Comment calculer les économies d'énergie réalisées grâce aux films solaires pour vitrages

La vérité dérangeante sur les économies d'énergie réalisées grâce aux films pour vitrages

La plupart des arguments avancés pour vanter les économies d'énergie des films pour vitrages sont présentés à l'envers.

Ils commencent par promettre un retour sur investissement. Puis quelqu'un se met en quête d'un calcul qui rende cette promesse moins embarrassante.

Les maths, c'est galère.

Si vous souhaitez savoir comment calculer correctement les économies d'énergie réalisées grâce aux films pour vitrages, commencez par évaluer la quantité de chaleur qui pénètre réellement dans le bâtiment à travers les vitres, et non par une phrase accrocheuse du type “ jusqu'à 30% d'économies ” tirée d'un prospectus commercial qui ne dit rien sur la surface vitrée, l'orientation par rapport au soleil, les tarifs des services publics, la demande de pointe, ni même si le bâtiment se trouve à Phoenix, Dallas, Londres, Dubaï, Singapour ou Chicago. Pourquoi un seul pourcentage s'appliquerait-il à tous ces bâtiments ?

Je ne crois pas aux affirmations concernant les économies d'énergie réalisées grâce à un film de contrôle solaire pour vitrages, à moins qu'elles ne précisent cinq éléments : le coefficient de gain solaire (SHGC) du vitrage existant, le SHGC du film, la surface vitrée exposée, le rendement du système de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), ainsi que le tarif de facturation utilisé dans le modèle de retour sur investissement.

C'est la dure réalité.

Les films de contrôle solaire peuvent être efficaces. Dans certains bâtiments, ils fonctionnent extrêmement bien. Mais ce n’est pas du plastique magique. Il s’agit d’un mince stratifié technique, généralement composé d’un film en PET, d’un adhésif acrylique sensible à la pression, d’un revêtement dur résistant aux rayures, et de couches teintées, métallisées, déposées par pulvérisation cathodique, céramique ou à faible émissivité, conçues pour contrôler le rayonnement solaire dans le spectre visible et la bande du proche infrarouge, de 780 nm à 2 500 nm environ.

Pour les acheteurs de projets qui comparent différentes catégories de produits de construction, commencez par film solaire architectural pour vitrages destiné aux projets de construction au lieu d'évaluer les performances à l'aune des critères propres aux films teintés pour automobiles. Ces derniers mettent en avant l'intimité et le confort à l'intérieur de l'habitacle. Les films architecturaux doivent quant à eux répondre à une question plus cruciale : réduisent-ils suffisamment la charge du système de climatisation pour justifier leur coût d'installation ?

Commencez par le SHGC, pas par le jargon marketing

Le coefficient de gain de chaleur solaire (SHGC) est le chiffre qui m'intéresse en premier lieu. Le ministère américain de l'Énergie définit le SHGC comme la fraction du rayonnement solaire qui pénètre à travers le vitrage, qu'il soit transmis directement ou absorbé puis restitué à l'intérieur ; un SHGC faible signifie que moins de chaleur solaire pénètre pendant la saison de climatisation, tandis qu'un SHGC élevé peut aider à capter la chaleur en hiver dans les climats froids. Vous pouvez vérifier cette définition dans le guide du ministère américain de l'Énergie (DOE) à l'adresse classes de performance énergétique pour les fenêtres, les portes et les lucarnes.

C'est le levier.

Une vitre simple transparente ou un ancien vitrage double dont le coefficient SHGC est élevé agit comme un entonnoir thermique lorsque le soleil le frappe. Le guide sur les performances des vitrages du Laboratoire national des énergies renouvelables indique que le gain de chaleur solaire peut varier de plus de 80 % pour le verre transparent non traité à moins de 20 % pour le verre teinté à revêtement hautement réfléchissant, tandis qu'un vitrage isolant à double vitrage classique affiche un SHGC d'environ 0,70. Voir le Guide de mesure du NREL pour la performance et le choix de fenêtres à haut rendement énergétique.

Alors, quand quelqu'un me demande : “ Combien d'énergie permet d'économiser un film pour vitrage ? ”, ma réponse est sans détour : montrez-moi la différence de SHGC.

Utilisez cette formule de base pour réduire la charge :

Réduction de l'apport de chaleur solaire, Btu/h = Surface vitrée, ft² × Coefficient d'apport de chaleur solaire, Btu/h-ft² × (SHGC existant - SHGC du film)

Transformez ensuite la chaleur évitée en économies d'électricité pour le système de chauffage, de ventilation et de climatisation :

Économie annuelle en kWh pour le système CVC = Chaleur solaire évitée, en Btu ÷ (3 412 × COP du système CVC)

Pour un bâtiment utilisant l'EER à la place du COP :

Économie annuelle en kWh pour le système CVC = Chaleur solaire évitée (en Btu) ÷ EER ÷ 1 000

C'est simple ? Oui.

Facile à falsifier ? Oui, ça aussi.

Le secret réside dans le choix de données fiables. Si le modèle part du principe que chaque fenêtre est exposée à un ensoleillement intense venant de l'ouest pendant six heures par jour, les résultats seront très flatteurs. En revanche, si le bâtiment dispose de saillies importantes, est ombragé par des constructions voisines, affiche un faible taux d'occupation ou est déjà équipé de vitrages hautement performants, les économies escomptées peuvent s'effondrer rapidement.

Exemple concret : 500 pieds carrés de verre à chaud

Construisons à la main un calculateur approximatif du retour sur investissement des films pour vitrages.

Supposons qu'un local commercial dispose de 500 pieds carrés de vitrage exposé à l'est et à l'ouest. Le vitrage existant présente un SHGC de 0,70. Le film pour vitrage à économie d'énergie proposé ramène le SHGC de l'ensemble vitrage-film à 0,35. Le gain solaire effectif moyen pendant les heures clés de climatisation est de 150 Btu/h-pied². Le bâtiment reçoit l'équivalent de 5 heures d'ensoleillement à forte charge par jour sur 120 jours où la climatisation est intensive. Le système CVC a un COP de 3,0. L'électricité coûte 0,18 $/kWh.

Voici le calcul :

Réduction de l'apport thermique = 500 × 150 × (0,70 - 0,35)

Réduction des apports thermiques = 26 250 Btu/h

Chaleur évitée sur l'ensemble de la saison = 26 250 × 5 × 120

Chaleur évitée sur la saison = 15 750 000 Btu

Économie d'électricité estimée pour le système CVC = 15 750 000 ÷ (3 412 × 3,0)

Économie d'électricité estimée pour le système CVC ≈ 1 539 kWh

Économies d'énergie annuelles = 1 539 × $0,18

Économies d'énergie annuelles ≈ $277

Ajoutez maintenant la demande.

Si ce même film permet de réduire la charge de refroidissement maximale de :

26 250 ÷ (3 412 × 3,0) = 2,56 kW

Et le fournisseur facture 1,620 € par kW-mois pour les quatre mois d'été les plus chauds :

Économies réalisées = 2,56 × $20 × 4 = $205

Les économies annuelles totales s'élèvent à environ :

$277 + $205 = $482

Si le coût d'installation s'élève à 1 645 000, le délai de récupération simple est de :

$4 500 ÷ $482 = 9,3 ans

Voilà. Pas très sexy. Mais pratique.

C'est pourquoi j'encourage les propriétaires immobiliers à ne plus se contenter de demander “ le meilleur film de contrôle solaire pour réaliser des économies d'énergie ” avant d'avoir défini la structure de leurs factures. Un film qui semble peu performant dans un modèle simplifié basé uniquement sur la consommation en kWh peut s'avérer bien plus efficace lorsque l'on prend en compte la demande de pointe, le confort des locataires, les plaintes liées à l'éblouissement, la sollicitation des équipements de climatisation et la durée de vie du produit.

Pour les acheteurs en gros ou les entrepreneurs à la recherche d'une gamme plus large de films solaires, la bonne question n'est pas “ Quel film rejette le plus de chaleur ? ”. Il vaut mieux se demander : “ Quel film offre le meilleur équilibre entre le coefficient de gain solaire (SHGC), la transmission visible, le risque lié à la garantie, la clarté optique et le retour sur investissement pour cette combinaison de vitrage précise ? ”

Les données qui déterminent si le retour sur investissement est réel

Le DOE Conseils d'Energy Saver sur les revêtements de fenêtres exprime la même idée en termes plus simples : l'efficacité d'un film dépend de la taille de la vitre, de son orientation, du climat, de l'orientation du bâtiment et de la présence ou non d'une isolation intérieure. Il souligne également que les films sont particulièrement efficaces lors des longues saisons de climatisation, car ils peuvent également bloquer la chaleur solaire en hiver.

Cette dernière phrase coûte de l'argent aux gens.

Sur un marché où la climatisation prédomine, un film de contrôle solaire peut réduire la charge du système CVC. Sur un marché où le chauffage prédomine, un mauvais choix de film peut réduire la consommation d'énergie liée à la climatisation en été, mais augmenter discrètement celle liée au chauffage en hiver. Si l'on ne modélise pas les deux saisons, les économies annoncées ne sont que partiellement fondées.

Ce que révèlent les données les plus fiables

Le meilleur exemple que j'ai vu ne provient pas d'une brochure. Il vient de l'Administration des services généraux des États-Unis.

En février 2017, le GSA Green Proving Ground a publié les résultats d'essais menés sur des films pour vitrages à faible émissivité au Hansen Federal Building à Ogden, dans l'Utah, et au Cabell Federal Building à Dallas, au Texas. L'étude, menée en collaboration avec des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, a révélé qu'un film à faible émissivité VT35 permettait de réaliser en moyenne 291 $ d'économies annuelles sur les coûts de climatisation dans une zone périphérique de 15 pieds par rapport à un vitrage simple transparent, avec un délai de rentabilité prévu de 2 à 6 ans lorsqu'il est appliqué sur du verre simple transparent, pour un coût d'installation de 1,675 $/pied carré. Lire l' Conclusions concernant les films pour vitrages à faible émissivité de la GSA.

Remarquez la rigueur qui se cache derrière ce paragraphe : zone périphérique, vitrage simple, classe VT spécifique, coût d'installation précis, climats modélisés spécifiques.

Et non “ vous permet d'économiser 30% sur votre facture d'énergie ”.”

Les économies réalisées dans les zones périphériques ne correspondent pas aux économies réalisées à l'échelle de l'ensemble du bâtiment. Selon ces mêmes conclusions de la GSA, les économies réalisées au niveau du système CVC à l'échelle de l'ensemble du bâtiment s'élèveraient à au moins un tiers des économies réalisées dans les zones périphériques, car les zones intérieures ne se comportent pas comme les pièces exposées au soleil situées près des baies vitrées. Cette distinction est importante dans un étage de bureaux de grande profondeur.

Le guide du consommateur publié par le NFRC précise également que les films solaires pour vitrages réduisent l'apport de chaleur solaire par réflexion et absorption, qu'ils peuvent être classés selon les indices SHGC et VT, et qu'ils doivent être adaptés au type et à l'état du vitrage avant leur installation. Il ne s'agit pas là de simples promesses commerciales, mais bien du langage de classification neutre que les acheteurs devraient exiger. Voir le Guide des films pour vitrages de la NFRC.

Et la tendance générale ne joue pas en faveur d'une conception de systèmes de climatisation peu performante. L'EIA a indiqué que 5,9 millions de bâtiments commerciaux américains avaient consommé 6,8 quadrillions de BTU et dépensé 1 614 milliards de dollars en énergie en 2018, selon ses Enquête sur la consommation énergétique des bâtiments commerciaux. Reuters a également indiqué que la hausse de la demande mondiale en climatisation devient l’un des principaux facteurs de tension pour le secteur de l’électricité, la croissance de cette demande suscitant de plus en plus d’attention à mesure que les vagues de chaleur et l’électrification redessinent les réseaux électriques ; voir l’analyse de Reuters, Oubliez l'IA. Le maintien de la fraîcheur est le plus gros problème du secteur de l'énergie.

Le secteur devrait cesser de prétendre qu'il ne s'agit que d'une question de confort.

Il s'agit de la courbe de charge, de la demande de pointe, de la capacité du système CVC, de la rentabilité des travaux de rénovation, des plaintes des locataires, et de savoir si le vitrage ne met pas silencieusement le bâtiment à rude épreuve chaque après-midi ensoleillé.

Les points forts et les points faibles des films solaires

Les films solaires pour vitrages s'avèrent généralement très efficaces sur les vitrages orientés à l'est, à l'ouest et au sud exposés au soleil dans les régions où la climatisation est très sollicitée, en particulier lorsque les vitrages existants présentent un coefficient SHGC élevé, que les occupants se plaignent de l'éblouissement et que les équipements de climatisation peinent à faire face aux pics de chaleur de l'après-midi.

C'est là que réside le secret.

Ce système s'avère inefficace lorsque le vitrage est déjà haut de gamme, lorsque les fenêtres sont équipées de stores, lorsque les pertes de chaleur pèsent plus lourd que les gains en matière de refroidissement, lorsque le film choisi est trop foncé pour les occupants, ou lorsque l'installateur néglige le risque lié à la garantie du vitrage isolant.

Un acheteur qui compare films d'architecture Il faudrait distinguer trois missions de produit :

Le film de protection solaire réduit l'apport de chaleur solaire.

Les films décoratifs pour la protection de l'intimité modifient l'aspect et la confidentialité.

Ce film intelligent modifie sa transparence à la demande.

Ne les confondez pas. A Film intelligent PDLC pour les projets de vitrage commercial peut s'avérer idéal pour les salles de conférence, les cloisons d'hôtel, la protection de l'intimité dans les commerces et la visibilité modulable. Cependant, le PDLC n'est pas automatiquement la solution de choix pour les films pour vitrages destinés à réduire la consommation énergétique des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), à moins que les données solaires et thermiques du produit ne viennent étayer cette affirmation.

La même mise en garde s'applique au jargon automobile. A film teinté pour vitres à base de nanocéramique peut recourir à une technologie de blocage des infrarouges, qui joue un rôle important pour le confort à l'intérieur et la réduction de l'apport thermique, mais pour calculer le retour sur investissement, il faut également tenir compte du coefficient de transmission du rayonnement solaire (SHGC), du coefficient de transmission visuelle (VT), de la compatibilité du vitrage, des coûts d'installation et de la modélisation climatique.

Un marché différent. Une preuve différente.

Le cadre de calcul que j'utiliserais réellement

Pour un projet sérieux, je construirais le modèle en cinq étapes.

Étape 1 : Cartographier le verre

Répartissez le bâtiment en groupes de vitrages selon leur orientation : est, ouest, sud, nord, verrière, mur-rideau, hall d'entrée, bureaux en périphérie, façade commerciale, atrium. Ne faites pas de moyenne générale. C'est dans les moyennes que se cachent les mauvaises études de retour sur investissement.

Étape 2 : Définir la situation de référence

Recueillez les caractéristiques techniques des vitrages existants. Si la composition exacte des vitrages n'est pas connue, procédez à une estimation prudente en vous basant sur l'inspection sur place, l'âge, la teinte, le nombre de vitres et les plans disponibles. Indiquez ensuite clairement cette hypothèse.

Exemples de valeurs de référence :

Verre simple transparent : coefficient SHGC d'environ 0,80+

Vitrage isolant double paroi standard : coefficient de gain solaire (SHGC) d'environ 0,70

Verre teinté ou revêtu : moins cher, mais à vérifier

Ancien revêtement existant : inconnu tant qu'il n'a pas été testé ou retiré

Étape 3 : Sélectionner un film en tenant compte à la fois du SHGC et du VT

Un SHGC très faible associé à un VT très bas peut réduire la charge de refroidissement, mais mécontenter les locataires qui perdent en lumière naturelle. Un film à sélectivité spectrale présentant un VT plus élevé peut offrir de meilleurs résultats commerciaux, même si son rejet de chaleur est, sur le papier, moins spectaculaire.

C'est là que les fiches techniques prennent toute leur importance.

Renseignez-vous sur le coefficient SHGC, la transmission visuelle (VT), le rejet des rayons UV, l'énergie solaire totale rejetée, la réflectance côté pièce, la réflectance côté extérieur, l'émissivité (si le vitrage est à faible émissivité), l'épaisseur du film, le type d'adhésif, la durée de la garantie et la compatibilité recommandée avec les vitrages.

Étape 4 : Convertir la réduction des coûts de chauffage en économies

Utilisez les formules ci-dessus, puis ajoutez les détails relatifs aux services publics :

Coût de l'électricité : 1 TP6T/kWh

Frais de puissance : 1,60 €/kW-mois

Clauses de révision à la hausse

Tarifs en fonction de l'heure

Périodes de forte affluence estivale

Rendement des installations de refroidissement

Entretien ou prévention de la sollicitation excessive du matériel, si cela se justifie

Ne mettez pas en avant les économies indirectes, sauf si le client accorde une importance particulière au confort, à la réduction de l'éblouissement, à la fidélisation des locataires ou à la protection des marchandises.

Étape 5 : Tester la rentabilité

Exécutez trois cas :

Scénario prudent : exposition au soleil réduite, consommation d'énergie moindre, coût d'installation plus élevé

Cas prévu : hypothèses mesurées ou modélisées

Scénario extrême : forte demande de pointe, longue saison de climatisation, forte exposition au soleil

Si le projet ne fonctionne que dans le scénario le plus optimiste, dites-le clairement. Un acheteur sceptique appréciera votre honnêteté.

Un tableau pratique du retour sur investissement destiné aux décideurs

C'est aussi pour cette raison que les acheteurs en gros ne devraient pas se limiter à un seul film “ phare ”. Un distributeur qui s'adresse aux entrepreneurs, aux équipes de rénovation de façades et aux acheteurs de projets a besoin de plusieurs niveaux de transmission lumineuse, de plusieurs profils de contrôle solaire et d'une documentation claire. Pour l'approvisionnement B2B, la gamme plus étendue de KeenTop Gamme de films pour vitrages et de films de protection de la peinture (PPF) permet aux acheteurs de distinguer les films solaires pour l'architecture, les films pour l'automobile, les films décoratifs, les films intelligents et les films de sécurité en fonction de leur application, au lieu de devoir regrouper toutes les utilisations dans un seul rouleau.

Foire aux questions

Comment calcule-t-on les économies d'énergie réalisées grâce aux films pour vitrages ?

Les économies d'énergie réalisées grâce aux films pour vitrages sont calculées en estimant la réduction des apports de chaleur solaire obtenue grâce aux vitrages filmés, en convertissant cette charge thermique évitée en économies d'électricité ou de combustible pour le système de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC), en multipliant ce chiffre par les tarifs locaux des services publics et les frais de puissance, puis en comparant les économies annuelles au coût d'installation des films. Le modèle le plus précis prend en compte la réduction du coefficient de gain solaire (SHGC), la surface vitrée, l'orientation, les heures de climatisation et le rendement du système CVC.

Combien d'énergie permet-on d'économiser grâce à un film pour vitres ?

Les films solaires pour vitrages ne permettent généralement de réaliser des économies d'énergie que lorsqu'ils réduisent de manière significative la charge de refroidissement ; les économies dépendent donc de la surface vitrée, de l'orientation, du climat, de la réduction du coefficient SHGC, de l'efficacité du système CVC, des heures d'occupation et du tarif de l'électricité, plutôt que d'un pourcentage universel indiqué sur une fiche commerciale. Les conclusions publiques de la GSA ont montré des économies de CVC dans la zone périphérique de 29% dans une étude sur les films à faible émissivité, mais les économies pour l'ensemble du bâtiment sont généralement inférieures.

Qu'est-ce que le coefficient de gain de chaleur solaire d'un film pour vitrage ?

Le coefficient de gain de chaleur solaire (SHGC) d'un film pour vitrage est une valeur comprise entre 0 et 1 qui indique la quantité de rayonnement solaire traversant l'ensemble vitre-film, soit directement, soit après absorption et réémission vers l'intérieur ; il s'agit donc du paramètre principal pour estimer la réduction de la charge de refroidissement due au soleil. Un SHGC plus faible signifie généralement une meilleure protection contre la chaleur pendant la saison de climatisation, mais il peut réduire la chaleur utile en hiver.

Est-ce qu'un film isolant pour fenêtres est plus efficace que le remplacement des fenêtres ?

Les films isolants pour fenêtres sont souvent moins coûteux et moins perturbants qu'un remplacement complet des fenêtres, mais ils ne permettent pas de remédier aux fuites d'air, aux châssis pourris, aux joints défectueux, aux entretoises de mauvaise qualité ou aux problèmes de vitrage structurel ; ils doivent donc être considérés comme une amélioration visant à réduire l'apport solaire et à améliorer le confort, plutôt que comme une solution miracle pour les fenêtres. Le remplacement peut s'avérer préférable lorsque l'ensemble de la fenêtre est défectueux.

Quel est le meilleur film solaire pour réaliser des économies d'énergie ?

Le meilleur film de contrôle solaire pour réaliser des économies d'énergie est celui qui permet la plus forte réduction annuelle vérifiée des coûts pour un bâtiment donné, et non pas nécessairement le film le plus foncé ou le plus réfléchissant disponible sur le marché. Il doit offrir un équilibre entre la réduction du coefficient SHGC, la transmission du visible, la compatibilité avec le vitrage, la sécurité offerte par la garantie, le confort des occupants, le coût d'installation et l'impact sur le système de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) en fonction du climat local.

Les prochaines étapes

Si vous calculez les économies d'énergie réalisées grâce à un film pour vitrage dans le cadre d'un projet concret, ne vous fiez pas à un simple catalogue. Commencez par une feuille de calcul.

Répertoriez la surface vitrée par orientation. Déterminez le SHGC actuel. Demandez les valeurs SHGC et VT du film. Ajoutez les tarifs de consommation locale $/kWh et $/kW. Estimez honnêtement les heures de climatisation. Calculez ensuite les délais de rentabilité prudents, prévisibles et optimistes.

Si le projet fonctionne toujours après cela, vous avez probablement affaire à une mise à niveau importante.

Pour les distributeurs, les entrepreneurs et les acheteurs de projets qui comparent les différentes options d'approvisionnement, consultez l'offre de KeenTop Catégorie : films solaires architecturaux pour vitrages et d'adapter la demande de produit au type de vitrage du bâtiment, au climat et à l'objectif de retour sur investissement avant de demander un tarif de gros. Ce sont les chiffres qui doivent guider la vente, et non l'inverse.