Étude : Efficacité des matériaux en fonction de la situation de montage des fenêtres et des portes par rapport à leur compatibilité avec les maisons passives
L'institut BBS du professeur Dr. Ing. H.-P. Leimer de Wolfenbüttel a réalisé une étude approfondie à ce sujet pour le compte de HANNO.
Dans une étude récemment publiée sur les effets sur l'emploi et les besoins en formation et en qualification dans le domaine de la rénovation énergétique des bâtiments en introduction, l'Office fédéral de l'environnement a énuméré les faits suivants : Le secteur du bâtiment représente 40% de la consommation d'énergie en Allemagne. Des mesures appropriées permettraient de réduire cette consommation d'énergie d'environ 20 % d'ici 2020. Cependant, les possibilités dans le domaine de l'assainissement énergétique des bâtiments sont loin d'être épuisées, car jusqu'à présent, seul un tiers environ des potentiels d'économie financièrement intéressants sont exploités dans l'assainissement des bâtiments. C'est pourquoi le gouvernement fédéral a fait de la rénovation énergétique des bâtiments l'un de ses principaux domaines d'activité et a promis des mesures d'encouragement correspondantes à l'avenir. Mais il est également important que la mise en œuvre soit effectuée par un personnel qualifié et formé.
Une question centrale se pose alors : quelles sont les connaissances scientifiques permettant, par exemple, d'étanchéifier durablement et de manière optimale sur le plan énergétique les joints de raccordement des fenêtres et des portes ? Jusqu'à présent, il y avait une lacune dans la recherche de ces connaissances scientifiques. L'étude de l'institut BBS a pour objectif de combler cette lacune.
Afin d'évaluer scientifiquement les questions suivantes, HANNO a confié une mission à l'institut BBS du professeur H.-P. Leimer de Wolfenbüttel :
Dans les bâtiments optimisés sur le plan énergétique, il est nécessaire d'optimiser ou de minimiser les ponts thermiques. Qu'en est-il de l'installation des fenêtres dans ce contexte ?
L'un des critères déterminants est la étanchéité à l'air de l'enveloppe du bâtiment. Comment cette étanchéité à l'air se comporte-t-elle pendant l'utilisation permanente des bâtiments et pendant les charges thermiques variables qui agissent sur un bâtiment et sur le joint ?
Les bâtiments optimisés sur le plan énergétique doivent permettre de réaliser des économies d'énergie durables. C'est pourquoi un joint durablement fonctionnel est nécessaire pour l'installation de fenêtres. Comment le joint se comporte-t-il sous les charges de diffusion et de convection sur une longue période ?
En collaboration avec l'ancien directeur de HANNO-Anwendungstechnik Bau, Monsieur Björn Kethorn, ingénieur diplômé (FH), expert en dégâts de construction liés à la chaleur et à l'humidité, Monsieur le professeur H.-P. Leimer et Monsieur Jan Schneider de l'institut BBS ont développé un concept à ce sujet.
Évaluation énergétique des joints de construction
La directive de l'ift Rosenheim, ift-Richtlinie WA-15/2 : Passivhaustauglichkeit von Fenfen, Außentüren und Fassaden" [2], en particulier le paragraphe 4.3. a servi de base à l'évaluation par l'institut BBS et les calculs ont été effectués avec différents produits du système d'étanchéité des joints Hanno-3-Ebenen.
Afin d'évaluer différentes constructions, deux constructions ont été choisies dans l'annexe 1 de la directive ift WA-15/2 , d'une part une maçonnerie de butée avec briques et d'autre part une maçonnerie monolithique avec système composite d'isolation thermique. Ces constructions ont ensuite été évaluées avec plusieurs systèmes d'étanchéité et différentes positions de montage des éléments de construction. Les critères d'évaluationutilisés ont été la température de surface Өsi, le facteur de température fRsi et le coefficient de transmission thermique par longueur Ψi.
Les résultats permettent de constater qu'une bonne planification du pont thermique permet d'éliminer presque complètement les pertes calculées par ce biais.
Influence de la conductivité thermique des produits d'étanchéité pour une même construction
Ici, si l'on se réfère aux températures de surface Өsi , on constate une différence allant jusqu'à 0,4°C. C'est pourquoi HANNO indique la conductivité thermique pour tous ses matériaux d'étanchéité. Les chiffres après la virgule font déjà apparaître des différences significatives. C'est pourquoi, par exemple, pour la bande Hannoband®-3E, la valeur λ exceptionnelle pour un bande multifonction est entièrement indiquée par 0,0428 W/(m*K).
Influence de la position de montage des éléments de construction selon la construction
Dans le cas d'une maçonnerie monolithique avec système composite d'isolation thermique, la position peut, selon la maçonnerie de construction, avoir une nette influence sur le coefficient de transmission thermique ψi lié à la longueur. Dans ce cas, il peut être judicieux, du point de vue de l'évaluation énergétique, de placer les éléments de construction dans le plan d'isolation du système composite d'isolation thermique. Dans le domaine, la conductivité thermique est également un facteur essentiel, mais ici, outre le produit d'étanchéité, plutôt pour l'isolation thermique environnante.
Sur la base de ces constatations, HANNO a développé avec le produit bande membrane Hanno®-DUO Easy un système qui, d'une part, répond de manière optimale aux exigences d'étanchéité et, d'autre part, ne présente aucune restriction pour les matériaux d'isolation thermique environnants.
Conclusion : Tous les produits du système d'étanchéité de joints Hanno® à 3 niveaux peuvent être considérés comme compatibles avec les maisons passives en ce qui concerne leurs propriétés thermiques.
Dans la deuxième partie de l'étude, on a examiné la étanchéité à l'air durable.
La question suivante a été examinée ici : Comment se comporte cette étanchéité à l'air pendant l'utilisation durable des bâtiments et les charges thermiques variables qui agissent sur un bâtiment et les joints de raccordement des éléments de construction ?
En général, les joints de construction des fenêtres doivent être étanches à la pluie battante et à l'air afin d'empêcher l'humidité de pénétrer dans la construction. A l'aide d'une fenêtre en PVC définie d'une longueur de profilé de 2,18 m, les mouvements attendus de la simple dilatation thermique ont été déterminés et fixés à 3 mm par côté de joint. Sur la base de ces 3 mm de mouvement du joint, des éprouvettes spéciales ont été développées, construites et équipées de 4 systèmes d'étanchéité différents. Les éprouvettes sont en bois massif et en grès calcaire. Plusieurs éprouvettes de chaque produit d'étanchéité ont été construites afin d'obtenir une variance des valeurs mesurées.
Trois produits différents ont été installés à cet effet dans le joint de fenêtre :
bande d'étanchéité pour joints, réalisé dans l'essai avec Hannoband®-BG1.
Les bandes d'étanchéité pour joints de groupe de sollicitation BG1 selon la norme DIN 18542 version 2009 ne doivent remplir que les exigences relatives à la étanchéité à l'air extérieure. La bande a néanmoins été testée en même temps afin de déterminer comment un produit ouvert à la diffusion pour l'étanchéité extérieure se comporte par rapport à la étanchéité à l'air en cas de mouvements des joints.
bande multifonction, réalisé dans l'essai avec Hannoband®-3E.
Les bandes d'étanchéité pour joints multifonctionnelles sont des produits pour les trois niveaux d'étanchéité du raccord de fenêtre et sont donc aussi directement responsables de la étanchéité à l'air du joint.
Film d'étanchéité pour joints, ici avec bande membrane Hanno®-Duo Easy.
Les bandes de film sont par définition considérées comme étanches à l'air. Dans ce cas, le contrôle s'est surtout concentré sur l'utilisation d'un matériau extensible et sur la pose de ces bandes "serrées", c'est-à-dire sans la réserve d'extension nécessaire pour les systèmes non extensibles, et donc sur le contrôle de la propriété extensible.
Colle volumétrique à base de PU, réalisée avec le produit d'un autre acteur du marché.
Le test doit montrer comment de tels produits se comportent lors de mouvements réels des joints. Comme il s'agissait d'une structure d'essai différente des essais de joints habituels selon EN 1026, les valeurs mesurées n'ont certes pas pu être comparées avec les valeurs des essais normalisés, mais il a été possible d'établir une très bonne comparaison des systèmes entre eux.
Les résultats montrent de nettes différences dans le joint étiré
Alors que dans le joint initial de 15 mm, les différences entre les différents produits d'étanchéité étaient minimes, le coefficient de perméabilité du joint était 10 fois plus élevé avec la colle volumétrique à base de PU :
Conclusion : les systèmes éprouvés répondent sans problème aux exigences. Les produits prévus pour le étanchéité à l'air Hanno®-Duo Easy et le bande multifonction Hannoband®-3E peuvent être utilisés sans restriction dans la construction.
Le système alternatif d'étanchéité à l'air ne peut pas suivre les exigences de mouvement définies comme normales dans cet essai. Il ne convient pas en tant que seul système d'étanchéité à l'air durable.
Quelles sont les conséquences de cet effet sur le joint et son bilan d'humidité ?
Pour répondre à cette question, un calcul de simulation de construction thermique et hygrométrique a été effectué par l'institut BBS de Wolfenbüttel du professeur H.-P. Leimer.
Dans un premier temps, les systèmes ont été calculés avec un étanchéité à l'air complet, c'est-à-dire avec une valeur a de 0,0, afin de voir comment les systèmes se comportent avec des charges de diffusion pures et d'obtenir une référence. Dans un deuxième temps, les valeurs de perméabilité à l'air de la partie 2 de l'étude ont également été considérées, en effectuant une extrapolation du comportement du joint de raccordement sur une période de 5 ans.
Cette approche très complexe a permis de démontrer l'influence de la combinaison perpétuelle de la diffusion et de la convection sur le joint de raccordement du corps de bâtiment.
En considérant uniquement les effets de diffusion et l'approche théorique d'une étanchéité à l'air à 100%, aucune accumulation dommageable d'humidité dans la construction n'a pu être constatée pour tous les systèmes, comme on pouvait s'y attendre.
Si l'on ajoute maintenant les valeurs pour la convection, les systèmes avec Hannoband®-BG1, bande multifonction Hannoband®-3E et bande membrane Hanno®-DUO EASY montrent d'excellentes valeurs et l'humidité du matériau dans le joint diminue même par rapport à la valeur initiale. En revanche, la variante d'étanchéité à base de colle volumétrique PU considérée dans l'étude a provoqué des fuites qui, au fil des années d'utilisation, ont conduit à une accumulation d'humidité dans le joint. Cette solution ne peut donc pas être qualifiée de durable et ne constitue donc pas à elle seule une alternative pour une étanchéité à l'air.