Verre haute performance

Le verre haute performance assure la transmission de la lumière naturelle tout en aidant à limiter le gain de chaleur et le transfert d’énergie thermique.

Grâce à l’amélioration continue de ses performances en matière d’isolation thermique et de contrôle solaire, le verre est un matériau de construction flexible qui peut contribuer à améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments. L’une des façons d’atteindre ces performances est d’utiliser un verre à couche haute performance, qui est une partie essentielle du vitrage. Elle permet aux occupants du bâtiment d’être en contact visuel avec l’environnement extérieur depuis un intérieur confortable.

Qu’est-ce que le verre haute performance et pourquoi l’utilisons-nous ? 

Dans le vitrage architectural, le verre haute performance peut aider à contrôler les températures à l’intérieur d’un bâtiment en fournissant différents niveaux d’isolation thermique et/ou de contrôle solaire. Le vitrage haute performance peut laisser entrer beaucoup de lumière naturelle dans les espaces intérieurs, ce qui améliore le confort des occupants tout en contribuant à l’efficacité énergétique du bâtiment. 

Les couches de verre haute performance offrent également aux architectes une large gamme d’options esthétiques en matière de couleurs. Cela permet aux architectes de sélectionner l’aspect le plus approprié pour leur projet.

Quels sont les avantages du verre haute performance ?

Les couches haute performance contribuent de diverses manières à la réalisation des vitrages architecturaux.

En matière d’esthétique, le vitrage peut être conçu pour paraître neutre ou coloré, avec le niveau de réflexion, de transmission de la lumière et d’intimité souhaité. Les architectes ont la liberté de créer des façades vitrées visuellement époustouflantes qui aident à intégrer le bâtiment à son environnement en reflétant l’environnement ou en montrant ce qui se passe à l’intérieur d’un bâtiment. Cela permet également d’améliorer l’acheminement de l’énergie solaire et l’intensité de l’isolation thermique pour de meilleures performances énergétiques. Les couches haute performance peuvent aider à répondre aux exigences des programmes de construction écologiques, tels que le programme LEED® du Green Building Council (Conseil américain du bâtiment écologique), et à d’autres exigences du code de l’énergie.

Comment fonctionne le verre haute performance ?

Afin de comprendre le fonctionnement du verre haute performance, il est nécessaire de réfléchir à la manière dont le verre interagit avec le spectre électromagnétique. 

L’énergie solaire (ou rayonnement à ondes courtes) est reçue du soleil à la surface de la Terre. Elle comprend des longueurs d’onde ultraviolettes, visibles et proche infrarouge, allant ensemble de 300 à 2 500 nm. Le verre à couche de contrôle solaire peut bloquer une quantité importante de cette énergie en réfléchissant et en absorbant une partie de celle-ci.

Le rayonnement à ondes longues comprend des longueurs d’onde de 5 000 à 50 000 nm. Les couches haute performance sur le verre sont conçues pour ralentir le transfert de chaleur radiante. Pendant les périodes plus fraîches, les couches haute performance reflètent le rayonnement des ondes longues (chaleur) dans le bâtiment. 

Performances isolantes thermiques du verre haute performance

Le transfert de chaleur se fait par trois mécanismes : le rayonnement, la conduction et la convection. Ces trois types de transfert de chaleur se produisent à l’intérieur d’un verre isolant (IGU). 

• Le rayonnement est un transfert de chaleur par énergie électromagnétique, où l’énergie à ondes longues se déplace à travers l’ensemble du vitrage.
• La conduction est le transfert de chaleur dans un milieu (solide ou gazeux) causé par des différences de température. Ce transfert est réduit en utilisant de l’argon à l’intérieur de l’IGU en raison de sa conductivité thermique inférieure à celle de l’air. Le long du bord de l’IGU, la chaleur conductrice passe du verre à l’entretoise et revient au verre. Ce transfert peut être ralenti à l’aide d’une entretoise à bords chauds.
• La convection est un transfert de chaleur à travers les courants d’air ou les gaz en mouvement lent à l’intérieur de l’IGU.

Les performances d’isolation correspondent à la réduction du transfert de chaleur associée aux différences de température entre l’air extérieur et l’air intérieur.

Climats froids

Dans les climats froids, la performance isolante est un avantage. Le verre isolant thermique peut permettre à l’énergie des ondes courtes d’entrer. De plus, il améliore la rétention de chaleur à l’intérieur du bâtiment, en réfléchissant l’énergie des ondes longues.

Dans les climats chauds, le vitrage doit réduire à la fois l’énergie des ondes courtes et l’énergie des ondes longues incidentes, ce qui peut contribuer à réduire le besoin de climatisation. 

Quel que soit le climat, un vitrage qui réduit le transfert de chaleur est un avantage pour la performance énergétique.

Les performances isolantes du vitrage peuvent être améliorées grâce à l’utilisation d’une couche haute performance qui reflète bien l’énergie des ondes longues. Cette performance peut également être améliorée en ajoutant un autre panneau de verre à l’IGU afin que plusieurs cavités et surfaces avec couche puissent contribuer à la performance d’isolation.

Comment la performance isolante est-elle mesurée ?

Les performances d’isolation sont mesurées à l’aide d’un paramètre appelé « valeur U ». Ce paramètre décrit le transfert d’énergie par unité de temps, c’est-à-dire la durée nécessaire au transfert d’énergie par unité de surface de vitrage et par degré de différence de température entre l’extérieur et l’intérieur.

Si un vitrage isolant a de bonnes performances d’isolation thermique, seule une petite quantité d’énergie sera transférée et la valeur U sera faible.

Le verre et son interaction avec l’énergie solaire 

Lorsqu’un rayon d’énergie électromagnétique atteint une vitre, une partie de l’énergie peut être réfléchie, une partie peut être absorbée et l’énergie restante est transmise.  

Comment le gain de chaleur solaire est-il mesuré ? 

Pour mesurer l’énergie solaire transférée à l’intérieur, on utilise le facteur solaire (facteur G) et le coefficient de gain de chaleur solaire (SHGC). Il s’agit de la transmission directe et de la transmission indirecte par absorption et réémission vers l’intérieur. Le facteur solaire, ou SHGC, est la part décimale de l’énergie solaire transmise par une composition de vitrage. Par exemple, si 31 % de l’énergie solaire entrante passe à travers le vitrage, le facteur G ou le SHGC est de 0,31 (31 %). 

Climats chauds 

Pour un projet de construction situé dans un climat chaud ou modéré, un faible facteur G ou SHGC est préférable. Positionner une couche de contrôle solaire en surface numéro deux permet souvent d’obtenir les meilleures performances. En effet, elle réfléchit une partie de l’énergie solaire entrante avant qu’elle ne puisse pénétrer dans le vitrage. 

Dans les climats particulièrement froids, un SHGC ou facteur G plus élevé peut être intéressant pour permettre un gain de chaleur passif.

Types de couche et processus de fabrication haute performance

Les couches haute performance peuvent être divisées en deux catégories : celles qui sont appliquées par dépôt pyrolytique (couches dures) et celles appliquées par pulvérisation (couches molles). Les usines de production Guardian Glass utilisent uniquement le processus de dépôt par pulvérisation. 

Couches par pulvérisation

Les couches par pulvérisation sont appliquées à l’aide d’une grande machine de dépôt sous vide de pulvérisation cathodique magnétron, hors ligne du processus de production du verre flotté. Le verre entièrement formé est transporté par un système de convoyeur dans une longue chambre à vide où une série de matériaux sont accumulés de manière séquentielle sur la surface du verre.  Ensemble, ces matériaux mesurent environ 1/500ème de l’épaisseur d’une feuille de papier.   

Les couches par pulvérisation sont appliquées avec plus de précision que les couches pyrolytiques. Les couches haute performance actuelles appliquées par pulvérisation cathodique sont des conceptions complexes multicouches. Elles sont conçues pour assurer une transmission élevée de la lumière visible, une faible réflexion de la lumière visible et une réduction du transfert de chaleur.

Couches pyrolytiques 

Les couches pyrolytiques sont appliquées en ligne pendant le processus de production du verre flotté. La surface supérieure du ruban de verre est pulvérisée avec du produit, généralement de l’oxyde d’étain. À mesure que le verre refroidit, la liaison de surface se solidifie, créant une liaison forte très durable pour le traitement du verre pendant la fabrication. Cependant, en raison de leur structure simple, leurs propriétés sont très limitées.

Comment les couches sont-elles appliquées sur le verre haute performance ? Découvrez le processus de couchage par pulvérisation dans cette animation vidéo.

L’influence de l’argent

En fonction des exigences de performance de la couche, jusqu’à 15 couches peuvent être nécessaires pour atteindre la performance souhaitée. 

Parmi les matériaux qui comprennent une couche à faible émissivité par pulvérisation, l’argent est le plus influent dans l’amélioration des performances énergétiques. À mesure que davantage de couches d’argent sont ajoutées à la composition, la sélectivité spectrale du verre s’améliore.

Applications et utilisations du verre haute performance 

Les applications pour le vitrage architectural haute performance sont larges. Qu’il s’agisse de fenêtres, de murs-rideaux, de toits ou de puits de lumière, en somme, toute application où le vitrage constitue une barrière physique entre l’intérieur et l’extérieurd’un bâtiment, le verre architectural peut être envisagé.

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