FR3113858A1 - Triple vitrage integrant un film thermochrome - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un triple vitrage (1) adapté pour être monté dans un bâtiment, comprenant un vitrage extérieur (2) et un vitrage intérieur (4) destinés respectivement à être agencés vers l’extérieur et l’intérieur du bâtiment, et un vitrage intermédiaire (3) agencé entre les vitrages extérieur (2) et intérieur (4) et séparé de chacun d’eux par une lame de gaz (5, 6), ledit triple vitrage (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film thermochrome (7) agencé sur l’une des faces (S3, S4) du vitrage intermédiaire (3). Figure pour l’abrégé : Fig. 3
Description
La présente invention a trait à un triple vitrage intégrant un film thermochrome. Elle se rapporte de plus au procédé de fabrication d’un tel triple vitrage, et à son utilisation comme élément de façade d’un bâtiment.
Il est connu de mettre en œuvre un film thermochrome au sein d’un double vitrage.
Dans la présente description, l’expression « film thermochrome » désigne une couche ou un empilement de couches dont les propriétés optiques changent en fonction de la température et ceci de façon réversible ou quasi réversible. Plus précisément, l'effet thermochrome souhaité pour une application vitrage est le passage réversible d'un état transparent vers un état plutôt sombre et/ou réfléchissant au-dessus d'une certaine température. Lorsque la température du vitrage reste inférieure à la température de transition, le film thermochrome (ou thermochromique) laisse passer la lumière solaire visible et éventuellement le rayonnement infrarouge. A compter d’une certaine température du vitrage, le film thermochrome teint le verre de sorte que la transmission de la lumière visible est modulée et éventuellement le rayonnement infrarouge.
Un vitrage thermochrome appartient donc à la technologie des fenêtres intelligentes passives. En d’autres termes, l'état de l'interrupteur dépend des conditions environnementales (température extérieure, rayonnement solaire) et ne peut pas être contrôlé par l'utilisateur final, contrairement fenêtres intelligentes dites actives. Les technologies passives ont donc pour avantage notable de ne pas nécessiter la mise en œuvre d’une adaptation supplémentaire du vitrage, par exemple par l’ajout de branchements électriques.
Il existe aujourd'hui différentes technologies de films thermochromes basées sur différentes gammes des matériaux thermochromiques, ce qui augmente leur absorption lumineuse à mesure que la température du matériau augmente. Ainsi, certains films thermochromes sont composés de complexes organométalliques thermochromiques intégrés dans un intercalaire de Polyvinyl butyral (PVB). D’autres technologies impliquent des films minces d'oxyde métallique d’oxyde de Vanadium (VO2) pouvant être dopés afin d’augmenter leur efficacité. Une technologie alternative connue met en œuvre des cristaux liquides thermochromes et des colorants dichroïques.
La illustre un exemple connu de double-vitrage intégrant un film thermochrome 7. Un tel double-vitrage comprend un vitrage extérieur 2 et un vitrage intérieur 4 destinés respectivement à être agencés vers l’extérieur et l’intérieur du bâtiment, ces deux vitrages (2,4) étant séparés par une unique lame de gaz interne 5. Un tel double-vitrage comprend un film thermochrome 7. Traditionnellement, ce film thermochrome 7 est agencé sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2. Ce positionnement spécifique du film thermochrome 7 répond à des contraintes de fonctionnement bien précises. D’une part, il est fortement recommandé de disposer ce film thermochrome 7 sur une surface interne du double-vitrage, afin de limiter les risques de détérioration par attaque chimique ou mécanique. D’autre part, le film thermochrome 7 une fois en place peut, au cours de la journée, chauffer considérablement, par exemple à des températures supérieures à 90°C. Dans l’hypothèse où un tel film thermochrome 7 serait agencé sur la face interne S3 du vitrage interne 4, la chaleur transmise par conduction contribuerait à faire chauffer considérablement le vitrage interne 4, qui diffuserait à son tour cette chaleur à l’intérieur du bâtiment, ce qui n’est pas souhaité. La solution technique adoptée dans l’état de la technique consiste donc à agencer ce film thermochrome 7 sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2, afin de l’isoler thermiquement du vitrage interne 4, par interposition de la lame de gaz 5. On limite ainsi significativement les transferts de chaleur par conduction/convection au vitrage interne 4.
Les inventeurs ont cependant identifié au moins un inconvénient lié à un tel agencement. Il a en effet été observé qu’un film thermochrome 7 positionné sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2 peut se révéler ineffectif lorsque les conditions environnementales ne sont pas suffisantes pour commuter le verre thermochromique alors qu'elles induisent l'inconfort des personnes vivant à l'intérieur du bâtiment. Un exemple clé concerne la gestion de l'éblouissement. Les matériaux thermochromiques impliqués dans les technologies thermochromiques actuelles présentent une modulation de transmission sur la plage de température d'environ 30°C à 90 °C. Par conséquent, pour atteindre la température de transition et basculer la fenêtre thermochromique, une exposition directe au soleil est obligatoire. Ceci est bien adapté afin de maintenir une transmission de lumière visible élevée pendant les jours nuageux (même en été), mais en cas de journée froide et ensoleillée, les utilisateurs finaux peuvent faire face à un problème d'éblouissement et pourraient vouloir que la fenêtre se teinte alors que dans les faits, elle ne le ferait pas.
Cet inconvénient réside dans le fait qu’un film thermochrome 7 ainsi agencé est fortement influencé par les échanges de chaleur (positifs ou négatifs) intervenant par convection entre l’air extérieur et le vitrage externe 2, ou par conduction dans l’hypothèse d’un contact du vitrage extérieur 2 avec un élément extérieur. Dans la pratique, la commutation du film thermochrome 7 sera ainsi négativement affectée dans le contexte d’une journée ensoleillée mais très venteuse.
C’est au moins à cet inconvénient identifié par les inventeurs qu’entend plus particulièrement remédier l’invention. L’invention se rapporte ainsi, dans un mode de réalisation particulier, à un triple vitrage adapté pour être monté dans un bâtiment, comprenant un vitrage extérieur et un vitrage intérieur destinés respectivement à être agencés vers l’extérieur et l’intérieur du bâtiment, et un vitrage intermédiaire agencé entre les vitrages extérieur et intérieur et séparé de chacun d’eux par une lame de gaz, ledit triple vitrage étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film thermochrome agencé sur l’une des faces du vitrage intermédiaire.
Un film thermochrome agencé au sein d’un triple-vitrage selon l’invention a pour double avantage d’être plus indépendant de l’environnement extérieur du bâtiment tout en ayant une influence limitée sur la température à l’intérieur de ce même bâtiment.
En effet, ainsi agencé, le film thermochrome est à la fois séparé du vitrage extérieur et du vitrage intérieur par une lame de gaz isolant, ce qui permet de réduire significativement les échanges de chaleur par convection et par conduction. Un tel film thermochrome n’est donc influencé que par les échanges de chaleur par rayonnement pouvant intervenir avec respectivement l’extérieur et l’intérieur du bâtiment. A défaut d’autre sollicitation thermique, il est donc plus sensible au transferts de chaleur par rayonnement.
Or, la chaleur apportée par les rayons solaires se présente justement sous la forme de rayonnement, dans le proche infrarouge, c’est-à-dire dans une plage de longueur d’onde inférieure ou égale à 3 micromètres. Un film thermochrome agencé dans un triple-vitrage selon l’invention présente donc une sensibilité accrue à l’irradiance solaire, indépendamment (ou presque) des autres facteurs extérieurs.
Ajouter à cela le fait qu’un triple-vitrage conserve, du fait de sa meilleure isolation thermique, une température résiduelle supérieure à celle d’un double-vitrage. Au matin, un film thermochrome agencé dans un triple-vitrage est donc plus chaud. La quantité de chaleur devant être apportée au film thermochrome pour qu’il atteigne son point de commutation est donc relativement plus faible. A irradiance égale, ce point de commutation est donc plus rapidement atteint. Un film thermochrome agencé dans un triple-vitrage selon l’invention est donc relativement plus réactif.
Concrètement, un tel triple-vitrage aura davantage tendance à se teinter en cas de fort exposition solaire, même en cas d’environnement extérieur froid et/ou venteux, limitant ainsi les risques d’éblouissement. Au contraire, dans le contexte d’une température particulièrement élevée, un tel triple-vitrage aura davantage tendance à rester clair et transparent en l’absence d’une exposition solaire suffisante, maximisant ainsi l’apport lumineux à l’intérieur du bâtiment. De manière générale, un triple-vitrage selon l’invention permet donc d’améliorer le confort visuel et/ou thermique à l’intérieur du bâtiment.
A noter qu’une telle solution était loin de s’imposer à l’évidence pour une personne du métier au vu des nombreux inconvénients par ailleurs inhérents à la mise en œuvre d’un triple-vitrage, dont son poids accru, son caractère plus onéreux, sa plus grande absorption lumineuse, et l’augmentation de son facteur solaire.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit vitrage intermédiaire, et préférentiellement lesdits vitrages intérieur et/ou extérieur, sont monolithiques.
La mise en œuvre d’un ou plusieurs vitrages monolithiques a pour avantage de réduire le poids, le coût et l’absorption lumineuse du triple-vitrage.
Selon un mode de réalisation alternatif, un ou plusieurs des vitrages est feuilleté.
Selon un mode de réalisation particulier de l’invention, ledit vitrage intermédiaire est feuilleté, et comprend ledit film thermochrome sur une de ses faces extérieures, en contact avec une lame de gaz, ou alternativement au sein même du feuilletage ou en d’autres termes, sur l’une des faces internes du vitrage intermédiaire.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit triple vitrage comprend au moins un film bas émissif agencé entre ledit film thermochrome et ledit vitrage intérieur.
Un film bas émissif est une couche ou un empilement de couches dont les propriétés de surface permettent de réduire les échanges radiatifs et ainsi d’améliorer le coefficient de déperdition thermique Ug des vitrages. L'appellation anglophone "low-e" est communément utilisée pour désigner ces couches dont l'émissivité est inférieure à 0,11 (par exemple un système du type PlanithermTM) et peut même atteindre 0,03 (par exemple pour des systèmes du type bi-couches à l'argent). Un tel film bas émissif est en particulier actif dans le domaine des infrarouges lointains, dont la longueur d’onde est supérieure ou égale à 5 micromètres. Cette plage de longueur d’onde correspond en particulier à la chaleur réémise par les différents éléments du vitrage, y inclut le film thermochrome, après absorption des rayons solaires. Les infrarouges pouvant être émis depuis l’intérieur du bâtiment, par exemple par chauffage, appartient également à cette plage de longueur d’onde des infrarouges lointains.
Dans la présente description, l’expression « entre … et … » inclue les bornes considérées et donc en l’espèce, la face extérieure du vitrage interne. Selon cette caractéristique particulière, le film bas émissif est donc, pour un observateur positionné du côté du vitrage extérieur, agencé en retrait par rapport au film thermochrome. Dans l’hypothèse où le film thermochrome est agencé en face n°3 du triple vitrage, ce film bas émissif peut donc être agencé en face n°4, 5 et/ou 6. Il peut également être agencé en face n°3, en retrait par rapport au film thermochrome.
Un film bas émissif agencé en retrait par rapport au film thermochrome a pour avantage de refléter vers le film thermochrome une partie de la chaleur émise par les différentes composantes du vitrage. Tel que détaillé dans la description, un triple-vitrage selon l’invention combinant la mise en œuvre d’un film thermochrome et d’un film bas émissif positionné en retrait de ce dernier présente, à proportion égale d’irradiance solaire, une dynamique de commutation accrue de l’état clair vers l’état teinté. En d’autres termes, il est plus réactif lorsque soumis à une exposition solaire.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit vitrage comprend au moins un film antisolaire agencé entre ledit film thermochrome et ledit vitrage intérieur.
Un film antisolaire désigne une couche ou un empilement de couches dont les propriétés de surface permettent de réduire les échanges radiatifs, en particulier dans le domaine des infrarouges proches, dont la longueur d’onde est inférieure ou égale à 3 micromètres. Les infrarouges proches étant principalement présents dans le spectre solaire, la principale fonction d’un tel film antisolaire est donc de réfléchir une partie du rayonnement solaire afin de limiter les effets de surchauffe à l’intérieur du bâtiment.
Selon cette caractéristique particulière, le film antisolaire est, pour un observateur positionné du côté du vitrage extérieur, agencé en retrait par rapport au film thermochrome. Dans l’hypothèse où le film thermochrome est agencé en face n°3 du triple vitrage, ce film antisolaire peut donc être agencé en face n°4, 5 et/ou 6. Il peut également être agencé en face n°3, en retrait par rapport au film thermochrome.
Un film antisolaire agencé en retrait par rapport au film thermochrome a pour avantage de refléter vers le film thermochrome une partie de la chaleur émise par rayonnement dans le spectre solaire. Tel que détaillé dans la description, un triple-vitrage selon l’invention combinant la mise en œuvre d’un film thermochrome et d’un film antisolaire positionné en retrait de ce dernier présente, à proportion égale d’irradiance solaire, une dynamique de commutation accrue de l’état clair vers l’état teinté. En d’autres termes, il est plus réactif lorsque soumis à une exposition solaire.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit vitrage comprend au moins un film bas émissif agencé entre ledit film thermochrome et ledit vitrage extérieur.
Selon cette caractéristique particulière, ce film bas émissif est, pour un observateur positionné du côté du vitrage extérieur, agencé en avant par rapport au film thermochrome. Dans l’hypothèse où le film thermochrome est agencé en face n°3 du triple vitrage, ce film bas émissif peut donc être agencé en face n°1 et/ou 2. Il peut également être agencé en face n°3, en avant par rapport au film thermochrome.
Un film bas émissif agencé en avant par rapport au film thermochrome a pour avantage de refléter vers le film thermochrome une partie de la chaleur émise par les différentes composantes du vitrage. Un triple-vitrage selon ce mode de réalisation particulier présente donc, à proportion égale d’irradiance solaire, une dynamique de commutation accrue de l’état clair vers l’état teinté. En d’autres termes, il est plus réactif lorsque soumis à une exposition solaire
Selon un mode de réalisation particulier, ledit vitrage comprend au moins un film absorbeur d’infrarouges au contact dudit film thermochrome.
Un tel film absorbeur d’infrarouges permet de bloquer une plus grande proportion de la chaleur contenue dans le rayonnement solaire, pour la redistribuer en partie au film thermochrome, qui chauffe donc plus vite. Le triple-vitrage est ainsi plus réactif lorsque soumis à une exposition solaire.
Selon un mode de réalisation particulier, la valeur d’émissivité thermique du vitrage extérieur vers l’extérieur est supérieure à la valeur d’émissivité thermique du vitrage intérieur vers l’intérieur.
Au sens de l’invention, l'émissivité thermique désigne le rapport de la luminance thermique du corps considéré, en l’espèce les vitrages intérieur ou extérieur, sur la luminance thermique du corps noir porté à la même température. La luminance thermique quant à elle se rapporte à la chaleur émise au travers du corps considéré, c’est-à-dire au travers desdits vitrages intérieur ou extérieur.
Selon ce mode de réalisation particulier, les déperditions de chaleur du côté du vitrage extérieur sont donc favorisées par rapport aux déperditions de chaleur côté vitrage intérieur. L’énergie thermique emmagasinée par le triple vitrage au cours de la journée, en particulier par absorption du rayonnement solaire, a donc davantage tendance à être réémise vers l’extérieur du bâtiment que vers l’intérieur, ce qui permet donc de réduire le facteur solaire g du vitrage.
Selon un mode de réalisation particulier, l’ajout d’au moins une couche low-e et/ou antisolaire sur le vitrage intérieur/extérieur permet de réduire son émissivité thermique.
Selon un mode de réalisation particulier, la valeur d’émissivité thermique de la lame de gaz extérieure vers l’extérieur est supérieure à la valeur d’émissivité thermique de la lame de gaz intérieure vers l’intérieur.
Selon ce mode de réalisation particulier, les déperditions de chaleur du côté du vitrage extérieur sont donc favorisées par rapport aux déperditions de chaleur côté vitrage intérieur. L’énergie thermique emmagasinée par le triple vitrage au cours de la journée, en particulier par absorption du rayonnement solaire, a donc davantage tendance à être réémise vers l’extérieur du bâtiment que vers l’intérieur, ce qui permet donc de réduire le facteur solaire g du vitrage.
Selon un mode de réalisation particulier, l’amincissement d’une lame de gaz et/ou son remplissage avec un gaz moins isolant thermiquement permet d’accroître son émissivité thermique.
L’invention se rapporte également à un procédé de fabrication d’un triple vitrage telle que celui décrit ci-dessus.
L’invention se rapporte de plus à l’utilisation d’un tel triple-vitrage comme élément de façade d’un bâtiment.
Les caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront dans la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d’un triple-vitrage, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Pour la clarté du dessin, les épaisseurs relatives des différentes couches sur les figures 1 à 4 n’ont pas été rigoureusement respectées.
La illustre un triple-vitrage intégrant un film thermochrome 7 selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Dans la présente description, et à des fins purement descriptives, ledit triple-vitrage est arbitrairement considéré depuis le point de vue d’un observateur fictif positionné du côté du vitrage extérieur 2, et représenté sur les figures 1 et 2 par un œil. Le sens des expressions "en retrait" et "en avant" sont ainsi à considérer par rapport à cette orientation.
Depuis ce point de vue, le triple-vitrage 1 comprend ainsi, au fur et à mesure qu’on s’éloigne de l’observateur fictif, un vitrage extérieur 2 doté d’une face externe S1 et d’une face interne S2, une première lame de gaz inerte (argon) 5, un vitrage intermédiaire 3 doté d’une face S3 tournée vers l’extérieur et d’une face opposée S4 tournée vers l’intérieur, une deuxième lame de gaz inerte 5, et un vitrage intérieur 4 doté d’une face interne S5 et d’une face externe S6.
Dans ce mode de réalisation particulier, les vitrages 2, 3 et 4 sont de composés de substrats monolithiques de verre sodo-calcique d’une épaisseur de 4 mm, par exemple des verres de la marque PlaniclearTM commercialisés par le groupe Saint-Gobain. Les lames de gaz inerte (argon) présentent pour chacune d’elles une épaisseur de 16 mm. De manière connue, les lames de gaz argon (5,6) sont cloisonnées au moyen d’espaceurs et de joints d’étanchéité disposés en périphérie des vitrages.
Selon le mode de réalisation particulier illustré à la , le triple-vitrage 1 comprend en particulier un film thermochrome 7 agencé sur la face S4 du vitrage intermédiaire 3.
Dans l’ensemble des exemples discutés dans le présent texte, le film thermochrome 7 mis en œuvre est composé de cristaux liquides associés à des colorants dichroïques. Quand les cristaux liquides sont à température inférieure à 28°C, ils sont ordonnés ainsi que les colorants. La surface effective des colorants vu par la lumière est réduite et la transmission lumineuse maximisée. Lorsque la température passe au-dessus des 28°C, les cristaux se désalignent, les colorants aussi, et la surface d’absorption est maximisée. Un tel film thermochrome 7 est dit à transition abrupte à 28°C, bien qu’une légère diminution de la transmission lumineuse puisse déjà être observée entre 15°C et 28°C.
Selon un mode de réalisation alternatif non représenté, le film thermochrome 7 est déposé sur la face S3 du vitrage intermédiaire 3.
Tel qu’illustré par la , le triple-vitrage 1 comprend de plus :
- un film bas émissifs 8 agencé en face S2 du triple-vitrage 1, de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain,
- un film antisolaire 9 agencé sur la face S5 du triple-vitrage 1, de la marque Planistar SunTM commercialisée par le groupe Saint-Gobain.
- un film bas émissifs 8 agencé en face S2 du triple-vitrage 1, de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain,
- un film antisolaire 9 agencé sur la face S5 du triple-vitrage 1, de la marque Planistar SunTM commercialisée par le groupe Saint-Gobain.
A noter que la n’illustre qu’un mode de réalisation particulier de l’invention, à titre descriptif et non limitant. Selon des modes de réalisation alternatifs, le triple-vitrage peut ainsi ne pas comprendre ou au contraire comprendre davantage de films bas émissif / antisolaire, tout en restant inclus dans la portée revendiquée de l’invention.
Afin d’évaluer le rôle joué par la configuration des vitrages sur l’évolution de la température du film thermochrome au cours d’une journée standard de mi-février à Paris, un premier essai est simulé informatiquement sur deux échantillons décrits ci-dessous.
Un premier échantillon correspond à un double-vitrage connu de l’état de la technique et décrit en préambule du présent texte. Ce premier échantillon comprend donc, depuis l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment :
Vitrage extérieur (PlaniclearTM – 4 mm) / Film thermochrome à commutation thermochromique abrupte à 28°C / Lame de gaz inerte (argon – 16 mm) / Vitrage intérieur (PlaniclearTM – 4 mm).
Un second échantillon correspond à un triple-vitrage selon l’invention, qui ne comprend qu’un film thermochrome en face S4. Ce second échantillon ne diffère donc du premier qu’en ce qu’il comprend en plus un vitrage et une lame de gaz, agencés en avant du premier échantillon. Le second échantillon comprend donc, depuis l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment :
Vitrage extérieur (PlaniclearTM – 4 mm) / Lame de gaz inerte (argon – 16 mm) / Vitrage intermédiaire (PlaniclearTM – 4 mm) / Film thermochrome à commutation thermochromique abrupte à 28°C / Lame de gaz inerte (argon – 16 mm) / Vitrage intérieur (PlaniclearTM – 4 mm).
Le premier et le second échantillon sont tous deux soumis à des cycles journaliers identiques de variations d’irradiance solaire et de température extérieure, pour une température à l’intérieur du bâtiment considérée constante, à une valeur de 25°C.
La est une représentation graphique des résultats estimés. L’analyse des résultats présentés permet d’aboutir à plusieurs conclusions.
On observe en premier lieu qu’en début de matinée (à 07 :11), la température du film thermochrome intégré dans le triple-vitrage (16°C) est plus élevée que dans le double-vitrage (11°C). La température extérieure est alors de 1°C.
Les différences de températures constatées entre la température extérieure et celle des thermochromes sont liées à deux facteurs principaux. D’une part, la température à l’intérieur du bâtiment, qui est fixée à 25°, a une influence sur les double/triple-vitrages. Pendant la nuit, il s’opère en effet des transferts de chaleur entre l’intérieur du bâtiment et le film thermochrome 7, ce qui limite ou du moins ralentit son refroidissement. D’autre part, une partie de la chaleur accumulée la veille reste piégée au sein du double/triple-vitrage le matin suivant.
Le triple-vitrage disposant d’une lame supplémentaire de gaz isolant, les déperditions de chaleurs opérées au cours de la nuit sont réduites. Au matin, la température dite « résiduelle » du film thermochrome est donc plus élevée dans le cas du triple-vitrage.
Suite à l’augmentation de l’irradiance solaire, aux alentours de 09:36, les températures respectives des films thermochromes augmentent graduellement. A approximativement 11:30, le film thermochrome du triple-vitrage atteint sa température de commutation de 28°C, et commence alors à se teinter. A compter de ce moment, la teinte du film thermochrome engendre l’augmentation de son absorption lumineuse, ce qui provoque par effet de synergie une augmentation plus rapide de la température du film thermochrome, jusqu’à atteindre une valeur maximum de 41°C aux environs de 14:00. Suite à la baisse de l’irradiance, la température du film thermochrome diminue progressivement pour se stabiliser au niveau de sa valeur de température résiduelle.
Le film thermochrome agencé au sein du double-vitrage connaît un comportement similaire. Cependant, sa température résiduelle étant moins élevée que dans le cas du triple-vitrage, la quantité de chaleur devant être apportée au film thermochrome pour qu’il atteigne son point de commutation est plus importante. Dans le cas de ce premier essai, cette température de commutation n’est jamais atteinte.
Un film thermochrome agencé au sein d’un triple-vitrage selon l’invention est donc relativement plus réactif.
Or, la teinte du film thermochrome contribue directement à la réduction du flux de lumière transmis à l’intérieur du bâtiment.
Un film thermochrome agencé dans un triple-vitrage selon l’invention présente donc une sensibilité accrue à l’irradiance solaire, indépendamment (ou presque) des autres facteurs extérieurs.
Concrètement, un tel triple-vitrage aura davantage tendance à se teinter en cas de fort exposition solaire, même dans le contexte d’un environnement extérieur relativement froid, tel que c’est le cas pour le premier essai, limitant ainsi les risques d’éblouissement.
Au contraire, dans le contexte d’une température particulièrement élevée, un tel triple-vitrage aura davantage tendance à rester clair et transparent en l’absence d’une exposition solaire suffisante, maximisant ainsi l’apport lumineux à l’intérieur du bâtiment.
De manière générale, un triple-vitrage selon l’invention permet donc d’améliorer le confort visuel et/ou thermique à l’intérieur du bâtiment.
Dans le contexte de ce premier essai, ont également été estimées pour chacun des deux échantillons les valeurs de coefficient de transfert thermique (Ug) et de facteur solaire (FS ou g), à leur optimum de température (à environ 14:00).
Le facteur solaire est défini comme le rapport entre l’énergie entrant dans le local par le vitrage et l’énergie solaire incidente. Il peut être calculé par la somme du flux énergétique transmis directement à travers le vitrage et du flux énergétique absorbé puis réémis vers l’intérieur par le vitrage. Le coefficient FS est estimé au sens de l’invention selon les conditions décrites dans la norme internationale ISO 9050 et la norme européenne EN410-2011.
Le coefficient de transfert thermique Ug désigne la quantité de chaleur traversant le double/triple vitrage par unité de surface et pour une différence de température unitaire entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment. Le coefficient Ug est estimé au sens de l’invention selon les conditions décrites dans la norme internationale la norme internationale ISO 10292, ou la norme européenne EN 673.
Conformément aux estimations réalisées, le triple-vitrage selon l’invention présente à son optimum de température une valeur de coefficient de transfert thermique (Ug) de 1,63 W/m2, qui est inférieure à celle du double-vitrage (2,54 W/m2). Ceci s’explique par le fait qu’un triple vitrage, du fait de l’ajout d’une lame de gaz isolant thermiquement, présente une meilleure isolation thermique.
Au contraire, la valeur estimée de facteur solaire (FS ou g) pour le triple-vitrage est de 0,52, et est donc supérieure à celle du double-vitrage (0,42). En effet, l’ajout d’une lame supplémentaire de gaz isolant tend à limiter les déperditions de chaleur vers l’extérieur du bâtiment, ce qui a pour effet collatéral d’accroître la quantité de chaleur transmise vers l’intérieur du bâtiment.
En dépit de l’amélioration constatée de la réactivité du film thermochrome, le passage d’un double à un triple vitrage a donc pour inconvénient d’accroître le facteur solaire de ce dernier, ce qui constitue un préjugé technique à dépasser pour aboutir à l’invention.
Afin d’évaluer le rôle joué par l’ajout d’un ou de plusieurs films bas émissifs et/ou antisolaires sur l’évolution de la température d’un film thermochrome intégré au sein d’un triple vitrage selon l’invention, au cours d’une journée standard de mi-février à Paris, un deuxième essai est simulé informatiquement sur cinq échantillons décrits ci-dessous.
Un premier échantillon, servant de référence, correspond au second échantillon du premier essai décrit ci-dessus. Ce premier échantillon comprend donc, depuis l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment :
Vitrage extérieur (PlaniclearTM – 4 mm) / Lame de gaz inerte (argon – 16 mm) / Vitrage intermédiaire (PlaniclearTM – 4 mm) / Film thermochrome à commutation thermochromique abrupte à 28°C / Lame de gaz inerte (argon – 16 mm) / Vitrage intérieur (PlaniclearTM – 4 mm).
Un deuxième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce qu’il comprend un film bas émissif (low-e) de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S5 du vitrage intérieur 4, en retrait du film thermochrome 7.
Un troisième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce qu’il comprend un film antisolaire de la marque Planistar SunTM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S5 du vitrage intérieur 4, en retrait du film thermochrome 7.
Un quatrième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce qu’il comprend un film bas émissif de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2, en avant du film thermochrome 7.
Un cinquième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce qu’il comprend :
- un film bas émissif de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2, en avant du film thermochrome 7, et
- un film antisolaire de la marque Planistar SunTM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S5 du vitrage intérieur 4, en retrait du film thermochrome 7.
- un film bas émissif de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S2 du vitrage extérieur 2, en avant du film thermochrome 7, et
- un film antisolaire de la marque Planistar SunTM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S5 du vitrage intérieur 4, en retrait du film thermochrome 7.
Les cinq échantillons sont soumis à des cycles journaliers identiques de variations d’irradiance solaire et de température extérieure, pour une température à l’intérieur du bâtiment fixée à 25°C.
La est une représentation graphique des résultats estimés.
Le [Tableau 1] tableau 1 ci-dessous présente les valeurs de coefficient de transfert thermique (Ug) et de facteur solaire (FS ou g) estimées pour chacun de ces cinq échantillons, à leur optimum de température.
| Ug (en W/m2) | FS | |
| Echantillon 1 (référence) | 1,63 | 0,52 |
| Echantillon 2 (low-e S5) | 0,862 | 0,33 |
| Echantillon 3 (antisolaire S5) | 0,811 | 0,23 |
| Echantillon 4 (low-e S2) | 0,852 | 0,50 |
| Echantillon 5 (low-e S2 + antisolaire S5) | 0,551 | 0,31 |
L’analyse des résultats présentés permet d’aboutir à plusieurs conclusions.
En comparant les courbes et résultats respectifs des échantillons 1, 2 et 3, on observe en premier lieu qu’en début de matinée (à 07 :11), la température du film thermochrome intégrant un film bas émissif / antisolaire en face S5 (6°C) est plus basse que dans le cas d’un triple-vitrage qui en est dépourvu (16°C). En effet, l’ajout de tels films en face S5 accroît l’isolation thermique du triple-vitrage vis-à-vis de l’intérieur du bâtiment. Au cours de la nuit, la température au sein du triple-vitrage chute donc plus vite, par déperdition de chaleur vers l’extérieur du bâtiment.
Au contraire, si un film bas émissif est agencé en face S2 (voir échantillons 4 et 5), l'isolation du triple-vitrage vis-à-vis de l’extérieur du bâtiment est renforcée. En début de matinée (à 07 :11), la température du film thermochrome est alors relativement plus élevée, avec une valeur de 12 °C pour l’échantillon 5. Ceci est particulièrement significatif dans le cas de l’échantillon 4 (21,5 °C), qui pendant la nuit bénéficie à la fois des transferts de chaleurs depuis l’intérieur du bâtiment, et d’une isolation thermique vis-à-vis de l’extérieur du bâtiment.
Suite à l’augmentation de l’irradiance solaire, aux alentours de 09:36, les températures respectives des films thermochromes des échantillons 2 et 3 augmentent relativement plus vite que dans le cadre du triple-vitrage de référence. Ceci s’explique par la réflexion des infrarouges contenus dans le rayonnement solaire incident, au niveau de la face S5, qui sont ainsi renvoyés vers le film thermochrome et accroissent l’apport énergétique au niveau de ce dernier. Le film thermochrome chauffe donc plus vite, en particulier une fois que sa température de commutation est atteinte, pour atteindre à son optimum de température des valeurs de transfert thermique et de facteur solaire significativement plus faibles que dans le cas du triple-vitrage de référence. La différence de température observée entre les échantillons 2 et 3 au niveau de leur optimum de température s’explique par le fait que le film antisolaire reflète une plus grande proportion des rayons solaires incidents, contribuant ainsi davantage au chauffage du film thermochrome.
En comparant les courbes et résultats respectifs des échantillons 1 et 4, on observe que la température de commutation est plus rapidement atteinte lorsqu’un film bas émissif est agencé en face S2, en raison notamment de la température résiduelle plus élevée en début de matinée. Les valeurs estimées à l’optimum de température de l’échantillon 4 sont également relativement plus faibles, en raison de la réflexion opérée au niveau de la face S2 interne du film bas émissif, qui renvoie une partie des infrarouges vers l’intérieur du triple-vitrage, contribuant ainsi au chauffage du film thermochrome.
Enfin, les meilleures performances en terme d’isolation thermique, lumineuse et de réactivité à l’irradiance solaire sont obtenues avec l’échantillon 5, qui combine un film bas émissif en face S2 et un film antisolaire en face S5. Pour cet échantillon, le film antisolaire en face S5 accroît la réflexion infrarouge vers le film thermochrome, en synergie avec le film bas-émissif en face S2 qui, en plus de permettre la conservation d’une température résiduelle supérieure en début de matinée, contribue à l’effet de serre ciblant le film thermochrome.
Afin d’évaluer le rôle joué par un film bas émissif, antisolaire, et/ou par une lame de gaz sur l’évolution du facteur solaire d’un triple vitrage selon l’invention, au cours d’une journée standard de mi-février à Paris, un troisième essai est simulé informatiquement sur trois échantillons décrits ci-dessous.
Un premier échantillon comprend, depuis l’extérieur vers l’intérieur du bâtiment : Vitrage extérieur (PlaniclearTM – 4 mm) / Lame de gaz inerte (argon – 14 mm) / Vitrage intermédiaire (PlaniclearTM – 4 mm) / Film thermochrome à commutation thermochromique abrupte à 28°C / Lame de gaz inerte (argon – 14 mm) / Vitrage intérieur (PlaniclearTM – 4 mm).
Un deuxième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce qu’il comprend un film bas émissif (low-e) de la marque Planitherm XN2TM commercialisée par le groupe Saint-Gobain, agencé sur la face interne S5 du vitrage interne 4, en retrait du film thermochrome 7.
Un troisième échantillon diffère uniquement du premier échantillon en ce que la cavité 5 agencée en avant du vitrage intermédiaire 3 présente une épaisseur réduite de 10 mm et est remplie d’air, qui remplace donc l’argon.
Le [Tableau 2] tableau 2 ci-dessous présente les valeurs de coefficient de transfert thermique (Ug) et de facteur solaire (FS ou g) estimées pour chacun de ces trois échantillons, à leur optimum de température.
Le [Tableau 2] tableau 2 ci-dessous présente les valeurs de coefficient de transfert thermique (Ug) et de facteur solaire (FS ou g) estimées pour chacun de ces trois échantillons, à leur optimum de température.
| Ug (en W/m2) | FS | |
| Echantillon 1 (référence) | 1,673 | 0,52 |
| Echantillon 2 (low-e S5) | 0,931 | 0,33 |
| Echantillon 3 (lame ext. air 10 mm) | 1,793 | 0,50 |
L’analyse des résultats présentés permet d’aboutir à plusieurs conclusions.
La comparaison des échantillons 1 et 2 met en évidence le rôle joué par la couche de low-e qui, en réduisant l’émissivité du vitrage interne 4, accroît la proportion relative de déperditions thermiques dirigées vers l’extérieur du bâtiment. L’échantillon 2 présente donc un facteur solaire plus faible que l’échantillon 1. L'isolation du triple-vitrage vis-à-vis de l’intérieur du bâtiment est de plus renforcée par l’ajout de la couche low-e en face interne S5, d’où une valeur de Ug réduite.
De manière analogue, la comparaison des échantillons 1 et 3 met en évidence le rôle joué par la lame de gaz externe 5. La réduction de son épaisseur et le remplacement de l’argon par de l’air ont tous deux pour conséquence de réduire son pouvoir d’isolation thermique ou en d’autres termes, d’augmenter son émissivité thermique. La proportion relative de déperditions thermiques dirigées vers l’extérieur du bâtiment est donc accrue, et le facteur solaire réduit. L'isolation du triple-vitrage vis-à-vis de l’extérieur du bâtiment est de plus réduite par le remplacement de la lame de gaz externe 5, d’où une valeur de Ug augmentée.
Claims (10)
1. Triple vitrage (1) adapté pour être monté dans un bâtiment, comprenant un vitrage extérieur (2) et un vitrage intérieur (4) destinés respectivement à être agencés vers l’extérieur et l’intérieur du bâtiment, et un vitrage intermédiaire (3) agencé entre les vitrages extérieur (2) et intérieur (4) et séparé de chacun d’eux par une lame de gaz (5, 6), ledit triple vitrage (1) étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film thermochrome (7) agencé sur l’une des faces (S3, S4) du vitrage intermédiaire (3).
2. Triple vitrage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit vitrage intermédiaire (3), et préférentiellement lesdits vitrages intérieur (2) et/ou extérieur (4), sont monolithiques.
3. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film bas émissif (8) agencé entre ledit film thermochrome (7) et ledit vitrage intérieur (4).
4. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film antisolaire (9) agencé entre ledit film thermochrome (7) et ledit vitrage intérieur (4).
5. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film bas émissif (10) agencé entre ledit film thermochrome (7) et ledit vitrage extérieur (2).
6. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un film absorbeur d’infrarouges (11) au contact dudit film thermochrome (7).
7. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la valeur d’émissivité thermique du vitrage extérieur (2) vers l’extérieur est supérieure à la valeur d’émissivité thermique du vitrage intérieur (4) vers l’intérieur.
8. Triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la valeur d’émissivité thermique de la lame de gaz extérieure (5) vers l’extérieur est supérieure à la valeur d’émissivité thermique de la lame de gaz intérieure (6) vers l’intérieur.
9. Procédé comprenant une étape de fabrication d’un triple vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 8.
10. Utilisation d’un triple-vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 8, comme élément de façade d’un bâtiment.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR2007833A FR3113858A1 (fr) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Triple vitrage integrant un film thermochrome |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR2007833 | 2020-07-24 | ||
| FR2007833A FR3113858A1 (fr) | 2020-07-24 | 2020-07-24 | Triple vitrage integrant un film thermochrome |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR3113858A1 true FR3113858A1 (fr) | 2022-03-11 |
Family
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3113858A1 (fr) |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| US20130229702A1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-05 | Pleotint, L.L.C. | Enhanced thermochromic window which incorporates a film with multiple layers of alternating refractive index |
| WO2019197347A1 (fr) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | Agc Glass Europe | Unité de vitrage multiple |
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2020
- 2020-07-24 FR FR2007833A patent/FR3113858A1/fr not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130229702A1 (en) * | 2012-02-20 | 2013-09-05 | Pleotint, L.L.C. | Enhanced thermochromic window which incorporates a film with multiple layers of alternating refractive index |
| WO2019197347A1 (fr) * | 2018-04-12 | 2019-10-17 | Agc Glass Europe | Unité de vitrage multiple |
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