Thermal stress fracture of solar control window panes caused by shading of incident radiation

The phenomenon of thermal stress fracture in solar control window panes in high-rise buildings due to shading of incident radiation is investigated in this paper. An experimental method, in which a bank of infra-red lamps was used as the simulated solar source, was developed to measure thermal strains and hence thermal stresses built up at the cool edges of the glass pane which was glazed in a480 mm square aluminium frame. Horizontal and diagonal shadows both increased the thermal stresses by approximately10% when compared with the unshaded glass panes. It is shown that fracture mechanics can be used to analyse and predict fracture stresses once the mirror radius and the fracture toughness of the glass pane are known. These predictions agree very well with experimental measurements. Finally, a new glazing technique using a thermal conducting sealant in the rebate is suggested to minimise the incidence and risk of thermal stress fracture. This is achieved by raising the temperature of the cool edges and thus lowering the differential heating effect. Preliminary experiments show that the method is promising.RésuméOn étudie ici le phénomène de rupture par contrainte thermique des vitres en verre teinté dans les immeubles de grande hauteur due à la projection d’ombres. Afin de mesurer les dilatations thermiques, et donc les contraintes thermiques engendrées aux bords froids de la vitre montée dans un cadre d’aluminium de480 mm de côté, on a mis au point une méthode expérimentale qui comprend un banc de lampes à infrarouge pour simuler la source solaire. La projection d’ombres parallèles et diagonales accroissent l’une et l’autre les contraintes thermiques d’approximativement10% par comparaison avec les vitres non ombrées. On montre que la mécanique de la rupture peut servir à l’étude et à la précision des contraintes de rupture, une fois connus le rayon du miroir (de la cassure) et la résilience de la vitre. Les prévisions concordent très bien avec les mesures expérimentales. Enfin, on suggère une nouvelle technique de montage avec utilisation d’un mastic thermiquement conducteur afin de minimiser le risque de rupture par contrainte thermique. L’élévation de la température des bords froids détermine une réduction de l’effet d’échauffement différentiel. Les premières expériences sont encourageantes.