Science du bâtiment durable et efficace

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1 Science du bâtiment durable et efficace
Module 4 - Systèmes de fenêtrage performants Version : janvier 2015

2 Plan du module Systèmes de fenêtrage performants
Écoulement de chaleur au travers des fenêtres Principales caractéristiques Cotes de rendement et homologation Installation des systèmes de fenêtrage Principaux avantages des systèmes de fenêtrage performants 2

3 Systèmes de fenêtrage performants
Écoulement de chaleur au travers des fenêtres

4 Les fenêtres : point faible de l’enveloppe thermique
Une fenêtre perd habituellement de 5 à 10 fois plus de chaleur qu’un assemblage mural typique en 2 X 6 po. Les fenêtres constituent le point faible de l’enveloppe thermique. Leur résistance thermique varie habituellement entre R-2 et R-4 (RSI 0,3 à RSI 0,7). Source : Ressources naturelles Canada

5 Pertes de chaleur au travers des fenêtres
En règle générale, les plus grandes pertes de chaleur dans un système de fenêtrage surviennent aux bord du vitrage. La chaleur peut s’écouler au travers de la fenêtre par conduction, convection et rayonnement, ainsi que par fuites d’air. Conduction au travers du cadre, ainsi qu’aux jonction bord du vitrage / cadre et bord du vitrage / matériau intercalaire. Convection dans l’espace entre les vitrages. Rayonnement au travers du vitrage. Fuites d’air entre les différentes composantes du système de fenêtrage. Fuites d’air aux jonctions entre le cadre de fenêtre à l’assemblage mural. Source : Ressources naturelles Canada

6 Pertes de chaleur par conduction
Les pertes de chaleur par conduction se produisent surtout : au travers du vitrage (surtout pour le vitrage simple); au travers du cadre; aux bords du vitrage (jonctions avec matériau intercalaire et cadre). Comment atténuer cet effet? En superposant d’autres couches de vitrages espacées. En utilisant un matériau intercalaire isolant. En optant pour des cadres bien isolés faits de matériaux peu conducteurs. 6

7 Pertes de chaleur par convection
Les pertes de chaleur par convection se produisent surtout : dans l’espace situé entre les vitrages. Comment atténuer cet effet? En remplissant l’espace avec un gaz inerte (argon ou krypton). 7

8 Pertes de chaleur par rayonnement
Les pertes de chaleur par rayonnement se produisent surtout : au travers du vitrage. Comment atténuer cet effet? En appliquant une pellicule à faible émissivité (low-e) sur ou entre les vitrages.

9 Pertes de chaleur par fuites d’air
Les pertes de chaleur par fuites d’air se produisent surtout : entre les divers composants du système de fenêtrage; aux jonctions entre le cadre de fenêtre et l’assemblage mural. Comment atténuer cet effet? En optant pour des systèmes de fenêtrage possédant une meilleure cote d’étanchéité à l’air. En installant le fenêtre de manière à préserver la continuité du système d’étanchéité à l’air de l’enveloppe. 9

10 Systèmes de fenêtrage performants
Principales caractéristiques

11 Principales caractéristiques des fenêtres performantes
Décrire brièvement les principales caractéristiques de fenêtres à haut rendement énergétique. Source : Ressources naturelles Canada

12 Vitrages multiples scellés
Film simple ou multiple Vitrages multiples scellés Le nombre de vitrages ou de films entre les vitrages : fait augmenter la résistance thermique (RSI/R) du système de fenêtrage; une fenêtre à double vitrage possède une valeur d’environ RSI 0,3 (R-2) à RSI 0,7 (R-4); la valeur donnée par les fabricants correspond habituellement à celle du centre du verre et n’inclut donc pas le cadre et les matériaux intercalaires; peut diminuer les gains solaires excessifs et la surchauffe estivale. L’installation d’un ou de plusieurs films entre les vitrages permet : d’augmenter le pouvoir isolant de la fenêtre sans pour autant l’alourdir; d’éviter les problèmes occasionnés par le surplus de poids d’un vitrage triple; ex. : problème de fermeture de la fenêtre après quelques années. Le surplus de poids occasionné par un vitrage triple entraîne parfois certains problèmes au fil du temps (ex. : problème de fermeture de la fenêtre après quelques années). L’utilisation d’un film (ou pellicule) entre les vitrages permet donc d’augmenter l’efficacité de la fenêtre sans pour autant occasionné les problèmes liés à un vitrage multiple. De plus, selon ses caractéristiques, cette pellicule pourra laisser passer complètement les rayons du soleil ou jouer un rôle comparable à celui d’une pellicule à faible émissivité standard.

13 Espacement entre les vitrages
Pour une efficacité optimale, l’espacement entre les vitrages devrait être d’environ 15 mm (5/8 po). Si l’espace entre les vitrages est inférieur à l’optimum de 15 mm (environ 5/8 po), les pertes de chaleur par conduction augmenteront. Si l’espace entre les vitrages est supérieur à l’optimum de 15 mm (environ 5/8 po), les pertes de chaleur par convection augmenteront. Par contre, l’utilisation de gaz inerte (ex. : argon, krypton) peut permettre une réduction ou une augmentation de cet espace tout en conservant une performance énergétique acceptable (voir diapositive suivante). Source : Ressources naturelles Canada

14 Gaz inerte et intercalaire isolant
Un gaz noble ou inerte (ex. : argon, krypton) est un gaz à masse moléculaire élevée, possédant ainsi une grande inertie. Le remplissage de l’espace entre les vitrages par ce type de gaz permet donc de réduire considérablement l’effet de convection et les pertes de chaleur par conduction. Un matériau intercalaire isolant posé entre les vitrages permettra également de réduire les pertes de chaleur par conduction. Un intercalaire isolant permet de conserver les bords du vitrage plus chauds et d’ainsi réduire les risques de condensation à cet endroit.

15 Exemple de matériau intercalaire isolant (warm edge)
Au minimum, utiliser un intercalaire fait d’un matériau peu conducteur (ex. : thermoplastique plutôt qu’aluminium) pour réduire les pertes par conduction. Source : pointp.fr 15

16 Enduit à faible émissivité (low-e)
La pellicule à faible émissivité agit comme un miroir à infrarouge. Elle permet ainsi de : laisser pénétrer les ondes courtes; Ex. : lumière visible; réfléchir les ondes longues; Ex. : infrarouge.

17 Enduit à faible émissivité (low-e)
Elle peut être positionnée pour : réfléchir les ondes longues du rayonnement solaire vers l’extérieur garde la maison fraîche en été; réfléchir les ondes longues du rayonnement de chaleur interne vers l’intérieur garde la chaleur à l’intérieur l’hiver. Elle permet également de réduire les pertes de chaleur par rayonnement la nuit venue. Le vitrage clair d’une fenêtre (sans pellicule à faible émissivité) laisse passer librement les ondes de chaleur radiante vers l’intérieur (hausse de la demande de climatisation l’été) et vers l’extérieur (pertes de chaleur l’hiver). Selon son emplacement et ses caractéristiques, la pellicule à faible émissivité pourra permettre d’optimiser les gains solaires en hiver (en réduisant les pertes de chaleur par rayonnement) et de réduire la demande en climatisation l’été (en réduisant les gains directs par rayonnement). Plus la pellicule à faible émissivité sera positionnée vers l’intérieur, plus elle permettra des gains solaires élevés. À l’inverse, plus elle sera localisée à l’extérieur, plus elle réduira les gains solaires en réfléchissant davantage de chaleur à l’extérieur. Source : Ressources naturelles Canada

18 Enduit à faible émissivité (low-e)
Les pellicules à faible émissivité peuvent être classifiées en trois catégories : Gains solaires élevés : laissant pénétrer > 45 % des gains solaires; Convient aux bâtiments à charges de chauffage dominantes; Gains solaires modérés : laissant pénétrer de 30 % à 45 % des gains solaires; Convient aux bâtiments à charges équilibrées entre chauffage et climatisation; Gains solaires faibles : laissant pénétrer < 30 % des gains solaires; Convient aux bâtiments à charges de climatisation dominantes.

19 Cadrage Les matériaux plus robustes permettant un cadrage plus mince offrent : une plus grande superficie vitrée, donc un plus grand potentiel de gains solaires. ex. : fibre de verre, aluminium avec bris thermique Les cadrages contenant plusieurs cavités offrent : une plus grande résistance et de meilleures propriétés isolantes. ex. : PVC et fibre de verre Les matériaux à forte expansion/contraction peuvent : exercer une pression sur le vitrage et les joints, ce qui peut entraîner des fuites d’air. ex. : PVC Source : Ressources naturelles Canada

20 Cadrage Les cadrages possédant des joints manufacturés sont sujets aux infiltrations. Par contre, la fibre de verre présente un coefficient de dilatation comparable à celui du verre, ce qui réduit les risques de fuites lors des fluctuations de température. Comme les systèmes de fenêtrage sont de plus en plus performants, la perte de chaleur occasionnée par l’utilisation de matériaux conducteurs pour le cadrage devient de plus en plus dominante. Le potentiel d’économie d’énergie offert par les vitrages multiples, les gaz et les enduits est ainsi anéanti par la faible performance de ces matériaux. Ex. : une fenêtre à triple vitrage et à cadrage d’aluminium avec bris thermique, reconnue pour avoir une RSI de 1,6 (R-9), peut, en fait, posséder une RSI effective de seulement 0,7 (R-4).

21 Innovations en constante évolution
Vitrage à contrôle solaire sélectif Utilisant des composés électrochimiques Combinaisons de haute performance Multiples vitrages, enduits low-e et gaz inertes Vitrage sous vide Vitrage à capteurs solaires intégrés Vitrage à volets intégrés Volets motorisés Isolation en aérogel des cadrages Cadrages composites Discuter des différentes innovations en cours de développement qui font progressivement leur apparition sur le marché. Vitrage de contrôle solaire sélectif qui agit différemment suivant la plage de rayonnement du flux énergétique frappant le verre. Les rayons de la plage visible ne sont pratiquement pas arrêtés. Les rayons IR invisibles sont réfléchis au maximum. Puisqu'ils ne peuvent presque plus pénétrer dans le bâtiment, leur contribution à l'effet de serre devient excessivement faible. Combiné à un verre isolant à haut rendement (faible coefficient U, anciennement appelé coefficient k), ce type de vitrage assure une température et un confort idéaux durant les quatre saisons. Source : Ressources naturelles Canada

22 Systèmes de fenêtrage performants
Cotes de rendement et homologation

23 Principales cotes de performance énergétique
Le coefficient « U » reflète la capacité de tous les éléments constitutifs du produit (ex. cadres, vitrages, gaz) à transférer la chaleur. plus le « U » est élevé (), plus son efficacité énergétique est faible () . Le rendement énergétique« RE » reflète la capacité du produit à laisser passer le rayonnement solaire, à prévenir les pertes thermiques et à résister aux fuites d’air. plus le « RE » est élevé (), plus son efficacité énergétique est bonne () . Le coefficient de gain de chaleur solaire « SHGC » indique la quantité de rayonnement solaire admis au travers du produit sous forme de gain de chaleur. plus le « SHGC » est élevé (), plus les gains solaires sont élevés (). La valeur de résistance thermique (RSI/R) est peu utilisée pour déterminer la performance énergétique des systèmes de fenêtrage.

24 Homologation ENERGY STAR®
ENERGY STAR est le symbole international d'excellence en termes d’efficacité énergétique. Les portes, fenêtres et puits de lumière y sont admissibles. Pour se qualifier, chaque produit est testé (assemblage complet) afin d’atteindre une cible préétablie, en « RE » ou en coefficient « U », pour chacune des quatre zones climatiques canadiennes. Tous les produits sont certifiés par un organisme accrédité qui vérifie leur efficacité énergétique. Source : ENERGY STAR

25 Homologation ENERGY STAR®
L’étiquetage des produits ENERGY STAR permet d’identifier les zones climatiques pour lesquelles ils sont destinés, ainsi que leurs principales caractéristiques énergétiques. Source : ENERGY STAR

26 Systèmes de fenêtrage performants
Installation des systèmes de fenêtrage

27 Emplacement du vitrage
Pour une performance optimale, les systèmes de fenêtrage doivent être posés le plus vers l’intérieur possible. Source : Ressources naturelles Canada

28 Caractéristiques d’une bonne installation
Source : CHBA

29 Caractéristiques d’une bonne installation (suite)
Le solin doit être incorporé au plan de drainage, de manière à s’assurer que l’eau s’écoule bien vers l’extérieur et qu’elle ne puisse pas pénétrer derrière le solin. Il n’est pas recommandé de se fier uniquement au calfeutrage pour prévenir l’infiltration d’eau derrière le solin. Il vaut mieux s’assurer de bien chevaucher les joints de la membrane d’étanchéité à l’eau au-dessus du solin. Source : CHBA

30 Scellement à l’aide de polyuréthanne à faible expansion
Scellant acoustique entre le pare-air et le bâti de la fenêtre Mousse d’uréthanne à faible expansion entre la fenêtre et son bâti Expliquer brièvement la méthode de scellement du cadre à l’aide de polyuréthanne à faible expansion. SIS-FEN-04

31 Scellement à l’aide de polyuréthanne à faible expansion
À éviter À faire Forte expansion Faible expansion

32 Scellement à l’aide de joint d’étanchéité compressible
Laine minérale non compressée, joint d’étanchéité compressible et calfeutrage entre le cadre et le bâti de la fenêtre Scellant acoustique entre le pare-air et le bâti de la fenêtre Expliquer brièvement la méthode de scellement du cadre à l’aide d’un joint d’étanchéité compressible et de calfeutrant lorsque l’isolation sous le cadre est réalisé avec de la laine minérale. SIS-FEN-04-2

33 Systèmes de fenêtrage performants
Principaux avantages

34 Principaux avantages du fenêtrage performant
Bénéfices liés à l’amélioration de l’efficacité énergétique Optimisation des gains solaires Réduction des besoins en chauffage et en climatisation Réduction des coûts énergétiques de l’habitation Bénéfices liés au confort Réduction des pertes de chaleur par rayonnement des occupants Réduction des courants d’air froids Réduction des risques de surchauffe estivale et meilleur contrôle de la température intérieure Bénéfices liés à la durabilité Réduction des risques de condensation Réduction de la dégradation des surfaces par les rayonnements UV

35 En résumé Les systèmes de fenêtrage constituent le maillon faible de l’enveloppe thermique. Opter pour des systèmes de fenêtrage performants bien orientés permet d’améliorer la performance globale du bâtiment de façon notable en : réduisant les déperditions thermiques; optimisant les gains solaires; réduisant les risques de condensation, de surchauffe et de fuites d’air. Une bonne installation est essentielle afin d’assurer la performance du système de fenêtrage. Même la meilleure fenêtre ne pourra pas être performante si elle est mal installée. 35

36 Questions ou commentaires?
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