La thermique du bâtiment

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1 La thermique du bâtiment
13/03/2009 La thermique du bâtiment n morancy

2 Sommaire Introduction: le transfert de chaleur Conduction
13/03/2009 Sommaire Généralités Chapitre 1: la thermique du mur Introduction: le transfert de chaleur Conduction Transfert de chaleur par convection et rayonnement Résistance thermique totale d’une paroi solide Les ponts thermiques Les déperditions ponctuelles Introduction à l’aspect réglementaire Bibliographie n morancy

3 Sommaire détaillé Introduction: le transfert de chaleur
13/03/2009 Sommaire détaillé Généralités Comparaison entre isolation thermique par l’intérieur et par l’extérieur Chapitre 1: la thermique du mur L’isolation thermique dans la masse (monomur et thermopierre) Introduction: le transfert de chaleur Les ponts thermiques Conduction Les déperditions linéiques Résistance thermique Les planchers sur vide sanitaire Conductivité Les planchers sur terre plein Résistance d’un isolant Les planchers intermédiaires Critère du choix d’un isolant Les murs de refends Transfert de chaleur par convection et rayonnement Les planchers sous combles Les déperditions ponctuelles Résistances superficielles Rsi et Rse Introduction à l’aspect réglementaire En résumé Bibliographie Résistance thermique totale d’une paroi solide Coefficient de transmission surfacique U Le flux de chaleur Variation des températures dans une paroi Les transferts de vapeur d’eau n morancy

4 13/03/2009 Généralités Une meilleure maitrise de la facture énergétique est un enjeu colossal. Exemple des efforts consentis pour l’amélioration de l’habitat: Une satisfaction toute relative. n morancy

5 13/03/2009 La thermique du « mur » Le transfert de chaleur La chaleur se transmet toujours d'un milieu chaud vers un milieu plus froid. Un échange de chaleur se produit à travers une paroi uniquement s'il y a un écart de température entre les 2 pièces. Pour les applications d’isolation thermique, l’objectif est de limiter le transfert de chaleur à travers la paroi (encore appelé flux de chaleur). Le flux est quantifié en Watt ou en Watt /m² de paroi Les 3 solutions pour transporter la chaleur sont la conduction, la convection et le rayonnement. n morancy

6 Transfert de chaleur par conduction
13/03/2009 Transfert de chaleur par conduction La chaleur est transportée par conduction dans les 2 cas suivants : à l'intérieur d'un même corps si sa température n'est pas homogène. ; Exemple : d’une extrémité à l’autre de la tige métallique, la chaleur se propage par conduction. entre deux surfaces de température différente qui sont mises en contact. L’échange de chaleur par conduction ne s'accompagne pas de déplacement de matière. La résistance thermique: La capacité d’une couche de matériau à s’opposer au passage de la chaleur est appelée sa résistance thermique R R s’exprime en m²K/W. Plus R est grand, plus la couche de matériau est isolante. n morancy

7 Résistance thermique et conductivité
13/03/2009 Résistance thermique et conductivité Selon le type de matériau, R est lu dans un tableau ou calculée : Lue pour les matériaux hétérogènes (brique par exemple qui comprend des parois de terre cuite séparées par des vides remplis d’air), la résistance thermique de ce matériau est lue directement dans la documentation technique. Calculée pour les matériaux homogènes (isolant, béton …), la résistance thermique est calculée avec la relation : R = e /  avec : - e : épaisseur de la couche de matériau [m] -  : conductivité thermique du matériau [W/(m.K)] - R: résistance thermique à la conduction de la couche de matériau [m².K/W] e n morancy

8 Conductivités de divers matériaux:
13/03/2009 Conductivités de divers matériaux: Métaux Acier 50 Cuivre 380 Aluminium 160 Minéraux Plâtre 0,25* 0,57 Verre 1,1 Mortier 1,3 Béton 2 2,5** Granite 2,8 Calcaire 1,7 Matériaux organiques  Laine de verre 0,047 0,036 Polystyrène exp 0,058 Bois de pin 0,15 Bois de chêne 0,23 Conductivités   en W/(m.K) * Plaque de plâtre cartonnée ** béton armé. n morancy

9 Résistance d’un isolant
13/03/2009 Résistance d’un isolant Un isolant thermique a un fort pouvoir isolant : Faible conductivité  :  < 0,065 W /(m.K) ( isolants courants :  = 0,04 W/(m.K)). Résistance thermique élevée pour des épaisseurs de 4 à 20 cm :1 à 5 m².K/W. Il contient beaucoup d’air immobile (dans les fibres ou les billes,  air= 0,024 W/(m.K) ), il est donc très léger. 18 kg/m3 << 180 kg/m3 , moyenne autour de 25 kg/m3 . Pour éviter les condensations. Il faut un film pare-vapeur dans le cas de l’isolation intérieure (aluminium, papi er goudronné,…) Les constructeurs donnent: n morancy

10 Critère de choix d’un isolant
13/03/2009 Critère de choix d’un isolant Un isolant thermique a une certification ACERMI: association pour la certification des matériaux isolants Correspondance aux besoins d’un plancher chauffant: n morancy

11 Transfert de chaleur par convection et rayonnement
13/03/2009 Transfert de chaleur par convection et rayonnement le transfert de chaleur par convection: La chaleur est transportée par convection lorsqu’un liquide ou un gaz entre en contact avec une surface de température différente. Pour les parois des bâtiments, les échanges de chaleur par convection se produisent principalement : entre la face intérieure de la paroi et l’air ambiant entre la face extérieure et l’air extérieur Les mouvements de l’air sont dus à la différence de masse volumique de l’air lorsqu’il se refroidit ou se réchauffe au contact de la paroi ou liés à l’effet des pressions (vent). le transfert de chaleur par rayonnement La chaleur est transportée par rayonnement lorsque 2 surfaces de température différente sont en vis à vis (non en contact). n morancy

12 Les résistances superficielles
13/03/2009 Les résistances superficielles Les résistances superficielles: (Rsi et Rse) caractérisent les échanges de chaleur par convection et par rayonnement sur les faces intérieure et extérieure de la paroi ; leurs valeurs dépendent de la position de la paroi et du sens du flux de chaleur . n morancy

13 Les résistances superficielles
13/03/2009 Les résistances superficielles Les résistances superficielles: (Rsi et Rse) Valeurs réglementaires: voir tableau (extrait TH U 1/5 RT 2005). Remarques : -(Rse) <(Rsi): prise en compte de l’effet du vent sur la face extérieure. -Dans un local non chauffé (LNC), la valeur Rsi est à utiliser sur les 2 faces. n morancy

14 13/03/2009 En résumé: n morancy

15 Résistance thermique totale d’une paroi solide
13/03/2009 Résistance thermique totale d’une paroi solide Les résistances thermiques en série s’additionnent. Plus la résistance R est grande, plus la paroi résiste à la transmission de chaleur n morancy

16 Résistance thermique totale d’une paroi
13/03/2009 Résistance thermique totale d’une paroi Exemple: mur en béton non isolé Exemple 2 mur isolé par un doublage laine de verre + isolant. n morancy

17 Le coefficient de transmission de chaleur
13/03/2009 Coefficient donnant les pertes de chaleur en Watt pour 1 m² de paroi pour 1 K d’écart entre l’intérieur et l’extérieur Notation réglementaire: U (anciennement K) Unité: W/(m².K) Calcul: inverse de la résistance totale d’une paroi coefficient U dans la paroi courante (noté Uc) Exemple: paroi non isolée Exemple: paroi isolée Uc 14 fois plus petit n morancy

18 Le flux de chaleur: FLUX = Uc x A x (Ti – Te) [Watt]
13/03/2009 Le flux de chaleur: C ’est la perte de chaleur dans la paroi courante. FLUX = Uc x A x (Ti – Te) [Watt] Avec: Uc: coefficient de transmission de chaleur en W/(m².K) A: surface de la paroi en m² Ti: température ambiante intérieure (19 ou 20°C en général) Te: température extérieure (température minimale en hiver: -5°C à basse altitude) Exemple: pour 10 m² de mur Non isolé: Isolé Flux1 = 4 x 10 x (20 – (-5)) = 1000 W Flux = 0,29 x 10 x (20 – (-5)) = 72,5 W n morancy

19 Variation des températures à la traversée d’une paroi:
13/03/2009 Variation des températures à la traversée d’une paroi: Exemple: paroi non isolée Température de paroi froide (inconfort) n morancy

20 Variation des températures à la traversée d’une paroi:
13/03/2009 Variation des températures à la traversée d’une paroi: Exemple: paroi isolée par l’intérieur La chute de température a lieu dans l’isolant Température de paroi neutre. n morancy

21 Les transferts de vapeur d’eau:
13/03/2009 Les transferts de vapeur d’eau: sans pare vapeur Extérieur Intérieur Béton LDV Condensation La vapeur d’eau diffuse entre l’intérieur et l’extérieur à travers les parois. Forte chute des températures dans l’isolant Forte chute des pressions de vapeur saturante, (voir graphe) Pression de vapeur > à la pression saturante de l’air, Apparition de condensation dans l’isolant Nécessité d’un pare vapeur sur un isolant intérieur : kraft, feuille plastifiée ou d’aluminium. Empêche la migration de vapeur intérieure dans l’isolant Placer le pare vapeur du côté chaud (intérieur) Remarque: le polystyrène expansé est « auto pare vapeur » Pression de vapeur saturante Pression partielle de vapeur de diffusion avec pare vapeur Extérieur Intérieur Béton LDV n morancy

22 Comparaison entre isolation intérieure et extérieure
13/03/2009 En rénovation, placer l’isolant à l’extérieur permet de réaliser les travaux sans dérangement majeur des occupants ; ne réduit pas les surfaces habitables ; de protéger le mur des intempéries (profil des températures inversé) . Il faut repenser l’enduit de façade (plus fragile?). Avantages: Béton très peu perméable à la vapeur d’eau : Pas de risque de condensation intérieure. Protège la liaison entre 2 parois : disparition des ponts thermiques. Isolation par l'extérieur Extérieur Intérieur Béton isolant n morancy

23 L’isolation thermique dans la masse
13/03/2009 Construction avec des matériaux naturellement isolants: Le matériau de construction est isolant dans la masse. Pas d’isolation complémentaire nécessaire. Bonne inertie en hiver et en été. Nécessite une mise en œuvre particulière (mortier colle) La brique monomur: Présence d’un défaut d’isolation à l’emplacement des linteaux chainages et poteaux. n morancy

24 13/03/2009 La « thermopierre » Le bloc en béton cellulaire Thermopierre (Xella Ytong Siporex): Isolant dans la masse n morancy

25 13/03/2009 Les ponts thermiques A la jonction mécanique de 2 parois, l’isolant intérieur est interrompu: Fuite de chaleur supplémentaire sur la longueur de la liaison. Cette perte s’ajoute aux pertes surfaciques. Calcul : un coefficient donne la perte de chaleur en W pour 1 m de liaison Pour 1 K d’écart Notation réglementaire: ψ (psi) Unité: W/(m.K) Déperdition: ψ x L x (Ti – Te) n morancy

26 Les déperditions linéiques
13/03/2009 Les déperditions linéiques Réduire les déperditions linéiques: Pas de rail en acier traversant les doublages. Traitement des abouts de dalle par des briques alvéolées (coffrage perdu). n morancy

27 Le cas des planchers sur LNC
13/03/2009 Le cas des planchers sur LNC Réduire les déperditions linéiques: par une chape flottante isolée (plancher chauffant). Avant traitement Après traitement n morancy

28 Le cas des planchers sur terre plein
13/03/2009 Le cas des planchers sur terre plein Réduire les déperditions linéiques: par une isolation en sous face de la dalle et en périphérie. Avant traitement Après traitement n morancy

29 Le cas des planchers intermédiaires
13/03/2009 Le cas des planchers intermédiaires Réduire les déperditions linéiques: par une chape flottante isolée et une isolation en sous face du plafond ou un changement de matériau constructif. Avant traitement Après traitement Thermopierrre n morancy

30 Le cas des murs de refend
13/03/2009 Le cas des murs de refend Réduire les déperditions linéiques: par une désolidarisation des refends ou un changement de matériaux, ou leur suppression et remplacement par une cloison légère (modifications de la structure mécanique). Avant traitement Après traitement n morancy

31 Le plafond sous combles
13/03/2009 Le plafond sous combles Réduire les déperditions linéiques : par un choix de solution différente: charpente bois. n morancy

32 Les déperditions ponctuelles
13/03/2009 Les déperditions ponctuelles Exemple de liaison ponctuelle créant une perte de chaleur: la tige en acier, forte conductrice. Prise en compte des liaisons ponctuelles: s’ajoutent aux pertes surfaciques et linéiques : - un coefficient donne la perte de chaleur en W pour 1 K d’écart - notation réglementaire: χ (chi) Unité: W/K Déperdition: χ . (Ti – Te) n morancy

33 Introduction à l’aspect réglementaire
13/03/2009 L’ensemble des coefficients permettant de calculer la résistance thermique totale R (m².K/W) le coefficient U (W/(m².K) d’une paroi peuvent être lus : dans les documents constructeurs. dans les documents réglementaires (règles TH U). Résistance »s superficielles : Rse, Rsi : règles TH U 1/5 Conductivités: λ : règles TH U 2/5 Résistances thermiques d’éléments vitrés : règles TH U 3/5 Résistances thermiques d’éléments opaques : règles TH U 4/5 Coefficients de transmission linéiques ψ : règles TH U 5/5 Coefficients de transmission ponctuels χ : idem Partie 2 : présentation des différentes règles thermiques. n morancy

34 13/03/2009 Bibliographie Plaquettes ademe: à télécharger sur Les chiffres clés 2007 Textes réglementaires: règles thermiques TH U Documentations constructeurs: Acermi (Association pour la Certification des isolants) Isover (laines de verre), Imerys (monomur), Ytong (siporex) n morancy