vitrage si celles-ci exigent un facteur de transmission lumineuse élevé vis-à-vis du facteur de transmission énergétique totale.
Dans la présente description, le terme «facteur de transmission lumineuse» représente le rapport entre la quantité de lumière visible transmise et la quantité de lumière visible incidente, ces quantités résultant de l'intégration pondérée des transmissions lumineuses et du flux lumineux incident respectivement, sur la totalité du spectre visible, les intégrations étant pondérées pour tenir compte de la répartition spectrale de la source de rayonnement et de la sensibilité spectrale de l'œil humain. Les mesures sont effectuées au moyen d'un spectrophotomètre et on utilise une source lumineuse dont la répartition spectrale est celle de l'Illuminant D65 tel que défini par la Commission internationale de l'éclairage (référence CIE 17 section 45-15-145). Cet illuminant représente la lumière du jour avec une température de couleur d'environ 6504K. Le facteur de correction pour la sensibilité de l'œil est également normalisé par la Commission internationale de l'éclairage.
Le terme «facteur de transmission énergétique totale» tel qu'il est utilisé ici, représente le rapport entre le rayonnement énergétique transmis et le rayonnement solaire incident. Le terme «facteur d'absorption énergétique» tel qu'il est utilisé ici représente la fraction du rayonnement solaire incident qui est absorbée. Pour la détermination de ces deux facteurs on utilise un radiateur dont la répartition spectrale est celle de la lumière solaire directe sous une élévation de 30° au-dessus de l'horizon. La répartition spectrale est donnée par la table de Moon pour une masse d'air égale à 2. Le facteur d'absorption énergétique d'une feuille de verre revêtue telle que citée dans la présente description, de même que le facteur de transmission énergétique totale d'un panneau, est toujours mesuré avec la face portant le revêtement absorbant de l'énergie dirigée vers la source de rayonnement. Le facteur de transmission lumineuse est indépendant de l'orientation de la face portant le revêtement absorbant de l'énergie vers la source lumineuse ou en direction opposée.
La présente invention permet l'obtention pour un vitrage comprenant des feuilles de verre clair d'une combinaison très favorable du facteur de transmission lumineuse et du facteur de transmission énergétique totale. L'expression «verre clair» telle qu'on l'utilise ici représente du verre dont la composition est telle qu'une feuille de ce s
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verre de 6 mm d'épaisseur a un facteur de transmission lumineuse de 85% au moins.
Un vitrage selon la présente invention est défini dans la revendication 1. Le vitrage est caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est un revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie, et en ce qu'un revêtement d'or d'une épaisseur comprise entre 9 et 14,5 nm est porté par la face intérieure de la feuille portant le revêtement d'oxyde, de manière telle que le revêtement d'or soit dirigé vers l'intérieur du vitrage.
La combinaison de revêtement selon l'invention offre des avantages notables. L'utilisation d'or pour former des revêtements optiques est connue en soi, mais son emploi de la manière voulue par l'invention permet à un vitrage multiple de posséder une combinaison de propriétés particulières que ne peuvent fournir des panneaux produits selon les propositions publiées antérieurement dans ce domaine. En particulier, l'émissivité infrarouge de la face revêtue d'or est réduite à un niveau surprenant relativement à la fonction de protection contre la lumière visible du revêtement. Une feuille de verre clair portant sur une de ses faces un revêtement d'or d'une épaisseur comprise entre 9 et 14,5 nm peut avoir un facteur de transmission lumineuse de 60% au moins avec une émissivité du revêtement d'or qui n'est pas supérieure à 0,25. Cet avantage peut être réalisé dans un vitrage selon l'invention sans apporter de modification importante à la couleur du vitrage vu en transmission ou en réflexion.
L'obtention des propriétés optiques citées ci-dessus par l'utilisation d'or pour constituer le revêtement à faible émissivité est importante au point de vue de la fabrication parce que les revêtements d'or de l'épaisseur voulue qui satisfont à des critères très élevés d'uniformité peuvent être formés par des techniques de revêtement classiques. Le revêtement d'or est résistant au vieillissement et, disposé à l'intérieur du vitrage, il est protégé des détériorations mécaniques.
De préférence, les propriétés du revêtement d'oxyde sont telles que la feuille de verre clair et son revêtement ont ensemble un facteur d'absorption énergétique d'au moins 16%. Les avantages résultant de l'utilisation d'un revêtement d'or selon l'invention sont particulièrement significatifs dans de tels cas.
Des revêtements d'oxyde présentant de bonnes propriétés de protection contre le rayonnement solaire peuvent, ainsi qu'on le sait, néanmoins avoir une transmission de la lumière visible raisonnablement bonne. La relation entre les facteurs de transmission lumineuse et de transmission énergétique totale d'un vitrage selon l'invention peuvent dès lors être très favorables.
Dans les formes préférées de réalisation de l'invention, les feuilles de verre et les revêtements sont composés de telle manière que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, il a une bonne propriété d'absorption énergétique tout en ayant aussi son facteur de transmission lumineuse plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale. L'obtention de cette condition, sans modification importante de la couleur apparente du vitrage, est rendue possible par l'utilisation d'or pour le revêtement interne et par l'adoption d'une épaisseur de revêtement d'or comprise entre les limites spécifiées ci-avant.
De préférence, le revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie est un revêtement comprenant un ou plusieurs oxyde(s) métallique(s) choisi(s) parmi les oxydes d'étain, de titane, de cobalt, de fer et de chrome et, de préférence, le revêtement est composé d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome. Il convient par exemple d'utiliser un tel revêtement à trois constituants dans lequel les oxydes de cobalt, de fer et de chrome sont dans le rapport de 62:26:12 en poids. Un revêtement absorbant de l'énergie, de couleur neutre, présentant un facteur de transmission lumineuse favorable peut être formé en utilisant un mélange d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome et en constituant un revêtement ayant une épaisseur comprise entre 20 et 100 nm et, de préférence, comprise entre 30 et 50 nm.
De préférence, l'épaisseur du revêtement d'or est comprise entre 9 et 12 nm. Cette gamme plus étroite est recommandée pour éviter ou maintenir à un minimum tout effet de modification de couleur du revêtement.
Dans certaines formes de réalisation de l'invention, en dessous du revêtement d'or se trouve une sous-couche. La qualité du revêtement d'or peut être améliorée en appliquant au verre une première couche appropriée. On utilise de préférence de l'oxyde de bismuth pour une telle sous-couche.
Il est possible de déposer au-dessus du revêtement d'or un autre revêtement, au lieu de le laisser exposé à l'intérieur du vitrage, tout en réalisant encore une relation favorable entre le facteur de transmission lumineuse et le facteur de transmission énergétique totale du vitrage dans son ensemble. Dès lors, l'invention comprend un vitrage tel que décrit ci-avant mais modifié par l'adjonction d'une ou de plusieurs autre(s) couche(s) transmettant la lumière surmontant le revêtement d'or. Un vitrage portant de telles couches peut avoir un facteur de transmission lumineuse plus élevé que lorsqu'on utilise la couche d'or seule. De préférence, la feuille de verre portant un revêtement d'or et les couches de revêtement sur sa face revêtue d'or ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60% au moins. Des vitrages préférés selon ladite modification de l'invention, lorsqu'ils sont disposés avec leur face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, ont un facteur de transmission lumineuse plus élevé que leur facteur de transmission énergétique totale.
Pour former une couche surmontant le revêtement d'or, il convient d'utiliser Bi203, ZnO, ZnS ou Ti02.
Dans le cas où le revêtement d'or est surmonté d'une ou de plusieurs autre(s) couche(s) transmettant la lumière, il est possible d'obtenir un facteur de transmission lumineuse relativement élevé par rapport à un facteur de transmission énergétique totale donné tout en utilisant un revêtement d'or d'une épaisseur qui autrement ne permettrait pas d'obtenir cette condition. Dès lors, la présente invention comprend également un vitrage tel que défini dans la revendication 9. Un tel vitrage est caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est un revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie, en ce que sur la face intérieure de la feuille portant le revêtement d'oxyde se trouve un second revêtement qui comprend une couche d'or revêtue par au moins une autre couche transmettant la lumière, et en ce que la composition des feuilles de verre et les compositions et les épaisseurs dudit revêtement absorbant de l'énergie et desdites secondes couches de revêtement sont telles que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, le facteur de transmission lumineuse du vitrage est plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale. Le revêtement d'oxyde d'un tel vitrage a de préférence les propriétés que l'on peut attribuer à un revêtement tel que défini dans la revendication 2. De préférence, la feuille de verre revêtue d'or et les couches de revêtement sur sa face revêtue d'or ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60% au moins.
Des matières appropriées pour constituer une couche surmontant le revêtement d'or sont spécifiées ci-dessus.
Certaines formes de réalisation de l'invention, choisies à titre d'exemple, seront maintenant décrites en se référant au dessin annexé qui est une section transversale d'un vitrage selon l'invention.
Le vitrage illustré comprend deux feuilles de verre clair 1, 2 maintenues en relation espacée par un châssis 3. Le vitrage est destiné à être utilisé comme fenêtre avec sa feuille 1 orientée vers l'extérieur du bâtiment.
La feuille 1 porte sur sa face externe un revêtement 4 transmettant la lumière et absorbant de l'énergie. Ce revêtement est un revêtement d'oxyde métallique. Il est en partie responsable de la propriété protectrice du panneau vis-à-vis du rayonnement solaire. Le revêtement d'oxyde et la feuille de verre 1 sont de préférence composés de telle manière que, ensemble, leur facteur de transmission lumineuse soit au moins 40%, leur facteur de transmission énergétique totale ne soit pas supérieur à 60% et leur facteur d'absorption énergétique soit au moins 16%.
La face interne de la feuille 1 porte un revêtement d'or 5. La feuille 1 et son revêtement d'or ont ensemble un facteur de transmis5
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sion lumineuse de 60% au moins. En dessous du revêtement d'or, il peut se trouver une sous-couche (non représentée), par exemple une sous-couche d'oxyde de bismuth.
Les exemples suivants 1, 2,4, 5 et 6 sont des exemples de vitrages selon l'invention et construits de manière telle que décrite en se référant au dessin. L'exemple 3 est destiné à la comparaison.
Exemple I:
Les feuilles 1, 2 sont des feuilles de verre flotté clair ordinaire de 4 mm et 8 mm d'épaisseurs respectivement.
Le revêtement 4 absorbant de l'énergie est un mélange dont la composition calculée comprend 62% CoO, 26% Fe203 et 12% Cr203 et dont l'épaisseur est comprise entre 35 et 45 nm. Le facteur d'absorption énergétique de la feuille 1 avec le revêtement d'oxyde est 22%.
Le revêtement d'or 5 a une épaisseur de 11-12 nm et est formé au-dessus d'une sous-couche d'oxyde de bismuth de 1,5-2 nm d'épaisseur. La couche d'or a une émissivité d'environ 0,2 et le facteur de transmission lumineuse de la feuille 1 avec le revêtement d'or est environ 60%.
Le panneau dans son ensemble possède un facteur de transmission lumineuse de 24,1% et un facteur de transmission énergétique totale (mesurée avec le revêtement 4 orienté vers la source de rayonnement) de 23,3%. Un facteur de transmission lumineuse de 24,1%, considéré isolément, n'est pas une valeur élevée, mais en regard du facteur de transmission énergétique totale de 23,3%, il est notablement plus élevé que ceux que l'on peut obtenir en utilisant des revêtements à faible émissivité tels qu'on les a proposés jusqu'à maintenant.
Dans des conditions ordinaires d'observation, le vitrage est de couleur-neutre, le revêtement d'or n'ayant pas d'effet de modification de couleur perceptible. La pureté de teinte réelle du vitrage regardé en réflexion est inférieure à 3%. Le terme «pureté de teinte» se réfère à la pureté de la teinte réfléchie par la feuille 1 lorsqu'elle est éclairée par l'Illuminant D65 défini par la Commission internationale de l'éclairage (référence CIE 17 section 45-15-145) du côté de la face opposée au revêtement d'or, la pureté étant déterminée de la manière spécifiée par la CIE.
Exemple 2:
Le vitrage est identique à celui décrit dans l'exemple 1 excepté que la feuille 1 a une épaisseur de 6 mm et que le revêtement d'or a une épaisseur de 9 nm. Le revêtement d'or a une émissivité de 0,25 environ. La feuille 1 et son revêtement d'or ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 64%. Le vitrage dans son entièreté a un facteur de transmission lumineuse de 26,3% et un facteur de transmission énergétique totale (mesuré avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement) de 26,0%.
Exemple 3 (comparatif):
Le vitrage est le même que celui décrit dans l'exemple 1 excepté que le revêtement d'or 5 a une épaisseur de 7 à 8 nm. La feuille 1 et le revêtement d'or ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 67%. Le vitrage dans son ensemble a un facteur de transmission lumineuse de 28% et un facteur de transmission énergétique totale (mesuré avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement) de 30,8%.
Exemple 4:
Les feuilles 1 et 2 sont des feuilles de verre clair de 6 mm d'épaisseur chacune.
Le revêtement absorbant de l'énergie est le même que dans les exemples précédents.
Le revêtement 5 comprend une sous-couche de Bi203, un revêtement d'or et une couche superficielle de Bi203 recouvrant le revêtement d'or. Les épaisseurs de ces trois couches sont 2 nm, 16 nm et
34 nm respectivement. Le vitrage dans son entièreté a un facteur de transmission lumineuse plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale. L'obtention de ce résultat, nonobstant la présence de la couche d'or relativement épaisse, est imputable à la pré-5 sence de la couche superficielle de Bi203. Les valeurs effectives des facteurs de transmission lumineuse et de transmission énergétique totale du vitrage sont 24% et 23% respectivement.
Malgré l'utilisation d'une couche d'or ayant une épaisseur de 16 nm, le vitrage dans des conditions normales d'observation est de io couleur neutre. La pureté de teinte du vitrage, mesurée comme dans le cas du vitrage selon l'exemple 1, n'est pas supérieure à 3%. En raison de la présence d'une couche d'interférence superposée, on pourrait augmenter l'épaisseur du revêtement d'or jusqu'à 16,5 nm sans le rendre visible dans des conditions d'observation normales, en 15 ce qui concerne son influence sur la pureté de couleur.
Exemple 5:
Les feuilles 1 et 2 sont en verre clair et leurs épaisseurs respectives sont 4 mm et 6 mm.
20 Le revêtement 4 absorbant de l'énergie est un revêtement à trois constituants contenant des oxydes de cobalt, de fer et de chrome dans le rapport 62:26:12 en poids. L'épaisseur du revêtement d'oxyde est la même qu'à l'exemple 1 et l'absorption énergétique de la feuille 1 avec le revêtement d'oxyde est de 22%. 25 Le revêtement 5 est constitué d'une sous-couche d'oxyde de bismuth de 1 nm d'épaisseur et d'un revêtement d'or de 14 nm d'épaisseur.
La feuille 1 et le revêtement d'oxyde de bismuth et d'or 5 ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 52% et le revête-30 ment d'or a une émissivité de 0,09.
Le vitrage dans son ensemble a un facteur de transmission lumineuse de 20,6% et un facteur de transmission énergétique totale de 18,7%. La pureté de teinte du vitrage mesurée comme dans le cas du vitrage selon l'exemple 1 est 8%, la longueur d'onde dominante de la 35 lumière réfléchie étant 578 nm. Cette teinte en réflexion est légèrement plus jaunâtre que la teinte d'un vitrage semblable mais ne comportant que la couche d'oxyde seule.
Exemple 6:
40 Les feuilles 1 et 2 sont des feuilles de verre clair ayant chacune 6 mm d'épaisseur.
Le revêtement 4 absorbant de l'énergie est identique à celui décrit à l'exemple 1.
Le revêtement d'or 5 a une épaisseur de 11 nm. Il est déposé sur 45 une sous-couche de Bi203 ayant une épaisseur de 2 nm et est surmonté d'une deuxième couche de Bi203 de 31 nm d'épaisseur.
Le vitrage dans son ensemble possède un facteur de transmission lumineuse de 28,3% et un facteur de transmission énergétique totale (mesuré avec le revêtement d'oxyde dirigé vers la source de rayonne-50 ment) de 29,2%.
La pureté de teinte du vitrage observé en réflexion (mesurée comme indiqué à l'exemple 1) est de 4%, la longueur d'onde dominante de la lumière réfléchie est 486 nm.
Cette teinte en réflexion est légèrement bleue, elle est plus bleutée 55 que la teinte d'un vitrage semblable mais ne comportant que la couche d'oxyde seule.
Un tel vitrage est particulièrement avantageux parce que sa teinte observée en réflexion est semblable à la teinte que présente, en réflexion, une allège constituée d'une feuille de verre clair dont la 60 face dorsale est émaillée et dont la face frontale porte une couche d'oxyde semblable à la couche 4.
Des vitrages conformes au présent exemple peuvent donc être utilisés en combinaison avec ces allèges pour conférer à la façade d'un bâtiment une teinte en réflexion uniforme.
65 Dans les exemples 1 à 6 qui précèdent, les feuilles 1 et 2 sont des feuilles de verre non trempé. Si on le désire, une ou chacune de ces feuilles peut être trempée.
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1 feuille dessin
Claims (10)
1. Vitrage comprenant des feuilles de verre clair maintenues face à face en relation espacée et comportant sur une surface de verre extérieure du vitrage, un revêtement destiné à la protection contre le rayonnement solaire, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est un revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie, et en ce qu'un revêtement d'or d'une épaisseur comprise entre 9 et 14,5 nm est porté par la face intérieure de la feuille portant le revêtement d'oxyde, de manière telle que le revêtement d'or soit dirigé vers l'intérieur du vitrage.
2. Vitrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les propriétés du revêtement d'oxyde sont telles que la feuille de verre clair et son revêtement ont ensemble un facteur d'absorption énergétique d'au moins 16%.
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REVENDICATIONS
3. Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les feuilles de verre et les revêtements sont composés de telle manière que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, le facteur de transmission lumineuse du vitrage est plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale.
4. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement d'oxyde est un revêtement comprenant un ou plusieurs oxyde(s) métallique(s) choisi(s) parmi les oxydes d'étain, de titane, de cobalt, de fer et de chrome.
5. Vitrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que le revêtement est composé d'oxydes de cobalt, de fer et de chrome, ce revêtement ayant de préférence une épaisseur comprise entre 20 et
100 nm.
6. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'épaisseur du revêtement d'or est comprise entre 9 et 12 nm.
7. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que en dessous du revêtement d'or se trouve une sous-couche.
8. Vitrage selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le revêtement d'or est surmonté d'un revêtement constitué d'une ou de plusieurs autre(s) couche(s) transmettant la lumière.
9. Vitrage comprenant des feuilles de verre clair maintenues face à face en relation espacée et comportant, sur une face de verre extérieure du vitrage, un revêtement destiné à la protection contre le rayonnement solaire, caractérisé en ce que ledit revêtement extérieur est un revêtement d'oxyde absorbant de l'énergie, en ce que sur la face intérieure de la feuille portant le revêtement d'oxyde se trouve un second revêtement qui comprend une couche d'or revêtue par au moins une autre couche transmettant la lumière, et en ce que la composition des feuilles de verre et les compositions et les épaisseurs dudit revêtement absorbant de l'énergie et desdites secondes couches de revêtement sont telles que, lorsque le vitrage est disposé avec sa face revêtue d'oxyde orientée vers la source de rayonnement, le facteur de transmission lumineuse du vitrage est plus élevé que son facteur de transmission énergétique totale.
10. Vitrage selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que la feuille de verre revêtue d'or et les couches de revêtement sur sa face revêtue d'or ont ensemble un facteur de transmission lumineuse de 60% au moins.
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