Éléments physiques de base relatifs à la construction

Introduction

La réduction de la consommation d'énergie visant à lutter contre le changement climatique constitue l'un des plus grands défis de l'humanité. Outre de nombreuses autres mesures, la forte consommation énergétique des bâtiments pour le chauffage, la climatisation, l'eau chaude, le courant, l'éclairage etc, doit être réduite. Au-delà de la simple économie d'énergie, l'utilisation doit être optimisée et la part des énergies renouvelables, augmenée. Ainsi seulement, les objectifs en matière de climat pourront être atteints. Ce chapitre présente les exigences et les principes de base d'une construction respectueuse des principes d'efficacité énergétique et explique le rôle important du verre dans ce contexte.

L'étiquette énergétique

Pour les nouvelles fenêtres, qu'il s'agisse d'une nouvelle construction ou de rénovations, ce ne sont pas uniquement les coùts d'investissement qui comptent. En effet, de bonnes fenêtres par lesquelles peu de chaleur s'échappe l'hiver ou optimisant le gain de chaleur, contribuent beaucoup à baisser la consommation d'énergie, réduire les frais de chauffage et améliorer sensiblement le confort.

Depuis le 1er janvier 2015, il existe en Suisse l'étiquette énergétique pour les fenêtres. L'Association professionnelle suisse des constructeurs de fenêtres et façades (FFF) et la Centrale suisse des constructeurs de fenêtres et façades l'utilisent.

L'étiquette énergétique pour les fenêtres évalue la qualité énergétique (efficacité) de la fenêtre, en hiver. La valeur équivalente d'énergie U_w,eq est utilisée pour évaluer l'efficacité énergétique d'une fenêtre, pour une fenêtre de référence d'une surface de 1,55 x 1,15 m (cadre et verre). L'évaluation se rapporte aux constructions de fenêtres utilisées généralement dans les maisons individuelles. La valeur équivalente d'énergie U prend en compte, outre les pertes de chaleur, également les gains énergétiques solaires exploitables, à savoir le réchauffement de l'espace par rayonnement solaire.

La valeur U d'équivalent d'énergie

La valeur U d'équivalent d'énergie U_{w, eq} prend en compte le bilan de la perte d'énergie et du gain d'énergie. Elle est calculée sur la base d'une fenêtre à double ventaux avec une surface de référence de 1,55 x 1,15 m (vide de maçonnerie). L'évaluation se rapporte aux constructions de fenêtres utilisées généralement dans les maisons individuelles. La perte d'énergie et le gain d'énergie peuvent être déterminés à l'aide de valeurs caractéristiques déjà connues pour la construction de fenêtres, par une procédure simplifiée :

Les indications de calcul de valeur U d'équivalent d'énergie U_w,eq figurent sur le certificat d'étiquette énergétique pour fenêtres, délivrée avec l'étiquette énergétique.

Qualité cadre Uf

Le coefficient de transmission thermique moyen des cadres de fenêtres dépend du matériau du cadre et de la conception du profil. Plus la valeur est petite et plus la perte de chaleur du cadre est faible.

Qualité du verre Ug

Le coefficient de transmission thermique indique la perte de chaleur d'un vitrage. Plus la valeur est petite, plus la perte de chaleur est faible et plus le confort est élevé (air froid).

Bord de verre Ψg

Le coefficient de transmission thermique linéique de raccordement de bord de verre est désigné par Ψ_g. Il existe aujourd'hui des intercalaires en acier ou en plastique. La valeur dépend du matériau de cadre et du vitrage. La règle suivante s'applique également pour la valeur Ψ_g : Plus elle est faible, mieux c'est.

Qualité de fenêtre Uw

La valeur U_w permet de juger de la qualité de l'ensemble de la fenêtre (cadre et verre), pour lutter contre les pertes de chaleur. Plus la valeur U_w est petite et plus la perte de chaleur est faible. Pour calculer la valeur, les coefficients de transmission thermique surfaciques et linéaires de tous les sous-composants de la fenêtre (cadre, verre et raccordement de bord de verre) avec leurs surfaces et éléments linéaires, sont ajoutés.

Coefficient de transmission d'énergie g

La valeur g indique la part du rayonnement solaire qui traverse le verre. Plus la valeur g est élevée et plus l'apport thermique solaire est optimal. La perméabilité à l'air et l'étanchéité à la pluie battante indiquent le degré d'étanchéité de la fenêtre au vent et à la pluie. La perméabilité à l'air et l'étanchéité à la pluie battante sont respectivement réparties en classes. Plus la classe est élevée, plus la fenêtre est de meilleure qualité.

Conclusion

L'étiquette énergétique pour les fenêtres indique de manière simple et compréhensible quels sont les systèmes de fenêtre particulièrement bien adaptés pour réduire les pertes de chaleur l'hiver. Encore plus : L'étiquette énergétique pour les fenêtres prend en compte également les gains d'énergie par le rayonnement solaire. Les fenêtres de la classe d'efficacité énergétique A permettent même, sur l'ensemble de la période de chauffage considérée, un gain énergétique supérieur à la perte de chaleur.

Source : EnergieSchweiz, Office fédéral de l'énergie OFEN, Berne

Construction économe en énergie avec du verre

Peu de matériaux peuvent présenter une évolution aussi rapide et positive que le verre. Alors qu'une plaque de verre simple avait encore une valeur U_g de 5,8 W/m²K et donc une faible efficacité isolante, avec l'invention du verre isolant multiple, rendu étanche hermétiquement en 1959, le verre isolant, sans revêtement, rempli d'air, est devenu jusque dans les années quatre-vingt dix, un produit standard. Ces premiers verres isolants ont permis certes de réduire la perte d'énergie presque de moitié par rapport aux verres simples, mais leur isolation thermique U_g = 3,0 W/m²K serait à l'heure actuelle encore modeste. Sur les réalisations avec triples plaques couramment utilisées aujourd'hui, les vitrages modernes atteignent sans problème des valeurs U_g de 0,7 à 0,5 W/ m²K. Sans cette propriété d'isolation des surfaces transparentes, il ne serait tout simplement pas possible de réaliser une construction respectueuse des principes d'efficacité énergétique En quelques décennies, la valeur U_g des vitrages a été réduite d'une puissance dix, c'est-à-dire d'un dixième de la valeur du verre simple (Chapitre Isolation thermique).

Si l'on considère la valeur énergétique des bâtiments, les surfaces vitrées ont toute leur importance. À la différence des composants non transparents, il n'y a aucune perdition de chaleur thermique par les fenêtres et façades et par les gains solaires, les surfaces vitrées contribuent considérablement à un bilan énergétique positif. Selon la qualité et l'orientation, les plaques de verre sont associées à des fournisseurs d'énergie à part entière, laissant entrer gratuitement l'énergie solaire dans le bâtiment. Un coefficient global de transmission d'énergie élevé de vitrages peut donc réduire considérablement le besoin en énergie primaire annuel. La maçonnerie ne le peut pas. Des verres adaptés permettent d'éviter des pertes de chaleur l'hiver tout comme la chaleur excessive l'été. En outre, les surfaces transparentes laissent pénétrer profondément la lumière du jour dans les pièces, permettant ainsi de réaliser encore des économies d'énergie, par rapport à un éclairage artificiel. Le verre crée le lien entre le monde intérieur et le monde extérieur, il est essentiel à l'atmosphère dans les espaces et au bien-être des occupants des bâtiments. Avec ses nombreuses propriétés positives, le verre permet d'optimiser le bien-être et le confort domestique et influe ainsi considérablement sur la qualité d'usage des bâtiments.

Cette tendance qui se poursuit depuis plusieurs années, à utiliser des surfaces vitrées toujours plus grandes, pour des bâtiments clairs, laissant passer parfaitement la lumière, s'actualise cependant, lorsque ces surfaces vitrées sont conçues avec une haute capacité d'isolation thermique et parallèlement, grâce à des mesures intelligentes, empêchent toute surchauffe estivale. Pour que des verres multifonctionnels avec la technique de fenêtres et de façades, l'automatisation, la technique de ventilation et de climatisation puissent interagir, leurs caractéristiques doivent être adaptées de manière optimale sur le bâtiment à construire. Les exigences relatives au verre, l'expertise et les compétences en matière de planification pour la superposition de surfaces transparentes, doivent être développées.

Le verre, en tant que composant multifonctionnel revêt une importance capitale sur les bâtiments du point de vue des éléments suivants :

• Isolations thermique
• Gain d'énergie
• Protection solaire
• Protection acoustique
• Utilisation de la lumière du jour 
• Création et esthétique

Selon les besoins, le verre permet de voir à l'extérieur ou à l'intérieur. Le verre établit le lien entre le monde extérieur tout en nous éloignant des influences des conditions météorologiques. Le verre offre également pour les constructions respectueuses des principes d'efficacité énergétique, d'extraordinaires perspectives.

Fenêtres adaptées avec gain d'énergie

Pour obtenir des fenêtres optimisées de classe A, la qualité du verre isolant reste un critère essentiel. SILVERSTAR ENERGYplus est une collection de verre d'isolation permettant d'obtenir une étiquette énergétique de classe d'efficacité A. Outre le verre et le revêtement, le joint périphérique ACSplus est également significatif, car il peut être positif pour l'étiquetage. Avec ces verres isolants, il est possible de réaliser des gains d’énergie durant toute la période de chauffage. Les très bonnes fenêtres telles que celles fabriquées avec les verres SILVERSTAR ENERGYplus deviennent par conséquent de véritables systèmes pour gagner de l’énergie.