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Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars 20081. Qualité environnementale des bâtiments. Performances thermiques.

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1 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Qualité environnementale des bâtiments. Performances thermiques. Isolation thermique. Isolants végétaux... MANCY, mars 2008 Confort thermique, Isolation, Isolants

2 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Pourquoi isole t-on ? - Pour atteindre, le plus aisément possible, un confort thermique en toute saison....Ceci signifie donc entre autre que lon isole pour lhiver mais aussi pour les autres saisons !

3 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Quatre critères interviennent dans le confort thermique : - la température de lair ; - la température des parois ; - le mouvement de lair ; - lhumidité de lair. Données : Ce qui coûte le plus cher à produire (au porte monnaie comme à lenvironnement) cest élever la température de lair (7 à 15% * de plus par degré supplémentaire selon type de logement). * Source ADEME et ENERTECH Le confort thermique

4 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Quatre critères interviennent dans le confort thermique : - la température de lair ; - la température des parois ; - le mouvement de lair ; - lhumidité de lair. Données : Ce qui coûte le plus cher à produire (au porte monnaie comme à lenvironnement) cest élever la température de lair (7 à 15% * de plus par degré supplémentaire selon type de logement). * Source ADEME et ENERTECH Le confort thermique Notre priorité étant déconomiser lénergie, nous interviendrons donc dabord sur les points 2, 3 et 4 !

5 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Température ressentie par les occupants = 19 °C 19°C T° ressentie = 17 °C … soit une sensation dinconfort 15°C Sans mouvements dair particuliers, et avec une humidité relative moyenne (30 à 60%): T° ressentie = ½ (T°Air + T° Parois) Le confort thermique

6 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Température ressentie par les occupants = 19 °C 19°C 24°C T° théorique ressentie = 19 °C mais avec sensations dinconfort* 15°C Sans mouvements dair particuliers, et avec une humidité relative moyenne (30 à 60%): T° ressentie = ½ (T°Air + T° Parois) * Si le différentiel T°Air / T° Parois dépasse 4°C, une sensation dinconfort intervient… On a alors tendance à élever de nouveau la t° de lair pour retrouver le confort souhaité. Le confort thermique

7 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Les facteurs qui déterminent la température des parois : -isolation de la paroi ; -intensité et type de chauffage (+ pour lété, éventuelle système de rafraîchissement) ; -effusivité du parement. Le confort thermique, Température des parois

8 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Le confort thermique, Température des parois Isoler la paroi / température de la paroi

9 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Appelée également chaleur subjective, Leffusivité thermique dun matériau décrit la rapidité avec laquelle le matériau absorbe les calories. On distingue 3 classes de matériaux : - les matériaux subjectivement chauds. Leur T° sadapte rapidement à celle de leur environnement (bois, liège, linoléum, papier…) ; - les matériaux laissant une impression fraîche ou neutre (brique, pierres poreuses…) ; - les matériaux perçus comme froids (béton, carrelage, faïence, pierre, métaux…). Le confort thermique, Température des parois

10 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Le confort thermique, Isolation des parois Isoler pour : - empêcher les calories de sortir en période de chauffe, de rentrer en période chaude ; - éviter les parois froides et les condensations ; - composer avec un déphasage qui permette un confort aisé en été, une performance accrue en hiver ; - avoir des parements intérieurs chauds en hiver… et si possible pas trop chaud en été.

11 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Confort hivernal : Faut-il dabord augmenter lépaisseur des isolants ? Le confort thermique, Isolation des parois La réponse ne va pas de soit… surtout lorsque lon sait que dans les bâtiments récents, les déperditions thermiques sont dues pour : - 14 à 19% aux inétanchéités à lair du bâtiment ; - 25 à 40% aux ponts thermiques ; - 30 à 60% à la ventilation… * Sources ADEME / FFB / Terre vivante

12 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Confort hivernal : Faut-il dabord augmenter lépaisseur des isolants ? Le confort thermique, Isolation des parois La réponse ne va pas de soit… surtout lorsque lon sait que dans les bâtiments récents, les déperditions thermiques sont dues pour : - 14 à 19% aux inétanchéités à lair du bâtiment ; - 25 à 40% aux ponts thermiques ; - 30 à 60% à la ventilation… * Sources ADEME / FFB / Terre vivante Pour avoir une paroi thermiquement performante il faut : - choisir judicieusement les matériaux, les systèmes constructifs et les équipements ; - avoir des conceptions adaptées et des mises en œuvre soignées.

13 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars A. Déperditions thermiques B. Rayonnements froids C. Risques de condensation D. Risque fort de pollution de lair intérieur * Risques limités par un débit de renouvellement dair amplifié… mais qui génère à son tour de nouvelles déperditions th. A B C D Surfaces froides (vitrages, sol minéral, parois peu isolées…) X X X* Ponts thermiques X X X* Inétanchéités de lenveloppes X X X* Le confort thermique, Isolation des parois Confort hivernal : Incidences des points faibles de lenveloppe ?

14 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Epais. Hiver (ml) Epais. Eté (ml) Panneau Isolant de fibres de bois0,1730,185 Liège expansé (vrac)0,1950,271 Ouate de cellulose dense0,1950,271 Mousse rigide de polyuréthane0,130,405 Laine de mouton0,1730,535 Polystyrène0,1730,593 Coton0,1730,690 Laines Minérales0,1730,815 D'après 'La valeur K n'est pas tout' de Dr Reinhard Geisler (Okologische Bautechnik GmbH) Exemple dépaisseur nécessaire selon matériau pour un confort dhiver et un confort dété moyen donné : Isoler pour lhiver, mais aussi pour lété Le confort thermique, Isolation des parois

15 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Epais. Hiver (ml) Epais. Eté (ml) Panneau Isolant de fibres de bois0,1730,185 Liège expansé (vrac)0,1950,271 Ouate de cellulose dense0,1950,271 Mousse rigide de polyuréthane0,130,405 Laine de mouton0,1730,535 Polystyrène0,1730,593 Coton0,1730,690 Laines Minérales0,1730,815 D'après 'La valeur K n'est pas tout' de Dr Reinhard Geisler (Okologische Bautechnik GmbH) Exemple dépaisseur nécessaire selon matériau pour un confort dhiver et un confort dété moyen donné : Isoler pour lhiver, mais aussi pour lété Le confort thermique, Isolation des parois

16 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Le confort thermique, Isolation des parois Confort dété: Où placer lisolant ?

17 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Exemple 1 : Essai de quantification des pertes thermiques dues à un pare-vapeur non continu sur laine minérale. Performances théoriques = performances en œuvre ? Le confort thermique, Isolation des parois Avec une fente de 1mm pour 1m² disolant, la valeur U chute de 0.30 à 1.44 W/m²K soit un pouvoir isolant divisé par 4.8. Source: Institut de physique du bâtiment- Stuttgart. Essai réalisé avec une différence de pression ext/int de 20 Pa.

18 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Exemple 2 : Essai comparatif CSTB* Repérage des différences entre les performances issues des calculs thermiques simplifiés et les performances relevées sur maquettes pour 4 systèmes de doublage de murs extérieurs : - Placostyréne (10+80) collé : 1% de différence entre calculs et réalité - Doublage laine minérale (45mm+ 30mm) sur rail M48 : 18% - Doublage laine minérale (75mm) sur rail M70 : 41% Et ici, la pose a été soignée, le pare vapeur correctement posé. - Que donnerait cet essai avec la qualité de pose habituelle ? - Que donnerait cet essai après un vieillissement de 20 à 30 ans ? * Cahiers techniques du bâtiment sept 2001 Performances théoriques = performances en œuvre ? Le confort thermique, Isolation des parois

19 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Exemple 3: Essai comparatif CSTB n° HO du Mur A: Ossature bois avec 20 cm laine de roche + pare vapeur + frisette. Mur B: SAPISOL (27 mm de bois+ 96 de polystyrène + 27 de bois). Le calcul thermique nous donne le mur A 60% plus performant que le mur B. Les mesures sur murs nous donnent le mur B 19% meilleur que le mur A !!! Performances théoriques = performances en œuvre ? Le confort thermique, Isolation des parois

20 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Rappel : Une étude thermique nest quune photographie théorique dun bâtiment neuf. Ceci sous-entend entre autre que : - elle ne fait quapprocher les performances réelles ; - elle ne sengage pas sur les performances réelles, encore moins sur leur durabilité. Performances théoriques = performances en œuvre ? … et ce nest quaprès que lon comparera, pour les solutions potentielles, leur coût environnemental, leur éventuelle toxicité… Si la volonté est davoir des bâtiments réellement performants au niveau thermique, il faut choisir des matériaux et systèmes constructifs ayant des performances : -en œuvre (et pas seulement en théorie) ; -adaptées à lhiver mais aussi également à lété ; -durables. Le confort thermique, Isolation des parois

21 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Note : Une étude thermique est une photographie théorique dun bâtiment neuf. Ceci sous- entend entre autre que : - elle ne fait quapprocher les performances réelles ; - elle ne sengage nullement sur les performances réelles, encore moins sur leur durabilité. Performances théoriques = performances en œuvre ? Cest seulement après que lon comparera, pour les isolants retenus, leur coût environnemental, leur éventuelle toxicité… Si la volonté est davoir des bâtiments réellement performants au niveau thermique, il faut choisir des matériaux et concepts constructifs ayant des performances : -en œuvre (et pas seulement en théorie) ; -adaptées à lhiver mais aussi également à lété ; -durables. Le confort thermique, Isolation des parois Lorsque lon a une approche exigeante vis à vis des matériaux isolants, on remarque que la place pour de nouvelles générations de produits existe !

22 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars les définitions.

23 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Les définitions.. Conductivité thermique,. Coef. de transmission calorique surfacique La conductivité thermique est la propriété quont les matériaux de transmettre la chaleur par conduction. Symbolisée par le coefficient lambda, elle sexprime en watts par mètre Kelvin (W/m.K) Plus la conductivité thermique dun matériau est faible, plus ce matériau sera isolant. La conductivité thermique, propre à chaque matériau permet de quantifier le pouvoir isolant des parois, cest-à-dire leur aptitude à sopposer au passage des calories contenues dans lair*. Cette aptitude, symbolisée U (coefficient de transmission calorique surfacique). Avec U = + + … (en W/m²K) * Jusquà peu, cette performance était plus représentée par la résistance thermique R (R=1/U). lambda matériau 1 épaisseur mat. 1 lambda matériau 2 épaisseur mat. 2

24 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Les définitions.. Capacité thermique,. Chaleur massique. La chaleur massique dun matériau (symbolisée C) représente la quantité de chaleur à apporter à une masse de matériau pour lélever de 1 degré Celsius (ou 1 Kelvin). La capacité thermique dun matériau désigne son aptitude à stocker de la chaleur. Symbolisée ρC, elle sexprime en Wattheure par mètre cube Kelvin (Wh/m3K). ρC = densité matériau x Chaleur massique (C) Plus la capacité thermique dun matériau est grande, plus la quantité de chaleur à lui apporter pour élever sa température est importante. Egalement, plus grande est sa capacité de stockage et sa capacité de contenir les calories avant que sa température ne sélève.

25 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Les définitions.. Diffusivité thermique La diffusivité thermique dun matériau exprime son aptitude à transmettre rapidement une variation de température. Elle croît avec la conductivité et décroît avec la capacité thermique. Symbolisée a, elle sexprime en mètre carré par heure (m²/h ). a = Lambda/ roC Plus la diffusivité dun matériau est faible, plus le front de chaleur mettra du temps à traverser lépaisseur. Le temps entre le moment où la chaleur arrive sur une face de la paroi et le moment où elle atteint lautre face (déphasage) sen trouve augmentée.

26 Samuel Courgey, Chargé de missions Approches environnementales AJENA, Nancy - Mars Les définitions.. Effusivité thermique Leffusivité thermique dun matériau, décrit la rapidité avec laquelle le matériau absorbe les calories. Symbolisée b, elle sexprime en racine carré de Wattheure par mètre carré Kelvin (Wh 1/2 /m²K)* b = Racine carrée du produit roC (Capacité thermique) et Lamda (Conductivité thermique) Egalement appelée chaleur subjective, on distingue 3 classes de matériaux :. Les Matériaux subjectivement chauds (b < 0.67). Leur température sadapte rapidement à celle de leur environnement (bois, liège, linoléum, papier…). Les Matériaux laissant une impression fraîche ou neutre (0.67< b < 1.25) type brique, pierres poreuses…. Les Matériaux perçus comme froids ( b > 1.25) : béton, carrelage, faïence, pierre, métaux….


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