Guide du consommateur – L'achat de portes et fenêtres à bon rendement énergétique

N^o de catalogue :M92-156/2001F
ISBN 0-662-83172-1

Section 7 –
Fenêtres à haut rendement énergétique

L'industrie des fenêtres n'a pas tardé à élaborer des technologies de substitution afin de corriger les faiblesses des vitrages ordinaires sur le plan du rendement énergétique. Les efforts réalisés dans ce domaine pendant les dix dernières années n'ont été rien de moins que révolutionnaires et ont mené à la mise au point de la fenêtre à haut rendement énergétique, un produit de loin supérieur à ceux qu'on offrait encore il n'y a que quelques années.

Les améliorations que comporte cette fenêtre – revêtements à faible émissivité, remplissage aux gaz inertes, cadre et pourtours isolés – témoignent des derniers progrès de la technologie.

Il existe divers types de fenêtres à haut rendement énergétique qui conviennent à une foule d'applications. Le choix du produit approprié peut constituer un casse-tête pour le profane. Pour prendre des décisions éclairées lors d'achat de nouvelles fenêtres, il faut d'abord se renseigner sur cette nouvelle technologie et comprendre le système RE.

7.1 Revêtements à faible émissivité

Le verre ordinaire laisse facilement passer l'énergie du soleil. Cependant, la nuit, il transmet tout aussi efficacement vers l'extérieur l'énergie calorifique sous forme de rayons infrarouges, phénomène qu'on appelle perte thermique par rayonnement (fig. 33). Pour réduire cette forte émissivité des vitrages ordinaires, les chercheurs ont mis au point le revêtement à faible émissivité (faible E).

Le revêtement à faible E est une couche métallique mince et invisible (d'une épaisseur de quelques atomes seulement) qu'on applique directement sur la surface des vitres. Dans une fenêtre à double vitrage ordinaire, ce revêtement recouvre normalement la surface extérieure de la vitre intérieure (fig. 33).

Le revêtement à faible E est une découverte ingénieuse : il est transparent aux rayons solaires courts, mais opaque aux infrarouges longs. Il transmet donc vers l'intérieur la plupart des rayons du spectre solaire (y compris la lumière visible), mais bloque en grande partie le passage de l'énergie calorifique provenant des objets chauffés à la température ambiante. Cette propriété est avantageuse en tout temps car, en hiver, elle réduit les pertes thermiques (fig. 34) et, en été, elle empêche la pénétration de chaleur émise par les objets chauffés à l'extérieur (fig. 35).

Le fait de recouvrir d'un revêtement à faible E l'une des vitres d'une fenêtre à double vitrage lui donne à peu près la même valeur isolante qu'une fenêtre à triple vitrage ordinaire, sans toutefois l'alourdir du poids d'une troisième vitre (fig. 36). Avec un vitrage plus léger, la fenêtre est plus facile à ouvrir et plus durable, ses charnières, manivelles de battants, etc. s'usant moins vite. Les coûts de transport d'une fenêtre plus légère sont ainsi réduits, comme l'est son prix.

Le revêtement à faible E réduit généralement quelque peu l'apport par rayonnement solaire (fig. 37). Cependant, la grande valeur isolante du vitrage à faible E pendant la nuit compense largement cette légère baisse des gains solaires passifs. Un autre avantage du revêtement à faible E est qu'il coupe une bonne partie des rayons ultraviolets qui décolorent les tapis et les tissus.

Il existe maintenant de nombreux types de revêtements à faible E possédant diverses caractéristiques de rendement. Les revêtements conçus pour les fenêtres orientées vers le nord sont probablement les plus efficaces dans un climat froid comme celui du Canada, car ils augmentent au maximum l'apport par rayonnement solaire et réduisent les pertes de chaleur nocturnes. Les revêtements à faible E qui réduisent les apports par rayonnement solaire peuvent se justifier pour les fenêtres orientées vers l'ouest s'il n'existe aucun autre moyen d'en assurer le contrôle. Ils réduisent les apports par rayonnement solaire et la visibilité, et sont souvent teintés.

Le consommateur peut rarement décider de l'emplacement des fenêtres, surtout dans une maison déjà construite. Cependant, si vous concevez vous-même une nouvelle maison, les indices RE peuvent vous aider à choisir des vitrages dont les caractéristiques conviennent à l'orientation des fenêtres.

7.2 Remplissage au gaz

On a aussi amélioré considérablement le rendement énergétique des fenêtres en remplissant l'espace entre les vitres d'un gaz inerte (fig. 38). Le terme gaz inerte désigne une famille de gaz stables, non réactifs et donc sans danger. L'argon et le krypton sont tous deux utilisés à cette fin, mais l'argon est le choix le plus courant, et celui qui coûte le moins cher.

En remplissant d'argon l'espace entre les vitres d'une fenêtre, on réduit : 1) les pertes thermiques par conduction, l'argon étant moins conductible que l'air; et 2) les pertes thermiques par convection, l'argon étant plus lourd que l'air et se déplaçant donc moins entre les vitres (fig. 38).

Le krypton a un rendement légèrement supérieur à celui de l'argon et réduit l'espacement optimal des vitres à environ 8 mm (1/3 po). Cette réduction de l'espace entre les vitres permet d'utiliser une moins grande quantité de krypton, qui coûte beaucoup plus cher que l'argon, et de fabriquer des fenêtres à vitrage multiple plus résistantes aux bris causés par les contraintes. Comme le remplissage à l'argon est le procédé le plus rentable, de plus en plus de fabricants s'en servent dans la production de fenêtres neuves ou pour moderniser à faible coût des fenêtres ordinaires.

7.3 Pellicules spéciales

Un revêtement à faible E peut être enduit sur une pellicule de polyester transparente suspendue dans l'espace entre les vitres (fig. 39) ou directement appliqué sur la surface du verre. Ces pellicules ont généralement un facteur de transmission de l'énergie solaire élevé et une faible émissivité. Cependant, certaines pellicules à faible émissivité réduisent la transmission de l'énergie solaire et sont donc idéales pour les climats méridionaux ou les fenêtres orientées vers l'ouest lorsque les apports par rayonnement solaire constituent un problème important en été.

Bien que ces vitrages à pellicules soient efficaces dans certaines applications, il est important de vous renseigner auprès de votre détaillant pour vous assurer de choisir le type de pellicule qui convient le mieux à vos besoins.

Les chercheurs travaillent actuellement sur différents types de fenêtres intelligentes ou à vitrage « commutable », dotées de pellicules électrochromiques, thermochromiques ou photochromiques.

Les pellicules électrochromiques sont les plus prometteuses car elles permettent de régler le degré de transmission du rayonnement solaire au moyen d'une couche électrolytique transparente incorporée dans le vitrage et dans laquelle circule un faible courant. Dans le secteur de l'habitation, ces pellicules trouveront leur plus importante application dans les bâtiments qui comportent de grandes surfaces vitrées orientées vers l'ouest et qui sont surchauffés en été.

Faites preuve de circonspection au sujet des pellicules adhésives sensibles à la pression pouvant être appliquées directement sur les fenêtres existantes, ces produits étant conçus pour les immeubles commerciaux. Bien que certaines de ces pellicules soient enduites d'un revêtement à faible E, elles ont aussi un très faible facteur de transmission du rayonnement solaire. Par conséquent, les économies d'énergie qu'elles permettent de réaliser en réduisant les pertes thermiques peuvent être plus que neutralisées par la diminution considérable des gains de chaleur solaire. L'utilisation de ces pellicules dans des applications résidentielles n'est recommandée que dans des cas bien précis, comme un solarium qui a tendance à surchauffer l'été. Mise en garde: l'utilisation de pellicules adhésives peut annuler la garantie.

7.4 Intercalaires à faible conductibilité

Une fois qu'on a appliqué un revêtement à faible E sur le vitrage pour réduire les pertes thermiques par rayonnement et qu'on a rempli au gaz l'espace entre les vitres pour réduire les pertes thermiques par convection et par conduction, l'intercalaire devient le point le plus faible de la fenêtre sur le plan du rendement énergétique. Comme on l'explique à la section 3.4, la plupart des intercalaires sont faits d'aluminium creux. Bien que ce métal soit léger et durable, il conduit malheureusement très efficacement la chaleur.

Au point de vue du rendement énergétique, les nouveaux intercalaires à faible conductibilité constituent une amélioration considérable. Nombre de techniques et de matériaux différents sont maintenant utilisés dans la fabrication de ces éléments, mais leur efficacité varie considérablement. En général, les nouveaux intercalaires peuvent accroître de 20 p. 100 le rendement énergétique d'une fenêtre à faible E remplie à l'argon (fig. 40). Les indices RE vous permettront de comparer l'efficacité des produits offerts.

Ces intercalaires améliorés gardent aussi plus chaud le périmètre du vitrage, ce qui réduit les contraintes thermiques exercées sur la vitre et la formation de condensation par temps froid.

7.5 Cadres améliorés

Comme on l'explique à la section 3.5, le cadre constitue un autre point faible de la fenêtre sur le plan du rendement énergétique. Étant donné qu'il peut représenter jusqu'à un tiers de la surface entière de la fenêtre, et que les vitrages à haut rendement sont mieux isolés que la plupart des cadres ordinaires, les fabricants se sont empressés de développer des matériaux plus efficaces pour corriger ce défaut.

De plus en plus de fabricants offrent maintenant des cadres fabriqués de matériaux mixtes afin de tirer parti des forces de chacun d'entre eux. Le meilleur rendement énergétique est obtenu avec un cadre en fibre de verre à âme isolée en mousse.

Il est essentiel, si vous décidez de poser des fenêtres à faible E, remplies au gaz et dotées d'intercalaires à faible conductibilité, de choisir un type de cadre qui réduit au minimum les pertes thermiques par conduction.

N'oubliez pas non plus que le choix du cadre peut avoir une incidence considérable sur les gains de chaleur solaire (et l'indice RE). Les matériaux très solides, comme l'aluminium avec rupture thermique intégrée ou la fibre de verre, permettent de fabriquer des cadres et des châssis plus étroits et donc d'accroître les gains de chaleur solaire en augmentant la surface vitrée des fenêtres. On dit parfois de ces cadres qu'ils sont discrets. Encore une fois, l'efficacité énergétique du cadre se traduira par un indice RE élevé.

7.6 Principes de conception

Lorsqu'on désire remplacer toutes les fenêtres d'une maison, il suffit la plupart du temps de choisir un seul type de vitrage pour tous les murs. Si c'est votre cas, servez-vous des indices RE pour faire votre choix. Dans des cas exceptionnels, comme les maisons solaires passives ou les serres attenantes, des comparaisons plus détaillées peuvent être requises.

Les principes de base suivants vous aideront à faire des choix judicieux en ce qui concerne vos fenêtres :

• un petit nombre de grandes fenêtres est préférable à un grand nombre de petites fenêtres – les grandes fenêtres réduisent le rapport cadre-vitrage et augmentent au maximum le rendement total;

• les éléments les plus faibles d'une fenêtre à haut rendement au point de vue des pertes thermiques sont le cadre et la bordure; lorsque le centre du vitrage est bien isolé, les pertes de chaleur par le cadre et la bordure sont augmentées en proportion; il importe donc de choisir des fenêtres avec des intercalaires isolés (non métalliques) et des cadres discrets à rupture thermique;

• les grandes aires vitrées sont déconseillées dans les murs orientés vers l'ouest; les couchers de soleil sont peut-être magnifiques, mais ils ne valent pas les frais de climatisation que vous aurez à payer;

• on ne devrait installer des fenêtres ouvrantes que dans les endroits devant comporter, en vertu des codes pertinents, une source d'aération ou une issue de secours;

• en réduisant la surface du cadre et du châssis, on améliore le rendement total de la fenêtre;

• dans le cas d'une maison solaire passive, servez-vous de la méthode d'évaluation RES;

• dans tout autre cas, fondez votre choix de fenêtres sur les indices RE.

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