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By Bruce Lang
Le climat du Canada est l’un des plus diversifiés de la planète. Il varie en fonction de la géographie, allant d’hivers longs et froids et de journées sans soleil dans le Grand Nord à quatre saisons distinctes le long de la frontière américaine, en passant par des hivers généralement doux dans le Lower Mainland de la Colombie-Britannique. Les températures peuvent grimper jusqu’à plus de 40 C (104 F) en été et descendre sous les -50 C (-58 F) en hiver. Ce climat diversifié et extrême peut avoir des ramifications importantes pour la conception des bâtiments commerciaux, surtout 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 important sur l’efficacité énergétique et le bien-être des occupants. Des murs « pleins » bien isolés sont généralement la priorité d’un prescripteur lors de la conception d’un bâtiment pour les climats froids, mais ils n’offrent pas l’attrait esthétique et les avantages de la lumière naturelle du verre. Et si le verre pouvait offrir une isolation et une efficacité énergétique similaires à celles exigées des murs ?

Les dessous du verre haute performance
Le secret le mieux gardé pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments commerciaux est le verre de fenêtre haute performance. En fait, l’utilisation du verre en tant que pourcentage de l’enveloppe du bâtiment est en hausse, car les architectes cherchent à exploiter son attrait esthétique et ses avantages en matière d’éclairage naturel. Une grande partie de cette augmentation a été permise 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 plafonds isolés, les fenêtres typiques sont un sérieux perdant énergétique. L’isolation est mesurée en termes de résistance au flux de chaleur ou valeur R – plus la valeur R est élevée, meilleures sont les performances d’isolation. Les murs ayant une performance isolante de R-30 (c’est-à-dire RSI-5,3) sont considérés comme normaux pour la plupart des bâtiments canadiens d’aujourd’hui, alors que la performance isolante des fenêtres n’atteint généralement que R-4 (c’est-à-dire RSI-0,7). Pourquoi se contenter de fenêtres R-4 dans des maisons et des bâtiments dont les murs sont isolés R-30 ? Cette double norme de conservation de l’énergie existe parce qu’il est plus facile d’être un mur qu’une fenêtre. Les murs doivent seulement bien isoler, alors que les fenêtres doivent en faire beaucoup plus.

Les fenêtres (spécifiquement le verre des fenêtres) doivent :

• être transparentes et incolores;
• transmettre la lumière naturelle du jour;
• réfléchir l’énergie solaire indésirable;
• diminuer le rayonnement ultraviolet (UV) qui cause la décoloration des matériaux et des meubles;
• réduire la transmission du son ; et
• isoler contre les pertes de chaleur – surtout pendant les mois froids et hivernaux.

En outre, 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 mûrs qui peuvent avoir un impact spectaculaire – et immédiat – sur l’efficacité énergétique.

Une solution radicale pourrait être de barricader de nombreuses fenêtres existantes. Cela pourrait permettre d’économiser un peu d’énergie, mais cela entrave la transmission de la lumière naturelle dans un bâtiment. Les avantages de plus en plus reconnus de l’apport de lumière naturelle comprennent :

• une réduction de l’utilisation de l’éclairage artificiel ;
• une amélioration de la santé et du bien-être des occupants du bâtiment ;
• une amélioration du chauffage solaire passif grâce aux vitres orientées vers le sud en hiver ; et
• une amélioration de la valeur de revente des propriétés.

Il existe 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 cabanes  » peut être une réalité.

Options de verre à haute performance
Puisque le verre est le cœur d’une fenêtre, les rédacteurs de devis devraient connaître les options à haute performance. Le verre à simple vitrage peut empêcher les intempéries, mais il ne fait pas grand-chose pour isoler contre les pertes de chaleur ou réfléchir 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 double vitrage isolant (c’est-à-dire deux vitres avec un revêtement à faible émissivité séparées par un espace d’air scellé), en particulier lorsqu’il est rempli d’un gaz inerte tel qu’un argon, améliore l’isolation, et le revêtement reflète la chaleur du soleil – performance maximale jusqu’à environ R-4.

Malheureusement, puisque la technologie des revêtements 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 la performance du verre comme cela a été le cas au cours des deux dernières décennies. Pour franchir la barrière des performances du verre, il faut maintenant passer des couches aux « cavités », qui sont des espaces d’air empêchant la chaleur à l’intérieur d’un vitrage isolant. Contrairement au verre à double vitrage (qui se limite à une seule cavité), le verre à cavités multiples utilise plusieurs espaces d’air isolants pour atteindre un nouveau niveau d’efficacité énergétique.

Vitrage isolant à triple vitrage
Le vitrage isolant à triple vitrage se compose de trois panneaux de verre et de deux revêtements à faible émissivité séparés par deux espaces d’air. Il améliore les performances d’isolation jusqu’à R-10 (c’est-à-dire RSI-1,8) – avec un remplissage au 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 suspendu
Le vitrage isolant à film suspendu consiste en 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 que le 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 calorifique dans les cavités internes permet d’obtenir des performances d’isolation au centre du verre allant jusqu’à R-10 (avec de l’argon) et R-20 (avec du krypton), comme l’illustre la figure 1.

Le verre à haute isolation surpasse
Le verre isolant à film suspendu utilise plusieurs films pour obtenir des performances d’isolation d’au moins R-8 (c’est-à-dire RSI-1,4) et un gain de chaleur solaire modéré. Les fenêtres équipées d’un vitrage isolant à film suspendu peuvent en fait être plus efficaces sur le plan énergétique que les murs isolés si l’on tient compte de l’apport solaire passif de la lumière du jour en plus des propriétés isolantes du verre. Contrairement aux murs, le vitrage isolant à film suspendu peut réaliser un gain énergétique net en admettant plus de chaleur du soleil qu’il n’en perd par conduction. C’est à ce stade qu’un système de verre est capable de surpasser le mur environnant.

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 de 0,05). Cela signifie qu’il y a moins de deux pour cent de différence dans la perte de chaleur entre un verre R-20 et un mur environnant R-30. 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 qu’en dépit d’une valeur R inférieure, un vitrage R-20 peut en fait être plus performant qu’un mur R-30.

Avantages supplémentaires du verre isolant à film suspendu
Le verre isolant à film suspendu et à cavités multiples tire parti des avantages de la technologie à base de film et de verre pour créer une unité IG légère. Le verre à couche à faible émissivité est utilisé pour minimiser le gain de chaleur solaire, tandis que le film à couche suspendue est utilisé pour maximiser les performances d’isolation, bloquer le rayonnement UV, réduire le bruit et augmenter le confort des occupants plus efficacement que le verre à couche 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 le coût globaux du bâtiment. Par exemple, un bâtiment conçu avec un verre à faible performance nécessitera probablement des systèmes supplémentaires, comme un chauffage périphérique et un système CVC plus important. En revanche, une enveloppe de bâtiment « étanche » peut éliminer le chauffage périphérique et réduire la taille du système CVC. Cela permet non seulement de réduire le prix initial du bâtiment, mais aussi les coûts d’exploitation annuels.

Le verre qui isole comme un mur
À 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 supérieures à cavités multiples qui incorporent un film enduit suspendu ont changé les règles et peuvent atteindre une performance de verre R-20 sans poids structurel supplémentaire. Les prescripteurs ont une grande opportunité d’utiliser ces solutions multi-cavités pour non seulement augmenter considérablement les économies d’énergie, mais aussi réduire les coûts globaux en tirant parti de la performance supérieure 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 le vice-président du marketing et du développement commercial de 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 des vitrages isolants à film suspendu à haut rendement énergétique. M. Lang est titulaire d’une licence en génie électrique de l’université de Stanford et d’une maîtrise en administration des affaires de l’université de Santa Clara en Californie. On peut le joindre par courriel à [email protected].