Comment améliorer les performances thermiques des murs-rideaux ?

La plus grande partie de la chaleur qui s'échappe d'un mur-rideau ne traverse pas le vitrage.

L'air traverse l'aluminium. Le métal conduit la chaleur environ mille fois mieux que le gaz contenu dans un vitrage isolant ; ainsi, un cadre sans rupture de pont thermique adéquate annulera les efforts d'un triple vitrage coûteux, et ce, silencieusement, sans aucun symptôme visible jusqu'à ce que quelqu'un mesure la température de surface ou constate de la condensation coulant le long d'un montant en janvier.

C'est l'élément le plus important à comprendre avant de spécifier quoi que ce soit. Le verre attire l'attention car il représente la plus grande partie de la surface visible. C'est au niveau du cadre, de l'entretoise et du bord de la dalle que les performances sont généralement altérées.

Cet article décrit l'ensemble du processus d'assemblage dans l'ordre qui compte réellement. PRANCE fabrique systèmes de murs-rideaux en verre avec des profilés en aluminium à rupture de pont thermique.

Que mesure réellement la valeur U d'un mur-rideau ?

Le coefficient de transmission thermique, exprimé en valeur U (W/m²K) ou en facteur U (Btu/hr·ft²·°F) selon la norme nord-américaine, est meilleur lorsque sa valeur est plus faible.

Le chiffre qui compte, c'est la valeur d'assemblage, pas la valeur du verre, et les deux diffèrent considérablement.

• Valeur U au centre du vitrage : valeur U du vitrage seul, sans tenir compte des bords et du cadre.

• Valeur U en bordure de verre : la bande de 63 mm autour du périmètre où l’entretoise conduit

• Valeur U du cadre : profils des montants et des traverses

• Valeur U globale de l'assemblage, Ucw : les trois valeurs sont pondérées par la surface, ce qui est vérifié par un code.

Un double vitrage à faible émissivité et à couche souple rempli d'argon peut atteindre un coefficient de transmission thermique (U) au centre du vitrage proche de 1,1 W/m²K. Intégré dans un cadre en aluminium continu, cet ensemble peut atteindre un coefficient supérieur à 3,0 W/m²K, soit approximativement la performance d'un simple vitrage sur une grande partie de la façade.

En Europe, la norme EN 13830 définit les caractéristiques des murs-rideaux, tandis que la norme EN ISO 12631 traite du calcul du coefficient de transmission thermique. En Amérique du Nord, la norme NFRC 100 régit la méthode d'évaluation et la norme ASHRAE 90.1 fixe des limites prescriptives par zone climatique.

Conception de mur-rideau à rupture de pont thermique

Une rupture thermique est une barre isolante séparant l'aluminium extérieur de l'aluminium intérieur, interrompant le chemin de conduction à travers le profilé.

Matériau et profondeur

Le polyamide 6.6 renforcé par environ 25 % de fibres de verre est le matériau standard des systèmes commerciaux. Sa conductivité thermique est d'environ 0,3 W/mK, contre environ 160 W/mK pour l'aluminium, ce qui constitue l'essentiel de son intérêt.

La profondeur est le facteur déterminant de la performance plus que tout autre aspect du break :

• 14 à 18 mm : systèmes à rupture de pont thermique de base, climats tempérés

• 20 à 28 mm : performances commerciales standard

• 30 à 40 mm et plus : systèmes haute performance et orientés vers les maisons passives

• Breaks multichambres avec inserts en mousse isolante : le nec plus ultra

Doubler la profondeur de rupture ne double pas les performances, mais sur une façade de n'importe quelle taille, la différence entre une rupture de 18 mm et une de 34 mm se manifeste à la fois dans la valeur U de l'assemblage et dans la température de la surface intérieure.

Pourquoi la température des surfaces intérieures est-elle importante ?

Le coefficient U est une valeur énergétique. La condensation est un problème de température de surface ; il ne s’agit pas de la même question.

Le facteur de résistance à la condensation, mesuré selon la norme AAMA 1503, et le facteur de température fRsi, utilisé en Europe, décrivent tous deux le refroidissement de la surface intérieure la plus chaude par temps froid. Lorsque cette surface atteint un niveau inférieur au point de rosée intérieur, de l'eau se forme, indépendamment de la valeur U théorique.

Maintenir les surfaces intérieures au-dessus du point de rosée Il s'agit de l'exigence déterminante dans les climats où le chauffage est prédominant, et elle induit fréquemment une rupture thermique plus importante que ne le ferait le seul calcul énergétique.

Accumulation de vitrage

Le verre représente encore environ 70 à 80 % de la surface d'un mur-rideau typique, il a donc un poids non négligeable même si c'est au niveau de l'ossature que les défaillances se concentrent.

Quatre variables, classées approximativement par ordre d'impact sur le coût unitaire :

• Revêtement Low-E : un revêtement pulvérisé à couche souple réduit considérablement le transfert de chaleur par rayonnement et constitue l'amélioration la plus intéressante.

• Gaz de cavité : le remplissage à l’argon à 90 % de concentration améliore les performances au centre du vitrage par rapport à l’air, à un coût négligeable.

• Largeur de cavité : environ 12 à 16 mm constituent l’optimum pratique pour l’argon, les cavités plus larges n’apportant que peu de gain et les plus étroites une perte notable.

• Nombre de vitres : le triple vitrage améliore considérablement le coefficient U, mais augmente le poids, le coût et l’épaisseur du cadre.

La position du revêtement est aussi importante que son type. La numérotation des surfaces se fait de l'extérieur vers l'intérieur ; ainsi, dans un double vitrage, la surface 1 correspond à la face extérieure du vitrage extérieur et la surface 4 à la face intérieure du vitrage intérieur.

Dans les climats où le refroidissement prédomine, le revêtement se trouve généralement sur la surface 2, interceptant l'énergie solaire avant qu'elle ne pénètre dans la cavité. Dans les climats où le chauffage prédomine, la surface 3 est courante, conservant la chaleur intérieure à l'intérieur. Comment le verre traité contrôle le gain solaire couvre cette sélection en détail.

Entretoises à bords chauds

Le composant le plus souvent négligé de l'assemblage, et l'un des moins chers à remplacer.

Une entretoise classique en aluminium court sur tout le périmètre de chaque vitrage, conduisant la chaleur directement entre les vitres, précisément à l'endroit où le cadre est déjà fragile. Sur une façade composée de nombreux petits vitrages, cette bande périphérique représente une part importante de la surface totale.

Les entretoises à bords chauds en acier inoxydable, en thermoplastique ou en matériaux composites réduisent considérablement cette conduction. L'amélioration du coefficient U global de l'ensemble est modeste pour une grande unité et substantielle pour une petite, et l'effet sur la température de surface intérieure des bords est plus important que sur le coefficient U nominal.

Pour la maîtrise de la condensation, le remplacement de l'intercalaire s'avère souvent plus rentable qu'un investissement équivalent dans le vitrage.

Ponts thermiques périphériques des murs-rideaux

Un mur-rideau parfaitement spécifié peut néanmoins avoir de mauvaises performances si les jonctions sont mal réalisées, et les jonctions se trouvent plus souvent en dehors du champ d'action du fournisseur du système que ce que l'on prévoit.

Trois ponts récurrents :

Bord de dalle. À la jonction entre la dalle de plancher et le mur-rideau, le béton est très proche de l'extérieur. Sans isolation continue, la dalle se comporte comme une ailette qui conduit la chaleur vers l'extérieur sur toute sa longueur.

Ancrages et supports. Les ancrages en acier fixant les meneaux à la structure traversent la ligne d'isolation. Des supports à isolation thermique ou des plaques de rupture de pont thermique structurel remédient à ce problème.

Zones d'allège. Les zones de panneaux opaques entre les étages contiennent fréquemment une isolation discontinue sur ses bords, ou des panneaux arrière non étanches, permettant ainsi une circulation d'air derrière l'isolant qui en compromet l'efficacité.

Ces jonctions doivent figurer dès le début sur un plan de détail coordonné. Les résoudre après la conception de la façade implique généralement des compromis plutôt que des corrections.

Écoinçon et zone opaque

Les zones d'allège peuvent supporter une isolation bien supérieure à celle des zones de vision, et cette opportunité est souvent gâchée.

Un vitrage d'allège classique comprend un panneau extérieur en verre ou en métal, une lame d'air, une isolation en laine minérale, un panneau arrière et la finition intérieure. Correctement réalisé, il atteint des valeurs U bien inférieures à celles du vitrage principal. En revanche, mal réalisé, avec des défauts d'isolation ou un panneau arrière non étanche, ses performances sont proches de celles du vitrage qu'il est censé améliorer.

Lorsque la surface opaque est importante, l'amélioration de l'isolation des allèges est généralement moins coûteuse par unité d'amélioration que le remplacement du vitrage. De plus, elle est invisible, ce qui explique pourquoi elle est souvent éliminée par souci d'économie.

Valeurs cibles par climat

Les valeurs indiquées sont fournies à titre indicatif. Les exigences réelles sont définies par le code de l'énergie en vigueur, qui varie selon la juridiction et le type de bâtiment.

Dans les régions où le refroidissement est prédominant, le coefficient U est rarement la contrainte principale. Le coefficient de gain de chaleur solaire l'est, et spécification contre les charges solaires extrêmes suit une logique différente de celle des travaux en climat froid.

L'étanchéité à l'air fait partie des performances thermiques

La chaleur évacuée par les fuites d'air n'apparaît pas dans le calcul du coefficient U, et sur une façade mal isolée, elle peut dépasser les pertes par conduction.

La perméabilité à l'air des murs-rideaux est testée selon la norme ASTM E283 en Amérique du Nord et la norme EN 12152 en Europe. La qualité des joints, l'étanchéité des angles et l'intégrité de la lame d'air ventilée à pression équilibrée sont autant d'éléments qui contribuent à cette perméabilité ; la qualité de l'exécution est tout aussi importante que le respect des spécifications.

L'étanchéité à l'air influe également sur la condensation. L'air chaud intérieur qui s'infiltre dans une cavité froide y dépose de l'humidité, invisible jusqu'à ce qu'elle provoque des taches ou de la corrosion.

Où le budget est-il le plus utile ?

Classés approximativement selon l'amélioration par unité de dépense sur une façade commerciale typique.

Vitrage à faible émissivité à couche souple appliqué sur la surface appropriée. Meilleur retour sur investissement parmi toutes les solutions de vitrage simple.

Remplissage à l'argon. Coût minimal, avantage mesurable.

Entretoise à bord chaud. Faible coût, effet significatif sur la température du bord et la condensation.

Rupture thermique plus importante. Coût modéré, effet significatif sur le coefficient U et la température de surface.

Continuité de l'isolation des écoinçons. Faible coût par unité d'amélioration lorsque la surface opaque est importante.

Triple vitrage. Amélioration significative, coût élevé et répercussions sur la profondeur, le poids et la manipulation du cadre.

Quel est le surcoût des améliorations thermiques pour un budget ? décrit comment ces choix influent sur le taux de façade.

Foire aux questions

1. Pour la performance thermique d'un mur-rideau, qu'est-ce qui importe le plus : le cadre ou le vitrage ?

Les deux, mais c'est au niveau du cadre que les performances se dégradent généralement. L'aluminium étant un bien meilleur conducteur que le gaz contenu dans un vitrage isolant, un vitrage haut de gamme monté sur un cadre sans rupture de pont thermique adéquate peut présenter un coefficient de transmission thermique (valeur U) proche de celui d'un simple vitrage sur une grande partie de la façade.

2. Quelle doit être la profondeur d'une rupture de pont thermique dans un mur-rideau ?

On utilise généralement une épaisseur de 20 à 28 mm pour les systèmes commerciaux standard, et jusqu'à 30 à 40 mm, voire plus, pour les systèmes haute performance. Les systèmes de base, avec une épaisseur de 14 à 18 mm, conviennent aux climats tempérés. Dans les climats froids, c'est généralement la maîtrise de la condensation, plutôt que le calcul énergétique, qui détermine l'épaisseur de la rupture.

3. Le triple vitrage est-il judicieux de le spécifier dans un mur-rideau ?

Parfois, et surtout dans les climats froids, cela améliore sensiblement le coefficient de transmission thermique (valeur U), mais augmente le poids, le coût et l'épaisseur du cadre, et les répercussions sur la maniabilité et la structure sont bien réelles. Dans les régions où la climatisation est primordiale, il est généralement plus judicieux d'investir dans des revêtements de contrôle solaire plutôt que dans un troisième vitrage.

4. Qu'est-ce qui provoque la condensation sur un mur-rideau ?

Une surface intérieure dont la température descend en dessous du point de rosée intérieur est un problème de température de surface plutôt que d'énergie. Les entretoises en aluminium, les ruptures de pont thermique peu profondes et les ponts thermiques aux bords et aux ancrages des dalles en sont les causes habituelles ; les entretoises à bords chauds permettent de résoudre ce problème de manière économique.

5. Les fuites d'air affectent-elles les performances thermiques ?

Oui, et elle est totalement exclue du calcul du coefficient U. La chaleur véhiculée par les infiltrations d'air peut dépasser les pertes par conduction sur une façade mal isolée, et l'air chaud intérieur qui s'infiltre dans les cavités froides y dépose également de l'humidité, là où les dégâts sont dissimulés.

Améliorer l'assemblée dans son ensemble

Considérez le mur-rideau comme un système thermique unique plutôt que comme une simple vitrage entouré d'un cadre. Adaptez la profondeur de rupture de pont thermique aux conditions climatiques et au risque de condensation. Appliquez le revêtement à faible émissivité sur la surface la plus adaptée au climat. Améliorez l'intercalaire. Coordonnez la finition du bord de dalle, les ancrages et l'isolation des allèges.

Si vous faites tout cela, le choix du vitrage deviendra la dernière décision plutôt que la première.

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