Le verre et l’isolation thermique

Echanges de chaleur à travers une paroi

Les échanges thermiques à travers une paroi se font selon 3 modes de propagation :

• La conduction est le transfert de chaleur au sein d’un corps ou entre deux corps en contact direct. Ce transfert s’effectue sans déplacement de matière.
  
  
  
  
  
  Le flux de chaleur entre les deux faces d’un vitrage dépend de l’écart de température entre ces faces et de la conductivité thermique du matériau. La conductivité thermique du verre est : λ = 1,0 W/(m.K) ;
  
  
• La convection est le transfert de chaleur entre la surface d’un solide et un fluide, liquide ou gaz. Ce transfert s’accompagne d’un déplacement de matière ;
  
  
  
  
  
  
• Le rayonnement est le transfert de chaleur résultant d’un échange par rayonnement entre deux corps se trouvant à des températures différentes.
  
  
  
  
  
  Aux températures ambiantes, ce rayonnement se situe dans l’infrarouge à des longueurs d’ondes supérieures à 5 µm. Il est proportionnel à l’émissivité de ces corps ;
  
  
• l’émissivité est une caractéristique de surface des corps. Plus l’émissivité est faible, plus le transfert de chaleur par rayonnement est faible. L’émissivité normale ε_n du verre est de 0,89. Certains verres peuvent être recouverts d’une couche dite faiblement émissive pour laquelle ε_n peut être inférieure à 0,04 (verres à couche des gammes SGG PLANITHERM et SGG COOL-LITE SKN).

Coefficients d’échange superficiel

Quand une paroi est en contact avec l’air, elle échange de la chaleur par conduction et par convection avec cet air et par rayonnement avec son environnement.

L’ensemble de ces transferts thermiques est défini de façon conventionnelle pour une vitesse de vent, des émissivités et des températures normalement rencontrées dans le domaine du bâtiment. Ils sont caractérisés par he pour les échanges extérieurs et hi pour les échanges intérieurs.



Les valeurs normalisées de ces coefficients sont :

• h_e = 23 W/(m².K) ;
• h_i = 8 W/(m².K) ;

Coefficient U

Les transferts thermiques à travers une paroi par conduction, convection et rayonnement s’expriment par le coefficient U (Coefficient U depuis la mise en application des normes européennes, anciennement coefficient k).

Celui-ci représente le flux de chaleur qui traverse 1 m² de paroi pour une différence de température de 1 degré entre l’intérieur et l’extérieur du local. Sa valeur conventionnelle est établie pour les coefficients d’échange superficiel he et hi définis précédemment. Il est calculé selon la norme EN 673.

Il y a possibilité de calculer un coefficient U spécifique en utilisant des valeurs différentes de he, qui est fonction de la vitesse du vent et de nouvelles conditions de température.

Plus le coefficient U est petit, plus les déperditions thermiques sont faibles, meilleure est l’isolation thermique de la paroi.

Coefficient Ug des vitrages

La paroi vitrée peut être constituée d’un vitrage simple ou d’un double vitrage qui permet d’obtenir une meilleure isolation thermique.

Le principe du double vitrage est d’enfermer entre deux verres une lame d’air immobile et sec afin de limiter les échanges thermiques par convection et de profiter de la faible conductivité thermique de l’air.

Amélioration du coefficient Ug des vitrages

Pour améliorer le coefficient Ug, il faut diminuer les transferts thermiques par conduction, convection et rayonnement.

Comme il n’y a pas de possibilité d’agir sur les coefficients d’échange superficiel, l’amélioration va porter sur la diminution des échanges entre les deux composants du double vitrage :

• Les transferts par rayonnement peuvent être diminués en utilisant des verres à couche faiblement émissive. Pour exploiter cette possibilité, Saint-Gobain Glass a mis au point des verres à couche peu émissive permettant d’obtenir une Isolation Thermique Renforcée.
  
  
  
  
  
  
• Les transferts par rayonnement peuvent être diminués en utilisant des verres à couche faiblement émissive. Pour exploiter cette possibilité, Saint-Gobain Glass a mis au point des verres à couche peu émissive permettant d’obtenir une Isolation Thermique Renforcée.
  
  
• Verres à couche déposée “sous vide” : gamme SGG PLANITHERM, SGG PLANISTAR, gamme SGG COOL-LITE K, gamme SGG COOL-LITE SK.
  
  
  
  
  
  
• Les transferts par conduction et convection peuvent être diminués en remplaçant l’air se trouvant entre les deux verres par un gaz plus lourd présentant une conductivité thermique plus faible (argon en général).
  
  
  

Bilan énergétique

La fenêtre est source de déperditions thermiques caractérisées par le coefficient U_W et d’apports solaires caractérisés par le facteur solaire g.

Le bilan énergétique est égal aux déperditions thermiques diminuées des apports solaires récupérables.

Le bilan énergétique est négatif quand les apports sont supérieurs aux déperditions.

Températures de paroi plus élevées

Le corps humain échange par rayonnement de la chaleur avec son environnement. C’est ainsi qu’une sensation de froid peut être ressentie près d’une paroi dont la température est basse, même dans une pièce à température confortable.

En hiver, avec un faible coefficient U, la température de la face intérieure de la paroi vitrée sera plus élevée et l’effet dit de “paroi froide” sera diminué :

• il est possible de vivre plus près des fenêtres sans inconfort ;
• les risques de condensation intérieure seront diminués.

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