Évaluer l’efficacité énergétique d’un vitrage

1ère étape : la valeur de référence

Un vitrage est caractérisé par un coefficient de transmission thermique Ug. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation PEB impose des valeurs maximales de coefficients thermiques pour le vitrage et les fenêtres.

Ces valeurs peuvent être vues comme un “garde-fou”. D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.

Remarque : on sera d’autant plus rigoureux face à ces impositions, que :

• le pourcentage de la surface vitrée est important,
• la façade est orientée au Nord.

En effet, l’impact du niveau d’isolation thermique d’un vitrage aura des conséquences d’autant plus importantes sur les consommations de chauffage que la surface vitrée est grande et que la façade est au Nord !

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord :

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud :

Légende :

	Double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
	Vitrage réfléchissant et absorbant, 6/12air/6, U = 2,3 W/m²K.
	Vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K.
	Vitrage basse émissivité, 4/15argon/4, U = 1,4 W/m²K.
	Vitrage triple gaz ou 6/ vide /6. U = 0,7 W/m²K.

On constate que :

• En présence d’un vitrage basse émissivité, le pourcentage de surface vitrée et l’orientation des vitrages, influencent peu les consommations de chauffage.
  

• Les vitrages à contrôle solaire (réfléchissant et absorbant), en limitant les gains solaires, sont peu efficaces thermiquement en cas de grandes surfaces vitrées.

2ème étape : évaluer sa propre situation

1° situation : on ne dispose pas de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

Une formule simplifiée permet d’évaluer le coefficient de transmission thermique U d’un vitrage au moyen de sa température de surface. On la mesure au moyen d’un thermomètre de contact ou d’un thermomètre de surface à infrarouge.

Thermomètre de contact et mesure de température ambiante et thermomètre de surface à infrarouge.

Pour que les valeurs obtenues soient valables, il faut que le vitrage soit en régime thermique stationnaire (c’est-à-dire que les températures intérieures et extérieures ne subissent pratiquement pas de variations).
On fera donc le relevé de la température du vitrage par temps nuageux, avec une température extérieure moyenne entre celle du jour et celle de la nuit.

Le coefficient de transmission thermique U du vitrage peut être estimé par la formule :

où :

• T_int est la température ambiante dans le local
• T_surf est la température de surface du vitrage
• T_ext est la température extérieure.

2° situation : on dispose de l’épaisseur des verres, des valeurs des émissivités des films isolants et du type de gaz entre les lames de verre.

La norme NBN EN 673 donne la méthode de calcul du coefficient de transmission thermique U des vitrages. La valeur U trouvée par ce calcul correspond à la valeur U au centre du vitrage, c’est à dire ne tenant pas compte des effets de bords dus à la présence de l’espaceur qui augmente les déperditions calorifiques.

Nous reprenons ci-dessous les équations permettant de calculer la valeur des simples et doubles vitrages verticaux.

1/U = 1/h_e + e/λ + 1/h_i, pour les simples vitrages.

1/U = 1/h_e +e₁/λ + 1/h_s + e2/λ + 1/H_i, pour les doubles vitrages_.

où :

• e₁ et e₂ = épaisseurs des couches solides successives du vitrage (m).
• λ =  conductivité thermique des matériaux des couches solides (W/(mK). (λ = 1 pour le verre).
• h_e= le coefficient d’échange thermique superficiel entre la paroi et l’ambiance extérieure (W/(m²K)). Ce  coefficient vaut 23 pour les vitrages verticaux.
• HI = le coefficient d’échange thermique superficiel entre la paroi et l’ambiance intérieure (W/(m²K)). Ce coefficient vaut 8 pour les vitrages verticaux.
• h_s = la conductance thermique des lames de gaz successives (W/(m²K)).

La valeur de h_s est donnée par la formule suivante :

où :

• s = épaisseur de la lame de gaz (m)
• Nu = Axs^1,14, cependant si cette valeur est inférieure à 1, on utilise Nu = 1 pour le calcul de hs.
• ε₁ et ε₂ = les émissivités corrigées des deux feuilles de verre; pour des verres sans couches ou lorsque les couches n’ont pas d’influence sur l’émissivité, on utilise la valeur ε = 0,837; lorsqu’il s’agit de verre à basse émissivité, il faut déterminer la valeur de l’émissivité normale à l’aide d’un spectromètre à infrarouges (normes prEN 12898), puis en déduire l’émissivité corrigée (tableau A2.2 de ce prEN).
• A et B = des constantes dépendant du type de gaz dont les valeurs sont données au tableau suivant :

Il existe deux manières d’évaluer si le facteur solaire est limité :

En calculant les apports solaires par les vitrages

1ère étape – une valeur de référence :

Dans les immeubles de bureaux, on peut estimer qu’un refroidissement devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint 60 W/m² au sol du local. Si on estime d’une manière générale, les apports internes d’un bureau moyennement équipé à 17 W/m² (un ordinateur de 150 W par personne et 1 personne/15 m² au sol (70 W/pers)), il est nécessaire de limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

2ème étape – calculer ces propres gains solaires par les vitrages :

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage en présence.

Vous pouvez ensuite calculer les apports par les baies vitrées :

Par une valeur de référence tirée de la réglementation française

1ère étape – évaluer le facteur solaire du vitrage.

Il s’agit d’abord de reconnaître le vitrage.

À partir de cela, on peut en évaluer le facteur solaire à l’aide des valeurs de référence des différents types de vitrages présents sur le marché.

2ème étape :  – le facteur solaire est-il correct ?

Une réglementation thermique du Nord de la France, prescrivait une règle concernant la valeur minimale de facteur solaire à atteindre en fonction du pourcentage de surface vitrée :

Ceci est la performance minimale à atteindre, bien sûr, un facteur solaire inférieur peut convenir.

Remarque.
L’impact d’un contrôle solaire insuffisant sur les consommations “en froid” du bâtiment, est d’autant plus important que le pourcentage de surface vitrée est élevé et qu’il est orienté au sud.
Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Nord.

Exemple de consommation de chauffage pour un local de 26 m², orienté au Sud.

Légende :

• Bleu : double vitrage ordinaire, U = 2,8 W/m²K.
• Noir : vitrage 6/vide/6, U = 0,7 W/m²K.
• Rouge : vitrage réfléchissant, 6/12argon/6, U = 1,5 W/m²K
• Orange : vitrage basse émissivité, 4/15argon/, U = 1,4 W/m²K.
• Vert : vitrage 6/vide/6. U = 0,7 W/m²K.

L’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel ?

Le graphique suivant permet d’illustrer l’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel pour une façade vitrée à 50 %, en fonction de l’orientation du bâtiment.

On constate que :

• Plus le coefficient de transmission lumineuse augmente, moins on consomme d’éclairage artificiel.

• Les locaux situés au Nord consomment plus que ceux orientés à l’Est, à l’Ouest et au Sud.

Évaluation du coefficient de transmission lumineuse du vitrage

Avec des vitrages “récents” (après 2000)

Si le vitrage est récent, un nom commercial d’identification de vitrage, propre à chaque firme, se trouve gravé dans l’intercalaire du double vitrage et est lisible à l’œil nu même lorsque le vitrage est posé. Il reprend : les dimensions, l’agrément technique, le code commercial, le nom de l’usine, le chiffre de production….

Cet indice permettra au fabricant de vous communiquer précisément la transmission lumineuse du vitrage.

Avec des vitrages anciens

Il est difficile d’évaluer précisément la transmission lumineuse de celui-ci.

Lorsque les fenêtres sont à ouvrant, on peut évaluer la transmission lumineuse d’un vitrage, en comparant les éclairements mesurés dans le local à l’aide d’un luxmètre lorsque la fenêtre est fermée et lorsqu’elle est ouverte.