DE69722543T2

DE69722543T2 - Thermisch isolierende Verglasung

Info

Publication number: DE69722543T2
Application number: DE69722543T
Authority: DE
Inventors: Volker Geyer; Valentino Villari; Wulf Haussler; Klaus Holtmann
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-09-04
Also published as: ATE242406T1; DE69722543D1; EP0829610A2; PT829610E; ES2201255T3; EP0829610A3; EP0829610B1; DE29615243U1

Description

Die Erfindung betrifft eine wärmedämmende Isolierglasscheibe mit drei untereinander durch zwei Scheibenzwischenräume getrennten Einzelglasscheiben, wobei mindestens zwei der drei Einzelglasscheiben mit einem Dünnschichtsystem versehen sind, welches mindestens eine metallische Funktionsschicht mit Reflexionseigenschaften für Wellenlängen im Infrarotbereich und/oder im Bereich der Sonnenstrahlung hat.
Eine derartige Isolierglasscheibe ist in DE 36 33 620C2 beschrieben. Diese Isolierglasscheibe weist aufgrund der Füllung der Scheibenzwischenräume mit einem Edelgas bereits als solche einen Wärmedurchgangskoeffizienten (k-Wert) von weniger als 1,0 W/m² K auf. Durch die Anordnung einer weiteren Einzelglasscheibe im Abstand zu der inneren Einzelglasscheibe der Isolierglasscheibe ist eine weitere Verringerung des k-Wertes möglich.
Der Wärmedurchgangskoeffizient einer Isolierglasscheibe wird wesentlich durch das Emissionsvermögen der den oder die Scheibenzwischenräume begrenzenden Glasoberflächen bestimmt. Das Emissionsvermögen wird auch als Emissivität bezeichnet. Durch die Verwendung von Glasscheiben mit einer niedrig emittierender Beschichtung mit einer Emissivität ε < 0,1 auf der dem Scheibenzwischenraum zugewandten Seite kann der Strahlungsaustausch zwischen den Glasoberflächen nahezu unterbunden werden, wodurch erhebliche Energieeinspareffekte erzielt werden können.
US-H-975 H beschreibt eine Glasscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Diese bekannte Isolierglasscheibe reduziert den für die Beheizung von mit ihr verglasten Räumen erforderlichen Einsatz von Heizenergie. Es gibt jedoch Anwendungen, beispielsweise in Niedrig-Energiehäusern oder bei in sehr kalter Umgebung liegenden Häusern, bei denen neben einer Beibehaltung des niedrigen k-Wertes zusätzlich ein hoher Gesamtenergiedurchlassgrad (g-Wert) gewünscht wird. Der g-Wert, so wie er in der Norm DIN 67507 definiert ist, drückt den Solarfaktor aus. Er wird in Prozent gemessen und setzt sich zusammen aus der Summe des direkt durchgelassenen Strahlungsflusses und der Wärmeabgabe in den Innenraum des Zimmers oder der Wohnung durch die Verglasung, die sich durch Absorption wegen der absorbierten Sonnenstrahlen aufheizt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Isolierglasscheibe des eingangs erwähnten Typs vorzuschlagen, die sowohl einen k-Wert von weniger als 1,0 W/m² K als auch einen Solarfaktor-Koeffizienten von mehr als 60% aufweist.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist, den optischen Eindruck der Isolierglasscheibe nicht zu beeinträchtigen, insbesondere indem eine hinreichende Transmission des sichtbaren Lichts beibehalten wird.
Noch ein anderes Ziel ist, eine sehr neutrale Reflexionsfarbe der Isolierglasscheibe nach außen hin zu erzielen.
Diese Ziele werden erreicht dadurch, dass das Dünnschichtsystem (12, 13) eine Emissivität ε < 0,1 aufweist, und dass die drei Einzelglasscheiben einen Gehalt an Wellenlängen im Bereich der Sonnenstrahlung absorbierenden Oxiden von weniger als 0,05% aufweisen.
Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung beträgt die integrierte Transmission jeder der drei Einzelglasscheiben (1, 2, 3) im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 2500 nm mindestens 86%, vorzugsweise gleich 88% für eine Scheibendicke von ungefähr 4 mm.
Vorzugsweise sind die die Wellenlängen im Bereich der Sonnenstrahlung absorbierenden Oxide Eisenoxide der Form Fe₂O₃.
Im Falle eines Gehalt an Fe₂O₃ von weniger als 0,02 Gew.-% hat die Glasscheibe bei einer Glasscheibendicke von ungefähr 4 mm, eine Transmission von mehr als 89 zwischen 300 und 2100 nm. Geringere Transmissionswerte als 89% treten erst oberhalb von 2100 nm auf. Jedoch bleibt die Transmission zwischen 2100 und 2500 nm oberhalb von 86%. Die integrierte Transmission zwischen 300 nm und 2500 nm beträgt in diesem Fall 88%. Durch einen derart niedrigen Fe₂O₃-Gehalt wird der zusätzliche Vorteil erzielt, daß die Transmissionswerte auch bei wesentlich dickeren Scheiben kaum abnehmen. So nimmt selbst bei einer Scheibendicke von 12 mm die Transmission um weniger als 1 ab.
Eine ausreichend hohe Transmission der Beschichtung wird dadurch erreicht, dass ein Schichtaufbau gewählt wird, dessen Transmissionsmaximum im Bereich des sichtbaren Lichts liegt, und der auch bei 800 nm noch eine Licht-Transmission von mehr als 70 aufweist.
Mit Vorteil beträgt der Gehalt an Oxiden Fe₂O₃ weniger als 0,02%, vorzugsweise weniger als 600 ppm, noch bevorzugter weniger als 100 ppm.
Eine Glaszusammensetzung zur Herstellung von erfindungsgemäßen Glasscheiben enthält vorteilhaft folgende Komponenten, ausgedrückt in Gewichtsprozenten und begrenzt durch die folgenden Werte:

SiO₂ 69 bis 75

Al₂O₃ 0 bis 3

B₂O₃ 0 bis 5

CaO 2 bis 10

MgO <2%

Na₂O 0 bis 17

K₂O 0 bis 8

Se 0 bis 0,002

CoO 0 bis 0,001

Cr₂O₃ 0 bis 0,001
Eine im Rahmen der Erfindung besonders bevorzugte Glaszusammensetzung enthält die folgenden Komponenten in Gewichtsprozenten:

SiO₂ 71,2%

Na₂O 14,14%

CaO 9,49%

MgO 4,13%

Al₂O₃ 0,55%

SO₃ 0,412%

K₂O 0,005%

TiO₂ 0,014%

mit einem Fe₂O₃-Anteil von ungefähr 90 ppm.
Nach einem sehr vorteilhaften Merkmal der Erfindung ist die metallische Funktionsschicht des Schichtsystems eine Silberschicht mit einer Dicke zwischen 5 und 15 nm, insbesondere zwischen 8 und 9,5 nm.
Der erfindungsgemäße Schichtaufbau wird vorzugsweise dadurch realisiert, dass auf die Oberfläche der eisenoxidarmen Silikatglasscheibe zunächst in bekannter Weise eine dielektrische Schicht aufgebracht wird, und auf dieser dielektrischen Schicht in gleichfalls bekannter Weise eine weitere dielektrische Schicht oder gegebenenfalls eine Opfermetallschicht zerstäubt wird. Auf dieser Schicht ist eine Silberschicht angeordnet, wobei die Silberschicht eine Dicke von vorzugsweise 8 bis 9,5 nm aufweist. Auf der Silberschicht kann eine Opfermetallschicht oder gegebenenfalls unmittelbar eine dielektrische Schicht, sowie gegebenenfalls weitere dielektrische Schichten angeordnet werden.
Vorzugsweise hat das Schichtsystem (12, 13) folgende Schichtfolge: Glas/SnO₂/ZnO/Ag/Ti oder Nb/Si₃N₄ oder ZnO/Si₃N₄ oder SnO₂ oder ZnO/SnO₂.
Die Schichtfolge des Schichtsystems kann auch folgende sein: Glas/SnO₂/NiCr/Ag/NiCr/SnO₂.
In sehr vorteilhafter Weise befindet das erfindungsgemäße Dünnschichtsystem sich auf den Seiten 3 und 5 der Glasscheibe (es sei daran erinnert, dass die Seiten der Glasscheibe üblicherweise von außen nach innen nummeriert werden).
Im Rahmen der Erfindung haben die Einzelglasscheiben vorzugsweise eine zwischen 4 und 12 mm liegende Dicke und die Scheibenzwischenräume (10, 11) eine Dicke von ungefähr gleich 10 mm.
Die Scheibenzwischenräume sind vorzugsweise entweder mit einem Edelgas gefüllt oder evakuiert.
Die soeben beschriebene erfindungsgemäße Glasscheibe ist dadurch bemerkenswert, dass sie eine Transmission T_L für sichtbares Licht von mindestens 72% für einen Solarfaktor G von mehr als 60% und einen k-Wert von weniger als 1 W/m²·K hat.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich hiernach aus der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Isolierglasscheibe.
Die in der Zeichnung dargestellte Isolierglasscheibe umfasst drei Einzelglasscheiben 1, 2 und 3, die über Abstandhalter 4 und 5, sowie Dichtmassen 6, 7 miteinander verbunden sind.
Bei den Einzelglasscheiben 1, 2 und 3 handelt es sich um Floatglasscheiben aus Silikatglas mit einem Fe₂O₃-Gehalt von 0,01 Gew.% und einer Dicke von 4 mm. Die mittlere Einzelglasscheibe 2 ist thermisch vorgespannt. Die Scheibenzwischenräume 10, 11 sind mit einem geeigneten isolierenden Gas gefüllt. Zur Befüllung eignen sich insbesondere Edelgase, durch die eine hohe Wärmedämmung erzielt wird.
Die durch die Einzelglasscheiben 1, 2 und 3 sowie durch die Abstandshalter 4 und 5 gebildete Isolierglasscheibe kann in einen geeigneten Rahmen eingebaut werden. Auf den im eingebauten Zustand nach außen gewandten Oberflächen der beiden inneren Einzelglasscheiben 2 und 3 sind Beschichtungen 12, 13 aufgebracht. Hierbei ist auf den Glasoberflächen zunächst eine dielektrische, 30 nm dicke Schicht aus SnO₂ und auf dieser Schicht eine Opfermetallschicht aus NiCr 80/20 in einer Dicke von 2,5 nm angeordnet. Unmittelbar auf der Opfermetallschicht befindet sich eine Silberschicht von 9 nm Dicke. Auf dieser Silberschicht ist eine 2,5 nm dicke NiCr 80/20-Schicht angeordnet, und auf dieser Opfermetallschicht eine 30 nm dicke SnO₂-Schicht. Die integrierte Transmission einer so beschichteten Glasscheibe im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 2500 nm beträgt 80%.
Die Abscheidung der Schichten erfolgt in bekannter Weise nach dem Verfahren der magnetfeldunterstützten Kathodenzerstäubung in einer industriellen Durchlaufanlage mit einer entsprechenden Anzahl von Kathodenplätzen, wobei die oxidischen Schichten, wie allgemein üblich, durch reaktive Kathodenzerstäubung mit einem sauerstoffhaltigen Arbeitsgas aus metallischen Targets aufgestäubt werden. Bei der Durchführung des Verfahrens ist darauf zu achten, dass die Verfahrensparameter so eingestellt und geregelt werden, dass sich die gewünschten Schichtdicken ergeben.
Die Montage der erfindungsgemäßen Isolierglasscheibe wurde so durchgeführt, dass die Dicken der beiden Scheibenzwischenräume 10, 11 zwischen den Scheiben 1, 2 und 3 jeweils 10 mm betragen.
Die beiden Scheibenzwischenräume 10, 11 wurden außerdem mit Krypton gefüllt.
Wohlgemerkt kann die Isolierglasscheibe auch mit einem anderen Gas, vorzugsweise einem anderen Edelgas befüllt werden. Es ist jedoch auch möglich, ein Vakuum in den Scheibenzwischenräumen zu erzeugen. In diesem Fall ist die Wärmedämmung noch weiter erhöht.
Als Vergleichsbeispiel wurde eine Isolierglasscheibe mit derselben Konfiguration und mit den selben Schichtsystemen wie zuvor beschrieben hergestellt, deren drei Einzelglasscheiben von identischer Dicke aus einem klaren Standard-Kalk-Natron-Glas hergestellt sind, das von der Gesellschaft Saint-Gobain Glass France unter der Bezeichnung „Planilux" vertrieben wird.
Für solche Isolierglasscheiben wurden jeweils in Prozenten der Wert T_L der Lichttransmission, der g-Wert gemäß der Norm DIN 67507 und, in W/m²K, der Wert des Wärmeübergangskoeffizienten k gemessen.
Diese Werte sind in der untenstehenden Tabelle wiedergegeben: das Beispiel 1 ist das Beispiel für die erfindungsgemäße Isolierglasscheibe, während Beispiel 2 das Vergleichsbeispiel ist:
Aus dieser Tabelle geht klar hervor, dass die erfindungsgemäße Isolierglasscheibe deutlich bessere energetische Leistungen erbringt als die des Vergleichsbeispiels, wobei die Lichttransmission sogar erhöht ist. Außerdem hat die erfindungsgemäße Isolierglasscheibe eine sehr neutrale Reflexionsansicht.

Claims

Wärmedämmende Isolierglasscheibe mit drei untereinander durch zwei Scheibenzwischenräume (10, 11) getrennten Einzelglasscheiben (1, 2, 3), wobei mindestens zwei der drei Einzelglasscheiben (2, 3) mit einem Dünnschichtsystem (12, 13) versehen sind, welches mindestens eine metallische Funktionsschicht mit Reflexionseigenschaften für Wellenlängen im Infrarotbereich und/oder im Bereich der Sonnenstrahlung hat, wobei das Dünnschichtsystem (12, 13) eine Emissivität ε < 0,1 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Einzelglasscheiben einen Gehalt an Wellenlängen im Bereich der Sonnenstrahlung absorbierenden Oxiden von weniger als 0,05% aufweisen.
Glasscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Transmission jeder der drei Einzelglasscheiben (1, 2, 3) im Wellenlängenbereich zwischen 300 nm und 2500 nm mindestens 86% beträgt, vorzugsweise gleich 88% ist für eine Scheibendicke von ungefähr 4 mm.
Glasscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wellenlängen im Bereich der Sonnenstrahlung absorbierenden Oxide Eisenoxide der Form Fe₂O₃ sind.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Eisenoxiden Fe₂O₃ weniger als 0,02%, vorzugsweise weniger als 600 ppm, noch bevorzugter weniger als 100 ppm beträgt.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Funktionsschicht des besagten Schichtsystems (12, 13) eine Silberschicht mit einer Dicke zwischen 5 und 15 nm, insbesondere zwischen 8 und 9,5 nm ist.
Glasscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (12, 13) folgende Schichtfolge hat: Glas/SnO₂/ZnO/Ag/Ti oder Nb/Si₃N₄ oder ZnO/Si₃N₄ oder SnO₂ oder ZnO/SnO₂.
Glasscheibe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtsystem (12, 13) folgende Schichtfolge hat: Glas/SnO₂/NiCr/Ag/NiCr/SnO₂.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtsystem (12, 13) sich auf den Seiten 3 und 5 der Glasscheibe befindet.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelglasscheiben (1, 2, 3) eine zwischen 4 und 12 mm liegende Dicke haben und dadurch, dass die Scheibenzwischenräume (10, 11) eine Dicke von ungefähr gleich 10 mm haben.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibenzwischenräume (10, 11) mit einem Edelgas gefüllt oder evakuiert sind.
Glasscheibe nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Transmission T_L für sichtbares Licht von mindestens 72% für einen Solarfaktor G von mehr als 60% und einen k-Wert von weniger als 1 W/m²·K hat.