Fenêtres contre murs : démystifier le mythe de l'énergie

Par Bruce Lang Le climat du Canada est l'un des plus diversifiés de la planète. Il varie en fonction de la géographie, allant de longs hivers froids et de journées sans soleil dans le Grand Nord à quatre saisons distinctes le long de la frontière américaine et des hivers généralement doux dans le Lower Mainland de la Colombie-Britannique. Les températures peuvent grimper à plus de 40 C (104 F) en été et descendre en dessous de –50 C (–58 F) en hiver. Ce climat diversifié et extrême peut avoir des ramifications importantes pour la conception des bâtiments commerciaux, en particulier en ce qui concerne l'efficacité énergétique et le bien-être et la productivité des occupants.

L'enveloppe du bâtiment (toit, murs et fenêtres) est l'interface entre le bâtiment et son environnement, et la première ligne de défense d'une structure contre les éléments. La conception de l'enveloppe et les choix de produits ont un impact significatif sur l'efficacité énergétique et le bien-être des occupants. Des murs "solides" bien isolés sont généralement la priorité d'un prescripteur lors de la conception pour les climats froids, mais ils n'offrent pas l'attrait esthétique et les avantages d'éclairage naturel du verre. Et si le verre pouvait offrir une isolation et une efficacité énergétique similaires à celles exigées des murs ?

Tout savoir sur le verre à haute performanceLe secret le mieux gardé pour améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments commerciaux est le verre à fenêtre à haute performance. En fait, l'utilisation du verre en pourcentage de l'enveloppe du bâtiment augmente à mesure que les architectes cherchent à exploiter son attrait esthétique et ses avantages en matière d'éclairage naturel. Une grande partie de cette augmentation a été rendue possible par les progrès de la technologie des revêtements à faible émissivité (low-e) au cours des deux dernières décennies.

Cependant, par rapport aux murs et aux plafonds isolés, les fenêtres typiques sont un gros consommateur d'énergie. L'isolation est mesurée en termes de résistance au flux de chaleur ou valeur R - plus la valeur R est élevée, meilleure est la performance d'isolation. Les murs ayant une performance isolante de R-30 (c.-à-d. RSI-5,3) sont considérés comme normaux pour la plupart des bâtiments canadiens aujourd'hui, tandis que la performance isolante des fenêtres ne dépasse généralement que R-4 (c.-à-d. RSI-0,7). Pourquoi se contenter de fenêtres R-4 dans les maisons et immeubles aux murs isolés R-30 ? Ce double standard d'économie d'énergie existe parce qu'il est plus facile d'être un mur qu'une fenêtre. Les murs n'ont qu'à bien isoler, tandis que les fenêtres doivent faire beaucoup plus.

Les fenêtres (en particulier les vitres) doivent :

De plus, de nombreuses fenêtres doivent également s'ouvrir pour assurer la ventilation et l'évacuation en cas d'urgence. Les fenêtres représentant jusqu'à 30 % de la perte de chaleur des bâtiments et des maisons conventionnels, elles représentent des fruits à portée de main qui peuvent avoir un impact considérable et immédiat sur l'efficacité énergétique.

Une solution radicale pourrait consister à embarquer bon nombre des fenêtres existantes. Cela pourrait économiser de l'énergie, mais cela entrave la transmission de la lumière naturelle dans un bâtiment. Les avantages de plus en plus reconnus de l'introduction de la lumière du jour comprennent :

Il y a clairement une incitation à rendre les fenêtres plus performantes. Il n'est pas possible de simplement réduire leur taille et leur nombre, surtout dans les climats froids du Canada, où la « fièvre des cabines » peut être une réalité.

Options de verre haute performance Puisque le verre est au cœur d'une fenêtre, les prescripteurs doivent connaître les options haute performance. Le verre à simple vitrage peut protéger des intempéries, mais il ne fait pas grand-chose pour isoler contre la perte de chaleur ou refléter la chaleur du soleil - sa performance est d'environ R-1 (c'est-à-dire RSI-0,18). L'espace d'air à l'intérieur du verre isolant à double vitrage (c'est-à-dire deux vitres avec un revêtement à faible émissivité séparés par un espace d'air scellé), en particulier lorsqu'il est rempli d'un gaz inerte tel que l'argon, améliore l'isolation et le revêtement reflète la chaleur du soleil––performance maximale jusqu'à environ R-4.

Malheureusement, étant donné que la technologie de revêtement a maintenant atteint des limites pratiques avec une émissivité aussi faible que 0,003, les gens ne peuvent plus compter sur de meilleurs revêtements à faible émissivité pour améliorer les performances du verre comme cela a été le cas au cours des deux dernières décennies. Pour franchir la barrière de performance du verre, il faut maintenant passer des revêtements aux « cavités », qui sont des espaces d'air empêchant la chaleur à l'intérieur d'une unité de verre isolant (IG). Contrairement au verre à double vitrage (qui est limité à une seule cavité), le verre à plusieurs cavités utilise plusieurs espaces d'air isolants pour atteindre un nouveau niveau d'efficacité énergétique.

Triple vitrage isolantLe triple vitrage isolant se compose de trois vitres et de deux revêtements à faible émissivité séparés par deux lames d'air. Il améliore les performances d'isolation jusqu'à R-10 (c'est-à-dire RSI-1,8)—avec remplissage de gaz krypton. La mauvaise nouvelle est que le verre à triple vitrage est 50 % plus lourd que le verre à double vitrage, ce qui nécessite un cadre de fenêtre plus solide et ajoute une charge structurelle importante au bâtiment. Il est également plus difficile à manipuler et à installer.

Vitrage isolant à film suspenduLe vitrage isolant à film suspendu est constitué d'un film enduit suspendu entre deux vitres. Il améliore les performances d'isolation jusqu'à R-20 (c'est-à-dire RSI-3,5) - avec du gaz krypton et trois films suspendus - pour le même poids qu'un verre à double vitrage. Jusqu'à trois films enduits peuvent être suspendus à l'intérieur de l'unité pour créer jusqu'à quatre cavités isolantes. L'ajout d'un gaz entravé par la chaleur dans les cavités internes peut atteindre des performances d'isolation au centre du verre allant jusqu'à R-10 (avec argon) et R-20 (avec krypton), comme illustré à la figure 1.

Le verre à haute isolation est plus performant que le verre isolant à film suspendu qui utilise plusieurs films pour atteindre une performance d'isolation d'au moins R-8 (c'est-à-dire RSI-1,4) et un gain de chaleur solaire modéré. Les fenêtres équipées de verre isolant à film suspendu peuvent en fait être plus éconergétiques que les murs isolés lorsque le gain solaire passif de la lumière du jour est pris en compte en plus des propriétés d'isolation du verre. Contrairement aux murs, le verre isolant à film suspendu peut réaliser un gain d'énergie net en admettant plus de chaleur du soleil que ce qui est perdu par conduction. C'est à ce stade qu'un système de verre est capable de surpasser le mur d'enceinte.

Par exemple, comme indiqué ci-dessus, le verre isolant à film suspendu peut atteindre une performance allant jusqu'à R-20. À ce stade, le verre arrête 95 % de la perte de chaleur potentielle (facteur U 0,05). Cela signifie qu'il y a moins de deux pour cent de différence de perte de chaleur entre le verre R-20 et un mur R-30 environnant. Si l'on considère qu'il y a également un gain solaire dans un cycle de 24 heures et 365 jours, le gain passif du système de vitrage peut finalement compenser sa perte de chaleur. Cela signifie que malgré une valeur R inférieure, une unité de verre R-20 peut en fait surpasser un mur R-30.

Avantages supplémentaires du verre isolant à film suspenduLe verre isolant multi-cavités à film suspendu tire parti des avantages de la technologie à base de film et de verre pour créer une unité IG légère. Le verre à revêtement à faible émissivité est utilisé pour minimiser le gain de chaleur solaire, tandis que le film à revêtement suspendu est utilisé pour maximiser les performances isolantes, bloquer le rayonnement UV, réduire le bruit et augmenter le confort des occupants plus efficacement que le verre à revêtement seul.

Cependant, des avantages supplémentaires peuvent être réalisés lorsque les performances supérieures du verre isolant à film suspendu sont considérées comme faisant partie d'une approche holistique visant à optimiser les performances et les coûts globaux du bâtiment. Par exemple, un bâtiment conçu avec du verre à faible performance nécessitera probablement des systèmes supplémentaires, tels qu'un chauffage périmétrique et un système CVC plus grand. Cependant, une conception « étroite » de l'enveloppe du bâtiment peut éliminer le chauffage périmétrique et réduire la taille du système de CVC. Non seulement cela réduit le prix initial du bâtiment, mais cela réduit également les coûts d'exploitation annuels.

Du verre qui isole comme un murÀ l'ère des murs R-30, le verre a été le «maillon faible» de l'efficacité énergétique dans l'enveloppe du bâtiment. Cependant, ce n'est plus le cas. Il est important que les prescripteurs sachent que la limitation de performance du verre à double vitrage ou la limitation de poids du verre à triple vitrage ne doivent plus être acceptées.

Les solutions multi-cavités supérieures qui incorporent un film enduit suspendu ont changé les règles et peuvent atteindre des performances de verre jusqu'à R-20 sans poids structurel supplémentaire. Les prescripteurs ont une excellente occasion d'utiliser ces solutions multi-cavités non seulement pour augmenter considérablement les économies d'énergie, mais également pour réduire les coûts globaux en tirant parti des performances supérieures de ce verre pour éliminer ou réduire d'autres systèmes de construction. En d'autres termes, les professionnels de la conception n'ont plus à penser aux murs pour l'isolation, ils peuvent penser aux fenêtres.

Bruce Lang est vice-président du marketing et du développement commercial pour Southwall Technologies, un fournisseur de films et de produits en verre à haute performance. Il est également président de Southwall Insulating Glass, une entreprise qui fabrique du verre isolant à film suspendu éconergétique. Lang est titulaire d'un baccalauréat ès sciences en génie électrique de l'Université de Stanford et d'une maîtrise en administration des affaires de l'Université de Santa Clara en Californie. Il peut être contacté par e-mail à [email protected].