FR2459208A1 - Vitrage reflechissant la chaleur ayant un aspect neutre - Google Patents
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Abstract
LEDIT VITRAGE COMPREND UN SUPPORT TRANSPARENT 10, UNE COUCHE D'INTERFERENCE 12 EN SULFURE DE ZINC, UNE COUCHE D'OR 14 REFLECHISSANT LA CHALEUR, EPAISSE DE 7 A 10,5 NANOMETRES ET UNE COUCHE DE NEUTRALISATION 16 EN CHROME, EN FER, EN NICKEL, EN TITANE, EN ALLIAGES DE CES METAUX OU EN UN ALLIAGE DE CHROME, D'ALUMINIUM ET DE FER. CES VITRAGES CONVIENNENT POUR VITRER LES FENETRES DE CERTAINS LOCAUX DANS LES BATIMENTS, EN HARMONISATION AVEC LES AUTRES VITRAGES EN VERRE CLAIR.
Description
La présente invention concerne un vitrage réfléchissant la chaleur, en
particulier un vitrage pour fenêtre réfléchissant la chaleur, ayant un aspect extérieur neutre et comportant un support transparent, une couche d'interférence disposée sur le support et constituée par
une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supé-
rieur à 2 et une couche d'or réfléchissant la chaleur dis-
posée sur la couche d'interférence du côté opposé de celui
du support transparent.
Pour vitrer les bâtiments, l'on fait de plus
en plus appel à des vitrages qui présentent de bonnes pro-
priétés de protection contre le soleil. A cet effet, les vitrages doivent posséder un pouvoir de transmission de l'ensemble du rayonnement solaire aussi faible que possible tout en assurant la transmission la meilleure possible de la lumière visible. Ils doivent posséder en même temps un
aspect extérieur de coloration neutre et un pouvoir réflé-
chissant similaire à celui des fenêtres constituées par du verre clair. Dans certains cas, une partie seulement des
locaux du bâtiment doit être équipée de vitrages réfléchis-
sant la chaleur (par exemple les locaux climatisés pour ordinateurs) tandis que tous les autres locaux sont munis de vitrages en verre à vitre normal, c'est-à-dire en verre clair. Dans ces cas, il est souhaitable que les vitrages réfléchissant la chaleur vus de l'extérieur possèdent la même réflexion visuelle que le verre clair afin d'assurer
une harmonie de l'aspect extérieur de l'ensemble du bâtiment.
Il en est également ainsi pour les bâtiments qui sont entiè-
rement équipés de vitrages réfléchissant la chaleur, notam-
ment quand ceux-ci doivent s'intégrer harmonieusement dans leur environnement (par exemple dans le cas d'urbanisation
serrée dans une vieille ville).
Les couches d'or se sont particulièrement imposées en tant que revêtement pour vitrage réfléchissant la chaleur du fait qu'elles sont très stables chimiquement
et qu'elles possèdent en outre de bonnes propriétés de pro-
tection contre le soleil pour une transmission située dans
un domaine inférieur à environ 50%. En fait, vues de l'ex-
térieur, ces couches d'or sont fortement teintées et ne
sont donc pas appropriées aux applications sus-mentionnées.
Il est vrai que par réduction de l'épaisseur de la couche d'or on peut également obtenir un aspect extérieur neutre et une faible réflexion visible. Cependant l'épaisseur des couches que l'on doit employer est alors telle que l'on perd en grande partie les propriétés de protection contre le soleil.
A cet égard, l'emploi d'un vitrage réfléchis-
sant la chaleur du type mentionné dans lequel une couche d'interférence en une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 est disposée entre le support transparent, constitué en général par une feuille de verre
au silicate, et la couche d'or, apporte une amélioration.
En effet, ce système à deux couches comportant une couche
d'interférence et une couche d'or permet d'étendre légère-
ment le domaine de la faible réflexion neutre dans le visible à des couches d'or plus épaisses tout en assurant une meilleure protection contre le soleil. Cependant ceci
est encore insuffisant pour la plupart des applications.
On obtient de cette manière (en regardant le vitrage du côté du verre, correspondant donc à la vue de l'extérieur lorsque le vitrage est placé) une réflexion dans le visible
ayant encore tout juste une coloration neutre quand la cou-
che d'or a une épaisseur de 7 nanomètres.
Un vitrage réfléchissant la chaleur de ce type en verre clair, ayant une couche d'or de 7 nanomètres d'épaisseur et une couche d'interférence à haut indice de réfraction en sulfure de zinc, placée entre le support en
verre et la couche d'or, présente les caractéristiques tech-
niques suivantes: Transmission du rayonnement solaire = 55% Réflexion du rayonnement solaire (mesurée du côté du verre) = 13% -Transmission lumineuse (rapportée à la sensibilité de l'oeil humain]) 66,3% Réflexion dans le visible (mesurée du côté du verre]) 8,2% Cette dernière valeur correspond tout à fait
au taux de réflexion d'une feuille de verre clair (8%).
Toutefois, pour de nombreuses applications, il est nécessaire d'abaisser le taux de transmission du rayonnement solaire des vitrages réfléchissant la chaleur
de ce genre. Dans la plupart des cas, pour obtenir une pro-
tection efficace contre le soleil, il faut disposer de va- leurs de transmission inférieures à 50%. Si, pour ce faire,
on augmente l'épaisseur de la couche d'or du vitrage réflé-
chissant la chaleur du type indiqué, il n'est plus possible d'obtenir un aspect extérieur neutre. On n'arrive pas non plus au résultat escompté en modifiant en outre l'épaisseur de la couche d' interférence. Dans le domaine d'épaisseur
de la couche d'interférence qui nous intéresse, l'augmen-
tation de cette épaisseur fait passer l'impression de colo-
ration du violet rougeâtre au vert pâle sans que le domaine de transition entre ces teintes ne comprenne une zone de
coloration neutre.
Dès lors, on se propose - par la présente invention - de modifier le vitrage réfléchissant la chaleur du type mentionné de telle manière qu'une augmentation de l'épaisseur de la couche d'or assure une transmission du rayonnement solaire dans le domaine inférieur à environ 50% tout en assurant le maintien d'un aspect extérieur neutre
en ce qui concerne la coloration.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu en utilisant une couche d'or ayant une épaisseur comprise entre 7 et 10,5 nanomètres et en disposant sur la
couche d'or, du côté opposé à celui de la couche d'inter-
férence, une couche de neutralisation en chrome, en fer, en nickel, en titane, en alliages de ces métaux ou en un
alliage de chrome, d'aluminium et de fer.
Une forme de mise en oeuvre particulièrement
préférée de l'invention prévoit que la couche de neutrali-
sation consiste en un alliage chrome-nickel contenant 20%
en poids de chrome et 80% en poids de nickel. D'autres for-
mes d'exécution préférées de l'invention sont données dans
les sous-revendications. Dans ce cadre, il s'est avéré
spécialement opportun qu'au moins la couche de neutralisa-
tion, mais de préférence toutes les couches appliquées sur le support transparent, soient fabriquées par dépôt sous vide. Il est également avantageux d'appliquer entre le support transparent et la couche d'interférence - qui est constituée dans ce cas par du sulfure de zinc une couche intermédiaire diélectrique, substantiellement dépourvue de pouvoir d'absorption de la lumière visible et agissant comme
couche d'adhérence, cette couche intermédiaire étant consti-
tuée par une matière dont l'indice de réfraction correspond sensiblement à celui du support transparent, comme cela est connu par exemple par la demande de brevet publiée en
République Fédérale d'Allemagne sous le no DE-AS 2.203.943.
Dans le vitrage selon la présente invention, on dispose sur la couche d'or du côté opposé à celui de la couche d'interférence, une couche de neutralisation qui est constituée de préférence par du nickel, du chrome, du fer ou du titane, ou encore par un alliage de ces métaux ou par
un alliage de chrome, de fer et d'aluminium. Il est toute-
fois particulièrement avantageux d'utiliser par exemple des
alliages de chrome et de nickel tels que-ceux qui- sont men-
tionnés dans le brevet octroyé en République Fédérale d'Alle-
magne sous le n0 DE-PS 2.029.181 o ils sont décrits comme
constituants'de la couche absorbante.
Grâce à la présence de la couche de neutrali-
sation selon la présente invention, il est possible d'obte-
nir dans le système de couches: couche d'interférence à indice de réfraction élevé - couche d'or, pour des épaisseurs de la couche d'or supérieure à 7 manomètres, une apparence en réflexion côté verre de coloration complètement neutre (lors de son emploi comme vitrage de fenêtre, le vitrage réfléchissant la chaleur est normalement monté de manière que le support transparent est placé du côté extérieur du bâtiment et le système de couches du côté intérieur du
local). En même temps, l'importance de la réflexion corres-
pond toujours bien à celle d'une feuille de verre simple en verre clair. Le domaine d'épaisseurs de la couche d'or dans lequel se produit cet effet de neutralité de coloration est limité à des épaisseurs de la couche d'or allant jusqu'à environ 10,5 manomètres. Avec des couches d'or plus épaisses, on ne parvient plus à obtenir la neutralité de coloration au moyen de la couche de neutralisation, même
si on adapte l'épaisseur de la couche d'interférence.
Il est particulièrement avantageux que, dans le vitrage réfléchissant la chale.r conforme à l'invention,
la neutralité de coloration puisse être obtenue en augmen-
tant en même temps l'épaisseur de la couche d'or. Cette augmentation de l'épaisseur de la couche d'or est avantageuse pour deux raisons. Tout d'abord, du fait des propriétés filtrantes sélectives de la couche d'or (transmission élevée dans la zone visible du spectre pour une faible transmission et une réflexion élevée dans l'infrarouge proche), on obtient un rapport transmission lumineuse/transmission totale du rayonnement solaire plus avantageux. Il faut encore ajouter que la partie absorbée par le vitrage et l'échauffement qui
en résulte sont limités par rapport à une solution dans la-
quelle, par exemple, la transmission du rayonnement solaire serait uniquement abaissée par l'emploi de verre absorbant ou de couches absorbantes. En outre, dans le domaine du rayonnement thermique, c'est-àdire pour des longueurs d'onde supérieures à 4 micromètres, l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'or provoque une augmentation du pouvoir réfléchissant de l'infrarouge du côté du vitrage
portant le système de couches. De ce fait, l'échange ther-
mique du vitrage avec l'intérieur du local ou.avec une deu-
xième feuille de verre clair placée au voisinage du vitrage réfléchissant la chaleur conforme à l'invention du côté de l'intérieur du local (configuration d'un vitrage isolant) est encore abaissé, ce qui procure une amélioration du
coefficient k d'isolation thermique.
Le fait que dans le domaine d'épaisseurs de la couche d'or de 7 à 10,5 nanomètres il soit possible d'obtenir la neutralité de coloration au moyen de la couche de neutralisation selon l'invention constitue un résultat surprenant, car les couches de métal ou d''alliages prévues comme couche de neutralisation présentent dans le domaine du spectre visible un pouvoir absorbant pratiquement indépendant de la longueur d'onde, c'est-à-dire qu'elles affaiblissent uniformément le rayonnement incident. Au surplus, il est surprenant que de très faibles épaisseurs de couche de l'ordre de 1 nanomètre puissent déjà produire
- 6
l'effet de neutralité de coloration. Pour des couches de cette épaisseur, les taux d'absorption sont encore de l'ordre d'environ 10%, de sorte qu'elles ne provoquent pas un abaissement indésirable de la transmission du système de couches ni donc la transmission lumineuse de celui-ci.
L'effet de synergie obtenu, suivant l'inven-
tion,-par la combinaison de la couche de neutralisation constituée de la manière revendiquée et de l'augmentation de l'épaisseur de la couche d'or n'était pas prévisible pour l'homme du métier. Ainsi, suivant le brevet octroyé en République Fédérale d'Allemagne sous le n0 DE-PS 2.029.181, il était certes connu d'utiliser entre une feuille de verre et par exemple une couche d'or réfléchissant la chaleur une couche absorbante dont la composition correspond à
celle de la couche de neutralisation conforme à la pré-
sente invention. Mais ce document ne fait aucune allusion au mode d'action de la couche de neutralisation prévue par l'invention en combinaison avec une couche d'interférence, en particulier une couche de sulfure de zinc, disposée de l'autre côté de la couche d'or. Dans le brevet Etats-Unis n0 3.476.594; on décrit un système de couches comprenant un support transparent, à savoir une feuille de verre, revêtue successivement d'une couche de nickel et d'une couche d'or. Cette disposition de couches ne correspond
pas à celle qui est proposée par la présente invention.
Selon celle-ci une couche de neutralisation consistant par exemple en un alliage chrome-nickel est placée sur un
système à deux couches constitué par une couche d'inter-
férence et en une couche d'or disposée du côté opposé à la feuille de verre. Dans la demande de brevet publiée en République Fédérale d'Allemagne sous le no DE-AS 1.911.036, il est question de l'utilisation de couches de métal, de
semi-métal ou d'alliage de métaux en liaison avec un sys-
tème d'interférence. A titre d'exemple une couche d'or est insérée entre deux couches d'interférence, dans des rapports qui diffèrent complètement de ceux du vitrage
réfléchissant la chaleur conforme à la présente invention.
Le brevet octroyé en Républiqẻ Sud-Africaine sous le n0 76.03269 concerne, quant à lui, l'obtention d'un ton rose par l'emploi de cuivre comme couche de métal réfléchissant la chaleur, cette couche étant recouverte par une couche
supplémentaire de métal ou d'alliage en une matière corres-
pondant à la couche de neutralisation de la présente inven-
tion. Toutefois cette publication ne comporte aucune indi- cation quant au fait qu'il est possible d'obtenir un effet de synergie de la manière décrite en utilisant, comme le prévoit l'invention, un système comprenant une couche de
neutralisation combinée avec une couche d'or.
On va décrire ci-après, de manière détaillée, un exemple d'exécution de l'invention en se référant au
dessin annexé.
Le dessin schématique, qui comporte une figure unique, représente en coupe un exemple de réalisation d'un
vitrage réfléchissant la chaleur conforme à l'invention.
Comme on peut le voir à la figure, on a dis-
posé sur un support transparent 10, à savoir une feuille de verre clair, une couche d'interférence 12 qui dans cet
exemple de réalisation est constituée par du sulfure de zinc.
On applique sur celle-ci une couche d'or 14 réfléchissant la chaleur et finalement une couche de neutralisation 16 en un alliage chrome-nickel comprenant 80% de nickel et
% de chrome.
Pour fabriquer le vitrage représenté au dessin, on a d'abord vaporisé la couche d'interférence 12 de sulfure de zinc sous une pression de 5 x 10 Torr sur une feuille de verre clair de 4 mm d'épaisseur, dans une installation
de dépôt sous vide poussé. On a ensuite vaporisé successi-
vement la couche d'or 14 sous une épaisseur de 9,3 nano-
mètres et la couche de neutralisation 16 sous une épaisseur de 1,3 manomètres. Le vitrage ainsi obtenu possède les propriétés suivantes Transmission du rayonnement solaire = 44% Réflexion du rayonnement solaire (mesurée du côté du verre) = 18% Transmission lumineuse (rapportée à la sensibilité de l'oeil humain) = 57% Réflexion dans le visible (mesurée du côté du verre) = 8,7% Vu du côté verre, le vitrage présente un aspect neutre qui correspond pratiquement, au point de vue optique, à celui d'une vitre simple de verre clair
non revêtue.
La comparaison des données techniques du vitrage réfléchissant la chaleur décrit ci-dessus avec celles d'un vitrage de coloration neutre comportant une couche d'interférence et une couche d'or de 7 nanomètres d'épaisseur, montre que l'emploi de la couche d'or plus épaisse dans le vitrage conforme à l'invention améliore
nettement la sélectivité, c'est-à-dire le rapport trans-
mission lumineuse/transmission du rayonnement solaire.
L'amélioration permet de passer de 66,3 = 1,21 à 57 = 1,30.
Il faut noter aussi que la réflexion5du rayonnement so-
laire passe de 13% à 18%. Cela signifie que, par rapport à d'autres solutions dans lesquelles la réduction de la transmission du rayonnement solaire à moins de 50% est obtenue exclusivement par absorption, le rayonnement solaire
échauffe moins fortement le vitrage conforme à l'invention.
Par conséquent, le risque'de bris par choc thermique s'en trouve réduit. Un autre avantage procuré par l'emploi d'une couche d'or plus épaisse réside dans le fait que, par suite de la réflexion plus élevée de la couche d'or dans la zone du rayonnement thermique (domaine des longueurs d'onde supérieures à 4 micromètres, l'échange radiatif
entre la face revêtue et l'intérieur du local ou une deu-
xième feuille de verre placée vers l'intérieur est aussi considérablement réduit. De ce fait. le coefficient k d'isolation thermique est fortement amélioré. Ainsi, le
pouvoir d'émission effectif dans une direction perpendi-
culaire à la surface qui est de 0,18 pour une épaisseur de la couche d'or de 7 nanomètres est abaissé à environ
0,11 dans l'exemple de couche conforme à l'invention.-
Les caractéristiques de l'invention men -
tionnées dans la description ci-dessus, dans le dessin
et dans les revendications ci-après peuvent être importantes
aussi bien individuellement que prises en des combinaisons quelconques pour la réalisation de l'invention dans ses
diverses formes d'exécution.
2459208
Claims (17)
1. Vitrage 'réfléchissant la chaleur, en particulier vitrage pour fenêtre réfléchissant la chaleur, ayant un aspect extérieur neutre et comportant un support transparent, une couche d'interférence disposée sur le support et constituée par une matière diélectrique ayant un indice de réfraction supérieur à 2 et une couche d'or
réfléchissant la chaleur disposée sur la couche d'inte-rfé-
rence du côté opposé de celui du support transparent, carac-
térisé en ce que l'épaisseur de la couche d'or (14) est comprise entre 7 et 10,5 nanomètres et en ce qu'une couche de neutralisation en chrome, en fer, en nickel, en titane, en alliages de ces métaux ou en un alliage de chrome, d'aluminium et de fer est disposée sur la couche d'or (14)
du côté opposé à celui de la couche d'interférence (12).
2. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
la revendication 1 caractérisé en ce que la couche de neu-
tralisation (16) est constituée par un alliage chrome-nickel
contenant 20% en poids de chrome et 80% en poids de nickel.
3. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de neutralisation (16) est d'au moins 0,8 nanomètre.
4. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'épaisseur de la
couche de neutralisation (16) est inférieure à 6 nanomètres.
5. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'épaisseur de
la couche de neutralisation (16) est d'environ 1,3 nanomè-
tres.
6. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'épais-
seur de la couche d'or (12) est- d'environ 9,3 nanomètres.
7. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que la
couche d'interférence (12) est constituée par du sulfure
de zinc.
8. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant la revendication 7 caractérisé en ce qu'il comprend, entre le support transparent (10) et la couche d'interférence
(12] en sulfure de zinc, une couche intermédiaire diélec-
trique substantiellement dépourvue de pouvoir d'absorption de la lumière visible, constituée par une matière dont l'indice de réfraction correspond sensiblement à celui
du support transparent.
9. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
la revendication 8 caractérisé en ce que la couche inter-
médiaire est constituée par un oxyde métallique ou par un
oxyde mixte de métaux.
10. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
la revendication 9 caractérisé en ce que la couche inter-
médiaire est constituée par de l'oxyde de silicium.
11. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
la revendication 8 caractérisé en ce que la couche inter-
mé-diaire est constituée par un verre.
12. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
l'une des revendications 8 à 11 caractérisé en ce que
l'épaisseur de la couche intermédiaire est sensiblement
inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible.
13. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le
support transparent (10) est constitué par un-verre au silicate.
14. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant
l'une des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu'au
moins la couche de neutralisation (16) est déposée sous vide.
15. Vitrage réfléchissant la chaleur suivant la revendication 14 caractérisé en ce que toutes les couches (12, 14, 16) appliquées sur le support transparent (10)
sont déposées sous vide.
16. Vitrage isolant comportant plusieurs feuilles de verre disposés en relation espacée les unes par rapport aux autres caractérisé en ce que la feuille
qui est destinée après montage à être disposée vers l'ex-
térieur du bâtiment est constituée par un vitrage réflé-
chissant la chaleur selon l'une des revendications 1 à 15.
17. Vitrage feuilleté comprenant plusieurs feuilles collées les unes aux autres par des feuilles adhésives caractérisé en ce qu'au moins une des feuilles est constituée par un vitrage réfléchissant la chaleur
selon l'une des revendications 1 à 15. -
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