Srie technique
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Nouvelles technologies pour les fentres
des habitations nordiques

Introduction

Les fentres sont un des points faibles de l'enveloppe des btiments. Historiquement, les fentres ont mal perform sur les plans thermique et mcanique et cette situation est amplifie dans le Nord canadien, lequel est soumis des climats extrmes.

De rcentes innovations dans la technologie concernant les fentres et leurs techniques de fabrication ont le potentiel d'amliorer grandement leurs performances. Ceci amliorera l'efficacit nergtique et le confort intrieur.

Ce rapport dcrit les innovations dans les technologies relatives aux fentres et de quelle faon ces innovations peuvent tre appliques au contexte de l'industrie de la construction dans les rgions nordiques.

Problmes et sources d'chec

Plusieurs de problmes majeurs associs aux fentres dans le Nord sont le rsultat d'une conception et d'une construction prvues pour les rgions du sud du Canada. Les principaux problmes rencontrs comprennent :

• les dommages la charpente, aux vitres, la quincaillerie et au calfeutrage dus au climat extrme, aux contraintes thermiques et climatiques; et
• la sortie d'air intrieur humide qui se condense et forme de la glace sur le revtement extrieur et la quincaillerie, causant des dommages lorsqu'on utilise la fentre.

Les innovations ont t orientes de faon rsoudre ce genre de problme. Plusieurs systmes ont t dvelopps en utilisant diffrents matriaux et techniques de production. Aucun ne prsente de solution idale; toutefois, le concepteur constructeur peut explorer diverses avenues pour arriver la conception rpondant le mieux cette application spcifique.

Nouveaux types de fentres

Les efforts constants pour amliorer l'efficacit thermique des fentres comprennent l'utilisation d'lments de vitrage scell, des enduits spciaux, des gaz inertes qui sont insrs dans ces vitres scelles, des revtements de plastique et des cales d'espacement isolantes. Les fentres standard double vitrage scell ont une rsistance la perte de chaleur travers la vitre value environ RSI 0,36 (R2). En comparaison, plusieurs manufacturiers prtendent que ces valeurs sont au-dessus de RSI 1,4 (R8) pour les nouveaux modles. On estime que des conomies d'nergie de chauffage de 9 18 % peuvent tre ralises avec l'utilisation de ces nouvelles fentres.

Revtements de rflexion de chaleur

Le dveloppement le plus prometteur des dernires annes a t l'application de revtements de rflexion de la chaleur ( faible missivit) sur les surfaces vitres. Ces revtements laissent trs bien passer la lumire visible, mais rflchissent la plupart des rayons infrarouges (chaleur) qui demeurent ainsi dans le btiment. Deux types de revtement faible missivit sont disponibles, soit mou et dur. Les revtements doux sont plus fragiles et doivent tre protgs pendant la fabrication de la fentre. Ils ont gnralement une missivit plus faible et donc des valeurs d'isolation plus leves, mais n'admettent pas autant de chaleur solaire. Les revtements mous faible missivit sont les seuls types disponibles prsentement chez les nombreux manufacturiers d'units de vitrage isolant (UVI).

ERROR MSGRemplissage au gaz

Les isolations au gaz inerte entre deux ou trois paisseurs de vitrages procurent aussi une plus grande rsistance la perte de chaleur. L'argon, gaz peu dispendieux, est couramment utilis et le krypton, beaucoup plus dispendieux, qui est utilis seulement pour des applications spcialises. Les remplissages gazeux peuvent tre combins des revtements faible missivit.

Pellicules de plastique

L'application d'une ou deux pellicules de plastique rflchissant dans une UVI double permet la performance d'un vitrage faible missivit, avec des espaces d'air supplmentaires pour une meilleure rsistance thermique (RSI), le tout tant plus lger qu'une UVI triple.

Cales d'espacement isolantes

Les sparateurs isolants utiliss pour sparer les vitres d'une UVI agissent comme des ponts thermiques significatifs. l'origine, la plupart des sparateurs taient en aluminium, un mauvais isolant. De nouveaux matriaux et techniques de fabrication ont permis la cration de la combinaison gagnante butyle/aluminium pour les sparateurs, et l'avenir est prometteur quant aux units en fibre de verre et en mousse de silicone.

Dveloppement des systmes de quincaillerie

Il a t dmontr que la quincaillerie domestique utilise pour assembler et oprer les fentres et les portes dans le Grand Nord tait inadquate pour les rigueurs nordiques. Certains lments imports de manufacturiers europens semblent tre de meilleur qualit, plus fonctionnels et durables.

Les mcanismes d'opration rotatifs ne sont pas aussi solides que ceux de type levier ou ciseau. Le dveloppement le plus prometteur est l'introduction des charnires europennes de type oscillo-battant (figure 1). Ces fentres fonctionnent comme une fentre auvent (fix en bas) pour la ventilation d'hiver et en battant s'ouvrant vers l'intrieur pour la ventilation d't et un nettoyage facile. Ils ont plusieurs serrures et un calfeutrage compression.

FIGURE 1. Fentre oscillo-battante

Dveloppement des matriaux de charpente

Alors que les dveloppements des UVI amliorent de beaucoup les performances des fentres, leur plein potentiel ne peut tre atteint tant que les pertes par les charpentes n'auront pas t supprimes. L'aluminium, avec son haut degr de conductivit et son coefficient d'expansion thermique, est insatisfaisant pour tre utilis comme matriel d'encadrement dans les climats nordiques.

Le vinyle

L'encadrement en polychlorydrate de vinyle (PCV) a gagn de la crdibilit dans les marchs du Sud, autant pour les nouvelles constructions que pour les rnovations. Nous avons galement vu quelques applications dans le Nord. Il semble y avoir deux qualits de fentres en PCV : bon march et chre, la premire donnant une mauvaise rputation au PCV pour sa fragilit et sa faible performance thermique. Un PCV bien compos et une approche soigne dans la conception, axe sur un renforcement de mtal aux points de pression, produira des fentres bien adaptes au climat nordique.

Fibre de verre

La fibre de verre est trs solide et offre une grande rsistance thermique, en plus d'tre lgre et de possder un coefficient d'expansion similaire celui de la vitre, ce qui la fait apparatre comme le matriau idal pour la fabrication des encadrements et des chssis. Son utilisation a t exprimente au cours des 20 dernires annes, mais des problmes avec la dgradation cause par les rayons ultraviolets et le manque de protection adquate de son revtement en ont retard l'acceptation. Les dveloppements continus ont permis de rsoudre ces problmes et de nouvelles techniques de fabrication aident diminuer les cots et amliorer la qualit.

Dveloppement des calfeutrages

Pendant les mois d'hiver, le calfeutrage est soumis des contraintes physiques svres, car l'amoncellement de glace mne gnralement des bris lorsque les fentres sont opres. Il faut habituellement le remplacer au bout d'un an ou deux.

Matriaux

Les calfeutrages de type compress donnent les meilleurs performances, bien que ceux de type ressort sont sujets aux bris mcaniques. Les systmes d'EPDM, de composs thermoplastiques de haute qualit et de caoutchouc noprne base de silicone ou traits avec celui-ci, offrent une excellente flexibilit basse temprature et une grande rsistance l'absorption d'humidit.

Ailettes conductrices passives en mtal

Une simple ailette de mtal qui peut conduire la chaleur du ct chaud de la fentre vers le calfeutrage aidera conserver la chaleur de celui-ci et ainsi empcher la formation de glace. M. Bob Chill, autrefois du ministre des Affaires indiennes et du Nord canadien, a construit et test ce concept dans une maison d'Iqaluit. La fentre aurait bien fonctionn pendant plusieurs hivers.

FIGURE 2. Fentre de Bob Chill

Rubans chauffants

Une autre solution propose est d'installer un ruban chauffant autour de la fentre avec un dispositif de verrouillage lectronique. Le propritaire de la maison doit actionner le chauffage du ruban afin de dgeler le calfeutrage avant d'ouvrir la fentre. Les problmes de conception doivent tre rsolus pour prvenir l'impatience du propritaire et une mauvaise utilisation.

Mtal isolant de recouvrement

Amliorations conceptuelles

Une amlioration des constructions nordique est la fentre trois carreaux. Le systme trois carreaux utilise une fentre standard double vitrage scell (qui peut avoir un recouvrement faible missivit et contenir du gaz argon) avec un carreau supplmentaire de verre simple additionnel attach l'extrieur. Le troisime carreau procure une protection physique du vitrage scell, qui est beaucoup plus coteux, tout en ajoutant la rsistance thermique.

Un autre dveloppement est le concept align, conu par In-line Ltd., o la fentre est utilise comme une porte coulissante de fourgonnette, c'est--dire que l'utilisateur la tire vers soi avant de la faire coulisser. Cette conception demande une quincaillerie peu labore et exerce une pression uniforme du calfeutrage.

Le fait de combiner les fentres fixes avec une ventilation passive ou active liminera les problmes d'utilisation tout en continuant de procurer de l'air frais la maison.

Fentres circulation de lames d'air

Le prototype de G.K. Yuill and Associates pousse plus loin le concept du systme trois vitrages. L'air frais de l'extrieur est introduit dans la maison, en passant entre la vitre extrieure et le double vitrage scell (figure 3). Thoriquement, la chaleur perdue travers l'UVI est retourne l'intrieur. Pour plus de dtails, veuillez consulter Research & Development Highlights 90-107: A Fresh Air Ventilation System for Energy Efficient Housing.

discount hotels in BerlinFIGURE 3. Fentre circulation de lames d'air avec troisime vitre

Systme combin

Une autre approche consiste en l'installation d'un ventilateur l'intrieur de l'encadrement de la fentre. Deux concepts utilisent un cylindre qui, lorsque tourn, procure une ouverture avec moustiquaire pour faire circuler l'air.

Cots

Toutes ces amliorations augmentent les cots de production des fentres. Par contre, la production de masse des UVI amliores a considrablement diminu leur cots. En 1990, les fentres adaptes l'Arctique cotaient autant que 108 $ 215 $ le mtre carr (10 $ 20 $ le pied carr) de plus qu'une fentre conventionnelle. La surface de fentres moyenne d'une maison typique de l'Arctique quivaut environ 10 % de l'espace de plancher. Une maison de 100 m2 (1 076 pi.ca.) de plancher aura donc une surface totale de fentres d'environ 10 m2 (108 pi.ca.). Cette augmentation de prix peut tre justifie lorsqu'on tient compte de la dure de vie dans les cots totaux et des lments suivants :

• les fentres haute performance thermique rduisent les besoins en chauffage;
• des matriaux robustes et une construction solide mnent une dure de vie plus longue et requirent moins de remplacements de fentres (les cots de transport les rendent coteuses);
• les cots d'entretien (peinture, calfeutrage, remplacement du vitrage facilit) sont rduits.
• le bon fonctionnement des fentres sous toutes les conditions de temprature assure une plus grande scurit en cas d'incendie.

Lecture complmentaire

ERROR MSGPour plus de renseignements sur l'utilisation des portes et fentres, veuillez vous en reporter la fiche intitule : Problmes de portes et fentres pour les habitations nordiques.