Dégradation des vitrages isolants : performances thermiques, mesures et impacts énergétiques

Date : 8 août 2023

Auteurs : Madison Likins-White, Robert C. Tenent et Zhiqiang (John) Zhai

Source: Bâtiments 2023, 13(2), 551 ; MDPI

EST CE QUE JE:https://doi.org/10.3390/buildings13020551

(Cet article appartient à la section Énergie du bâtiment, physique, environnement et systèmes)

La dégradation des vitrages isolants (IGU) a été étudiée de manière approfondie. Cependant, la compréhension de la relation entre les normes actuelles d’évaluation de la durabilité et la durée de vie des produits est limitée. En outre, un débat fait rage sur la manière de quantifier les performances des fenêtres installées au fil du temps afin de mieux comprendre les processus de dégradation. Plus de connaissances sur ces sujets sont nécessaires pour relier l’évaluation de la durabilité aux projections de durée de vie des produits basées sur la performance énergétique. Les modèles énergétiques fournissent des estimations utiles de la consommation énergétique annuelle totale du bâtiment. Cependant, la plupart des modèles sont basés sur les performances « telles qu’installées » des composants de l’enveloppe et ne tiennent pas compte de la dégradation des performances. Cela peut conduire à une sous-estimation de la consommation énergétique du bâtiment sur sa durée de vie.

Une meilleure compréhension de la relation entre durabilité et performance énergétique peut éclairer l’intégration de la dynamique de dégradation dans les logiciels de modélisation énergétique. Cela améliorera les estimations de la consommation énergétique des bâtiments sur leur durée de vie et éclairera les stratégies et le calendrier de rénovation appropriés. Cet article passe en revue la littérature actuelle sur la durabilité, diverses normes relatives aux évaluations de performance des fenêtres et aux méthodes de vieillissement, les techniques de mesure de la performance énergétique des IGU in situ existantes et les effets énergétiques de l'ensemble du bâtiment. Les défis et les disparités entre les différentes études sont analysés et discutés. Les auteurs espèrent que des travaux ultérieurs dans ce domaine mèneront au développement de méthodes d’essai in situ améliorées pour évaluer la dégradation de l’IGU sur le terrain et relieront ces connaissances à des approches améliorées de modélisation de la performance énergétique.

Le secteur du bâtiment est responsable de 40 % de la consommation totale d’énergie et de plus de 35 % des émissions de gaz à effet de serre aux États-Unis, comme le montre la figure 1 [1].

L'enveloppe du bâtiment constitue la principale barrière thermique entre les environnements intérieur et extérieur et comprend les murs, les fenêtres, le toit et les fondations. L’enveloppe du bâtiment constitue un point faible de la consommation globale du bâtiment et est essentielle à l’amélioration des performances du bâtiment. On estime que l'enveloppe du bâtiment représente 30 % de la consommation d'énergie des bâtiments résidentiels et commerciaux, les fenêtres représentant 15 à 50 % des pertes totales de transmission de l'enveloppe et 10 % de la consommation énergétique totale des bâtiments [3,4,5,6 ]. Les effets de la performance de l'enveloppe se répercutent sur tous les systèmes d'un bâtiment ; une enveloppe plus efficace réduit non seulement la transmission thermique, mais peut également réduire la taille des équipements, réduire la consommation d'eau, améliorer le cycle de vie global d'un bâtiment et augmenter le confort thermique. Cependant, la performance thermique de l’enveloppe n’est pas statique tout au long de la durée de vie d’un bâtiment ; elle diminue avec l'âge et les conditions météorologiques, entraînant des besoins énergétiques plus élevés. On estime que la dégradation de l’enveloppe et du système CVC peut entraîner une augmentation de la consommation énergétique des bâtiments de 20 à 30 % [7].

Les fenêtres représentent une grande partie des pertes d'enveloppe en fonction du type de fenêtre, du climat et du type de bâtiment [4,5]. Non seulement les fenêtres ont un facteur U élevé par rapport aux composants d’enveloppe opaques, mais elles présentent également des gains solaires qui contribuent à leur transfert thermique global dans les espaces (coefficient de gain thermique solaire). La figure 2 montre que 84 % du rayonnement solaire frappant la fenêtre est transféré dans l'espace sous forme de chaleur [8].

Le rayonnement solaire et la conductivité thermique entraînent une augmentation des gains de chaleur en été, ce qui augmente les charges de refroidissement. En hiver, seule la conductivité contribue à l’augmentation du chauffage nécessaire. La conductivité associée aux différences extrêmes de température et au rayonnement solaire frappant les fenêtres entraîne également une dégradation [9]. Les fenêtres sont généralement décomposées en deux composants physiques : le vitrage isolant (IGU) et le cadre. L'IGU se compose d'au moins deux verres séparés par un système d'espacement, contenant généralement un matériau déshydratant, les bords des unités étant scellés à l'aide de divers matériaux polymères. L'intérieur de l'unité scellée est généralement rempli d'un gaz inerte à faible conductivité thermique, et les vitres peuvent avoir des revêtements à faible émissivité (Low-e) pour atténuer les gains de chaleur solaire.