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Qu’est-ce qu’une fenêtre Passivhaus?

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[Traduction par Damien Chaveron avec la permission de l’auteur Elrond Burrell de l’article : « What is a Passivhaus windows? » publié le 26 octobre 2015 sur son blog « Passivhaus in plain english & more« ]

 

Fenêtres, portes, puits de lumière, murs vitrés et autres composants vitrés perdent ( ou gagnent) souvent plus de chaleur que les murs et le toit d’une même enveloppe thermique. Pour cette raison, le standard international Passivhaus porte une attention particulièrement importante à la conception et aux caractéristiques des éléments vitrés.

Cet article concerne les fenêtres Passivhaus car elles sont les éléments vitrés les plus importants dans un bâtiment Passivhaus. Les autres éléments vitrés peuvent être traités selon les mêmes lignes directrices.

La réduction des pertes de chaleur permet certes de conserver l’énergie dans l’enveloppe, mais pas uniquement. Cette réduction des pertes de chaleur permet aussi de procurer aux utilisateur du bâtiment un confort optimal. Et c’est en fin de compte le premier but recherché par le standard international Passivhaus : un confort exceptionnel tout en étant énergiquement super-performant.

Le standard international Passivhaus donne aussi des environnements de vie particulièrement sains. Les bâtiments Passivhaus baignent dans l’air propre et frais ( frais dans le sens fraichement issu de l’extérieur ) et sont exempts de moisissures. De plus la qualité de construction issue de la rigueur du standard donne des bâtiments extrêmement durables.

Les fenêtres Passivhaus ont un rôle important dans tous ces aspects : Efficacité énergétique, Confort, Santé et Durabilité.

What is a Passivhaus Window?

Note : Cet article porte spécifiquement sur les fenêtres en tant que composant et ne couvre donc pas la conception de la fenestration d’un bâtiment dans son ensemble avec ses notions d’orientation, d’ombrage etc… 

Comment une fenêtre Passivhaus est-elle energétiquement performante?

Les fenêtres sont supposées faire beaucoup de choses, y compris les fenêtres Passivhaus, et la performance énergétique en est juste une. Idéalement les fenêtres donnent une belle vue et une abondante lumière du jour, tout en ne perdant que très peu de chaleur et procurant la bonne quantité de gain de chaleur solaire.

La vue et la lumière du jour dépend du site et de l’architecture plutôt que de la fenêtre elle-même. Les gains et les pertes de chaleur dépendent également du site et de l’architecture mais les caractéristiques des fenêtres y ont un impact majeur.

Gains

Les gains solaires sont d’abord dépendants du coefficient de gain solaire du verre, la « valeur g », et de l’épaisseur de verre présente. L’architecture du bâtiment et la façon dont les fenêtres sont positionnées, orientées, ombragées etc… sont bien sûr à considérer mais ne sont pas le sujet de cet article.

Une fenêtre Passivhaus est certifiée en prenant en compte une taille de cadre et de verre standardisée permettant de comparer les différentes fenêtres Passivhaus sur une même base. Comme le type de verre (double, triple vitrage, épaisseur de verre, espacement des vitrages, gaz injectés…) sont spécifique à chaque projet, la « valeur g » ne fait pas partie de la certification d’une fenêtre. Le vitrage utilisé pour un bâtiment Passivhaus est toujours le fruit d’un compromis entre la « valeur U » (minimiser les pertes) et la « valeur g » (optimiser les gains).

Les fenêtres Passivhaus ont besoin d’avoir une « valeur g » adaptée à la localisation et au climat du projet considéré. Dans un climat « froid-tempéré » comme au Royaume-Unis, elle sera typiquement de 0,5 ou plus. Un verre avec une « valeur g » de 0,5 signifie que 50% de la chaleur du rayonnement solaire sera transmise à travers la fenêtre. Dans un climat plus chaud, une « valeur g » plus basse serai plus adaptée. Par contre, une « valeur g » plus basse commence à avoir un impact sur la visibilité à travers le verre.

Pertes

Les pertes de chaleur à travers un fenêtre est avant tout dépendant du coefficient de transfert de chaleur de la fenêtre dans son ensemble, appelé « valeur U ». Comme ci-dessus, d’autres aspects relatifs à la conception du bâtiment sont à prendre en compte mais ne sont pas l’objet de cet article. Notez bien que les pertes se font à travers toute la fenêtre, pas juste le verre. Habituellement le verre est la zone de la fenêtre où il y a le moins de pertes de chaleur et c’est pourquoi le standard international Passivhaus va bien plus dans les détails que de ne juste prendre en compte le verre. Les fenêtres perdent de la chaleur par quatre points différents :

-Le verre
-Le cadre
-Les intercalaires (partie qui sépare les différentes vitres)
-La zone d’installation de la fenêtre dans le mur

Le verre

Pour les besoins de la certification, on utilise du verre avec une « valeur U » (Ug avec « g » pour glazing) de 0,7 W/(m2.K) pour un climat « froid-tempéré » comme au Royaume-Unis. En pratique, du verre avec une valeur Ug de 0,6 W/(m2.K) ou moins est souvent utilisé au Royaume-Unis (Le Québec se trouve en climat « froid » et nécessite une valeur Ug inférieure à 0,55). Une telle « valeur U » est obtenue grâce à du triple-vitrage. Un gaz inerte, comme de l’argon ou du Krypton, qui transmet moins facilement la chaleur que l’air est placé entre les différents vitrages. Une couche à faible émissivité (dite « low-e ») est aussi appliqué à la surface du verre.

Dans un climat plus chaud, comme dans le nord de la Nouvelle-Zélande, des fenêtres double vitrage à haute performance peuvent être utilisées. C’est la valeur-U ( et valeur-g) réelle d’un type de verre en particulier qui est utilisé dans le Passive House Planning Package (PHPP) et pour la certification d’un bâtiment Passivhaus.

Le cadre

Pour la certification, le cadre et l’intercalaire sont pris en compte ensemble en tant qu’élément opaque de la fenêtre. La « valeur Psi » (coefficient de transfert de chaleur linéaire) résultante de cette combinaison ne doit pas dépasser 0,2W/(m.K).

[Note : la « valeur U » concerne une surface (d’où l’unité en mètre carré) alors que la « valeur psi » concerne une ligne, une longueur, une jonction linéaire entre 2 éléments, comme la jonction linéaire entre le bas d’une fenêtre et le rebord du mur correspondant (d’où l’unité en mètre). Ces 2 valeurs sont des coefficients de transmission et représentent la facilité à transmettre la chaleur. Donc plus elle est basse, plus forte est l’isolation thermique. La performance thermique d’une fenêtre dans son ensemble est une combinaison des multiples  « valeurs U » et « valeurs psi » de chacun des détails, matériaux et jonctions la constituant. Cette valeur finale ne sera valable que pour une fenêtre spécifique par sa taille, son verre…]

Une fenêtre certifiée Passivhaus a une « classe d’efficacité » (allant de phC « composant certifiable » jusqu’a phA+ « composant très avancé ») qui est basée sur la performance des éléments opaques, car les caractéristiques du verre sont variables selon les projets.

Le cadre est la structure le la fenêtre, il sert à l’installer dans un mur et à supporter les parties ouvrantes. (Les fenêtres fixes à hautes performances peuvent aider à la structure du bâtiment) Pour ces raisons, le matériel est souvent un mauvais isolant (bois, métal) et perd plus de chaleur que le verre. Quoi qu’il en soit, la technologie des cadres a fait d’énormes progrès et un cadre peut maintenant être isolé et sans pont thermique, si bien qu’ils perdent beaucoup moins de chaleur. De plus les cadres deviennent en même temps plus minces et laissent donc plus de place au verre pour une même taille de fenêtre.

L’intercalaire

Lorsqu’une fenêtre a plus qu’un simple vitrage, quelque chose a besoin de maintenir les différents vitrages ensembles pour ne former qu’un seul bloc a double, triple ou quadruple vitrage : c’est l’intercalaire. Ils sont souvent en aluminium, qui est malheureusement un très bon conducteur de chaleur et donc un pont thermique. [ Rappel : un pont thermique est une  zone linéaire ou ponctuelle où l’isolation thermique est rompue et où la chaleur passe librement à travers le matériau. Dans une fenêtre, même si le vitrage est très bon, si ce vitrage est maintenu par un cadre en aluminium en une seule piece qui est en contact avec l’air extérieur et intérieur, la chaleur sera fortement transmise par l’aluminium sur tout le pour tour du vitrage. Celui-ci deviendra froid à l’intérieur car en contact avec l’aluminium et de la condensation se formera. La solution est d’utiliser des matériaux moins conducteurs de chaleur ou d’insérer une zone isolante sur ce matériau conducteur pour rompre le pont thermique.]  Les fenêtres Passivhaus nécessitent des « intercalaires chauds » (« warm edge » spacers) fait de plastique ou de matériaux composites qui conduisent moitié moins la chaleur que ceux en aluminium.

Installation de la fenêtre

Alors que le mode d’installation des fenêtres est spécifique à chaque projet, pour les besoins de la certification, 3 scénarios typiques d’installation sont utilisés. Cela permet de pouvoir comparer les fenêtres sur une même base.

Le détail d’installation compte pour les calculs de pertes de chaleur car les fenêtres sont des zones où il y a des surfaces additionnelles exposées au froid et où des renforts structuraux sont installés. Cela signifie qu’il y a plus de pertes de chaleur dans les zones autour des fenêtres et qu’il y a moins d’isolant dans le mur à cause des renforts structuraux.

Le détail d’installation recommandé prévoit que l’isolation du mur recouvre une partie du cadre des fenêtres pour limiter ou éliminer la transmission de chaleur à travers le cadre et le pourtour de l’ouverture dans le mur. Ce n’est pas le seul moyen d’installer une fenêtre Passivhaus. Et il faut noter qu’isoler par dessus le cadre n’a aucun effet sur la performance d’une fenêtre en aluminium.

La partie inférieure des cadres sont plus difficile à isoler et perdent souvent plus de chaleur que les cotés et le haut. Les détails d’installation, et les valeurs U et psi pour chacun des cotés de chaque fenêtre comptent et doivent êtres entrés dans les calculs énergétiques de PHPP. C’est détaillé à ce point.

La « valeur U fenêtre installée »

La « valeur U » d’une fenêtre Passivhaus n’est pas la « valeur U » réelle qu’elle aura dans un projet en particulier. C’est une valeur de comparaison dans des conditions standardisées (de taille de fenêtre, de verre, d’installation). Ca donne les informations essentielles pour entrer les données dans les feuilles de calcul PHPP d’un projet particulier.

La « valeur U fenêtre installée » (Uinstalled prend en compte les dimensions de la fenêtre, le type de verre, le cadre, le type d’installation, la « valeur U » du verre et du cadre et la « valeur psi » de l’intercalaire et du type d’installation dans le mur.

Pour un bâtiment certifié Passivhaus, l’exigence de « valeur U fenêtre installée » est dépendante du climat. Au Royaume Unis et la plupart de l’Europe, elle doit être inférieure à 0,85 W/(m2.K). Au Quebec ça doit être inférieur à 0,65 W/(m2.K).

Un bâtiment certifié Passivhaus ne nécessite pas des fenêtres certifiées. Néanmoins, si les fenêtres ne sont pas certifiées, cela peut être plus difficile d’obtenir toutes les informations nécessaires et justes, dont vous aurez besoin pour remplir le calcul PHPP et s’assurer de la performance et de la qualité réelle de votre construction.

Qu’en est-il de l’étanchéité à l’air?

Les fenêtres certifiées passivhaus n’ont pas d’exigences particulières concernant l’étanchéité à l’air. D’autres composant vitrés telles que les fenêtres coulissantes en ont. Cela dit, si une fenêtre n’était pas étanche à l’air, elle ne permettrait pas d’atteindre les exigences de confort et d’hygiène dont on discutera plus bas. Il est aussi préférable d’inclure cela dans la vision globale d’étanchéité à l’air du bâtiment et faire un test d’étanchéité à l’air (blower door test).

Les pertes et les gains de chaleur à travers une fenêtre sont très significatifs et nécessite une attention particulière pour Passivhaus.

 

Qu’est-ce que les fenêtres Passivhaus ont à voir avec votre confort?

Une fenêtre habituelle procure de l’inconfort de plusieurs manières. Comme elles transmettent plus de chaleur que les murs, leur surface intérieure est plus froide que l’air de la maison. Ceci engendre trois genres d’inconfort :

  1. Courants d’air froids. Quand l’air chaud de la pièce se refroidi au contact de la fenêtre plus froide, il descend vers le sol et crée un courant d’air froid dans la pièce. Les radiateurs sont souvent placé sous les fenêtres pour limiter en partie cet effet.
  2. Asymétrie de température. Comme les fenêtres sont plus froides que le reste de la pièce, il devient inconfortable de sentir la moitié du corps avoir plus froid que l’autre. On a l’impression d’avoir froid alors que le thermomètre indique une bonne température intérieure.
  3. Pertes de chaleur. Notre corps perds de la chaleur vers les parties froides de la fenêtre et nous avons froid.

Les hautes performances et les exigences spécifiques à chaque zone climatique des fenêtres Passivhaus font partie des moyens d’éliminer ces inconforts. Une fenêtre Passivahus installée ne peut pas être plus que 4,2 degrés (celcius) plus froide que la température moyenne des surfaces environnantes. Cela nous assure qu’il n’y aura :

  1. Pas de courants d’air causés par l’air entrant en contact avec les surfaces froides des fenêtres.
  2. Pas d’asymétrie de température du corps car les fenêtres sont ressenties aussi chaudes que le reste de la pièce.
  3. Pas de perte de chaleur du corps.

Ce degré de confort veut aussi dire que vous pouvez vous assoir dans le cadre d’une fenêtre ou proche d’une fenêtre même s’il gèle dehors. Et vous ne ressentirez pas de sensation de froid même si votre thermostat est réglé assez haut.

Cette haute performance ne peut être obtenue qu’en prenant en compte tous les détails d’efficacité énergétique discutés plus haut. C’est le coeur du standard international passivhaus, l’efficacité énergétique radicale en est le moyen, le confort exceptionnel en est le résultat.

En même temps qu’elles procurent de belles vues et une abondance de lumière du jour, les fenêtres passivhaus améliorent votre confort.

Comment une fenêtre Passivhaus peut-elle être bonne pour votre santé?

A coté des inconforts notés plus haut, des fenêtres habituelles peuvent aussi être mauvaises pour votre santé. La température de surface plus froide signifie que l’humidité relative de l’air au contact de la fenêtre peut être assez haute pour donner de la condensation. Je (l’auteur) vois cela régulièrement dans ma maison non-passivhaus et je suis sure que vous voyez ce dont je parle. La condensation amène avec elle les risques de moisissures et ses dangers pour la santé. C’est une partie de l’explication du plus haut taux d’asthme dans certains pays comme le Royaume Unis ou la Nouvelle-Zélande (Articles du même auteur sur ce sujet en anglais disponible ici et ici).

Les fenêtres Passivhaus éliminent ce risque. L’approche de conception intégrée du standard international Passivhaus incluant l’enveloppe thermique, une construction sans pont thermique, un bâtiment étanche à l’air, une bonne ventilation et des fenêtres performantes assure un environnement intérieur sans condensation. C’est un environnement sain et sans moisissures dont les occupants tirent un grand bénéfice.

Pour la certification des fenêtres Passivhaus, le point le plus froid sur le cadre de fenêtre (typiquement dans un coin où il y a à la fois le cadre et l’intercalaire) ne doit pas avoir une « water activity » au delà de 0,8. Cela veut dire que l’humidité relative à la surface du matériel ou juste proche de lui, ne doit pas dépasser 80%. La moisissure peut commencer à pousser quand une surface atteint 80% d’humidité relative. Les critères de certification incluent une valeur dépendante du climat pour le « facteur de température de surface intérieure » (fRsi), cela permet de conserver en tout temps une humidité relative acceptable.

L’humidité relative augmente lorsque la température de surface diminue. On comprend donc que le maintient d’une humidité relative sous le seuil de 80% est directement dépendant du maintient d’une fenêtre chaude. La température de la surface intérieure est directement reliée à la « valeur U fenêtre installée ». Donc encore une fois, l’efficacité énergétique est le moyen mais dans ce cas, l’environnement propre et sain en est le résultat.

Les fenêtres Passivhaus procurent un environnement intérieur sain et exempt de moisissure.

Fenêtres Passivhaus : Efficaces + Confortables + saines = Durables

Les fenêtres Passivhaus prennent en compte la performance thermique du verre, le cadre, l’intercalaire et la manière de laquelle la fenêtre est installée. Ce niveau de détail assure que les fenêtres Passivhaus aient des performances réelles au moins telles que prévues : un très haut standard. Les fenêtres Passsivhaus sont une des raisons pour lesquelles le standard international Passivhaus élimine la marge entre les performances prédites et réelles. Le standard international Passivhaus a son intégrité, il est un tout indivisible.

Les fenêtre Passivhaus ont toujours joué un rôle majeur dans le confort exceptionnel procuré par le standard international Passivhaus. Les fenêtres Passivhaus ne sont pas froides à leur proximité et ne causes pas de courants d’air.

Il n’y a pas de condensation sur la surface intérieure de ces fenêtres. L’absence de condensation donne une atmosphère saine et élimine le risque de moisissure, un réel problème de santé.

La combinaison de l’efficacité énergétique, du confort et de la santé a un autre bénéfice : la durabilité. Tout en baissant la facture énergétique, les surfaces chaudes et l’absence de moisissure sont bénéfiques pour les occupants et procurent les bonnes conditions pour que les matériaux du bâtiment durent dans temps. L’élimination de l’humidité et de la moisissure et de ce fait la dégradation des matériaux qui leurs sont associée, assure aux fenêtres Passivhaus de conserver leurs même performances durant toute leur durée de vie.

Fenêtres Passivhaus : hautes performances, confort, santé et durabilité.

 

[Traduction avec la permission de l’auteur Elrond Burrell de l’article : « What is a Passivhaus windows? » publié le 26 octobre 2015 sur son blog « Passivhaus in plain english & more« ]

Une réponse

  1. j fenetres
    | Répondre

    merci pour ces détails sur ces fenêtres spéciales et autonomes

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