(Technique et ingénierie. Série Froid et génie climatique.) Benjeddou, Omrane_ Jedidi, Malek-La thermique du bâtiment _ du confort thermique au choix des équipements de chauffage et de climatisatio_2.pdf

LA THERMIQUE DU BÂTIMENT

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Malek Jedidi Omrane Benjeddou

[ATHERMIQUE DU BATIMENT yv

Du confort thermique au choix des équipements de chauffage et de climatisation "O O c n û «JD O rsj (y) tH

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DUNOD

Illustrations intérieures : Maud Warg Photographie de couverture : © Alena Brozova - 123rf.com

d'enseignement supérieur, provoquant une Le pictogramme qui figure ci-contre mérite une explication. Son objet est baisse orutale des achats de livres et de d'alerter le lecteur sur la menace que revues, au point que la possibilité même pour représente pour l'avenir de l'écrit, ______ ______ les auteurs de créer des œuvres particulièrement dans le domaine DANGER nouvelles et de les faire éditer cor de l'édition technique et universi rectement est aujourd'hui menacée. taire, le développement massif du Nous rappelons donc que toute reproduction, partielle ou totale, photocopillage. de la présente publication est Le Code de la propriété intellec tuelle du 1®'^ juillet 1992 interdit LE PHOTOCOPILLAGE interdite sans autorisation de TUE LE LIVRE. l'auteur, de son éditeur ou du en effet expressément la photoco Centre français d'exploitation du pie à usage collectif sans autori droit de copie (CFC, 20, rue des sation des ayants droit. O r, cette pratique Grands-Augustins, 75006 Paris). s'est généralisée dans les établissements TJ

O c D Q kD O

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Table des matières

Nomenclature

VII

Avant-propos

IX

Chapitre 1 : Notions fondamentales de la thermique 1.1 Les différents types de chaleur

2

1.2 Les apports d'énergie dans les bâtiments

4

1.3 L'énergie interne d'un système

5

1.4 Le flux et la densité de flux

7

Chapitre 2 : Le confort thermique

•a

O c 13 Q

^ c rsJ ^ (y)

O 3

CTi « ir ® Ô s2 U y

1

11

2.1 Confort et température

12

2.2 Confort et humidité

15

2.3 Confort et vitesse de l'air

17

2.4 Confort, activité et habillement

20

2.5 Indicateurs et plages de confort

22

Chapitre 3 : Le transfert thermique

29

3.1 Les modes de transferts thermiques

29

3.2 Le flux thermique à travers une surface

45

Chapitre 4 : Les déperditions thermiques

51

4.1 Les ponts thermiques

52

4.2 Les déperditions thermiques d'un local chauffé

54

4.3 Les déperditions thermiques par renouvellement d'air

61

4.4 Calcul et dimensionnement des radiateurs

64

4.5 La conduction à travers les parois cylindriques

73

V

La therm ique du bâtim ent

Chapitre 5 : L'hygrométrie 5.1 Le diagramme de l'air humide (DAH)

82

5.2 La diffusion de la vapeur d'eau dans les parois

84

5.3 Le flux de vapeur à travers une paroi

91

Chapitre 6 : L'isolation thermique : lechoixdes matériaux 6.1 Critères de choix d'un isolant

O c rj

û

«JD O

99 99

6.2 Aspects techniques d'un isolant

102

6.3 Aspects environnementaux

106

Chapitre 7 : Le choix des équipements de chauffage et de climatisation

TJ

81

111

7.1 Choisir un élément de chauffage

112

7.2 Choisir une source d'énergie

113

7.3 Le chauffage central individuel

113

7.4 Le chauffage divisé

129

7.5 La climatisation

130

Bibliographie

133

Lexique

135

Annexes

143

A. Conductivité thermique de différents matériaux

145

B. Détermination de la valeur U à l'aide du catalogue d'éléments de construction

167

C. Diagramme de l'air humide

195

tH

CM

Index

(y) x: gi

>Q . O

U

VI

197

Nomenclature

Désignation

Symbole

Unité

Quantité de chaleur

Q

Joule (J)

Puissance

P

W

Masse

m

kg

Longueur

1

m

Surface

S

m^

Volume

V

m3

T

Kelvin (K)

0

Degré Celsius (°C)

AT

K

A

°C

Température

Différence de température 0

Épaisseur

e

m

Chaleur massique

C

J/kg.K W/m.K W/m°C

Conductivité thermique Masse volumique TJ

O c Û ^ iJD

P

Flux thermique

kg/m3 W

Densité de flux

(¡>

W/m

Résistance thermique

R

m .K/W m °C/W

2

T

Ô

c3

«N

tï

2

2

(y)

CT i O. gI O -S

U

y

coefficient de transmission thermique par convection

hc

w/m °C

Résistance thermique d'échange superficiel intérieur

^si

mTK/W m °C/W

Résistance thermique d'échange superficiel extérieur

^se

m .K/W m °C/W

Emissivité

E

2

2

2 2

VII


Désignation

Symbole

Constante de Stephan Boltzmann

a

W/m2K4

Facteur solaire

FS

-

Coefficient de déperdition thermique surfacique

U

W/m^K W/m °C

Coefficient d'échange d'une menuiserie de fenêtre

Ui

W/m .K

Uw

W/m .K

Coefficient d'échange d'une fenêtre

2

W/m.K W/m°C

Déperditions thermiques

D

W/°C

Déperditions thermiques par renouvellement d'air

Dr

W/°C

Coefficients choisis en fonction des normes d'isolation

>O Q.

U

VIII

2

w

Taux de renouvellement en air

SI

2

coefficient de déperdition thermique linéique

mVh

Débit d'air

"O O c n û «'tJH D O rsj (y)

Unité

ri

L 'b a t

h-i W/m^K W/m °C 2

Température humide

0h

°C

Température de rosé

0r

°C

Humidité absolue

r

^9eau^^9as

Humidité relative ou degré hygrométrique

W Hr

%

Enthalpie spécifique

h

KJ/Kg33

Volume spécifique

V

mVKg

perméabilité à la vapeur d'eau

K

kg/m.s.Pa

Flux de vapeur

9v

kg/m^.s

33

Avant-propos

La thermique du bâtiment est l’ensemble des sciences et techniques visant à étudier les besoins énergétiques des bâtiments. Elle aborde principalement les notions d’isolation thermique et de ventilation afin d’offrir le meilleur confort thermique aux occupants. La thermique du bâtiment décrit les échanges thermiques qui se réalisent entre un bâtiment et son environnement. Cette analyse va reposer sur toute une série de facteurs qui sont : ► les facteurs environnementaux : l’emplacement géographique d’un bâti ment (longitude, latitude, altitude) et les données climatiques afférentes, l’implantation générale du bâtiment ainsi que la nature du sol ; ► les facteurs fonctionnels : deux bâtiments ne sont pas identiques par leur fonction, la chaleur à délivrer, l’eau à chauffer, l’humidité à évacuer varient d’une affectation à l’autre. Dans le cas de l’éclairage, l’usage de machines et ordinateurs, les équipements électroménagers produisent plus ou moins de chaleur, qu’il faut ajouter au bilan thermique ;

■a O c

D

O

3

rsJ % O CD« Tir~ ® c >-!= Q-C O-S U

y

► les facteurs liés à la nature des matériaux et composants employés dans la construction du bâtiment : les parois extérieures, murs, planchers et toitures sont considérés comme des surfaces d’échange thermique que l’on doit considérer relativement à leur orientation, leur dimension physiques, les matériaux de construction employés considérés dans leur épaisseur et leurs propriétés thermiques. Lorsqu’il s’agit de surfaces vitrées, on doit tenir compte de la transmittance des vitres et d’envisager l’exposi tion au soleil. En effet, les parois sont considérées plus ou moins étanches ou perméables à l’air, sources de déperdition thermique. Dans le cas des parois intérieures, elles sont considérées dans leur masse et elles contri buent à ce qu’on appelle l’inertie thermique et le déphasage thermique, c’est-à-dire la capacité à accumuler et d’autre-part à restituer à court ou moyen terme la chaleur accumulée.

IX


Une étude thermique est réalisée par un thermicien qui va s’appuyer sur des réglementations thermiques locales, des données délivrés par des organismes officiels, des fabricants de matériaux, des organismes de certification, pour aboutir à un document qui établit qu’un bâtiment rentre dans telle classe d’isolation officiel, ou correspond à tel label énergétique. Cet ouvrage présente les différents aspects technologiques et fonctionnels des équipements en thermique du bâtiment. Il est destiné aux techniciens et aux ingénieurs de la construction afin d’acquérir et mettre en pratique les connaissances indispensables dans ce domaine. C’est pourquoi la première et la deuxième partie de cet ouvrage s’intéressent au confort thermique, qui est défini comme un état de satisfaction du corps vis-à-vis de l’environnement thermique. En effet, la thermique du bâtiment doit considérer l’homme comme un instrument de mesure subjectif : le confort thermique repose sur la notion complexe de sensation de chaud à laquelle nous associons la notion de température. Dans un environnement idéal, le corps ne doit jamais éprouver des sentiments incommodants de froid ou de chaud excessifs. La troisième partie de l’ouvrage traite des notions fondamentales régissant les transferts de chaleur (conduction, convection, rayonnement). La connais sance et la maîtrise de ces transferts thermiques permettent une gestion de la facture énergétique d’un bâtiment. Nous nous sommes volontairement limités à l’étude des régimes permanents qui sont utilisés dans la plupart des projets. La quatrième partie de l’ouvrage est consacrée au bilan thermique des locaux par la détermination de la puissance de chauffage afin de choisir les tech niques et les systèmes de chauffage et climatisation.

"O O c

=3

Q

La cinquième partie de l’ouvrage étudie la condensation des parois sous l’effet de la transformation da la vapeur d’eau contenue dans l’air en eau liquide. Cette condensation peut être superficielle et provoquer le gonflement et le décollement du revêtement, comme elle peut être interne et provoquer la diminution de la résistance thermique des parois.

tH

O (N

x03: >• Q. O U

La dernière partie de cet ouvrage illustre par des photos l’ensemble des maté riaux isolants pour réaliser le confort thermique et faciliter à l’étudiant et au technicien leur adaptation aux nouvelles techniques du génie climatique.

X

Notions fondamentales de la thermique

L'énergie thermique est l'énergie cinétique d'un objet, qui est due à une agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes. Les transferts d'énergie thermique entre corps sont appelés transferts de chaleur et jouent un rôle essentiel en ther modynamique. Ils atteignent un équilibre lorsque la température des corps en contact est égale. Lors de la mise en contact entre deux corps, un échange d'énergie thermique se produit. Le point d'équilibre est atteint lorsque les deux corps ont atteint la même température. La notion d'équi libre est une notion transitive. Si un corps A est en équilibre avec B, et que ce corps B est en équilibre avec un corps C, alors A et C sont aussi en équilibre. A, B et C ont la même température. Au début du XX® siècle, il a été jugé que cette loi, qui semble tenir du simple bon sens, méritait d'être formulée comme le principe de la thermodynamique.

T 3

O c D Q tH

O rsj

x:

>O Q.

U

Bien que difficile à définir formellement, la température est une notion utilisée dans la vie courante, car facile à observer. Pour mesurer la température d'un corps, il suffit de le mettre en contact avec un thermomètre (par exemple un thermomètre à mercure), et d'en mesurer la graduation à l'équilibre thermique.

1. N otions fondannentales de la therm ique

1.1 Les différents types de chaleur 1.1.1 La chaleur sensible Quand on chauffe l’eau de = 25 °C à 02 = 70 °C, on remarque que la tempé rature monte au fur et à mesure que de la chaleur y est ajoutée sans que l’état de l’eau change. La hausse de chaleur est appelée chaleur sensible. De la même manière, quand de la chaleur est enlevée d’un objet et que sa température baisse, la chaleur retirée est également appelée chaleur sensible.

Figure 1.1

La chaleur sensible

La chaleur qui provoque une modification de la température d’un objet sans modifier son état est appelée chaleur sensible.

1.1.2 La chaleur latente ■a O c

D Q kD O

Tous les corps purs sont capables de modifier leur état. Les solides peuvent devenir des liquides (glace en eau) et les liquides peuvent devenir des gaz (eau en vapeur), mais ces transformations nécessitent l’ajout ou le retrait de chaleur. La chaleur qui provoque ces transformations est appelée chaleur latente.

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(5)

‘s_ >. CL O U

Cependant la chaleur latente n’affecte pas la température d’une substance (par exemple, l’eau reste à 100 °C quand elle bout). La chaleur ajoutée pour maintenir l’eau en ébullition est la chaleur latente. La chaleur qui provoque un changement d’état sans modifier la température est appelée chaleur latente. Une substance peut changer d’état physique de plusieurs façons, il existe donc plusieurs chaleurs latentes :

1.1 Les d ifféren ts typ e s de chaleur

► chaleur latente de liquéfaction : quantité de chaleur pour passer de l’état solide à l’état liquide ; ► chaleur latente de vaporisation : quantité de chaleur pour passer de l’état liquide à l’état gazeux ; ► chaleur latente de condensation : quantité de chaleur pour passer de l’état gazeux à l’état liquide ; ► chaleur latente de solidification : quantité de chaleur pour passer de l’état liquide à l’état solide.

Exemple : évolution d'un kilogramme de glace à la p re ssio n a tm o sp h é riq u e ______________________________________________

Pour augmenter ou diminuer la température d'un corps nous devons soit retirer, soit ajouter une certaine quantité d'énergie, l'unité qui permet de quantifier cette énergie est le Joule (J), et plus exactement le kilojoule (kJ).

TJ

O c =3 Q tH

O (N

x:

OJ >. Cl O U Chaleur sensible

Figure 1.2

Chaleur latente

Évolution d'un kilogramme de glace à la pression atmosphérique

1. N otions fond am entales de la therm ique

1.2 Les apports d'énergie dans les bâtiments 1.2.1 Les apports intérieurs Le chauffage est une source importante des apports intérieurs, on prendra un soin tout particulier au rendement énergétique du système de chauffage. La respiration et le rayonnement humains, l’électroménager et le multimédia sont aussi des sources potentielles d’apport énergétique.

1.2.2 Les apports extérieurs Le rayonnement solaire est une source importante d’apport énergétique. Les choix de l’orientation et des menuiseries deviennent primordiaux dans la dynamique énergétique. Il existe différents types d’apports solaires : ► les apports solaires directs : il s’agit des rayonnements solaires qui proviennent des baies vitrées ou des fenêtres. Ceux-ci constituent une charge thermique très importante : 1,5 m^ de surface au soleil équivalent à un radiateur. Pour se prémunir de ces risques, une seule solution : les protections solaires ; ► les apports solaires indirects : ils correspondent Les apports solaires indi rects aux rayonnements qui pénètrent par les murs extérieurs et par les autres éléments constructifs du logement (pont thermique notamment).

TJ

O c rj

û

«JD O t

H

Apports solaires

CM

(y) xz

oi >• Q . O

U

Figure 1.3

4

A p p o rts d 'é n e rg ie dans les b âtim ents

1.3 L'énergie interne d'un systèm e

1.3 L'énergie interne d'un système 1.3.1 Définition On appelle système un corps ou l’ensemble de corps qui fait l’objet d’une étude. On distingue : ► un système ouvert : échange de matière et d’énergie avec l’exté rieur ; ► un système fermé : échange uniquement d’énergie avec l’ex térieur ;

Environnement extérieur

Figure 1.4 Échange entre système et environnement extérieur

► un système isolé : pas d’échange avec l’extérieur.

1.3.2 Calcul de la quantité de chaleur La quantité de chaleur sensible Q échangée par un corps qui passe d’une température à une température 02 est donnée par la relation : Q = m • c • A0 ► Q : quantité de chaleur sensible en J ; ► m : masse du corps considéré en kg ; ► A0 : différence de température entre les deux états en °C ; ■a O c 13

Q ^ ^ O

c3 rM tz (y)

► C : chaleur massique en J/kg°C : c’est la chaleur nécessaire pour élever de 1 °C la température d’un corps. Le tableau 1.1 donne quelques valeurs de la chaleur massique de quelques substances.

CT «

Tableau 1.1

‘E >- c§ O U

Chaleur massique de quelques substances

2 ^

Substance

Phase

Chaleur massique (J/kg°C)

Air (sec)

Gaz

1 005

Air (saturé en vapeur d'eau)

Gaz

1 030


Tableau 1.1

Chaleur massique de quelques substances (suite)

Substance

Phase

Chaleur massique (J/kg°C)

Aluminium

Solide

897

Cuivre

Solide

385

Azote

Gaz

Diamant

Solide

502

Fer

Solide

444

Huile

Liquide

2 000

Eau

Gaz

1 850

Liquide

4 185

Solide (0 °C)

2 060

1 042

C a s p ra tiq u e Un local est chauffé avec des radiateurs pendant 24 heures. La masse de l'eau qui circule dans les radiateurs est de 6 300 kg. Sachant que l'eau arrive à la température 80 °C et retourne à la tem péra ture 30 °C : "O O c =3 a tH

O

-

Comment calculer la quantité de chaleur fournie en une heure pour les radiateurs en (kJ) et en (kcal) ? De quel type de chaleur s'agit-il ?

La quantité de chaleur est :

(N

Q = m ■C •A0 x:

03 >• Q. O

U

6 3CK Ix4.185x(80-30)

24 Q = 54 928,125 x 0,2389 = 13 122,32 kcal Il s'agit de la chaleur sensible puisqu'il n'y a pas modification de l'état de l'eau.


1.4 Le flux et la densité de flux 1.4.1 Degré Celsius et Kelvin Un degré Celsius et un Kelvin représentent la même quantité de chaleur. Le zéro des degrés Celsius correspond au point de congélation de l’eau. Le zéro des Kelvins représente la valeur de la température la plus basse possible, c’est-à-dire le zéro absolu. L’échelle des Kelvins démarre au zéro absolu et se trouve décalée vers le bas d’environ 273 unités par rapport à l’échelle des degrés Celsius.

100 °c

373 K

273 K

o°c-

-273 °C

Centigrade

Figure 1.5

Kelvin

Thermomètres en degrés Celsius et en Kelvin

■a O c û

«JD O t

1.4.2 Le flux thermique 0

H

CM

(y)

CJl ir Q O-

U

ta O 5S y

Considérons un matériau homogène, dont la forme est celle d’une plaque de faible épaisseur e (en m). Ses deux faces opposées ont chacune une surface S. Si ces faces sont à des températures et 02 différentes, avec Gj > 02, un trans fert de chaleur s’opère de la source chaude vers la source froide. Ce transfert est irréversible : le système évolue spontanément d’un état initial vers un état final, sans avoir la possibilité de revenir naturellement à son état initial. Il ne peut pas y avoir de transfert thermique spontané d’une source froide vers une source chaude.


20 “C 15 °C 10°C 5°C

0°C -5°C

A T= 15

-10°C

-10°C

■a

O c Q rH O rM

JZ

CTI >■ CL O

U

Figure 1.6

Le flux de chaleur 0 dissipé à travers une paroi

On définit le flux thermique 0 (en W) comme la puissance (thermique) transférée à travers le matériau. Sa valeur est reliée à la quantité de chaleur transférée Q pendant une durée A0 par la relation suivante : O

Q A0

► Q : quantité de chaleur transférées en J ; ► A0 : différence de température entre les deux faces en °C.


1.4.3 La densité de flux cp La densité de flux correspond au flux de chaleur transmis d’un milieu à un autre par unité de surface. Elle est exprimée en w/m^ : (P = - ^ ( W W )

► O : flux thermique en W ; ► S : surface en m^.

TJ

O c rj

û

«JD O tH

CM

(y) x: gi

>Q . O

U

"О

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1-Н

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Le confort thermique

Le confort thermique est défini comme un état de satisfaction du corps vis-à-vis de l'environnement thermique. Il est caractérisé par les six paramètres suivants : • Le métabolisme, qui est la production de chaleur interne au corps humain permettant de maintenir celui-ci autour de 36,7 °C. Un métabolisme de travail correspondant à une acti vité particulière s'ajoute au métabolisme de base du corps au repos. • L'habillement, qui représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l'environ nement. • La température ambiante de l'air Tg. • La température moyenne des parois Tp.

•a O c

D Q O (N

• L'humidité relative de l'air (HR), qui est le rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d'eau contenue dans l'air à la température Tg et la quantité maximale d'eau contenue à la même température. • La vitesse de l'air, qui influence les échanges de chaleur par convection. Dans le bâtiment, les vitesses de l'air ne dépassent généralement pas 0,2 m/s.

Oí s_ >Q. O

U

11

2. Le confort therm ique

2.1 Confort et température

Confort thermique gHÔ^'<9Air,

m /s

Figure 2.1

Les paramètres du confort thermique

■a

O c D Û «JD O

Le confort est assuré par un équilibre entre l’homme et l’ambiance. Dans les conditions habituelles, l’homme assure le maintien de sa température corpo relle autour de 36,7 °C. Cette température est en permanence supérieure à la température d’ambiance, aussi un équilibre doit-il être trouvé afin d’assurer le bien-être de l’individu.

tH

CM

oi >Q . O

U

La figure ci-contre considère le sentiment de confort thermique exprimé par les sujets eux-mêmes. Il s’agit de pourcentages prévisibles d’insatisfaits (PPD), exprimés sur l’axe vertical, pour des personnes au repos en position assise ou pour des personnes effectuant un travail léger.

12

2.1 C o n fo rt et tem p ératu re

Figure 2.2

TJ

O c rj

û

1X5 T Ô c3 fN tï

®I XI 05

>Q . O

U

PPD des personnes au repos et des personnes en travail léger

Il est impossible de définir une température qui convienne à tous : il reste au mieux 5 % d’insatisfaits ! Il est intéressant de constater que la courbe des sujets au repos est centrée sur 26 °C, et quelle est plus resserrée : ces personnes sont plus sensibles à de faibles variations de température. La courbe représentant le travail léger glisse vers les basses températures : les personnes ayant plus de chaleur à perdre préfèrent des températures plus basses.

13

2. Le confort thermique

La diffusion de chaleur entre l’individu et l’ambiance s’effectue selon divers mécanismes : échanges thermiques température des parois évaporation sudation

température de fair convection

vitesse de fair

humidité rayonnennent

métabolisme ingestion nourriture

habillement

conduction

Figure 2.3

Diffusion de chaleur entre l'individu et l'ambiance

TJ

O c rj

► Plus de 50 % des pertes de chaleur du corps hum ain se font par convec tion avec l’air ambiant (convection et évaporation par la respiration ou à la surface de la peau).

û

«JD O tH

CM

(y)

► Les échanges par rayonnement à la surface de la peau représentent jusqu’à 35 % du bilan alors que les pertes par contact (conduction) sont négli geables (< 1 %).

XI

OJ >O Q .

U

► Le corps perd également 6 % de sa chaleur à réchauffer la nourriture ingérée.

14

2.2 Confort et hunnidité

2.2 Confort et humidité 2.2.1 L'incidence sur la transpiration L’humidité relative ambiante influence la capacité de notre corps à éliminer une chaleur excédentaire. Ainsi, une température extérieure de 24 °C et une humidité relative de 82 % (après une pluie en période de forte chaleur), entraînent une forte impression de moiteur, due à l’impossibilité pour la peau d ’évaporer l’eau de transpira tion et donc de se rafraîchir. Par contre, une température de 24 °C conjointe à une humidité relative de 18 % permet de refroidir la peau par l’évaporation de l’eau de transpiration. La chaleur nous paraît « très supportable ».

2.2.2 L'impact de l'humidité relative dans un bâtiment L’humidité a relativement peu d ’impact sur la sensation de confort d ’un indi vidu dans un bâtiment. Ainsi, un individu peut difficilement ressentir s’il fait 40 % ou 60 % d ’humidité relative dans son bureau. L’inconfort n’apparaît que lorsque : ► l’humidité relative est inférieure à 30 % ; ► l’humidité relative est supérieure à 70 %.

XJ

O c rj û ^ 1X5 ^ O

CM

(y) CT s 'îZ ^ ir O > . c O

-2

U

y

De faibles niveaux d ’hum idité (inférieur à 30 %) donnent lieu à certains problèmes : augmentation de l’électricité statique, gêne et irritation accrue à la fumée de tabac, augmentation de la concentration en poussières dans l’air, etc. De hauts niveaux d ’humidité (au-delà de 70 %) donnent lieu à une croissance microbienne im portante et à des condensations sur les surfaces froides.

15


Le diagramme suivant montre la plage de taux d ’humidité ambiante optimale d ’un point de vue hygiénique : Zone Optimale Un rétrécissement de la barre indique une diminution d'im pact

Champignons Mites Infections respiratoires Rhinites allergiques et asthme Interactions chimiques Production d'ozone

10

20

30

40

50

60

H u m id it é r e la tiv e

Figure 2.4

70

80

90

100

(%)

Taux d'humidité ambiante optimale (Scofield et Sterling)

2.2.3 La plage de confort température-humidité

TJ

O c rj

Pour un confort optimal et pour une température de l’air aux environs de 22 °C, on peut dès lors recommander que l’humidité relative soit gardée entre 40 et 65 %.

û

«JD O tH

(N

Plus précisément, on peut définir une plage de confort hygrothermique dans le diagramme suivant (extrait de l’article de R. Fauconnier « L’action de l’hu midité de l’air sur la santé dans les bâtiments tertiaires », paru dans le numéro 10/1992 de la revue Chauffage Ventilation Conditionnement).

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16


D e g r é h y g r o m é tr iq u e

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-

20

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-c c 0) 10 :d 0) c

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10

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20

T e m p é r a tu r e (°C )

1 : Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse. 2 et 3 ; Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons. 3 : Zone à éviter vis-à-vis des développements d'acariens. 4 : Polygone de confort hygrothermique.

Figure 2.5

Les plages de confort hygrométriques


■a

O c

13

Q (.0 ^ O n 3 Csl

ri

(y) I en «

La vitesse de l’air (et plus précisément la vitesse relative de l’air par rapport à l’individu) est un param ètre à prendre en considération, car elle influence les échanges de chaleur par convection et augmente l’évaporation à la surface de la peau.

‘E >■ §c O U

2 ^

À l’intérieur des bâtiments, on considère généralement que l’impact sur le confort des occupants est négligeable tant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s. À titre de comparaison : se promener à la vitesse de 1 km /h produit sur le corps un déplacement de l’air de 0,3 m/s. 17


Le mouvement de l’air abaisse la température du corps, facteur recherché en été, mais pouvant être gênant en hiver (courants d ’air). Le tableau 2.1 illustre les réactions observées en fonction de la vitesse rési duelle de l’air pour plusieurs situations possibles. Tableau 2.1 V itesse résiduelle

Situation

Réaction Plaintes quant à la stagnation de l'air

Aucune

0,13 m/s

Situation idéale

Installation de grand confort

0,13 à 0,25 m/s

Situation agréable, mais à la limite du confort pour les personnes assises en permanence

Installation de confort

0,33 m/s

Inconfortable, les papiers légers bougent sur les bureaux.

Grandes surfaces et magasins

0,38 m/s

Limite supérieure pour les personnes se déplaçant lentement

Grandes surfaces et magasins

0,38 à 0,5 m/s

Sensation de déplacement d'air important

Installations industrielles et usines où l'ouvrier est en mouvement

0

à 0,08 m/s

Réactions observées en fonction de la vitesse résiduelle de l'air

La fourniture d ’air frais pour la ventilation d ’un local n’entraîne en principe qu’un mouvement très faible de l’air. Le confort est donc directement lié à la qualité de la diffusion de l’air dans la pièce, afin d ’assurer une vitesse réelle inférieure à 0,25 m/s au droit des occupants.

TJ

O c rj û VD O

Pour les températures de locaux comprises entre 21 et 24 °C, un déplacement d ’air à la vitesse de 0,5 à 1 m/s donne une sensation rafraîchissante confor table à des personnes assises n’ayant que de faibles activités. Mais lorsqu’on fournit un travail musculaire dans des endroits chauds, des vitesses d ’air de 1,25 à 2,5 m/s sont nécessaires pour apporter un soulagement. On produit parfois des vitesses plus élevées lorsque des hommes sont soumis pour de courtes périodes à une chaleur rayonnante intense. Ce mouvement d ’air sera obtenu à l’aide de ventilateurs.

tH

CM

(y) x: gi

>O Q .

U

L’effet rafraîchissant ressenti peut être exprimé en fonction de la dim inution de la température de l’air qui donnerait le même effet rafraîchissant en air calme. 18

2.3 Confort et vitesse de Tair

Cas pratique C o m m e n t calcu le r la vitesse d e l'air d ans un local d e d im e n sio n s 10,00 m x 5,00 m

X

15,00 m, d o n t l'air est ren o u velé toutes les dix m inutes (le taux

d e re n o u v e lle m e n t est é g a l à 6) p a r circulation transversale ?

Le volume de local est égal à : V = 10,00

X

5,00

X

15,00 = 750 m'

Le débit d'air est égal donc à : 0 = 7 5 0 x 6 = 4 500 mVh La vitesse de l'air est égale : Q 4 500 V = — = -------------- = 90 m/h = 0,025 m/s S 10,00x5,00

Le tableau 2.2 donne les valeurs extraites du Guide pratique de ventilation Woodsy valables pour des conditions moyennes d ’humidité et d ’habillement. Tableau 2.2

Vitesse de l'air et refroidissement équivalent

V itesse de l'air [m/s]

Refroidissem ent équivalent [°C]

0,1 ■a

O

0,3

c Q

^

KO I Ô §c rM

(y) -£ = en •— >CL O U

3« c cO

êg M

0,7 1,0 1,6

2,2

3,0 4.5 6.5

19

2, Le confort thermique

L’importance du mouvement d ’air nécessité pour obtenir un effet rafraîchis sant peut être évaluée dans une certaine mesure par l’expérience personnelle des vitesses extérieures de l’air. La sensation de fraîcheur produite par un vent léger soufflant par une fenêtre par une chaude journée est familière à chacun. La vitesse généralement désignée par « brise légère » est de l’ordre de 2,5 m/s. Le tableau 2.3 donne des vitesses des vents en m/s suivant l’échelle de Beaufort des vents. Tableau 2.3

Vitesse des vents suivant l'échelle de Beaufort

Force du vent à l'échelle Beaufort n°

"O O c n û «JD O

Nature du vent

V itesse du vent [m/s]

0

Calme

-

1

Air léger

1,5

2

Brise légère

3

3

Brise douce

5

4

Brise modérée

7

5

Brise fraîche

9

6

Brise forte

11

7

Vent modéré

13

8

Vent frais

15

9

Vent fort

18

1 0

Grand vent

2 1

11

Tempête

28

1 2

ouragan

45

tH

rsl

(y)


CT

‘s_ >. Q. O U

2.4.1 Estimation du niveau d'habillement Le niveau d ’habillement des occupants est caractérisé par une valeur rela tive, exprimée en « cio », l’unité d ’habillement. Voici quelques valeurs dans le tableau 2.4.

20


Tableau 2.4

Valeurs de cio pour différents habillements Habillement

Tenue vestim entaire

0

Nu Short

0,1

Tenue tropicale type (short, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes légères et sandales)

0,3

Tenue d'été légère (pantalon léger, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes légères et chaussures)

0,5

Tenue de travail légère (chemise de travail en coton à manches longues, pantalon de travail, chaussettes de laine et chaussures)

0,7

Tenue d'intérieur pour l'hiver (chemise à manches longues, pantalon, pull-over à manches longues, chaussettes épaisses et chaussures)

1,0

Tenue de ville traditionnelle (complet avec pantalon, gilet et veston, chemise, chaussettes de laine et grosses chaussures)

1,5

2.4.2 Évaluation du niveau d'activité Le tableau 2.5 illustre les diverses valeurs du métabolisme pour diverses acti vités. Tableau 2.5 "O O c n

Valeurs de cio pour différents habillements

A ctivité

û

1X5 5 c3 O rsJ tï @ i CJl ^ 'î~ c îr ® >• c O

c

O

2

U

y

W/m2

met

Repos, couché

45

0 , 8

Repos, assis

58

1 ,0

Activité légère, assis (bureau, école)

70

1 ,2

Activité légère, debout (laboratoire, industrie légère)

95

1 ,6

Activité moyenne, debout (travail sur machine)

115

2 , 0

Activité soutenue (travail lourd sur machine)

175

3,0

21


2.5 Indicateurs et plages de confort 2.5.1 Détermination des zones de confort thermique Le corps hum ain possède un mécanisme de régulation qui adapte ses pertes de chaleur aux conditions thermiques de l’ambiance. Ce mécanisme d ’autorégulation laisse apparaître une zone où la variation de sensation de confort thermique est faible : c’est la zone dite de confort thermique. Il existe donc pour chaque situation une plage de conditions confortables. Cette plage se représente soit graphiquement sur des diagrammes psychrométriques, soit au moyen d ’un indicateur unique regroupant les 6 paramètres cités plus haut. À cet effet, l’indice de vote moyen prévisible (PMV) est utilisé et le pourcentage prévisible d ’insatisfaits (PPD) est calculé.

5.5 %

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Comfort (485 h) Sun Shading of Windows (0 h) High Thermal Mass (0 h) High Thermal Mass Night Flushed (0 h) Direct Evaporative Coolong (0 h) Two-Stage Evaporative Cooling (0 h) Natural Ventilation Cooling (0 h) Fan-Forced Ventilation Cooling (0 h) Internal Heat Gain (0 h) Passive Solar Direct Gain Low Mass (0 h) Passive Solar Direct Gain High Mass (0 h) Wind Protection of Outdoor Spaces (0 h) Humidification Only (0 h) Dehumidification Only (0 h) Cooling, add Dehumidification if needed (0 h) Heating, add Dehumidification if needed (0 h)

Enthalpie h (kJ/kg)

028

024

-

.020

016 t3

012 TJ

O c =3 Q I O

5.5 % Comfortable Hours using Selected Strategies (485 out of 8760 h)

.008

Comfort Zones Show ;

Summer Clothing on right.

(N

Winter Clothing on left

.004 CT

>O Q.

10

U

15

20

Température (°C)

Plages de confort pour une activité de bureau et un habillement d'été ou d'hiver, selon l'ASHRAE H a n b o o k o f Fu n d a m en tals C o m fo rt M o d e l, 2005 superposées au climat de Bruxelles.

Figure 2.6

22

£3


L’indice de vote moyen prévisible (PMV, Predicted Mean Vote) donne l’avis moyen d ’un groupe im portant de personnes qui exprimeraient un vote de sensation de confort thermique en se référant à l’échelle suivante : ► une valeur de PMV de zéro exprime une sensation de confort thermique optimale ; ► une valeur de PMV négative signifie que la température est plus basse que la température idéale ; ► réciproquement, une valeur positive signale quelle est plus élevée. On considère que la zone de confort thermique s’étale de la sensation de légère fraîcheur (-1) à la sensation de légère chaleur (+1), soit de -1 à +1 comme indiqué dans le tableau 2.6.

Tableau 2.6 +3

Chaud

+2

Tiède

+1

Légèrement tiède

0

TJ

O c =3 Q «XJ ^ O (N

^ T c3 tZ

(y) I

CTJ ir >■ O U

« O c % y

Etalement de la zone de confort

Neutre

-1

Légèrement frais

-2

Frais

-3

Froid

Le pourcentage prévisible d ’insatisfaits (PPD) donne, en fonction de l’indice PMV d ’une situation thermique précise, le pourcentage de personnes insa tisfaites par rapport à la situation. Connaissant PMV, la figure 2.7 perm et d ’évaluer directement PPD. Si par exemple, le PMV est de -1 ou +1, l’indice PPD montre que près de 25 % de la population n’est pas satisfaite. Pour ramener le PPD à une valeur maximale de 10 % (ce qui est généralement l’objectif à atteindre dans un bâtiment), le PMV doit se situer entre -0,5 et -f 0,5. Et pour une valeur 0 de PMV, soit un état de confort thermique optimal, il y a encore 5 % d ’insatisfaits.

23

2. Le confort thernnique

Figure 2.7

Détermination de l'indice PPD

2.5.2 Calcul du niveau de confort thermique Les mesures étant réalisées, le niveau d ’habillement et le niveau d ’activités étant connus, il est alors possible de déterminer où se situe la température opérative effective par rapport à l’optim um de confort.

TJ

O c rj û «JD O

De façon plus précise, des tableaux repris dans la norme donnent l’indice PMV en fonction de la vitesse relative de l’air pour un habillement et une température opérative donnés, lorsque l’humidité relative est de 50 %. Nous reprenons ci-après un exemplaire de ces tableaux pour la situation la plus fréquente en hiver. Dans celui-ci est mise en évidence (zone colorée) la zone de confort thermique pour un indice PMV situé entre -0,5 et -i-0,5, c’est-àdire pour 10 % d ’insatisfaits.

tH

CM

(y) ai >CL O U

24


Tableau 2.7

hab.H

Exemple de tableau donnant le PMV en fonction de la vitesse relative de l'air pour un habillement et une température opérative donnés

Temp.

PMV suivant la vitesse relative de l'air (m/s) Niveau d'activité M = 70 W/m^ <

18

0,5 été

1,0 hiver

"O O c n û

III

0,10

-2,01

-2,01

-2,17

-2,38

-2,70

2 0

-1,41

-1,41

-1,58

-1,76

-2,04

-2,25

-2,42

-

-

2 2

-0,79

-0,79

-0,97

-1,13

-1,36

-1,54

-1,69

-2,17

-2,46

24

-0,17

-

-0,36

-0,48

-

0 , 6 8

-0,83

-0,95

-1,35

-1,59

26

0,44

0,39

0,26

0,16

-

0 ,0 1

-

-

0 ,2 1

-0,52

-0,71

28

1,05

0,96

0,88

0,81

0,70

0,61

0,54

-0,31

-0,16

30

1,64

1,57

1,51

1,46

1,39

1,33

1,29

1,14

1,04

32

2,25

2,17

2,15

2 ,1 1

2,09

2,07

1,99

1,95

16

-1,18

-1,18

-1,31

-1,43

-1,59

-1,72

-1,82

-

18

-0,75

-0,75

-

-0,98

-1,13

-1,24

-1,33

-1,59

-1,75

2 0

-0,32

-0,33

-0,45

-0,54

-0,67

-0,76

-0,83

-1,07

-

2 2

0,13

0 , 1 0

-0,07

-0,18

-0,26

-0,32

-0,52

-0,64

24

0,58

0,54

0,46

0,40

0,31

0,24

0,19

0 , 0 2

0 , 8 6

0,79

0,74

0,70

0,57

0,50

0 , 2 0

2 , 2 0

0 , 8 8

0 , 0 0

0 ,1 1

2 ,1 2

-2,29

1 , 2 0

-0,07

26

1,03

0,98

0,91

n3 O fN %

28

1,47

1,42

1,37

1,34

1,28

1,24

1 ,2 1

1 ,1 2

1,06

^CT 1«

30

1,91

1 , 8 6

1,83

1,81

1,78

1,75

1,73

1,67

1,63

@I

■ c b-r- ®

>Ô U

c ê§ ^

25


Cas pratique. Dans un local de bureau où l'activité est légère et s'effectue en position assise, le métabolisme est de 70 W/m^ ou 1,2 met. Supposons la présence d'une per sonne en tenue d'intérieur pour l'hiver correspondant à un habillement de 1 cio. Les différentes mesures des paramètres physiques de l'ambiance donnent 20 °C pour la température de l'air, 19 °C pour la température moyenne de surface des parois, une humidité relative de 50 % et une vitesse de l'air de 0,15 m/s. La température opérative est donc de 19,5 °C. En se référant au tableau de la norme ci-dessous, on en déduit que l'indice PMV = -0,56. Pour cette dernière valeur, le graphe PPD/PMV donne une prévision de 12 % de personnes insa tisfaites par rapport à l'ambiance thermique du local. Dans le cas de la détermination de la température d'ambiance optimale, l'ob jectif est de déterminer la température opérative optimale qui correspond à l'indice PMV = 0. Ensuite, la zone de confort thermique peut alors être établie pour un pourcentage de personnes insatisfaites donné.

■a

O c D Û kD O 1— 1

rsl

ai >CL O

19,8

22 °C

U

Figure 2.8

26

24,2


En reprenant les mêmes hypothèses, la norme donne un indice PMV = 0 pour une température opérative optimale de 22 °C. En admettant un écart de 1 °C entre Tair et Tpgrois fce qui n'est pas beaucoup), la température de l'air sera optimale pour 22,5 °C ! En admettant 10 % d'insatisfaits (PMV compris entre -0,5 et +0,5), la tempé rature opérative varie de 19,8 °C et 24,2 °C. Soit pour la température de l'air : une zone de confort thermique de 4,4 °C, allant de 20,3 °C à 24,7 °C (zone de couleur gris foncé du tableau). Autrement dit, en hiver, dans un bureau bien isolé {Târois élevées), on admettra un confort basé sur une température d'air de 20,5 °C. Mais si la température des parois est faible (simples vitrages, par exemple), il faudra apporter un air à 21, voire 22 °C pour assurer le confort. La zone théorique de confort étant déterminée, la sensation de confort peut aussi être influencée par d'autres éléments comme l'état de santé, l'âge ou l'état psychologique de l'individu. Dans chacun de ces cas, il faudra admettre une température d'ambiance différente qui peut être située hors de la zone de confort thermique. De plus, la qualité ou « chaleur » humaine qui entoure l'individu participe à la sensation de confort ou d'inconfort. Enfin, la possibilité d'une intervention personnelle sur les caractéristiques de l'ambiance de son lieu d'activité est importante si on veut éviter tout sentiment de frustration ou d'enfermement et donc d'inconfort.

2.5.3 Confort au niveau des pieds ■a

O c D Q kû Ô rs] @

^ ^ R 3 tï I

CJl ^ I & I

U

y

Bien que dans les échanges therm iques, les pertes par contact (conduc tion) soient négligeables (< 1 %), une problématique courante réside dans le fait qu’avec certains types de plancher, on aura froid aux pieds et non avec d ’autres. On admet en général que, pour un pied non chaussé, une tempéra ture de contact inférieure à 26 °C soit désagréable. Lorsqu’un objet à une température est mis en contact avec un objet à une température 02, la surface de contact se m ettra à une température comprise entre les deux précitées.

27

2. Le confort thernnique

Le tableau 2.8 donne les relations permettent de calculer la température de contact (0^) entre le corps hum ain et quelques matériaux. Tableau 2.8

Température de contact 0^. entre le corps humain et quelques matériaux ( 6 est la température initiale du matériau) M atériaux

Acier

0^ = 2,1 + 0,93 •0

Béton

0c = 10,6 + 0,65-0

Bois

0c = 19,4 + 0,35-0

Tapis

0c = 27,5 + 0,08-0

Ainsi, si on touche un objet en acier dont la tem pérature est inférieure à - 2,2 °C, la température de contact sera inférieure à 0 °C. Ceci explique pour quoi, si en période de gel, des enfants touchent avec la langue un garde-corps de pont en acier par exemple, celle-ci adhérera par le gel. Il ressort de la relation 0^ = 27,5 H- 0,08-0, que pour toutes les températures courantes, un tapis est suffisamment chaud aux pieds. De même, un plancher en bois ne fera généralement pas l’objet de plaintes pour autant que la tempé rature de surface ne descende pas sous 19 °C. Par contre, un revêtement de sol en béton ou en dalles ne sera chaud aux pieds que si la température est au moins de 24 °C. C’est pourquoi ces types de planchers font souvent l’objet de plaintes auxquelles on ne peut remédier que par la pose d ’un tapis ou l’installation d ’un système de chauifage par le sol. Conseiller d ’isoler, à sa face inférieure, un plancher en matériau pierreux afin d ’augmenter le confort du pied est généralement peu judicieux. Quelle que soit l’isolation, des températures superficielles de 24 °C ou plus ne peuvent être atteintes qu’avec une température de l’air de 27 °C, ce qui crée par ailleurs un certain inconfort.

•a

O c =3 Q tH

O rsj (y) 03 ‘s_ >. O Q .

U

28

Le transfert thermique

Un transfert de chaleur qu'il convient d'appeler transfert ther mique ou transfert par chaleur est un transit d'énergie sous forme microscopie désordonnée. Deux corps ayant la même température sont dits en « équilibre thermique ». Si leur température est différente, le corps le plus chaud cède de l'énergie au corps le plus froid : il y a transfert thermique, ou par chaleur. L'étude des transferts thermiques complète l'étude de la thermo dynamique en décrivant la manière dont s'opère le transfert d'énergie. À la différence de la thermodynamique, la thermo cinétique fournit des informations sur le mode de transfert en situation de non-équilibre ainsi que sur les valeurs de flux de chaleur.

3.1 Les modes de transferts thermiques TJ

O c rj û «tJH D O

Le transfert de la chaleur peut s’effectuer de trois façons différentes : ► la conduction : la chaleur passe d ’un corps à un autre, par contact ;

(N

XI

gi

>O

► la convection : un corps qui se déplace emmène la chaleur qu’il contient. La quantité de chaleur ainsi transportée peut être importante, notamment dans le cas d ’un changement de phase ;

Q .

U

► le rayonnement : tous les corps émettent de la lumière, en fonction de leur température, et se font eux-mêmes chauffer par la lumière qu’ils reçoivent.

29

3. Le transfert thermique

3.1.1 La transmission de la chaleur par conduction Soit une barre métallique AB chauffée à son extrémité A. On remarque que la chaleur se transm et à l’intérieur du métal jusqu’à l’extrémité B avec contact : on dit que la chaleur est transmise par conduction.

Conduction

Figure 3.1

Exemple de transfert de chaleur par conduction

La transmission de la chaleur par conduction est calculée d’après la loi de Fourier par la relation : cond

= -vs.^ dx

► S : surface de l’élément considéré en m^ ; ► d0/dx : variation de la tem pérature par unité de longueur lorsqu’on se déplace dans la direction de propagation de la chaleur ; TJ

O c n O

► X : conductivité thermique du matériau exprimé en W/m.°C. Plus la conductivité thermique est élevée, plus les matériaux conduisent faci lement la chaleur. Au contraire les matériaux de faible conductivité thermique conduisent difficilement la chaleur et sont donc utilisés comme isolants.

O rvj x:

gi ‘s_ >. CL O

Cas d'un mur homogène

U

Expression du flux thermique par conduction

On considère un m ur plan homogène de section S et d ’épaisseur e composé d ’un matériau de conductivité thermique X.

30


O

Figure 3.2

Flux thermique à travers un mur homogène

L’équation de la température en fonction de x peut s’écrire sous la forme 0(x) = ax-\-b pour X = 0 => 0(0) = b = d^. pour x = e => 0(e) = ae-\- 0^j =0^^ ^ 0

—

Q (x)= ^—

0

d0 > —

a

0se - 0 SI

0 se„ „ -0 SI.

dx

On remplace dans l’équation, on obtient le flux thermique par conduction est égal :

to„d=--s-(e,-ej

TJ

O c rj û 1X5 T c3 O fN tï (y) I

CT 1 I Q- g O S

U

y

e

► (|)cond •

thermique par conduction dissipé à travers le matériau en W ;

► À : conductivité thermique du matériau exprimé en W/m°C ; ► e : épaisseur du matériau exprimé en m ; ► S : surface de l’élément considéré en m^ ; ► 0gj - 0gg : différence de température des températures superficielles inté rieures et extérieures en °C.

31


Expression de la résistance thermique par conduction

La résistance thermique par conduction d ’un mur plan homogène est égale au rapport de la différence de température et le flux : ( 0SI________ .- 0 )

e X -S

cond

► R : résistance therm ique par conduction d ’un m ur plan homogène en m" °C/W ; ► (|)cond •

thermique par conduction dissipé à travers le mur en W ;

► X : conductivité thermique du matériau exprimé en W/m°C ; ► e : épaisseur du matériau exprimé en m ; ► S : surface de l’élément considéré en m^ ; ► 0si - 0sg : différence des températures superficielles intérieures et exté rieures en °C.

Cas d'un mur composé de plusieurs matériaux Expression du flux thermique par conduction 0-

On considère un m ur constitué de plusieurs couches d ’épaisseurs différentes et de conductivités thermiques différentes qui sépare l’intérieur et l’extérieur. ■a

O c D Q kD O

0

Soient Ap A2 et A3 les conducti vités therm iques des différents m atériaux dont les épaisseurs sont respectivem ent et (figure 3.3).

rs]

6 2

ai >CL O U

Figure 3.3

Flux thermique à travers un mur composé

32


Le flux thermique par conduction peut s’écrire d’après le paragraphe précédent : 1 ^ cond

e,

s (V0SI. - 0se/ )

c,

X,

► (|)cond •

X,

thermique par conduction dissipé à travers le mur en W ;

► Ap A2, A3 : conductivités thermiques des différents matériaux constituant le m ur en W/m°C ; ► Cp ^2, ^3 : épaisseurs des différents matériaux constituant le m ur en m ; ► S : surface du m ur en m^ ; ► 65^ - Ggg : différence des températures superficielles intérieures et exté rieures en °C. Expression de la résistance thermique de conduction

D’après l’expression précédente du flux, on peut écrire que :

1 ^cond

e, ^1

s

e, K

( 0 .- 0 '

.SI

)

se '

\

S-(0.-0 )

^cond

^

SI

Si» /

^1 + ^2 + ^3

T3 O c 13 û

s - ('■eS I. - 0

^ cond

)

se Z

O (N

CT 1 T" ^ >■ C O

La résistance totale du m ur Rj= placées en série avec :

+ R + R^ puisque les résistances sont 2

2

U y ’

= — A

^

A

^3= — ' A

33


i^2’ ^3 sont les résistances thermiques des différentes couches constituant le mur. Renm "°C/W = ^ R

R total = y R couches ^

c

3.1.2 La transmission de la chaleur par convection Définition D une manière générale, la transmission de la chaleur par convection est due à la combinaison d ’un phénomène d ’écoulement d ’un liquide ou d ’un gaz et un phénomène thermique de chauffage ou de refroidissement (figure 3.4).

Figure 3.4

Transmission de la chaleur par convection

Dans le cas d ’un convecteur électrique, par exemple, la convection est natu relle. La carrosserie constitue la cheminée de convection et la résistance électrique est l’élément chauffant situé en partie basse de l’appareil. La diffu sion de l’air réchauffé se fait par le haut. Lorsque la convection est forcée l’air est «tiré» ou pulsé par une pompe ou un ventilateur. L’élément chauffant est bien entendu disposé dans le flux d ’air.

■a

O C D Q kD O

rs]

(S) ai >• CL O

Si on chauffe l’eau par le bas dans une casserole, l’eau chaude devenue plus légère monte naturellement, cédant la place à une eau plus froide, chauffée à son tour. C’est la naissance de ce courant (ou flux) appelé phénomène de convection.

U

34


Expression du flux par convection Le flux de chaleur par convection est donné par la loi de Newton par la rela tion :

(b =/2 • s - ( a - e j ► (|)conv •

thermique par convection exprimé en W ;

► 5 : surface de l’élément considéré en m^ ; ► 01 - 02 ' différence des températures intérieure et extérieure en °C ; ►

: coefficient de transm ission therm ique par convection exprimé en w/m^ °C et qui dépend de : > la vitesse de circulation du fluide, > l’écart de température (0^ - 0^ ), > la nature du fluide.

Dans le cas d ’une paroi d ’une construction, il existe deux coefficients de transmission thermique par convection : ► fZj : coefficient de transmission thermique par convection entre la tempé rature de l’air intérieur du local 0j et la température de la face interne de la paroi 0gj ; ► /ig : coefficient de transmission thermique par convection entre la tempé rature de l’air extérieur du local 0g et la température de la face externe de la paroi On définit ainsi la résistance therm ique d ’échange superficiel intérieur exprimé en (m^ °C/W) :

•a

O c

13

Q ^ 13 (N ^ ©

h

O

x:

ÇJ) % & U

-

^ I I y

La résistance therm ique d ’échange superficiel extérieur exprim é en (m"°C/W) : r.SI =

35


Extérieur

-5°C

20 °C

Intérieur

Figure 3.5 ■a

O

Coefficients d'échange superficiel intérieur et extérieur par convection sur une paroi

c

Z3

Q «'rH JD O

On admet conventionnellement que les résistances thermiques d ’échanges superficiels intérieurs llh-^ et extérieur l/h^ ont les valeurs données dans le tableau 3.1.

rsl

(y) x:

ai >Q. O

3.1.3 La transmission de la chaleur par rayonnement Condition de rayonnement d'un corps

U

À la température du zéro absolu, les électrons ne peuvent se déplacer : ils sont prisonniers des atomes. Par contre, tous les corps matériels, dont la tempéra ture est supérieure à 0 K, sont capables d ’émettre de l’énergie sous forme de rayonnement et d ’en échanger entre eux. 36


Tableau 3.1

Valeurs des résistances thermiques d'échange superficiel selon EN ISO 6 946-1 (Source : maison-en-conception.fr)

Paroi en contact avec : L'extérieur Un passage ouvert Un local ouvert

Paroi en contact avec : Un autre local chauffé ou non chauffé Un comble, un vide sanitaire.

1/h¡ + 1 /h .

VH,

1 /h ,

0,13

0,04

0,17

0,11

0,11

0,22

0,10

0,04

0,14

0,09

0,09

0,18

0,17

0,04

0,21

0,17

0,17

0,34

Paroi verticale Inclinaison > 60^ Flux horizontal

Paroi horizontale Inclinaison < 60° Flux ascendant

•a

O c 13 Q ^ O (N

Flux descendant

xz

ai

>Q. O U

37


Un corps à la température T émet des ondes de plusieurs fréquences diffé rentes, et la répartition de cette énergie dépend de la température du corps. La quantité d ’énergie émise est liée à la température.

Transfert de chaleur par rayonnement Le rayonnement est un mode d ’échange d ’énergie par émission et absorption de radiations électromagnétiques. L’échange thermique par rayonnement se fait suivant le processus : ► émission : il y a conversion de l’énergie fournie à la source en énergie élec tromagnétique ; ► transmission : la transmission de cette énergie électromagnétique se fait par propagation des ondes avec éventuellement absorption par le milieu traversé ;

Température T.

Température

T.

► réception : à la réception, il y a conversion du rayonnem ent électrom agnétique incident en énergie thermique (absorption).

Température ambiante T

On peut expliquer le phénom ène global du rayonnement de la façon suivante. Considérons un m ur de Surface S surface S dont les deux faces sont respectivem ent m aintenues aux Figure 3.6 Transmission de températures et Tg. On suppose chaleur par rayonnement d'un mur que seule la surface située à droite échange de la chaleur par rayonne ment avec le milieu ambiant à la température T

TJ

O c rj û «JD O tH

CM

(y)

D’après la loi de Stefan, le flux de chaleur échangé par rayonnement entre les deux surfaces peut s’écrire :

xz

oi >• Cl O

(!)„,, = e - a - S- (r/- r;)

U

► c|)j.^y : flux thermique par rayonnement exprimé en W ; ► S : surface d ’échange en m^ ;

38


► a : constante de Stefan-Boltzmann égale à : 5,67 10"^ W/m^K^ ; ► Tg : température de la surface du m ur en Kelvin K ; ►

: température ambiante en Kelvin K ;

► 8 : facteur d ’émission ou émissivité du matériau. Le tableau 3.2 donne quelques valeurs du facteur d ’émission de quelques matériaux pour une température de 300 K. Tableau 3.2

Valeurs du facteur d'émission 8

M atériaux

Facteur d'émission c

Acier inox

0,25

Cinnent

0,96

Brique

0,75

Béton

0,93

Liège

0,93

Cuivre poli

0,05

Pierre

0,93

Cas pratique On

co n sid ère une p la q u e ch auffante d e form e circulaire en cuivre p o li

ch au ffé e à la te m p éra tu re 100 °C . -a

O c D Û kO O

C o m m e n t calcu le r le flux th erm iq u e ém is p a r ra y o n n e m e n t p a r la surface d e la p la q u e d e d iam ètre D = 50 cm

?

1— 1

rsl

(y)

On utilise la formule = e -c 7 -S -r

CT

‘s_ >. O Q .

U

ó ray

= 0 ,0 5 x5 ,6 7 10'^ X

71 X 0,5^ X

(100 + 273)" =10,77 W

39


Cas pratique P o u r ch au ffer une p iè ce , on utilise un rad iate u r cylin d riq u e d e d iam ètre D = 2 cm e t d e lo n g u e u r L = 0,5 m. C e rad iate u r rayo nne co m m e un corp s n o ir e t é m e t une p u issan ce d e 1 kW. O n n é g lig e les é c h a n g e s p a r c o n v e c tion e t co nd u ctio n . C o m m e n t calcule-t-on la tem p é ra tu re 6 du rad iate u r ?

Soit T la température absolue du radiateur (7= 0 + 273) et chauffée.

Tq celle

de la pièce

Si on néglige la chaleur absorbée par le radiateur, ce qui est possible lorsque T » Tq, la seule puissance prise en compte est celle émise par rayonnement thermique. Elle a pour valeur : ray = e - o - S - T ' '

8 : émissivité de la surface, est égale à 1 car le radiateur rayonne comme un corps noir ; S du radiateur égale à ttD^/4 ; a constante de Stefan-Boltzmann vaut 5,67 10-s W/m2.K4). On obtient : T = 864,4 K soit 0 = 591,4 °C.

Échange de chaleur par rayonnement entre deux surfaces TJ

Corps noir

O c

U

Q

Un corps noir est défini comme étant une surface idéale qui absorbe tout le rayonnement qu elle reçoit. Le soleil peut être considéré comme un corps noir dont la température de surface est proche de 5 800 K.

i- H

O rvj

(S) gi "s_ >Q. O

Le facteur d ’émission pour un corps noir 8 = 1 Corps réel ou gris

U

L’émission d ’un corps réel ou gris est toujours inférieure à celle du corps noir.

40


Expression du flux par rayonnement

Le flux transmis par rayonnement peut être calculé en introduisant un coef ficient de transmission thermique par la relation suivante : t,y= K -s-{T ,-T ,)

► ►

: flux thermique par rayonnement exprimé en W ;

: surface d ’échange en m^ ;

S

► Tj : température la plus chaude en °C ; ► T : température la plus froide en °C ; 2

► hj. : coefficient de transmission thermique par rayonnement exprimé en (W/m^ °C) et déterminé par la relation suivante : h

►

=4-e*a-T^

: température moyenne déterminée par l ’expression suivante : _ T, ■‘l -\-Z

Tm =

Cas pratique C o m m e n t calcule-t-on le flux d e ch a le u r p a r ra y o n n e m e n t entre les deux surfaces p ara llè le s d 'u n e b o îte d e therm o s lo rsq ue l'une à la tem p éra tu re 100 ° C e t l'autre à la te m p é ra tu re 20 ° C ? S a c h a n t q u e : £-1 = £2 ^ 0,01 ; S = 600 cm^ TJ

O C rj

û ^

1X5 Ô fN

5 c3 tz

Le flux de chaleur par rayonnement entre les deux surfaces du thermos est égal à :

(y) I

■§5 T" >. Q . O U

t ^ cO s y C

fay = h r - S - ( T l - T 2 )

O r: h^=4-e-(j-T^"=4x0,01x5,67 10*® x

7373 + 293^

= 1,4510-'‘W/m^K

Donc : = h, •S (T, - T j) = 1,45 10'“ X 0,06

X

(373-293) = 6,96 10"" W

41

3. Le transfert thernnique

Le rayonnement solaire à travers un vitrage Facteur solaire d'un vitrage

Le facteur solaire FS d ’un vitrage permet de caractériser les performances solaires d ’une fenêtre et sa capacité à contrôler le passage du rayonnement solaire au travers du vitrage.

E x té r ie u r I n té r ie u r

Figure 3.7 TJ

O c =3 Q «JD O

Répartition de l'énergie solaire sur un vitrage simple (RE : Réfléchi ; TE : Transmis ; AE : Absorbé)

tH

Q uand un rayonnement solaire frappe un vitrage, une partie de celui-ci est réfléchie, une partie est transmise directement au travers du vitrage et une partie est absorbée par le vitrage. La partie absorbée par le vitrage est ensuite partagée en une partie qui est réémise par le vitrage vers l’intérieur et une partie réémise vers l’extérieur. Le facteur solaire du vitrage est défini par la fraction du rayonnement solaire qui rentre à l’intérieur du bâtiment au travers de la fenêtre sur le rayonnement incident.

CM

(y) x:

OJ

>. O Q .

U

42


E x té r ie u r I n té r ie u r

Vitrage absorbant

XJ

O c rj û ^ Ô

Vitrage réfléchissant

C 3

«N

CT i ■g. I Ô s2 U

y

Figure 3.8

Répartition de l'énergie solaire sur différents types de vitrage

Vitrage à basse émissivité

Une couche faiblement émissive déposée sur une des faces internes d ’un double vitrage permet d ’arrêter l’énergie dans les longueurs d ’ondes situées dans l’infrarouge tout en laissant passer celles du spectre visible. Cette couche, de métal noble déposée au moment de la fabrication du verre, abaisse fortement l’émissivité de la surface de verre. 43


"în té rie u r

20 °C

"^v itra q e • 16

°c

1 Gaz argon 2 Couche peu émissive pour annéliorer l'isolation 3 Face extérieure du vitrage 4 Face intérieure du vitrage

Figure 3.9

Vitrage à basse émissivité

Choix du vitrage

Le choix du vitrage dépend du coefficient de déperdition thermique U^. Plus le chiffre est faible, meilleure est la performance du matériau. Rappelons que pour une fenêtre dont le coefficient est de 1,6, il faut produire 1,6 W de chaleur par m^ pour compenser la différence de tempéra ture de 1 °C entre l’intérieur et l’extérieur. Tableau 3.3

■a O c

Valeurs de quelques coefficients de déperdition thermique selon le type de vitrage

n û kO 1— 1 O

CM

Type de vitrage gi

>CL O

Distance entre verre (mm)

Coefficient de déperdition therm ique (W/m^K) V itrag e isolant classique

V itrage à isolation renforcée (IRT)

Argon

2

verres non traités

12

2,9

2,7

2

verres non traités

16

2,7

2,6

Argon

U

verre basse énnissivité

12

1,7

1,3

verre basse énnissivité

16

1,4

1,1

1

1

44


3.2 Le flux thermique à travers une surface Le flux therm ique à travers une surface S est déterm iné par l’expression suivante :

► (|) : flux thermique à travers une surface exprimé en W ; ► U : coefficient de déperdition thermique surfacique exprimé en W/m^ °C ; ► S : surface d ’échange en m^ ; ► Gj : température intérieure exprimée en °C ; ► 02 : température extérieure exprimée en °C.

3.2.1 Coefficient de déperdition thermique surfacique U Le coefficient de déperdition surfacique d ’une paroi exprime la quantité de chaleur passant par seconde à travers 1 m^ de matériau stable pour une différence de température entre les deux ambiances de 1 °C. Son unité est le W/m^°C. Il est déterminé par l’expression suivante : U

1 1

1

1 c

—+ — + > — h. /2.

r + r+

► U : coefficient de déperdition thermique surfacique exprimé en W/m^ °C ; ► /ij : coefficient de transmission thermique intérieur par convection exprimé enW /m "°C ;

■a

O c D Q kû Ô rsJ @

^ K 3 tï I

► e : épaisseur de la paroi exprimée en m ; ► X : conductivité thermique du matériau exprimé en W/m °C ;

CJl

ir ® c Ô -S § > -

U

► hç : coefficient de transm ission therm ique extérieur par convection exprimé en W/m^ °C ;

y

►

: résistance therm ique d ’échange superficiel intérieur exprim é en m "°C /W ;

► Tg : résistance therm ique d ’échange superficiel extérieur exprimé en m "°C /W ; ► R j : résistance thermique de la paroi exprimée en m^ °C/W.

45


Mur en béton non isolé

0,14

R mur =

= 0,082

A 1,7* Résistances d'échanges superficielles

= 0,17

R (m 2 .K /W ) = 0 , 2 5 * A béton = 1,7W/{m2.K) A Coefficient de transmission thermique

0 ,2 5

en partie courante

= 4 W /m 2 .K

Mur en béton, isolant laine de verre, parement en plâtre

R plâtre -

= 0,021

A

0,46*

R laine « GR 32 100 mm » R mur Résistances d'échanges superficielles

= 3,15 = 0,082 = 0,17

R (m 2 .K /W ) = 3 , 4 2 * A plâtre =0,46 W/(m^.K) A Coefficient de transmission thermique

T. -O O c U Q CD O rM

Figure 3.10 gi

>O Q.

U

46

Uc =

3 ,4 2

en partie courante

= 0 ,2 9 W /m 2 .K

Exem ples de calculs de coefficient de déperdition thermique


3.2.2 Évolution de la température à l'intérieur d'une paroi La tem pérature à l’intérieur de la paroi va décroître proportionnellement à la résistance thermique de chaque composant de cette paroi. Supposons une température de 20 °C à l’intérieur de la maison et -10 °C du côté extérieur, soit une différence totale de température de 30 °C. Pour illus trer notre calcul, nous représentons ci-contre un m ur avec la composition suivante : ► un plafonnage de plâtre de 1 cm d ’épaisseur de conductivité thermique X = 0,5 W/mK ; ► des blocs de béton pleins de 20 cm d ’épaisseur de conductivité thermique X = 2 W/mK ; ► des blocs de Néopor de 20 cm d ’épaisseur de conductivité therm ique X = 0,031 W/mK ; ► un crépi de 1 cm d ’épaisseur sur la face extérieure du m ur de conductivité thermique X = 0,5 W/mK. 1

^—

Crépi K = 0,5 W/mK

■a O c n û ^

Extérieur (-10 °C)

1 20

20

Blocs de Néopor

Blocs pleins de béton

Â3= 0,031 W/mK R = 6,45 m^K/W

2,0 W/mK

Plâtre = 0,5 W/mK

Intérieur (20 °C)

R = 0,10 m^K/W

fN « CT ^ ‘l*-T O ^ >• c Q = O -2 U

y

Figure 3.11

Exem ple de paroi constituée de plusieurs éléments

Il faut donc calculer la résistance thermique de chacun de ces composants pour connaître la courbe des températures à l’intérieur de ce mur.

47


Concrètement, si un matériau est conducteur (ou avec une conductivité ther mique \ élevée : le béton dans notre exemple), il présentera une résistance faible. Si au contraire un matériau est isolant (conductivité thermique À faible, tel que le Neopor), sa résistance thermique sera importante. Ainsi, la résistance thermique R est le rapport de l’épaisseur e d ’un matériau divisé par le coefficient de conductivité thermique Xde ce matériau :R = e / \ ; La résistance thermique totale d ’une paroi est bien sûr la somme des résis tances thermiques de chacun des composants de cette paroi. N.B. : Les résistances thermiques d ’échange superficiel R^ et R^ sont négligées dans notre calcul parce quelles ont très peu d ’incidence sur le résultat ainsi que par souci de simplicité. R j = R^

R 2 + R^ + R^

e, Xj ^

0,01

0,2

R^ = - — -h — ^ 0,5

2

X2

c,

e.

X3

X4

0,2

0,01 ^ + ^ — = 6,59 m^K/W 0,031 0,5

Puisque le flux est constant, on peut écrire que le flux total par conduction entre la température intérieure et la température extérieure est égal au flux par conduction dans les différentes couches : ■a O c

^

D

^ cond

i

Û

UD 1— 1 O fM

^ cond1

s ( e ,-e .) = i s . ( e , - e . , ) ^ ^ (2o+io)="'® 6,59

0,01

e,2 = 19,91 °c

sDz1 >• O

►

Q .

< |)c o n d = < f' cond2

u

i - s (e ,-0 .) = ^ s (e„-e..) 023 =19,45 °C

48

(20+10)=

( 2 0 - 0 ,)

3,2 Le flux thermique à travers une surface

^

^ cond

^ cond3

-f-s-(e,-0j=^-s-(e,3- 03j Fi,

e,

— •(20 + 10) = — -(19,45-03,) 6,59 0,2

^ 0 3 ,= - 9 ,9 1 ° C

De cette façon, on a déterminé les températures à l’entrée et à la sortie de chacun des composants du m ur et on peut dessiner à l’échelle la courbe des températures comme présenté en figure 3.12.

TJ

O c rj

Figure 3.12

Courbe des températures traversant la paroi

û

T Ô c3 fN tï

® I CT 1 I O. g O ê U y

49

"О

о с гз

Û »X)

1 -Н

о rsj х:

ст

>. о .

о

и

Les déperditions thermiques

Les déperditions thermiques possibles pour une maison passent • par la toiture en contact avec l'extérieur ; • à travers les murs ; • par le plancher bas ; • à travers les portes et les fenêtres ; • par renouvellement d'air et les fuites ; • au niveau des ponts thermiques.

Air renouvelé et fuites : 20 à 25 %

Toiture ; 25 à 30 %

■a O c 3 Q kO O fN (y) 7 -i

Fenêtres : 10 à 15% Murs : 20 à 25 %

^ ^ § 12 -ï Plancher bas : 7 à 10 %

CT c^ •p sT

>•

Ponts thermiques 5 à 10%

O

c

Q- g O -S U y Parois

Renouvellement d'air

Liaisons structurelles' et ponts thermiques;

Déperditions dans le bâtiment non isolé

Figure 4.1

Répartition en % des déperditions de chaleur pour une maison individuelle 51

4. Les déperditions thermiques

4.1 Les ponts thermiques 4.1.1 Définition d'un pont thermique Un pont thermique est une partie de l’enveloppe du bâtiment où la résis tance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par une absence ou une réduction locale de l’isolation thermique. Les ponts therm iques en traîn en t des déperditions de chaleur supplé mentaires par rapport aux déperditions à travers les parois du bâtiment. Dans un bâtim ent non isolé, les ponts therm iques rep ré sentent de faibles déperditions (en général inférieures à 15 %) car les déperditions totales par les parois sont très élevées. En revanche, dès lors que les parois sont fortem ent isolées, le pourcentage de d ép e rd i tions dû aux ponts thermiques devient im p o rtan t. Il est de plus de 30 %. Mais, les déperdi Figure 4.2 Perte de chaleur à travers un pont thermique tions globales sont très faibles. Les principaux ponts thermiques d ’un bâtiment se situent aux jonctions des façades et planchers, façades et refends, façades et toitures, façades et plan chers bas. Au niveau des percements (portes, fenêtres, loggias...), il s’agit de ponts ther miques structuraux. Ces ponts thermiques sont plus ou moins importants selon la constitution des parois, si elles sont isolées ou non.

"O O c =3

Q tH

O

et La photo par caméra infrarouge montre les ponts thermiques des pignons pij du m ur de refend qui apparaissent clairement.

(N

x: gi ‘s_ >CL O

Les déperditions de chaleur dues aux ponts thermiques linéaires sont quan tifiées par un coefficient linéique exprimé en Watt par mètre et par Kelvin (W/(m.K)). Plus 'P est grand, plus les pertes de chaleur à travers le pont ther mique sont importantes.

U

52

4.1 Les ponts thermiques

Figure 4.3

Les ponts thermiques des pignons et du mur de refend

4.1.2 Les différents types des ponts thermiques Il existe deux grands types de ponts thermiques : ► les ponts thermiques des liaisons : ils se trouvent à la jonction de deux parois de l’enveloppe du bâtiment ; ► les ponts therm iques intégrés : une paroi est presque toujours consti tuée de plusieurs composants assemblés entre eux par collage, vissage ou assemblage mécanique. Si leur conception n’est pas correcte, ces assem blages représentent autant de petits ponts thermiques intégrés au système, d ’où leur appellation de ponts thermiques intégrés ou liés aux systèmes de parois ou d ’isolation. "D O C

13

Q t

H

O

CM

xgiz >• O Q.

U

4.1.3 Traitement d'un pont thermique Les ponts thermiques ne sont pas une fatalité et il est possible de les combattre pour éliminer ou au moins limiter au maximum leurs eifets. Les solutions pour lutter contre les ponts thermiques sont les suivantes : ► les efforts à la conception : en privilégiant une conception empêchant les ponts thermiques structurels, on peut éliminer une bonne partie des déperditions sur ce poste ; ► le choix des matériaux et le recours à Tisolation répartie : les matériaux à isolation répartie sont des matériaux qui remplissent à la fois la fonc tion de structure porteuse et d ’isolation. Par commodité, les structures à

53


ossature bois sont également considérée comme des matériaux à isolation répartie. En effet, ce mode constructif permet de s’affranchir des ponts thermiques structurels et parfois, si cela est suffisamment réfléchi, des ponts thermiques intégrés ; ► Tisolation par l’extérieur : elle permet de minimiser les ponts thermiques (surtout en collectif ou sur les maisons à étage) pour les refends et les plan chers intermédiaires. De plus ce procédé permet de conserver l’inertie ; ► Tutilisation de rupteur de ponts thermiques : en assurant la continuité verticale de l’isolation au niveau des liaisons entre dalles, refends ou balcons et la façade ils permettent d ’éliminer une grande partie des déper ditions sur ces jonctions. En rénovation, le mur de refend a été désolidarisé du m ur extérieur et la nouvelle jointure est réalisée avec de la brique alvéo laire volcanique isolante.

4.2 Les déperditions thermiques d'un local chauffé Les déperditions thermiques d ’un local chauffé sont calculées par la relation :

► D l : déperditions thermiques du local exprimées en W/°C ; ► dp : déperditions thermiques de parois exprimées en W/°C.

4.2.1 Les déperditions thermiques d'une paroi Les déperditions thermiques d ’une paroi sont divisées en deux groupes : ■a O c

► déperditions thermiques surfaciques : elles représentent les déperditions de la chaleur à travers les surfaces ;

3 Û ktO H O

► déperditions thermiques linéiques : elles représentent les déperditions de la chaleur entre la liaison de deux éléments.

(N

(y) 4 -1

JZ

ai >O

Les déperditions therm iques d ’une paroi peuvent être déterminées par la relation suivante :

Q .

U

dP

^

a - U,-s (e) ’

(e)

^

VTU/'(61,62) ' ^• //'(e,,62) '^

► a : coefficient qui tient compte des effets de certaines conditions de bord ; ► [/(é) : coefficient de déperdition thermique surfacique de l’élément consi déré exprimé en w/m^ °C ; 54


► ►

: surface de l’élément considéré exprimée en m^ ; : coefficient de déperdition therm ique linéique entre les deux éléments exprimé en w/m °C ;

► /(é

: longueur de la liaison entre les deux éléments exprimée en m.

Les valeurs des coefficients a sont données dans le tableau 4.1. Tableau 4.1

Valeurs du coefficient a

Paroi verticale en contact avec le sol (mur d'un local chauffé, enterré)

2/3

Paroi horizontale en contact avec le sol (sol d'un local chauffé, enterré)

1/3

Paroi jouxtant un local non chauffé (garage, remise, cave)

2/3

Paroi en contact avec l'extérieur (cas général)

1

4.2.2 Le coefficient de déperdition thermique surfacique

U

Le coefficient de déperdition surfacique d ’une paroi est déterm iné par l’expression suivante : 1

U 1 k

± h.

1 y A X.

R.+R-\-R.

Pour les portes et les fenêtres, on peut utiliser le tableau 4.2 . Tableau 4.2 ■O O c n Q ^ ^ O

Valeurs du coefficient U pour les portes et les fenêtres

Description

Menuiserie

coefficient U (W/m2°C) sans volets

coefficient U (W/m2°C) avec volets

CM

fenêtre simple vitrage

(y)

DI ^

~

bois

5

3,7

métal

5,8

4,2

bois

3,3

2,6

métal

4,0

3,1

bois

3,1

2,5

métal

3,9

3,0

c

ir >• n ^ O êg U y

double vitrage (5 à 7 mm air)

double vitrage (7 à 9 mm)

55

4. Les déperditions therm iq ues

Tableau 4.2

Valeurs du coefficient U pour les portes et les fenêtres (suite)

Description

porte opaque

porte simple vitrage

porte double vitrage

coefficient U (W/m2°C) sans volets

coefficient U (W/m2°C) avec volets

bois

3,5

-

métal

5,8

-

bois

4,5

-

métal

5,8

-

bois

3,3

-

métal

4,8

-

M enuiserie

La résistance thermique pour une lame d ’air est donnée par le tableau 4.3. Tableau 4.3

Valeurs des résistances thermiques de lames d'air non ventilées en (m2°C/W)

Épaisseur de la lame d'air (mm)

TJ

Flux ascendant

Flux horizontal

Flux descendant

0,00

0,00

0,00

0,11

0,11

0,11

0,13

0,13

0,13

0,15

0,15

0,15

O c 3 Û kD O

15

0,16

0,17

0,17

25

0,16

0,18

0,19

(S)

50

0,16

0,18

0,21

ai >CL O

100

0,16

0,18

0,22

0,16

0,18

0,23

rsl

U

56


4.2.3 Le coefficient de déperdition thermique linéique 'F Le coefficient de transmission thermique linéique moyen 'F du pont ther mique dû à la liaison de deux parois, dont lu n e au moins est en contact avec l’extérieur, ne peut excéder les valeurs indiquées dans le tableau 4.4. Valeurs maximales de 4^ pour différents types de bâtiments

Tableau 4 .4

Type de bâtim ent

Coefficient 4^ maximal en W/m.k

Maison individuelle

0,65

Autres bâtiments à usage d'habitation

1

Bâtiments à usage autre que d'habitation

1,2

Coefficient de déperdition linéique 'F pour les liaisons des murs avec les portes et les fenêtres Le tableau 4.5 donne les valeurs de W pour les différents cas. Tableau 4.5

Valeurs des coefficients de déperdition linéique 4^

C as de figure

Formule de 4^

M enuiserie au nu intérieur \l,=

n OX P

' (W/m°C) 1.25-hR

=Ÿ —

/•=1

TJ

O c 3 Û kO T t

int

H

O

3

M enuiserie au nu extérieur

(y) I

-c O) ‘r“ >O U Q .

3 c n ê y

ext

xt/^

1 AX P

' ^ (W/m°C) 1.25-hR

c

m

/=1

«

nt

57


Coefficient de déperdition linéique T pour les liaisons des murs avec les planchers et les autres murs Deux parois identiques composées de mêmes matériaux Tableau 4.6

Valeurs des coefficients de déperdition linéique NK indiquées dans les règles Th-U ponts thermiques RT 2005 Cas de figure

Formule de ^

\\f = 0,2 X U X e

«1 ◄---- ►

avec :

t

i

e=

©1 + ©2

2

'î ◄

—

ei

U=

►

U. +U^

Deux parois différentes ¡'une d'entre elles constituant l'angle Tableau 4.7

Valeurs des coefficients de déperdition linéique NK indiquées dans les règles Th-U ponts thermiques RT 2005 Formule de NK

Cas de figure

0,2 X e int

0 ,2 + R, X

TJ

O c rj

avec :

û

«JD O t

©=

H

i

CM

x: OJ

©1 -K©2

ext

◄-----►

>. C O U

/=1

l

58


Cas d'angle constitué par un poteau en béton armé Tableau 4.8

Valeurs des coefficients de déperdition linéique 4^ indiquées dans les règles Th-U ponts thermiques RT 2005 Formule de ^

Cas de figure

\j/ = 0,45 X e avec :

e=

+02

4 .2 .4 Les déperditions therm iques des sols Sol sur terre-plein Le pont thermique inclut toutes les déperditions thermiques par le sol. Cellesci se calculent en multipliant ^ par le périmètre L du terre-plein : 0 3 „ ,= V

►

^

: déperditions thermiques du sol exprimées en W ;

► 4^ : coefficient de déperdition thermique linéique exprimé en W/m°K ;

TJ

O c rj

► L : périmètre du terre-plein exprimé en m.

kû T Ô c3 «N

La valeur H* dépend :

û ^

► du niveau du plancher par rapport au sol extérieur ; OJ « 'E c§ O S

U

► de la résistance thermique de l’isolant et de sa pose en périphérie ou sur toute la surface.

^

59


R isolant identique

Plancher bas

=0 Terre-plein Plancher bas

Terre-plein

Figure 4.4

Déperditions thermiques par le sol

Sol sur vide sanitaire, cave ou local non chauffé Dans ces cas, les déperditions thermiques dues au sol comprennent les déper ditions surfaciques et les déperditions linéiques : Aol =U-S-\-\\f-L TJ

O c rj

► DgQi : déperditions thermiques du sol exprimées en W ;

û

► U : coefficient de déperdition thermique surfacique exprimé en W/m^ °C ;

«JD O t

H

► S : surface d ’échange en m^ ;

CM

(y)

► ^ : coefficient de déperdition thermique linéique exprimé en W/m °C ;

x: OJ

► L : périmètre du terre-plein exprimé en m.

>O Q .

U

60


4.3 Les déperditions thermiques par renouvellement d'air 4.3.1 Définition La ventilation assure le renouvellement sanitaire (apport d air frais, évacua tion des odeurs, etc.) nécessaire à la bonne santé de l’occupant. Elle peut être assurée : ► soit naturellem ent via des orifices d ’amenée d ’air frais et de rejet d ’air vicié ; ► soit mécaniquement, par des bouches de pulsion et d ’extraction. Par contre, les infiltrations d ’air dans un bâtiment sont dues à des différences de pression engendrées soit par le vent, soit par l’écart entre les températures intérieure et extérieure, et sont rendues possibles par les défauts d ’étanchéité de l’enveloppe. L’air extérieur introduit dans le bâtim ent doit être porté à la tem pérature intérieure de confort, que ce soit par réchauffement (en saison de chauffe) ou par rafraîchissement (en été). La figure 4.5 illustre les problèmes d ’infiltrations d ’air qui résultent de para mètres externes ou internes ainsi qu’à une mauvaise étanchéité à l’air du bâti. Ventilation inadaptée Fuites

Fuites

TJ

O c =3 Q ^ (O T O 3c (N tZ CT ‘ïT ir >« Ô U

Ventilation inadaptée

I O c s2 2

Figure 4.5

Les problèmes d'infiltration d'air dans les locaux 61


4.3.2 Calcul des déperditions therm iques par renouvellem ent d'air Les déperditions thermiques par renouvellement d ’air sont calculées par la relation suivante : ^ R = ‘îv p

► ►

C'p

: déperditions thermiques par renouvellement d ’air exprimées en W/K ; : déhit volumique d ’air dans l’espace chauffé exprimé en m^/s ;

► p : masse volumique de l’air = 1,2 kg/m^ ; ► Cp : capacité calorifique massique de l’air à la pression constante = 1 006 J/kg.k. Or p - Cp = 0,34 Wh/m^K est la capacité therm ique volumique de l’air. La relation devient alors :

D^=0,34q, Le calcul du débit d ’air dans l’espace chauffé q^ se fait en fonction du système de ventilation considéré. 4.3.3 La ventilation naturelle On suppose que l’air introduit a les caractéristiques thermiques de l’air exté rieur. Dans le calcul, on va prendre la plus grande des deux valeurs suivantes : ► ^vinf • débit d ’infiltration d ’air dû au passage d ’air à travers les fissures et les joints de l’enveloppe du bâtiment exprimé en m^/h ;

XJ

O !Z 3

► q^ : débit d ’air m inim al requis pour des raisons hygiéniques exprimé en m^/h :

û

1— 1

O

rs]

ai

i v i n f — ^ m in ' ^ 1

>CL O

►

U

. le taux de renouvellement en air extérieur exprimé en [h"^] donné dans le tableau 4.9 en fonction du type du local.

62


Tableau 4.9

Valeurs par défaut pour

Type du local Pièce habitable (par défaut)

0,5

Cuisine ou salle de bains avec fenêtre

1,5

Bureau

1,0

Salle de réunion, salle de classe

2,0

► ►

: volume du local exprimé en m^ ;

: débit d ’infiltration introduit par le vent et le tirage thermique sur l’enveloppe du bâtiment calculé par la relation suivante : inf “

’ ^50 ■^ ‘ ^

► Vj : volume du local exprimé en m^ ; ► T|5Q : taux horaire de renouvellement d ’air résultant d ’une différence de pression de 50 Pa entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment, y compris l’effet des entrées de l’air ; ► e : coefficient d ’exposition du local chauffé ; ► £ : facteur correctif de hauteur. Tableau 4.10 Taux horaire de renouvellement d'air

en fonction du degré d'étanchéité à l'air de l'enveloppe du bâtim ent (qualité des joints de fenêtre et porte) Construction Élevé (Joints de haute qualité)

Moyen (Fenêtre à double vitrage, joints normaux)

Bas Fenêtre à simple vitrage, pas de joints)

M aisons individuelles

<4

4 -1 0

> 10

A utres logem ents ou bâtim ents

<2

2 -5

>5

TJ

O c CJ Û ^ kO

T -i

T

O §
tï

(y )

1

•*=: O ■& i Cl

i c

O -U i

63


Tableau 4.11

Coefficient d'exposition e du local chauffé.

C lasse d'exposition

e

Site non abrité (bâtim ents en zone ventrée, bâtim ents de grande hauteur en centre ville)

0

0,03

0,05

Site m odérém ent abrité (bâtim ents en com pagne protégés par des arbres ou par d'autres bâtim ents, banlieues)

0

0,02

0,03

Site trè s abrité (bâtim ents de taille moyenne en centre-ville, bâtim ents en forêt)

0

0,01

0,02

Tableau 4.12

Facteur correctif de hauteur e

Hauteur de l'espace chauffé au-dessus du sol (du centre du local au niveau du sol) 0

-1 0 m

1,0

> 10 - 30 m

1,2

> 30 m

1,5

4.4 Calcul et dimensionnement des radiateurs La puissance des radiateurs pour une installation de chauffage se calcule par pièce et selon la taille de la pièce il faut prévoir un à deux radiateurs afin que la chaleur soit homogène. Le calcul dépend des conditions extérieures notam ment la température minimale de la région en hivers. La puissance des radiateurs dépend évidemment du volume des pièces, de la température souhaitée mais aussi beaucoup de l’isolation de l’habitation. Pour un chauffage basse température (chauffage au sol par exemple), la puissance doit être plus élevée d’environ 20 %.

TD O c

13

û

O (N

>. CL O

4.4.1 Calcul de la puissance nécessaire dans un local

U

La puissance émissive des radiateurs doit être égale aux déperditions du local qui sont calculées par la formule suivante : D éperditions = Coef

64

x V x [T - T ]


► ►

► ►

y : volume du local en

;

: température ambiante de confort en °C ; Tg : température extérieure de base en °C ;

: coefficients choisis en fonction des normes d ’isolation lors de la construction des maisons données dans le tableau 4.13. Tableau 4.13

Valeurs de üât Type des maisons

2

maison ancienne sans isolation

1,5

Maison ancienne avec isolation

1,1

Maison d'après 1990

0,9

Maison RT 2000

0,8

Maison RT 2005

0,6

Maison avec une très bonne isolation

0,4

laison bioclimatique

4.4.2 Régim e de tem pérature d'eau Pour choisir un radiateur, il faut adapter sa taille à la température d ’eau fournie par l’équipement. En effet la puissance effective d ’un radiateur dépend de la température de l’eau qui y circule. Il existe plusieurs régimes de température : ► 90/70 (haute température - ancienne chaudière) ;

TJ

O c rj Û kû T Ô K

► 80/60; ► 75/65 (basse température - nouvelle chaudière - norme EN 442) ;

3

rs j

tï

(g) I

en >•

c

Q- g O s

U

y

► 35/27 (très basse température - chauffage surfacique). Selon la norme européenne EN 442, un équipement de chauffage (chaudière, radiateur ou batterie de chauffage) est dimensionné en régime « 75/65 ». Cela signifie que si on choisit un radiateur de 2 000 W dimensionné en régime 75/65, l’eau entre dans le radiateur à 75 °C, quelle cède 2 000 W de chaleur pour un local à 20 °C, et sort avec une température de 65 °C.

65


Figure 4.6

Régime 76/65

Basée sur la norme EN 442, la puissance thermique nominale des radiateurs est déterminée en chambre d ’essai avec un AT définit comme suit : ^ r j -1

Tentrée de l ,’eau + T sortie de l ’eau

75 + 65

^ ambiante

20 = 50°C

La variation de la puissance thermique d ’un radiateur avec un AT différent de 50 °C peut être évaluée à partir de formule de calcul suivante : R

=

ni.3

50 ► Pg : puissance chauffage du radiateur à installer (Déperditions majorée de la surpuissance si nécessaire) sans tenir compte du régime de température du fluide chauffant et de la température ambiante ;

■a O c

D Q kD O

► Pg^ : puissance corrigée du radiateur équivalente sur la base d ’un AT de 50 K (valeurs indiquées généralement dans les catalogues des fournisseurs de radiateurs) ;

rsl

(y) xz

► 1,3 : valeur de l’exposant prise par défaut. Sinon il est préférable de prendre celle indiquée par le fabricant ;

ai >Q. O

U

► AT : différence de température entre la température moyenne de l’eau dans le radiateur et la température ambiante du local.

66

4,4 Calcul et dimensionnement des radiateurs

C as pratique On considère un salon et une chambre d'une maison (RT 2005), dans lesquels nous souhaitons ins taller un radiateur à eau chaude dans chacune d'elles. Nous souhaitons obtenir des températures de confort qui sont de 20 °C pour le salon et 18 °C pour la chambre.

Fig ure 4.7

Plan des locaux

Calcul des déperditions ^bat ^

(maison RT 2005)

Température extérieure de base = -5 °C Déperditions salon = 0 , 8 x [6 , 0 0 x 4 ,0 0 x 2 ,8 0 ]x [ 2 0 - ( - 5 ) ] = 1344 W Déperditions chambre = 0 , 8 x [5 ,0 0 x 2 ,5 0 x 2,8 0]x [1 8 - ( - 5 ) ] = 644 W Nous prendrons un coefficient de sécurité de 20 % pour une installation clas sique, on obtient alors : Déperditions salon = 1 344 W + 20 % = 1 620 W ■O O c U û

UD

Déperditions chambre = 644 W + 20 % = 780 W

Régime de température d'eau

1—H

O

CM

On choisit un régime d'eau 75/65, on obtient alors :

(y) 75-^65

SI

CTI >O

'^"^salon

- 2 0 = 50°C

Q .

U

Â T' chambre

^

IO = -

52°C

67


Salon

Chambre

AT = 50 °C

AT = 52 °C

Puissance du radiateur = 1 620 W

Puissance du radiateur = 780 W

Aller

Aller

75<=

75° 70°

70°

1620 W

^

780 W 65°

65°

Retour 20°

W '

Retour

18°

Volume = 67,2

Volume = 35 m^

Choix du nnodèle des radiateurs Il existe plusieurs épaisseurs, hauteurs et longueurs de radiateurs fonte ou acier. Pour déterminer les dimensions d'un radiateur fonte, il faut tous sim plement mesurer, sur plan ou physiquement, l'emplacement défini pour ce dernier. Le tableau suivant pris à partir de la fiche technique du fournisseur permet de choisir le modèle de radiateur en fonction des dimensions et de AT.

TJ

O c rj

Hauteur sans pied mm

Largeur éléments mm

Epaisseur éléments mm

Poids Kg

Contenance en eau 1

Emission W AT = 50 °C

Emission W AT = 52 °C

480

65

65

3,09

0,56

53,8

57,2

630

65

65

3,77

0,68

65,4

68,6

780

65

65

4,44

0,82

84,0

87,5

900

65

65

5,02

0,92

97,4

100,4

480

65

102

4,07

0,71

75,5

79,5

630

65

102

5,15

0,87

95,3

99,1

780

65

102

6,24

1,06

115,0

120,1

900

65

102

7,14

1,18

132,0

135,8

480

65

142

5,22

0,92

93,6

97,4

630

65

142

6,62

1,13

119,0

123,9

780

65

142

8,02

1,36

144,0

149,2

900

65

142

9,17

1,53

165,0

169,6

285

65

223

5,16

0,93

79,8

78,5

S2

û

UD tH

O

CM

(y)

S3

x: gi

>O Q .

U

[

S4

S6

68


65

102

65

102

142

142

102

65

M

142

142

102

üa

S2

S3

S4

223

S6 Fig ure 4.8

Dimensions des radiateurs

Pour notre exemple, nous choisirons des radiateurs en fonte à façade plane. Pour le salon, nous prendrons une hauteur de 780 mm (modèle S3). Pour la chambre où le radiateur sera sous une fenêtre, nous en prendrons un radiateur d'une hauteur de 630 mm (modèle S2). ■a O c

Nombre d'éléments d'un radiateur

13

û

,- 1

O § (N V, (y) I

Le nombre des éléments du radiateur est déterminé en fonction de la puis sance à installer et de la puissance d'un élément du radiateur donnée dans le tableau ci-dessus :

CT «

I

& Ia

Nsalon

U

Nchambre

1620 117,8

= 13,75 ; 14

780 75,2

= 10,37 ; 12

P_„,^ = 14 X 117,8 = 1 649,2 W

P _ , „ , = 12 X 75,2 = 902,4 W

69


Débit des radiateurs Pour déterminer le débit des radiateurs, il faut exprimer la puissance en kilocalories sachant que : P

_ (kCal/h)

Q salon

' (W) 'I 'l é

(kCal/h)

1 649,2 1,16

1422

Xetcur-Talle,

7 5 -6 5

10

902,4 1,16

778

7 5 -6 5

10

(kCal/h)

Q salon

X e tc u , - T a lle r

= 142,2 L /h ;1 4 3 L/h

= 77,8 L /h ; 78 L/h

Volume d'eau du radiateur Pour déterminer le volume d'eau du radiateur, il faut connaître le volume d'eau d'un élément à partir du tableau fournisseur, on aura donc : Vd'eau du radiateur

Md'eau du radiateur salon

Vd'eau d'un élément ^ l^élément

= 1 ,0 1 6 x1 4 = 14,224 litres

Md'eau du radiateur chambre

= 0,685 X 12 = 8,22 litres

Diamètre du tube d'alimentation du radiateur ■a O c

Les diamètres d'alimentation du radiateur sont donnés dans le tableau suivant en fonction du débit :

Q LD

O fN

Débit

x:

Diamètre tube cuivre

Oi >. Q . O

De 0

à 90

12x1

l/h

De 90

à 150

14x1

l/h

De 150

16 X 1

Le diamètre des tubes acier sera équivalent au diamètre de la robinetterie

U

70

à 200

l/h


Pour le salon, nous avons trouvé un débit de 143 l/h donc d'après de tableau nous choisirons un diamètre d'alimentation de 14 x 1 (les raccords seront de 1/2" - 14). Pour la chambre, nous avons trouvé un débit de 78 l/h donc d'après de tableau nous choisirons un diamètre d'alimentation de 12 x 1 (les raccords seront de 3 /8 "- 12). D iam ètre de la tuyauterie d'alim entation principale Pour calculer le diamètre de la tuyauterie d'alimentation principale, il faut commencer par calculer le débit d'eau par la relation suivante : Q ^ AT

= 1421,5 + 777,58 ^ ^29 L/h = 6,11 .IQ-^rriVs 7 5 -6 5

O r la section du tube (pour une vitesse moyenne de 0,5 m/s) est calculée par la formule suivante :

V

or

d=

0,5 m/s 4 x 1 ,2 2 .1 0

i4 x S 71

V

-4

= 0,01247 m = 12,47 mm

71

d = 13 mm On choisit un tube de cuivre 16 x 1 ou un tube d'acier de 1/2" (15-21). Fixation des radiateurs TJ

O c a

û

LD

La fixation des éléments du radiateur est réalisée à l'aide des pieds amovibles comme indique la figure 4.9.

O

rs]

ai >CL O

U

71


TJ

O c rj

û

«JD O t

H

Figure 4.9

CM

(y) x:

OJ

>O Q .

U

72

Fixation des radiateurs


On obtient ainsi le schéma de raccordement suivant : Tube cuivre 12x1

Débit : 220 l/h Vitesse : 0,5 m/s

Figure 4.10

Schéma de raccordement

4.5 La conduction à travers les parois cylindriques 4.5.1 La conduction à travers la paroi d'un tube cylindrique

TJ O c C3 û

O § (N «

'E >- ë c CL c O -2

U

y

On considère un tube cylindrique de rayon interne et de rayon externe r2, 0] et 02 sont respecti vement les tem pératures des faces interne et externe du tube. La conductivité th erm iq u e du matériau constituant le tube est À. Figure 4.11

Conduction à travers la paroi d'un tube cylindrique 73


Le flux thermique qui traverse le tube de l’intérieur à l’extérieur est donné par la loi de Fourier par l’expression :

dr ► X : conductivité thermique du matériau exprimée en W/m.K ; ► S : surface du tube latérale de rayon r et de longueur L exprimée en m^ est égale à : vS= 27i-r-L Le flux s’écrit donc : (|) = - X ' 2 tc* r • L

dr

En intégrant l’expression de flux, on trouve l’expression 2 K ‘X ‘L (|) =

r

(0 1 - e j

Ln^

On définit le rayon moyen logarithmique :

Ln^

Ln^

On remplace dans l’expression du flux, on trouve

TJ

O c rj Q

2 tt•X •L • r

UD

( 9 .- 0 2 )

tH

O

CM

(y)

On définit la surface moyenne arithmétique :

x:

DJ

>Q. O U Ln^

74


On remplace dans l’expression du flux, on obtient l’expression suivante ^ = ^ ^ ( 6 ,- 0 ,)

La résistance thermique du tube est alors égale à :

C as pratique Un tube en acier 20/27 présente une température de la paroi interne 6-1 = 119,75 °C et celle de la paroi externe 62 = 119,64 °C. La conductivité thermique de l'acier est X = 46 W/m°C. -

Com m ent obtenir la résistance thermique du tube pour une longueur de 1 m ? Com m ent calculer le flux thermique qui traverse le tube de l'intérieur à l'extérieur ?

La résistance thermique du tube se calcule ainsi : P

_

g

________ ^

Ln'i

0,035 = o ,o o r c /w 0,035 2ti-1,460,135 Ln 0,1

■a

O c

13

û

O r\i (5)

Le flux thermique qui traverse le tube de l'intérieur à l'extérieur se calcule ainsi : s_

>. CL O

(j,=

U

(f^= M 0 W

_e^)=J_. (e^_0^)=_^(i 19,75_119,64) R.th

0,001

-s-(T,- 12 ) = 1,4510-"x 0,06

X

( 3 7 3 -2 9 3 ) = 6,9610-" W

75


4.5.2 La conduction à travers deux tub es cylindriques concentriques On considère deux tubes cylin driques concentriques de longueur L en contact parfait. La température est homogène sur chaque surface du tube. On considère aussi que le tube à une longueur L infinie afin de s affranchir des effets de bord (figure 4.10).

63

Soient : ► Oj : température de la face interne du tube 1 ; ► 02. température du contact entre les deux tubes ;

Figure 4.12

Conduction à travers deux tubes cylindriques concentriques.

► 63 : tem p ératu re de la face externe du tube 2 ;

► Xj et X2 : conductivités thermiques des tubes 1 et 2. La résistance thermique du tube n° 1 : ^

X.1 ■s""ml La résistance thermique du tube n° 2 TJ

O c 13 Q

D

^

À.2 • Sm2

O rsj

La résistance thermique totale : xz

OJ

>Q . O

R, = R,., + R,., = — ' “ X,1- Sm l.

U

On remplace dans l’expression du flux, on trouve : 1

H 1®1 ®3 76

^

X.2- Sm2


C as pratique Un tube en acier 20/27 présente une température de la paroi interne 0^ = 80,75 °C et celle de la paroi externe 02 = 80,05 °C. La conductivité thermique de l'acier est X = 46 W/m°C. Le tube est isolé par un manchon d'isolation flimagomme d'épaisseur 13 mm de conductivité thermique )^ = 0,1 W/m°C. La température de la face externe du manchon est égale à 25 °C.

-

Quelle est la résistance thermique du tube (pour une longueur de 1 m) ?

-

Quelle est la résistance thermique du manchon ?

-

Com m ent calculer le flux thermique correspondant ?

La résistance thernnique du tube est de : R tube

e

e

0,035

2 n - L - X - '^ ^

= 0,001 °C/W

2n-l00-XLn

0,135

0,1

La résistance thermique du manchon est de : R.manchon

e

e

0,035

2 ti -1,0 0 -0 ,1 L n i’ ■a O c û

to O

Ln

= 0,146 °C/W 0,148 0,135

Le flux thermique correspondant se calcule ainsi :

tH

fNJ

<1>= — (01 -03) = ____ ^ _____(80,75 -2 5 ) = 380 W R.

0,001 + 0,146

x: CTI 'l, >• O Q .

U

77


4.5.3 La conduction à travers une paroi sphérique On considère une sphère de rayon intérieur et de rayon externe r2- Les températures intérieure et extérieure sont respectivement Oj et 02

Figure 4.13

Conduction à travers une paroi sphérique

Le flux à travers une sphère de rayon intermédiaire r et d ’épaisseur dr est donné par l’expression suivante : (|) = -471 'X -

— dr

En intégrant le flux de la paroi intérieure à la paroi extérieure, on obtient 471*

r, - n _

(|> On définit la surface moyenne ■O a c n Û kD O CM

et l’épaisseur de la sphère e par : =47C-r,T,

e = r,-r,

(y)

On remplace dans l’expression du flux, on trouve

XI

CTI

S_-X

>-

(6 1 -6 2 )

Q .

O

U

78


La résistance thermique de la sphère est égale à n _

^

Cas pratique On considère une paroi sphérique en acier de conductivité thermique X = 45 W/m°C à ¡'intérieur de laquelle s'écoule un liquide à la température 80 °C. Le rayon extérieur de la sphère est égal à 40 mm. Le flux thermique à travers la paroi sphérique est égal à 4 071,504 W. Com m ent calculer le rayon intérieur de la sphère sachant que la tem péra ture extérieure est égale à 20 °C ?

Le flux thermique à travers la paroi sphérique est égal à : (|) =

4 ti •À• •T2 (01-02) = 4 071,504 W To -r.

Donc on obtient le rayon q :

h=

(|)-r2 4 k -X- r2(0i-02) + (|)

4 071,504x0,04 = 30 mm 4 tix 4 5 x 0 ,0 4 x (8 0 -2 0 ) + 4071,504

•a O c13 û (.0 ^ O

n3

rs l

(y) I

CT «

•C § >- c Ô -S g U

y

79

"О

о с гз

Û

»X)

1-Н

о rsj х:

ст >. о о .

и

L'hygrométrie

Lair atmosphérique est constitué de Tair sec et de Thumidité : Air humide = Air sec + Humidité. Les caractéristiques fondamentales de l'air sont les sept gran deurs suivantes : • la température sèche 85 en °C ; • la température humide 0^ en °C ; • la température de rosé 0^ . en °C ; • la teneur en humidité ou humidité absolue r en kg^g^lcgg^ ; • le degré hygrométrique ou humidité relative 4^ ou Hr en % ; • l'enthalpie spécifique h en kJ/kggs ; • le volume spécifique v en mVkggg. Ces sept grandeurs fondamentales peuvent être déterminées directement par simple lecture sur un diagramme appelé « dia gramme de l'air humide » ou « diagramme psychométrique » en connaissant deux paramètres.

T3

O c 3 û ^ 1X5 ^ O rsj CT i i O. g O -S

U

y

81

5. L'hygrométrie

5.1 Le diagramme de l'air humide (DAH) 5.1.1 Caractéristiques de l'air humide ► Température sèche notée 0s ou simplement 0 en °C : cette caractéristique peut être mesurée à l’aide d ’un simple thermom ètre dit « à bulbe sec ». C’est l’axe des coordonnées horizontales. ► Humidité absolue ou teneur en humidité notée r en : l’hum i dité absolue est aussi appelée teneur en eau de l’air représente la masse d ’humidité dans l’air. C’est l’axe des coordonnées verticales. ► Enthalpie spécifique notée h en kj/kg^^ : c’est la quantité de chaleur néces saire pour modifier de 1 °C la température de l’air. Certains diagrammes proposent en plus une échelle en kcal/kg^^ ► Humidité relative ou degré hygrométrique noté ou Hr en % : cette caractéristique représente le pourcentage d ’humidité dans l’air. La courbe extrême est la courbe de saturation où Hr = 100 %. ► Volume spécifique noté v en m^/kg^^. ► Température de rosée notée 0r en °C : c’est la température à laquelle il faudrait refroidir un air humide pour que la vapeur d ’eau commence à se condenser. ► Température humide notée 0^ en °C : c’est la température indiquée par un thermomètre dont le bulbe est recouvert d ’un coton mouillé et placé dans un flux d ’air (2 m/s) à l’abri de tout rayonnement. Autrement dit c’est la température à laquelle l’eau s’évapore dans l’air renouvelé.

5.1.2 Représentation des caractéristiques de l'air sur le diagramme

TJ

O c rj û «1— JD H O rs]

La figure 5.1 explique la détermination de caractéristiques fondamentales de l’air humide par le diagramme psychométrique. Un diagramme complet est fourni en annexe C.

gj

‘s_ >. CL

O

U

82

5.1 Le diagramme de l'air humide (DAH)

Air humide

Q.

O

U

83

5. L'hygrométrie

Cas pratique En plaçant sur le diagramme de l'air humide un point A qui représente un air dont les caractéristiques sont les suivantes : air A

Gh = 22 0 = 17 °C

On peut déduire les autres caractéristiques de l'air (voir le diagramme com plet en annexe C) : 0,

(°C) 33

0,

(°C) 17

h (kJ/kg. 65

22

r (k g /k g g j

v (mVkggs)

0,012

0,884

(% ) 38

En plaçant sur le diagramme de l'air humide un point B qui représente un air dont les caractéristiques sont les suivantes : air B

h = 90 kJ/kg33 r = 0,019 kg/kg^

On peut déduire les autres caractéristiques de l'air (voir le diagramme complet en annexe C) : 03 rc )

0, (°C)

41

24

h (kJ/kg. 28

90

r (kg/kg33)

v (mVkga3)

0,019

0,917

38

5.2 La diffusion de la vapeur d'eau dans les parois Lorsque le vapeur d ’eau contenue dans l’air se transforme en eau liquide, on dit qu’il y a condensation. La condensation est due au contact entre un air intérieur chargé en vapeur d ’eau et une paroi froide : l’air, qui est saturé en vapeur d ’eau, se transforme en eau sur cette paroi.

TJ

O c rj

Cl tH

O (N

La condensation touche particulièrement la cuisine et la salle de bain, deux pièces fortement chargées en vapeur d ’eau.

(y) x: gi

A ir e x té rie u r fro id

>Q.

O

U

A ir in té rie u r c h a rg é I en v a p e u r d 'e a u

Paroi

Ifro id e vitre

84

Figure 5.2

L'humidité interne à l'habitation.


On distingue deux formes de condensation : ► la condensation de surface de la paroi : elle provoque le gonflement et le décollement du revêtement ; ► la condensation interne à l’intérieur de la paroi : elle provoque la dim inu tion de la résistance thermique de la paroi car

5.2.1 La condensation de surface La condensation à la surface se fait lorsque la température de la surface de la paroi est inférieure ou égale à la température de rosé de l’air en contact de cette paroi. Exemple : le miroir d ’une salle de bains se couvre de buée quand une personne prend une douche chaude. Pour un air ambiant intérieur de 20 °C à 70 % d ’humidité relative, le point de rosée sur la surface interne de la paroi apparaîtra si la température de la paroi est < 15 °C (figure 5.3).

T. = 20 °C HR : 70 % é ^

i

^

^ à

à

20 °C ^

à

T paroi < 1 5 °C Point de rosée atteint et condensation

Exemple de condensation de surface

Figure 5.3

5.2.2 La condensation interne TJ

O c 3 Û ^ T ^ c3 O (N tZ

(y)

CTJ ir Ô U >■

« O s2 2

Lorsqu’une paroi est perméable à la vapeur d ’eau, il peut se produire de la condensation dans le cœur de la paroi. La migration de la vapeur d ’eau dans l’épaisseur d ’une paroi est due à la différence des pressions de vapeur partielles.

c

Te C ô té e x t é r ie u r fr o id

T.I C ô té in t é r ie u r chaud

La présence d ’une isolation th er mique entraîne de plus grandes différences de température dans les parois isolées ; la condensation va se former dans l’épaisseur des m até riaux du côté froid de la paroi mais pas dans l’isolation.

Exemple de condensation interne

Figure 5.4

85

5. L'hygrométrie

5.2.3 Comment empêcher la condensation de surface Les phénomènes de condensation de surface peuvent être facilement contrôlés. Le plus souvent il s’agit d ’un problème de défaut d ’isolation ou d ’une absence d ’isolation.

Exemple avant isolation Une paroi simple en béton de 14 cm d ’épaisseur et de conductivité thermique X = 1,7 W/m°C. Le calcul de la résistance totale de la paroi permet de définir le profil de tem pérature pour deux hypothèses (méthode graphique selon proportions des résistances thermiques de chaque composant de la paroi) : 0,14 i? = ÿ - ^ = 0,13 + 0,04 + — = 0,25 m ' °C/W 7 On détermine le profil de température pour les deux cas suivants : ► cas 1 : la température extérieure est égale à -10 °C ; ► cas 2 : la température extérieure est égale à -20 °C. T ^^^=- 1 0 °C (cas = - 2 0 °C (cas

T.int = 2 0 °C

->R,

H, = 70 %

(m2 K/W)

20 °C ■a

O c rj û «JD O CM

Text,

(5 )

Tsurface , = 4 ,5 °C '

Cas 1

tH

x: ai >CL O 4-1

Figure 5.5

Cas 2 = -1 0 ° C

Text, = - 2 0 ° C T surface ^ = -0,6 °c

Profil de température pour une paroi simple sans isolation

U

Le profil de tem pérature perm et de définir les tem pératures de surface intérieure pour les deux hypothèses : -0 ,6 °C et 4,5 °C. Les conditions de tem pérature intérieure (20 °C) et de tem pérature de surface intérieure

86


de paroi pour 70 % d ’humidité relative définissent une température de point de rosée pour toute température de paroi inférieure à 15 °C => il y a phéno mène de condensation dans les deux cas.

Exemple après isolation L’isolation va permettre d ’augmenter la résistance thermique de la paroi et faire augmenter la température de sa surface interne : La nouvelle composition de la paroi de l’intérieur à l’extérieur est la suivante : ► 1 cm de plâtre de conductivité thermique À = 0,47 W/m°C ; ► 10 cm isolant de conductivité thermique \ = 0,0317 W/m°C ; ► 14 cm de béton de conductivité thermique \ = 1,7 W/m°C. La résistance thermique totale de la paroi est égale : Д = У - ^ = 0,13 + 0,04 + - ^ + — + — = 3,423m^ °C/W 0,47 0,0317 1,7

T.int = 20 °C = 70 %

20 °C

TJ

O c rj û (.D T O rs] tï

Cas 1 T ext, = - 1 0 °C T surface ^ = 19°C

3

(g) I

Il CJl ^л ir O Q - 5 O 2 > -

U

Figure 5.6

Cas 2 T ext, = -20 °C T surface , = 19 °C

Profil de température pour une paroi avec isolation

c

y

Le nouveau profil de température de la paroi isolée montre que la température de surface intérieure est de 19 °C pour les deux cas => pas de phénomène de condensation.

87

5. L'hygrométrie

5.2.4 La diffusion de la vapeur d'eau à travers une paroi On considère une paroi d une construction qui sépare deux ambiances des pressions de vapeur et (figure 5.7). Extérieur

3,2 mm Hg Intérieur -10°C

HR 70 %

20 °C 15°C 10°C 5°C 0°C

8,75 mm Hg

Migration de vapeur d'eau

-5 °C -10°C

HR 50 %

Figure 5.7

Le sens de migration de la vapeur d'eau à travers une paroi

-a O c rj Q >X3

Les pressions de vapeur P^j et P^g sont calculées par les relations suivantes

1— H

o rM (y )

P. = P

4-1

SI

VI

gi

. X

VSl

100

>Q.

O u

Pve = P vse

X

100

► i|/j : degré hygrométrique de l’air intérieur exprimé en % ; ► \|/g : degré hygrométrique de l’air extérieur exprimé en % ;

88


►

: pression de vapeur d ’eau de l’air intérieur à la saturation exprimé en P a;

► P^gg : pression de vapeur d ’eau de l’air extérieur à la saturation exprimé en Pa. Les pressions de vapeur d ’eau à la saturation P^^- et P^^g sont données dans le tableau 5.1. Tableau 5.1 T em pé ra tu re ("C)

TJ

O c Û ^ 1X3 T Ô c3 fN t;

P. d e vapeur s a tu ra n te [Pa]

Pression de saturation en fonction de la température T em pé ra tu re ("C)


T em pé ra tu re

rc)


T em pé ra tu re

rC)


■29

42,17

-9

283,93

11

1 312,70

31

•28

46.73

-8

309,98

12

1 4 0 2 ,6 0

32

4 758,50

■27

51.74

-7

338,19

13

1 497,80

33

5 0 3 4 ,3 0

-26

57,25

-6

368,74

14

1 598,75

34

5 323,90

-25

6 3 ,2 9

-5

401,76

15

1 705,50

35

5 627,80

-24

69,91

-4

437,47

16

1 818,40

36

5 94 6 ,6 0

■23

77,16

-3

476,06

17

1 9 3 8 ,0 0

37

6

281,00

■22 ■21

85,10

-2

517,72

18

2 0 6 4 ,3 0

38

6

631,50

93,78

-

1

562,67

19

2 197,80

39

6

998,70

4 495,90

20

1 0 3 ,2 6

0

6 1 1,1 5

20

2 3 3 8 ,8 0

40

7 3 8 3 ,5 0

■19

113,62

1

657,10

21

2 487,70

41

7 78 6 ,3 0

■18

124,92

2

7 06 .0 0

22

2 6 4 4 ,8 0

42

8

2 0 8 ,0 0

■17

137,25

3

7 58.00

23

2 810,40

43

8

649,20

-16

150,68

4

813.50

24

2 985,10

44

9 110,70

■15

165,30

5

872.50

25

3 169,20

45

9 593,20

■14

181,22

6

9 35 ,3 0

26

3 363,10

46

10 097,60

-13

198,52

7

1 002,00

27

3 567,30

47

10 624,60

-12

217,32

8

1 0 72,80

28

3 782,20

48

11 175,10

-11

237,74

9

1 148,10

29

4 0 0 8 ,3 0

49

11 75 0 ,0 0

•10

2 5 9 ,9 0

10

1 2 2 8 ,0 0

30

4 2 4 6 ,0 0

50

1 2 3 4 9 ,9 0

(y) I

gi >Q. O

U

Tout comme la chaleur qui se déplace des zones à température élevée vers les zones à température plus basse, la vapeur d ’eau diffuse des zones à forte concentration en vapeur d ’eau vers les zones à faible concentration en vapeur d ’eau : on parle de diffusion de vapeur. La diffusion de vapeur se fait de la pression la plus grande vers la pression la plus faible.

89

5. L'hygrométrie

5.2.5 La perméabilité à la vapeur d'eau Le mouvement de diffusion de vapeur sera d ’autant plus im portant que le matériau constituant la paroi sera plus perméable à la vapeur, c’est-à-dire que son coefficient de perméabilité est grand. La perméabilité à la vapeur d ’eau d ’un matériau n, représente la quantité d ’humidité traversant une épaisseur d ’un mètre de matériau par heure pour une différence de pression partielle de 1 mm Hg (millimètre de mercure) entre ses deux faces. 7i

= g /m * h -m m Hg

1 m m de mercure (mm Hg) = 133,3 Pa La perméabilité à la vapeur d ’eau 7t représente aussi la quantité d ’humidité traversant une épaisseur d ’un mètre de matériau par seconde pour une diffé rence de pression partielle de 1 entre ses deux faces. 71 =

kg/m •s • Pa

Le tableau 5.2 donne quelques valeurs de perméabilité de différents m até riaux. T a b le a u 5 .2 M a té r ia u Verre, métal Air au repos (lame d'air)

Perméabilité de quelques matériaux n (k g /m .s .P a ) 0

210 • 10-‘'2

■O a c

Béton plein

1,6 • lo-i^

Q

Terre cuite sèche

1 ,3 • lo - i^

Plâtre

21 • 10-''2

Béton cellulaire sec

21 ■lO-i^

=3

tH

O rsJ

210 ■10-^2

CT

Laine minérale

Q .

Polystyrène expansé

3 ,5 • 10-12

Polystyrène extrudé

1,4 ■10-12

‘s_ >.

O

U

90

5 .3 Le flux de vapeur à travers une paroi

5.3 Le flux de vapeur à travers une paroi La quantité de vapeur d ’eau diffusant à travers une couche d’un matériau déterminé ne dépend pas uniquement de la perméabilité n du matériau mais aussi de l’épaisseur de cette couche et des pressions partielles de vapeur d ’eau intérieures et extérieures.

5.3.1 Le flux de vapeur à travers une paroi homogène Pour une paroi homogène, Le flux de vapeur tion suivante :

peut être calculé par la rela

K gO V = — x {P. - Pve ) avec : PVI > PV ^ VI ► ►

: flux de vapeur à travers une paroi homogène exprimé en kg/m^ •s ; : pression partielle de vapeur d ’eau de l’air intérieur exprimé en Pa ;

► P^g : pression partielle de vapeur d ’eau de l’air extérieur exprimé en Pa ; ► e : épaisseur de la paroi exprimée en m ; ► Tt : perméabilité de la paroi exprimée en kg/m •s •Pa.

Cas pratique U n e p a ro i en b éto n p le in

a une

é p a isse u r d e 20 cm . La p ressio n d e v a p e u r

ex térieu re e st d e 280 Pa e t la p ressio n d e v a p e u r in térieu re d e 1 320 Pa.

■O a c13 Û «JD O rs]

Q u e lle e st la va le u r du flux d e v a p e u r d 'e a u g^7

On a :

tH

xz

D3 >.

9v = - •

e

(Pvi-Pve)

avec: 71= 1,610

-12

1 Z 1 r)-'l2

g ,= —

Q .

O

0,20

•(1 320-280)

U

Le flux de vapeur d'eau est donc de ; g^

=8,3210”^kg/m^.s

91

5. L'hygrométrie

5.3.2 Le flux de vapeur à travers une paroi composite Pour une paroi composée de plusieurs couches homogènes, Le flux de vapeur peut être calculé par la relation suivante : 1 Sv

{P. - P ) avec : P > P

n

' V

I

VP /

VI

V

k=\ \ ^ J k

► ►

: flux de vapeur à travers une paroi composée exprimé en kgInP •s ; : pression partielle de vapeur d ’eau de l’air intérieur exprimé en Pa ;

► P^g : pression partielle de vapeur d ’eau de l’air extérieur exprimé en Pa ; ► e : épaisseur des différentes couches constituant la paroi exprimée en m ; ► TT: perméabilité des différentes couches constituant la paroi exprimée en kg/m -s-Pa.

Cas pratique Une paroi com posite est constituée de l'intérieur vers l'extérieur comme suit : -

-

1,5 cm enduit de m ortier de perm éabilité n = 1 ,5 -10~^^ kg/m-s- Pa ; 10 cm béton cellulaire de perm éabilité n = 21 ■10~^^ kg/m-s- Pa ; 8 cm polystyrène expansé de perm éabilité tj = 3,5 • 10~^^ kg/m -s-Pa ; 12 cm maçonnerie de briques de perm éabilité n = 11,5-10~^^kg/m -s- Pa.

À l'intérieur, l'humidité relative est de 50 % à 22 °C et à l'extérieur, de 70 % à -5 °C.

■O a c =3

Cl

-

yvH O (N

Com m ent obtenir les pressions de vapeur d'eau et P^g? Com m ent calculer la quantité de vapeur d'eau qui diffuse dans la paroi ?

Les pressions de vapeur d'eau

(y)

P^-,

et P^g se calculent ainsi :

x:

gi

P„ = P , , ^ = 2 644,8— = 1 322,4 Pa 100 100

>Q.

VI

O

VSI

U

Pve = pvse

92

^ QQ

= 4 0 1 ,7 6 ^ = 281,23 Pa 100


La quantité de vapeur d'eau qui diffuse dans la paroi s'obtient ainsi :

9. = V

1 n

/

_

\

avec : P^; >

ve

'V I

1 9v = 0,015

1, 510- '"

0,1 " ^ 2110 - '"

’^

0,08 3, 510-'^

0,12 ' ^ 11, 510-'^

(1 322,40-281,23)

Soit : = 2,1 610 ®kg/m^ • s

5.3.3 Le profil de pression de vapeur Le profil de pression de vapeur permet de déterminer les risques de conden sation à l’intérieur de la paroi, il est similaire au profil de température.

TJ

O c rj û 1X5 T ^

c

O O M tï3

®I CT 1 h>•r cO C O S l

U

c

Pour tracer le profil de ^ pression, on doit calculer les pressions partielles intérieure et extérieure P^j et Pê ainsi que les pres sions partielles aux droits des interfaces des diffé rentes couches.

P

P

P_

P

X LU

ns couche 3

C onsidérons une paroi com posite constituée de trois couches d ’épaisseurs et ^3 dont les coeffi cients de perméabilité sont respectivement tt^, X et 6 2

1

2

Figure 5.8

y

Paroi composite

On a :

g.

( P . - P ) avec : P > P \

VI

ve /

VI

Vi

ÈÎ-] 93

5. L'hygrométrie

La formule couches :

générale peut aussi être appliquée séparément à chacune des

n

Couche 1

6 vl

Couche 2

6 v2

Couche 3

s = — (P - P )

a

= - L . ( p

vl

- P

) ve'

p- = - - ( p v2 - P v \ ^)

^3 En régime stationnaire, on a :

Sv ~ Svl ~ Sv2 ~ Sv3 Nous pouvons en déduire Pyl

PV,, = P V. + -!-

P ’■ ^ 2

t[-]

Pv2 = p ve

(P ' Vl - P ve ^ )

avec : PVl. > Pve

(P .-P J

avec : PVl > Pve

t [ - ]

■O a c

5.3.4 Exemple complet

û

y£>

On considère un m ur isolé composé de l’intérieur vers l’extérieur comme suit :

O rsl @ xz

ai

► 1 cm de plâtre de conductivité thermique \ = 0,47 W/m°C ;

>Q.

► 8 cm de laine de verre de conductivité thermique X = 0,0333 W/m°C ;

O

U

► 14 cm de béton de conductivité thermique X = 1,7 W/m°C. La résistance thermique totale de la paroi est égale : P= 94

5 = 0,13 + 0,04 + 0,01 0,47 tr^ ,

0,08 0,0333

+

0,14 1,7

2,67m^ °C/W


La pression de vapeur d ’eau intérieure est de 10,5 ruruj^g et la pression de vapeur d ’eau sur la face extérieure est de 1,36 rnuip^g. On obtient le profil de température présenté en figure 5.9.

T em p ératu re intérieure 20 °C HR 60%

(m2 K/W)

Figure 5.9

Profil de température

Le profil des températures permet de déterminer les différents niveaux des pressions de vapeur saturante. On obtient les valeurs présentées dans le tableau 5.3. Tableau 5.3 Pressions de vapeur saturante 1 T e m p é r a tu r e °C

(m m H g)

Pvs ( P a )

■a O

c3 Û

O fN

20

17,53

2 338,8

S u r fa c e in te r n e

18,8

16,48

2 197,28

S u r fa c e p l â t r e / la i n e

18,5

16

2 133,28

S u r fa c e la in e /m u r

- 8 ,4 6

2,3

30 6 ,6 6

S u r fa c e e x t e r n e

-9 ,3 7

2 ,2

293,32

1,95

259,90

c

3

O

(y) .Z

£

1

O

c

O

ê ë

CD « ‘E °c

U

A ir i n té r ie u r

A ir e x t é r i e u r

-10

Les différents niveaux de pression de vapeur saturante sur chaque surface com posant la paroi perm ettant, après com paraison avec les pressions partielles de chaque élément de la paroi, de vérifier pourquoi et ou un phéno mène de condensation se manifeste dans la paroi. 95

5. L'hygrométrie

Pour déterm iner les pressions partielles de chaque élément de la paroi, on utilise le tableau 5.4. T a b le a u

5.4 Pressions partielles

e (m)

П (g /m * h * m m H g)

e /n

P lâ tr e

0 ,0 1

0 ,0 1

1

L ain e d e v e r r e

0,08

0,06

1,33

M ur

0,14

0 ,0 1

14

T o ta l (m ^.h.m m H g /g )

16,33

On obtient le profil des pressions présenté en figure 5.10. Profil de pression de vapeur d'eau

■a

O cD Û Ю 1—1 O ГМ ai >CL O

U

(T) Pression de vapeur d'eau intérieure

10,5 mnnHg 1,36 mmHg

Q)Pression de vapeur d'eau face externe Figure 5.10 96

Profil des pressions


À l’intersection des deux courbes de pression est délimitée une surface qui, hachurée sur la coupe de la paroi, constitue une zone de risque de condensa tion prévoir un pare-vapeur. Tableau 5.5 e (m ) P lâ tr e

0,01

Ajout d'un pare-vapeur TT (g /m .h .m m

Hg)

0,01

P a re-v a p e u r

135

L aine d e v e r r e

0,08

0,06

1,33

M ur

0,14

0,01

14

T o ta l (m ^.h.m m H g /g )

151,33

On obtient le profil des pressions présenté en figure 5.11. Profil de pression de

97

5. L'hygrométrie

Le pare-vapeur démontre bien son rôle de résistance à la diffusion de vapeur d eau. Dans ce cas, les profils de pression de vapeur n’ont pas d ’intersection et ne délimitent donc plus de zone de risque.

TJ

O c rj

û «JD tH

O

CM

(y) x: gi

>Q.

O

U

98

L'isolation thermique : le choix des matériaux

Lors d'un choix de matériau d'isolation, il est intéressant, dans une démarche d'écoconstruction, de ne pas limiter ses critères de choix aux seules performances thermiques du matériau. On doit utiliser de préférence des matériaux renouvelables ou abondants dans la nature, recyclables et recyclés, en prenant en compte leur écobilan.

6.1 Critères de choix d'un isolant 6.1.1 Démarche Le choix d ’un isolant devrait se faire sur base des critères suivants : ► Propriétés thermiques : elles sont généralement décrites par des notions telles que la conductibilité thermique (W/m^K). On parle aussi de l’effu sivité thermique (la racine carrée du produit de la masse volumique, de la conductivité thermique et de la chaleur spécifique du matériau). Elle représente la vitesse à laquelle la température de surface d ’un matériau varie, et donc sa capacité à accumuler et restituer de la chaleur. Cette gran deur est intéressante pour le cas des isolants massifs.

TJ

O c :3 Q KD

O

rs]

CJl ^

•c >- c§ Q - = O -S U

y

► Propriétés techniques : elles représentent le com portem ent au feu, la perméabilité à la vapeur d ’eau, le comportement à l’humidité, le type de mise en œuvre, la stabilité dans le temps, l’isolation acoustique, etc. ► Propriétés environnementales : impact énergétique de la production, du transport, risques pour la santé, maintenance, traitement en fin de vie (recy clage), etc. Ces propriétés sont identifiables par des données centralisées telles que les écobilans qui sont les résultats d ’analyse de différents impacts environnementaux relatifs aux produits de construction (les déchets, la toxi cité pour l’eau et les êtres humains, les émissions de gaz, etc.).

99

6. L'isolation thermique : le choix des matériaux

► Propriétés économiques : elles représentent le coût du matériau, de sa mise en œuvre et, selon le cas, de sa maintenance, en rapport avec le type d ’utilisation et les performances à atteindre.

6.1.2 Objectifs On peut classer les interventions allant dans le sens de l’écoconstruction en différents niveaux : ► Niveau proscrit : les isolants minces réfléchissants, les isolants organiques (polyuréthanes, etc.). ► Niveau m inim um (figure 6.1) : choisir, parm i les matériaux d ’isolation courants, ceux qui ont à performance égale le meilleur écobilan. Concrète ment, il faut éviter les mousses de polyuréthane, dans certains cas le verre

TJ

O c =3 Q tH

O (N XI

gi

>-

Q.

O

U

Figure 6.1

100

Exemple d'isolants traditionnels : laine de roche, laine de verre, verre cellulaire, perlite expansée

6.1 Critères de choix d'un isolant

cellulaire et le polystyrène extrudé. On leur préférera des laines minérales ou du verre cellulaire en respectant les consignes de sécurité lors de leur mise en œuvre. Niveau conseillé (figure 6.2) : choisir, pour les modes de construction traditionnels (isolation extérieure, isolation entre chevrons, etc.), des matériaux naturels renouvelables et à faible processus de transformation plutôt que des laines minérales, des laines animales ou végétales à base de cellulose, de fibres de bois, de liège, de lin, de chanvre ou d’herbe. Leurs performances thermiques sont de mieux en mieux documentées et leur écobilan plaide en leur faveur.

TJ

O c =3 Q (13 O 5 fN tZ ® I x: gi ‘s_ >Q. O U

Figure 6.2

Exemple d'isolants végétaux : cellulose, laine de chanvre en rouleau, panneau de liège expansé, laine d'herbe

► Niveau optim um (figure 6.3) : rem ettre en question le mode constructif de l’ensemble de la paroi, pour se diriger vers des solutions telles que les murs en terre-paille, en béton chaux-chanvre, en bois cordé. De très nom breux modes constructifs de ce type sont redécouverts aujourd’hui sous l’intitulé « isolants massifs » et donnent lieu à une réinterprétation contemporaine.

101


- - - . - T

Figure 6.3

Exemple de terre-paille en cours de chantier (à gauche) et de bois cordé (à droite)

6.2 Aspects techniques d'un isolant 6.2.1 Matériaux disponibles

■a

O c n Q k1—1D O CM

@ ai >-

CL

O

U

Figure 6.4 Exemples d'isolants classiques. De gauche à droite : mousse de polyuréthane, mousse de polystyrène extrudé, laine de roche, laine de verre. mousse resol

102


Il existe deux types d ’isolant classique : ► les isolants organiques : les polyuréthanes, polystyrènes et polyesters ; ► les isolants inorganiques : laines de verre et de roche. À côté de ceux-ci, il existe de nombreux types d ’isolation écologique qui sont à base de : ► cellulose (figure 6.5) : papier recyclé et/ou paille. Un traitement au sel de bore les protège des attaques d ’insectes, des champignons et du feu ; ■ /

Figure 6.5

■

Exemple d'isolants à base de cellulose. Cellulose en vrac et panneau à base de cellulose et de lin

► laines végétales ou animales (figure 6.6) : on trouve des panneaux en fibre de coco, de lin, de chanvre, d ’herbe, de bois ou en laine de mouton ; TO 3 c n û ^ 1X5 ^ c3 O fN

'

<^^.11•1

(y)

CT >s= hr cO >-

T" O

c

O

2

U

y

Figure 6.6

Noix de coco, chènevotte de chanvre et laine de chanvre

103


► minéraux (figure 6.7) : roche volcanique ou mica, comme la perlite et la Vermiculite ;

Figure 6.7

Perlite (à gauche), vermiculite (au centre) et exemple de mise en œuvre (à droite)

► liège (figure 6.8) ; ► fib re s te x tile s recy clées (figure 6.9) : issue du recyclage, la laine de textiles recyclés est composée d ’environ 60 % de coton, 20 % de textiles synthé tiques auxquels on ajoute 15 % de liant sous forme de fibre polyester.

Figure 6.8

Isolant en liège

TJ

O c rj û «JD O CM tH

(y) x: gi

>Q.

O

U

Figure 6.9 104

Isolant en fibres textiles recyclées


6.2.2 Choix de l'isolant en fonction de l'application Chaque isolant a ses usages privilégiés. La qualité de mise en œuvre du maté riau sera très importante, à la fois pour des raisons thermiques et de pérennité des matériaux, mais également pour des considérations acoustiques. Le tableau 6.1 donne le choix du matériau selon l’application. Tableau 6.1

Choix de l'isolant en fonction de l'application M a té r ia u

M u rs c r e u x a v e c c o u lis s e e t t o i t u r e s in c lin é e s

M ur c re u x av ec c o u lis s e p le in e

O s s a tu re

T o itu r e s p l a t e s

Des laines souples (idéalement de mouton de coco ou de verre, sinon de lin ou de roche) ou des isolants en vrac (flocons de cellulose, insufflés dans des caissons). Les remplissages à base de béton chaux-chanvre, de paille ou intégrant de la sciure sont possibles, mais ne sont pas traités ici faute de certification. Les laines ont généralement des résistances à la compression suffisantes pour assurer une isolation de la toiture. Des panneaux rigides sont cependant généralement préférés (liège, mousse résol ou polystyrène expansé).

I s o la tio n s u r d a lle s

P la fo n d s e t a c o u s tiq u e e n t r e lo c a u x

Les isolants en vrac sont tout indiqués pour ce genre d'applications, notamment des flocons de cellulose ou la vermiculite. La recherche de performance acoustique s'effectue souvent à l'aide de couches de désolidarisation entre la structure porteuse et le revêtement. Cette couche peut être constituée par exemple de panneaux de liège ou de fibres de bois. Les isolants souples tels que les laines sont particulièrement adaptés à la gestion acoustique.

Is o la tio n s o u s d a lle s d e so l e t m u rs c o n tr e t e r r e

Les dalles sur sol pourront être isolées par une laine de bois haute densité en multicouche (posée sur membrane et lit de sable) néanmoins cette technique est délicate. Les techniques d'utilisation de couches isolantes constituées de matériaux en vrac tendent à se répandre (ex ; billes de terre cuite expansées / verre cellulaire...), pour les murs contre terre, on préférera le verre cellulaire collé à chaud ou froid à la place des isolants rigides en polyuréthane.

O c =3 Q tH

Dans le cas d'une rénovation, on peut envisager un remplissage par un isolant en vrac type perlite pour combler les interstices accessibles. D'autre part, des techniques d'isolation par injection existent (laine de verre floquée plutôt que polyuréthane...).

Les chapes isolantes peuvent être constituées entre autres par le mélange de Vermiculite au béton. Un béton chaux-chanvre offre également certaines propriétés isolantes. Le verre cellulaire peut être utilisé, de même que des panneaux de liège expansé, de fibre de bois ou la majorité des isolants en panneaux rigides.

TJ

O (N

Laines en panneaux permettant une pose facile et continue de l'isolant. Pour un mur creux avec coulisse, opter pour un travail par phase ; monter le mur porteur, puis l'isolation, et terminer par le parement. Un montage simultané complexifie la pose correcte de l'isolant.

XI

OJ

>Q. O U

105


6.3 Aspects environnementaux 6.3.1 Performances thermiques des isolants La perform ance therm ique d ’une isolation est généralement déterm inée par l’épaisseur du matériau et ses performances intrinsèques. Le tableau 6.2 regroupe les performances therm iques et mécaniques de différents types d ’isolants. Plus sa conductibilité thermique est basse, meilleure est sa perfor mance, à épaisseur d ’isolant égale. Tableau 6.2

Performances thermiques et mécaniques de différents types d'isolants. (Source : Valeurs issues des ouvrages L'isolation therm ique de la toiture inclinée, Ministère de la Région Wallonne, et L'isolation écologique, de J-P. Oliva, éditions Terre Vivante, 2001.)

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P o ly s ty r è n e e x t r u d é

25-35

0,027 à 0,034*

0,04

150 à 300

O ui

P o ly s ty r è n e e x p a n s é

15-30

0,028 à 0,04

0,45

60

Oui

P o ly u r é th a n e

2 0 -4 0

0,024 à 0,029

0,035

30

Oui

8 -2 0

0,04

1,5-3

Oui

P o ly e s te r

25

0,035

L ain e d e v e r r e

25

0,035 à 0,04

0,045

L ain e d e r o c h e

40

0,037 à 0,04

0,045

tH

O CM

M o u s s e d 'u r é e f o r m a ld é h y d e

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JZ

OJ Cl O

U

106

Oui 1 ,2

1,3 1,3

à

1 ,2

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1 à 1,5

N on

1

à

6,3 Aspects environnementaux

T a b le a u 6 .2

Performances thermiques et mécaniques de différents types d'isolants, (suite)

3 c

a- O

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O

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I O*? O

^

OQ

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120-180

0,04 à 0,048

0,055

Infini

/

Non

P e r lite e x p a n s é e p u r e

50-80

0,046

/

5à7

/

Non

V e rm ic u lite e x p a n s é e p u re

<100

0,058

/

5à7

/

Non

0,103 à 0,108

/

/

/

Non

±0,042

/

/

3à4

V e rre c e llu la ire

A rg ile e x p a n s é B ois f e u t r é e n panneaux m ous

±160

Difficilement

"O O c n û 1X5 ^ O

c3

fN tï (y)

±270

±0,07

/

/

3à4

C e llu lo s e e n v r a c

35-50

0,035 à 0,04

/

/

1à2

70-100

0,04

/

/

/

18

0,04 à 0,045

/

4,5 à 29

/

80-120

0,032 à 0,045

/

/

5 à 30

25-210

0,039 à 0,08

L aine d e c e llu lo s e e n panneaux L iè g e e x p a n s é L iè g e e x p a n s é e n panneaux

Autoextinguible

Difficilement

Difficilement

CT i i Q- g O -S

U

B ois f e u t r é e n p a n n e a u x m i-d u rs

C h a n v re o u la in e d e c h a n v re

/

/

1à 2

y

107


T a b le a u 6 .2

Performances thermiques et mécaniques de différents types d'isolants, (suite)

3 g*

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O

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^ît 3Ê

CD

18-35

0,037 à 0,045

400-500

0,065 à 0,05

L ain e d e c o c o

20-50

0,047 à 0,05

1à2

Ignifugé au sel de bore

L aine e n c o to n

20-30

0,04

1à2

Sans dégagement toxique

P an n eau x d e ro seau

±100

0,056

1 à 1,5

L ain e d 'h e r b e

/

0,034 à 0,038

1à2

Ignifugé au sel de bore

R o u le a u x d e t e x t i l e r e c y c lé s

/

0,0039 à 0,042

/

Dans certains cas Ignifugé au sel de bore

10-30

0,035 à 0,045

1à2

Sans dégagement toxique

Lin e n v r a c

1à2 Difficilement

Lin e n p a n n e a u x

■a

O c û kD O

L ain e d e m o u to n

rs l

(S)

ai >CL O

U

108

6.3 Aspects environnementaux

6.3.2 Performances des isolants massifs Les isolants massifs comme les murs en terre paille, les bétons chaux-chanvre, etc. sont des matériaux dont la spécificité est de mener à des modes construc tifs très particuliers : plutôt que de voir le m ur comme une succession de couches et de concentrer le pouvoir isolant sur une couche spécifique de la paroi, comme on le fait dans un m ur creux par exemple, lutilisation d ’iso lants massifs mène à répartir le pouvoir isolant sur l’ensemble de l’épaisseur de la paroi. Les terre-pailles et bétons chaux-chanvre ont une conductibilité thermique comparable, mais plus importante que celle des matériaux isolants, tant tradi tionnels qu’écologiques, et sont donc moins performants. Le tableau 6.3 donne une comparaison d ’un m ur massif isolant en béton de chanvre et d ’un m ur traditionnel. Tableau 6.3 Comparaison d'un mur massif isolant en béton de chanvre et d'un mur traditionnel C o m p o s itio n

É p a is s e u r to ta le

P e rfo rm a n c e d e la p a ro i

M u r is o la n t m a s s if

chaux chanvre + enduit intérieur et extérieur

30 cm

U = 0,55 W/m^K

M u r t r a d i ti o n n e l

Bloc de béton lourd + isolant + lame d'air + brique de parement

35 cm

U = 0,6 W/m^K

6.3.3 Impact de la mise en œuvre d'un isolant ■O a c13 û

O § (N (5) CT

La qualité de la mise en œuvre d ’un matériau d ’isolation est l’élément déter m inant pour la performance énergétique du bâtiment et le confort acoustique. Les matériaux d ’isolation jouent en effet un rôle dans la qualité acoustique d ’une construction. Or, des défauts de mise en œuvre (ponts acoustiques) ont des répercussions sur le confort acoustique encore bien plus importantes que sur la thermique du bâtiment.

>■ C

Ô ês U y

Pour les isolants massifs, les performances obtenues sont fortement liées à la constance de qualité de la réalisation puisque les mélanges sont réalisés in situ.

109

6. L'isolation therm ique : le choix des m atériaux

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Fig ure 6.10

Isolants massifs en béton chaux-chanvre

6.3.4 Performances hygrométriques des isolants Les démarches d ’écoconstraction mettent en avant les performances hygro métriques des matériaux. En construction traditionnelle, ces dernières ont trop longtemps été négligées. Par leur capacité plus ou moins grande à absorber l’humidité, les matériaux en contact avec l’ambiance intérieure peuvent stabiliser les conditions hygro métriques d ’un local et, de la sorte, avoir un impact positif sur le confort. En effet, les matériaux isolants étant généralement séparés de l’ambiance par une maçonnerie ou un revêtement, leur rôle de régulation hygrométrique sera limité. Ce n’est pas le cas des isolants massifs qui peuvent avoir un impact bénéfique de ce point de vue. Par ailleurs, le caractère plus ou moins respirant de l’isolant jouera un rôle dans l’équilibre hydrique de toute la paroi. La question des flux de vapeur au travers les parois et les conséquences constructives telles que la nécessité d ’utiliser un frein-vapeur doit être analysée.

•O O c

=3

Q tH

O (N -4-J

x:

ai >Q. O U

110

Le choix des équipements de chauffage et de climatisation Au cours de Tétude d'un projet, il faut toujours réfléchir et prendre des décisions concernant : • l'installation de chauffage ; • la production d'eau chaude sanitaire ; • la climatisation ; • l'éclairage. La gestion technique du bâtiment (GTB) permet de rendre com municants les équipements techniques du bâtiment en termes d'éclairage, de chauffage, d'électricité, de sécurité... de manière à optimiser les performances énergétiques du bâtiment, amé liorer la sécurité et le confort des occupants.

T3 O c 3 û

En effet, pour obtenir un meilleur confort thermique dans les logements tout en réalisant des économies de l'énergie de chauffage et de conditionnement. Il faut pour cela appliquer un certain nombre de principes fondés, visant à améliorer la qualité thermique et énergétique de la construction. Cela permettra au logement d'être sain, confortable, agréable à vivre et économe.

tH

O rsj xz

>Q. O U

111

7. Le choix des éq uip em ents de chauffag e et de clim atisation

7.1 Choisir un élément de chauffage Le chauffage répond à un besoin physiologique de confort des individus. En matière industrielle, il permet la transformation des matières et le chauffage de procès industriel. Dans le bâtiment, un équipement de chauffage assure le confort thermique des utilisateurs. Il répond également à leurs besoins en termes de fourniture d ’eau chaude sanitaire. Le chauffage comprend généralement un générateur comme une chaudière ou une pompe à chaleur, qui alimente un ou plusieurs ém etteurs de chaleur comme des radiateurs ou un plancher chauffant. Ceux-ci transm ettent la chaleur produite dans le local à chauffer. Cette même chaudière ou cette même pompe à chaleur pouvant produire également de l’eau chaude sanitaire.

Ventilation

\ •/ V -

TJ

O c =3 Q

Éclai rage

tH

O (N

Climatisation

Électricité XI

Accès

OJ >Q . O U

Figure 7.1

Les équipements techniques d'un bâtiment

Le choix de l’élément de chauffage dépend essentiellement de : ► l’importance des besoins d ’énergie pour le chauffage et aussi pour l’eau chaude ; ► la disponibilité des énergies ; 112

7.3 Le chauffage central individuel

► le coût des énergies disponibles ; ► le niveau de confort offert par chaque système ; ► les émissions de polluants engendrées par chacun.

7.2 Choisir une source d'énergie Les principales sources d ’énergie disponibles sont : ► le gaz naturel ; ► le fuel ; ► l’électricité ; ► le soleil. Sur le plan de la dépense énergétique, le solaire est gratuit mais il nécessite des investissements plus coûteux que les sources conventionnelles. Pour la production d ’eau chaude, il représente une excellente solution ! Le choix dépendra en grande partie du coût unitaire de la chaleur produite, et aussi de la disponibilité de la source dans la région Dans un lotissement alimenté par le réseau de gaz naturel, vous aurez probable ment intérêt à opter pour un système de chauffage central, avec une chaudière à gaz produisant aussi l’eau chaude sanitaire. En termes de coût global, compre nant l’investissement pour l’acquisition et le montage des équipements, la consommation et l’entretien, les performances d ’un tel système sont excellentes. TJ

O c rj

û ^

1X5 T O rsl CJl ir > Q O-

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U

y

7.3 Le chauffage central individuel La chaleur est produite à un seul endroit, soit par une chaudière raccordée à un conduit de fumée, soit par une pompe à chaleur, soit par des capteurs solaires. La puissance de l’installation dépend de la grandeur du logement et de sa qualité énergétique (implantation, orientation, fenêtres, isolation, etc.), c’est-à-dire de l’ensemble des choix techniques et architecturaux.

7.3.1 La production de chaleur par les chaudières Ces dernières années, des progrès considérables ont été réalisés sur les chau dières, faisant passer le rendement de ces équipements de 70 % à 85 %. 113


Les chaudières à condensation ont d ’excellentes perform ances si le chauffage fonctionne à basse température (de 30 °C à 40 °C). C’est aussi le cas pour une production de chaleur par des capteurs solaires. Dans ces deux cas, il est alors très intéressant de fonctionner à basse tem pérature avec des ém etteurs de grandes dimensions : plancher chauffant ou radiateurs de grande surface. Les fum ées passent au travers d ’un échangeur alimenté par l’eau froide revenant des radiateurs. Or les fumées contiennent de l’eau, à l’état de vapeur. Cette vapeur va condenser, form er des gouttes (à évacuer vers l’égout) et préchauffer l’eau froide. Cette technique peut apporter en pratique de 6 à 9 % d ’amélioration de rendement. Mais elle n’est courante que pour le gaz.

Les chaudières : en haut, sur socle ; en bas, murale

Figure 7.2

7.3.2 Les radiateurs Reliés à votre système de production de chaleur (chaudière ou pompe à chaleur) par des canalisations, les radiateurs de chauffage central, disposés dans les pièces à vivre, transm ettent la chaleur à habitat par convection et par rayonnement. Leurs caractéristiques de fonctionnement varient en fonction du matériau dans lequel ils sont construits.

■a O c

=3

Q tH

O (N x:

03 >• Q. O

Les radiateurs les plus utilisés sont les radiateurs en acier, en alum inium ou en fonte.

U

Le tableau 7.1 présente les principaux avantages et inconvénients des diffé rents types de radiateurs qui existent sur le marché.

114

7.3 Le chauffag e central individuel

Tableau 7.1

Avantages et inconvénients des différents types des radiateurs

Type de radiateur

A vantages

Inconvénients

Classique, léger, esthétique. Bonne inertie, nnais réagit rapidement à la moindre sollicitation robuste. Peut être rajouté à une installation ou existent déjà des radiateurs en fonte ou en acier. Convient à toute construction isolée ou non

Nécessite un traitement anti-corrosion

Léger, esthétique, efficace. Bon marché. Montée en température rapide (faible inertie). Réagit rapidement aux commandes de la régulation. Convient particulièrement à des bâtiments très isolés.

Longévité réduite

Continue à rayonner longtemps après la chute de la température de la chaudière (inertie). Longévité ; résiste bien à la corrosion Modularité : on peut ajouter des éléments au radiateur pour augmenter sa puissance. Convient bien à des constructions lourdes

Montée en température plus lente (inertie) Poids élevé Plutôt cher

"O O c =3 Q tH O (N

À noter >. CL O

U

Si le logement est ancien ou mal isolé, il faut de préférence placer les radiateurs sous les fenêtres ou dans les angles des murs extérieurs, afin d'éviter l'effet « paroi froide ». Dans le cas d'un logement neuf, on peut placer les radiateurs où on veut.

115


La puissance des radiateurs La plupart des fabricants indiquent m aintenant les émissions calorifiques des radiateurs suivant la norme européenne EN 442-2. Cette norme tient compte d un régime de dimensionnement de 75765° pour une température intérieure de 20 °C. Cette norme remplace l’ancienne norme qui se basait sur un régime de dimensionnement 90°/70°. Une fois que l’on dispose des caractéristiques d ’un radiateur données par le fabricant (catalogue), on peut établir la puissance émise pour d’autres régimes de dim ensionnem ent (différents du régime pris dans la norme EN 442-2, c’est-à-dire 75°/65°). Une approche simplifiée permet d ’établir une correspon dance entre deux régimes de dimensionnement par la formule : xl>3

A Zmoy régime2

Puissance^,

X

y

Puissance^,

moy régime1 J

OÙ est la différence de température entre l’eau du radiateur (moyenne entre l’entrée et la sortie) et la température intérieure.

Cas pratique__________________________________________________________ Quelle est la correspondance entre deux régim es de dim ensionnem ent pour un radiateur de 2000 W en régime 90°/70° s'il est alimenté en régime 75765°?

On applique la formule ci-dessus :

■O O CI

13

Q rH O

Puissance,=

("70-20V'^ x 2 0 0 0 = 1578W l, 8 0 - 2 0 j

ГМ

(y) - I- )

x: 03 >■ O C

Les tableaux 7.2 et 7.3 donnent la puissance typique des radiateurs tradi tionnels en fonction de leurs dimensions, ce pour un régime de température 90 °C/70 °C (entrée/sortie) et une température ambiante de 20 °C, soit un A T (radiateur-ambiance) = ((90 [°C] + 70 [°C]) / 2) - 20 [°C] = 60 [°C].

l

U

116


Tableau 7.2

Pouvoir émissif des radiateurs à éléments en fonte, en W/m^ de surface frontale

Profondeur [mm]

Hauteur [mm]

Tableau 7.3

150

250

350

3 325

4 790

7 200

3 185

4 600

6 870

3 105

4 475

670

Pouvoir émissif des radiateurs à panneaux en acier, en W/m^ de surface frontale

Hauteur [mm]

Type 10

Type 11

Type 20

Type 21

Type 22

Type 30

Type 32

300

1 330

1 880

2 150

2 780

3 210

3 045

4 185

600

1 200

1 720

1 950

2 510

2 900

2 765

3 800

800

1 170

1 685

1 910

2 465

2 840

2 710

3 730

Type 21 = radiateur équipé de 2 panneaux et dune rangée d'ailettes

Si les dimensions réelles des radiateurs ne correspondent pas aux dimensions standards ci-dessus, les puissances peuvent être extrapolées linéairement.

Cas pratique TJ

O c =3 Q I O r\l

Nous avons un radiateur en acier, type 22, de 300 mm de hauteur et de 2 m de longueur. Quelle est sa puissance nominale?

La surface frontale du radiateur est égale à :

(y) XI

OJ >Q . O

U

S = 0,30

X

2,00 = 0,6

La puissance nominale du radiateur est égale à : P = 0,60 X 3 210 = 1926 W

117


7.3.3 Les pompes à chaleur Une pompe à chaleur (PAC) est une machine thermodynamique qui puise la chaleur dans un milieu naturel appelé « source froide » comme Pair, Peau ou le sol. Grâce à un apport en énergie électrique, elle transfère cette chaleur au fluide de chauffage (généralement de Peau, mais parfois de Pair). Les pompes à chaleur réversibles assurent le chauffage Phiver, et aussi le rafraîchissement Pété. Le coefficient de performance (COP) d ’une pompe à chaleur est le rapport entre l’énergie thermique quelle fournit et l’énergie électrique qui alimente le compresseur. Un COP de 3 signifie que la PAC consomme 1 kWh électrique pour fournir 3 kW h therm ique au logement. Cependant, il faut se rappeler que pour produire 1 kWh électrique dans une centrale thermique, on consomme plus de 3 kWh thermique fournis par du fuel ou du gaz. La pompe à chaleur est composée de quatre éléments principaux : ► Tévaporateur : il récupère les calories de l’environnement extérieur (sol/ eau/air), pour les transférer au liquide frigorigène (froid et liquide) et les faire entrer en ébullition ; ► le compresseur : il aspire et compresse le fluide frigorigène sous forme de gaz à basse température, afin de le transform er en gaz chaud à une pression élevée ; ► le condenseur : il récupère l’énergie du gaz produit par le compresseur, pour la céder à l’eau du circuit de chauffage. Le gaz frigorigène se condense pour passer de l’état gazeux à l’état liquide ;

•a O c

► le détendeur : il abaisse la température du liquide frigorigène formé par le condenseur, qui sera beaucoup plus basse et inférieure à la température de la source de récupération.

=3

Q Ю H O t

(N

Ainsi, la pompe à chaleur perm et de couvrir jusqu’à 70 % des besoins de chauffage d ’une habitation. Les 30 % restants (différents selon la source d ’énergie et le mode de fonctionnement utilisé) correspondent à la consom mation d ’énergie électrique utile au fonctionnement de la pompe.

x:

03 >O Q .

U

118


Vapeur basse pression

Vapeur haute pression

CAPTEURS EXTÉRIEURS

ÉMETTEURS DANS L'HABITATION é

é

Plancher chauffant

: Êvaporateur

Ventiloconvecteurs Condenseur

Fluide basse pression

Figure 7.3

Radiateur

Fluide haute pression

Principe de fonctionnement de la pompe à chaleur

Il existe 2 familles de pompes à chaleur : ► PAC aérothermique : > La PAC Air/Air fonctionne par deux unités. L’unité extérieure permet de puiser les calories de l’air, et le ventilo-convecteur les restitue dans la maison avant tout pour le chauffage mais également le rafraîchissement l’été dans le cas d ’une PAC réversible ; TJ

O c =3 Q ^ (O T c3 O (N

(y) I x:

OJ >Q . O U

> La PAC Air/Eau perm et de chauffer l’eau d ’un circuit de chauffage grâce à l’air récolté en extérieur, mais également d ’assurer le rafraîchis sement de l’habitation en été et la production d ’eau chaude sanitaire (sous certaines conditions). Ainsi, on utilise une technologie de PAC mixte, com portant un circuit pour le fluide frigorigène des capteurs, et un circuit pour l’eau chaude des émetteurs de chaleur. Seule contrainte : un chauffage d ’appoint est nécessaire en cas de climat rigoureux, notamment à partir de -5 °C et que la pompe s’arrête.

119


► PAC géothermique : Les PAC Eau/Eau permettent de capter la chaleur du sol et de la restituer soit directement dans un plancher chauifant en circuit fermé (PAC détente directe), soit dans Peau circulant dans les différents émetteurs de chauffage (PAC à procédé mixte). Selon la surface extérieure et le terrain, il existe deux types de capteurs pour la géothermie : > les capteurs horizontaux qui sont disposés horizontalement à faible profondeur et qui nécessitent toutefois une surface de terrain suffi sante ; > les capteurs verticaux qui sont plus coûteux mais avec une emprise sur le sol réduite. Ils sont disposés verticalement dans les forages préala blement réalisés. Le tableau 7.4 récapitule le choix du type de pompe à chaleur en fonction du terrain et des conditions. Tableau 7.4

Type de pompe à chaleur choisi en fonction du terrain et des conditions

Types de pompes à chaleur possibles

Vous remplacez votre chauffage existant ■a O c

D Q Ю O

rs]

Vous faites construire

ai >CL O U

120

Tous les types de pompes peuvent s'adapter : • Le plus simple et moins cher : air/air ou air/eau • Plancher chauffant déconseillé : beaucoup de travaux

Pas de terrain

Air/Air ou Air/Eau : chaudière hybride PAC airair/gaz

Terrain S < 250 m2 avec arbre ou rocheux

• Le plus simple et moins cher : air/air ou air/eau • Géothermique à capteurs verticaux eau/eau • Pensez au plancher chauffant

Terrain S > 250 m2 avec peu d'arbres et peu rocheux

• Le plus simple : air/air ou air/eau • Le plus intéressant ; géothermique à capteurs horizontaux • Géothermique à capteurs verticaux eau/eau • Pensez au plancher chauffant


7.3.4 Le plancher solaire direct Le plancher solaire direct PSD associe des capteurs solaires thermiques et un plancher chauffant basse température servant à la fois de stockage et d ’émet teur de chaleur, sans échangeur intermédiaire. Il s’agit d ’un système solaire combiné, SSC, c’est-à-dire un système solaire pouvant répondre aux besoins de chauffage et d ’eau chaude sanitaire de la maison. Le plancher chauffant solaire est le nom donné au système dit « plancher solaire direct », ou PSD. C’est donc un système de chauffage utilisant l’énergie solaire thermique pour la distribuer dans un plancher chauffant basse température à eau chaude. Ce « système solaire combiné » peut couvrir jusqu’à 40 % des besoins annuels de chauffage et d ’eau chaude sanitaire. Le système de chauffage plancher solaire direct est caractéristique car l’émet teur de chaleur est la dalle de béton, qui va assurer le stockage de l’énergie et perm ettre ainsi une diffusion de la chaleur durant la nuit. L’inertie du plan cher béton qui est utilisée pour stocker l’énergie de chauffage. L’eau chaude sanitaire est produite soit dans un ballon immergé dans le ballon ci-avant, soit par un échangeur de chaleur situé dans le ballon ou à l’extérieur de celui-ci. Le plancher chauffant solaire ou PSD est un procédé d ’énergie renouvelable et fait partie des concepts à haute efficacité énergétique. Cette solution de chauffage est pour l’habitat une référence en termes d ’économie d ’énergie.

■a O c 13 Q ^ O § (N (5) CT

>■ C Ô 2s U ^

Figure 7.4

Le plancher solaire direct PSD

121


Le PSD se pose comme tout autre plancher chauffant, le montage des capteurs est relativement simple et les raccordements hydrauliques entre les différents éléments relèvent de la plomberie traditionnelle. Le dimensionnement des PSD s’effectue par étude thermique, et le calcul doit permettre que : ► la densité des tuyaux soit suffisante pour combler les déperditions de la pièce (à évaluer) ; ► la température du sol n’excède pas 28 °C ; ► la température du fluide n’excède pas 50 °C ; ► les pertes de charge ne soient pas trop élevées. On estime que 1 m^ de capteurs permet de chauffer 7 à 10 m^ de dalle. Le tableau 7.5 donne quelques conseils pour une installation réussie. Tableau 7.5

L'inclinaison des panneaux

Pour les installations de chauffage solaire, il est préférable d'approcher les 60° d'inclinaison qui pernnettent une bonne réception du flux solaire en hiver, et offre une inclinaison suffisante en été pour les sinnpies besoins d'eau chaude sanitaire en évitant les problèmes de « surchauffe ».

Les phénomènes de « surchauffe l'été »

• L'été la surface de panneaux est trop importante, on voit alors apparaître le phénomène de « surchauffe » : le circuit stagne à des températures élevées ce qui à terme peut être nuisible pour la longévité de l'installation. Pour éviter ces phénomènes, plusieurs stratégies peuvent être adoptées : • Avoir une inclinaison approchant les 60° • Avoir un vase d'expansion surdimensionné supportant la dilatation voire l'évaporation du fluide caloporteur • Régulation de l'installation gérant la surchauffe en faisant circuler le fluide lorsque le capteur est à trop haute température, en journée ou en nocturne • Capteur auto-vidangeable

TJ

O c :3 Û kD 1—1 O La productivité solaire

C'est le rapport entre la quantité d'énergie solaire produite et la surface de panneaux installée. Pour qu'une installation soit bien dimensionnée, il faut que cette productivité soit la meilleure possible c'est-à-dire que la surface de panneaux ne soit : • ni trop faible car dans ce cas-là on n'assurait qu'une petite partie des besoins d'ECS. • ni trop élevé car au-delà d'un certain seuil, augmenter la surface de panneaux n'augmente que très peu la production solaire.

Choisir un spécialiste référencé

La réalisation d'un chauffage solaire est généralement plus complexe que pour un simple chauffe-eau. Il est indispensable de se tourner vers un professionnel référencé ayant l'agrément et de l'expérience dans l'installation d'un tel système.

rsl

ai >CL O U

122

Conseils pour réussir son installation


7.3.5 Le plancher chauffant Un plancher chauffant est un système de chauffage basse température destiné à chauffer un local, un habitat ou un local utilisant la surface du sol pour chauffer l’air intérieur et octroyer un confort thermique optimal tant sur le plan de la température résultante, que du confort acoustique (pas de bruit), que du confort visuel (pas d ’émetteur visible) que de la qualité d ’air intérieur (pas de mouvement de poussières). Le principe consiste à chauffer à très basse température une grande surface (par exemple le sol de l’habitat) au lieu de plusieurs petites surfaces très chaudes (tels radiateurs à eau chaude) en délivrant le même nombre de calo ries. On parle en général de plancher chauffant à basse température (PCBT) ou chauffage au sol à basse température. Il existe deux types de plancher chauffant : ► le plancher chauffant basse température à circulation d ’eau : un circuit d ’eau chaude serpente dans le plancher pour chauffer la surface du sol, qui ne dépasse en aucun cas 28 °C (norme fixant la température m aximum du plancher chauffant) pour une chaleur ambiante de 19 °C ; ► le plancher chauffant électrique ou plancher rayonnant électrique : un câble chauffant (résistance électrique) chauffe le plancher par effet Joule.

■a O c

û

Ю H O ГМ

Dans le cas du plancher, si l’on inverse le cycle de la pompe à chaleur, cette dernière délivre alors de l’eau fraîche et le plancher devient ainsi un plan cher rafraîchissant ou plancher mixte chauffant et rafraîchissant. Ce type de climatisation douce permet de redonner de l’inertie thermique à la dalle qui rayonne ainsi en paroi froide. Une sonde d ’humidité est obligatoire pour réguler la température superficielle du sol afin d ’éviter d ’atteindre le point de rosée et ainsi de voir apparaître des condensations au sol.

t

xz

ai >Q. O

Dimensionnement du plancher chauffant Pour chaque pièce, la température de surface (T^f) se calcule en intégrant : ► une puissance d ’émission maximale (P^) de 116 W/nP ;

U

► un coefficient surfacique de 11,6 W/m^K, estimé comme le meilleur compromis possible ; ► la température intérieure prévue. L

=

11,6

■f T 123


Cas pratique Comment déterm iner la température de surface ( T J de ces deux pièces -

chambre à fa température de 16 °C ? séjour à la température de 18 °C ?

On utilise la formule : T.

11,6

+T '

Pour la chambre à 16 °C : T. = - ^ + T; = — + 16, soit T. =26 °c 11,6 11,6 '

Pour le séjour à 18 °C : T. = -5^ + T; = — + 18, soit T, = 28°C 11,6 11,6

Température de départ du fluide

Température de départ à ne pas dépasser ; 50 °C, températures moyennes en usage : 30 à 40 °C. ► La température de départ d ’un plancher chauffant s’établit à l’entrée de chaque surface de sol chauffant. TJ

O c rj

► Pour l’ensemble d ’une installation de chauffage, elle se calcule à partir d ’une pièce de référence : celle qui bénéficie de l’apport calorifique le plus élevé.

û

tD H O t

CM

► Plus la température de départ est basse, meilleur est le confort d ’un point de vue pédologique.

(y) XI

oi >Q. O

► Mais il faut aussi que le reste du corps y trouve son compte :

U

> valeur trop basse : faible consommation énergétique mais le plancher chauffant ne peut compenser toutes les déperditions de la pièce et un chauffage d ’appoint devient nécessaire ; > valeur excessive : rendement difficile à gérer, surconsommation.

124


Chute de température

Chute la plus utilisée : 8 °C. La chute de température détermine en quelque sorte la capacité d ’émission de la surface chauffante. Elle se mesure aux collecteurs aller et retour du réseau. Pour chaque pièce, la capacité d ’émission surfacique dépend de l’écart entre la température moyenne du fluide (T^) et la température d ’ambiance désirée : ► plus la chute est faible, plus grand est l’écart moyen entre ces deux données, ► plus grand est l’écart, plus le débit et la perte de charge sont importants. Le bon compromis : couvrir les déperditions thermiques du local sans aller au-delà de la perte de pression disponible aux collecteurs (sinon baisse de rendement et surconsommation énergétique pour le rétablir). Une mission compliquée par les déperditions calorifiques peut se produire sur le parcours allant de la chaudière aux collecteurs (grandes longueurs de conduites...). Pour effectuer le calcul, les professionnels tablent sur une plage de chute « normalisée » de 5 à 10 °C. Débit

Le débit q est la quantité de flux passant dans le tuyau en un temps donné : seconde, minute ou heure. Il est déterminé par la relation suivante : _Q_

AT ■a O c

D Q ^

Ô c3 rsJ tï ® I

O.

o

u

I

► Q : puissance thermique à véhiculer, en W ; ► AT : chute de température, en °C. Vitesse de circuiation

La vitesse de circulation préconisée : 0,80 à 0,85 m/s.

g

-S

y

Comme annoncé plus haut, une trop faible chute de température du fluide se compense en forçant le débit. La puissance du circulateur est augmentée (consommation accrue) et, à une certaine vitesse, le réseau émet des bruits gênants :

125


► valeur minimale : 0,75 m/s, ► valeur maximale admissible : 1 m/s Pas e t densité des tubes Un réseau chauffant est appelé boucle ou nappe. ► Au m inimum, il y a une boucle par pièce à équiper pour adapter sa capa cité de chauffe à la température voulue. ► Le pas (ou espacement) des tubes varie de 5 à 35 cm (limites réglementaires). ► Il se détermine en fonction des calculs thermiques préliminaires et de la zone à couvrir. ► Le diamètre du tube entre également en ligne du compte : > diamètres utilisables : 10 x 12, 13 x 16, 16 x 20, 20 x 25 mm ; > diam ètres courants : 13 x 16 (L. m axi 120 m) et 16 x 20 m m (L. maxi 160 m). ► La densité (ou charge) de tube est fonction de la zone à chauffer. ► Par principe, la charge est augmentée à proximité des murs extérieurs, des baies vitrées... afin de compenser la baisse de rayonnement thermique de ces parois froides (sensation d ’inconfort). ► Sur le reste de la boucle, la charge est moins élevée de manière à obtenir la température de départ la plus faible possible sans perte de confort. Type de pose du plancher chauffant Il existe deux types de pose pour un plancher chauffant : •a

O c 13

► boucle en serpentin ;

û

► boucle en escargot.

y£> O r\l

Dans le passé, avec des bâtiments peu ou mal isolés, la pose en escargot garan tissait une meilleure répartition de la chaleur (perte de charge limitée).

(y)

‘s_ >. CL O

Elle reste majoritaire mais aujourd’hui, du fait des exigences thermiques, c’est plutôt la simplicité de mise en œuvre qui oriente le choix de la pose.

U

Dimensionnement du plancher chauffant réversible Le calcul d ’un plancher réversible doit perm ettre d ’abaisser la chaleur ambiante de plusieurs degrés en évitant les phénomènes de condensation à la surface du sol. 126


Pose en serpentin

Figure 7.5

Pose en escargot

Les deux types de pose d'un plancher chauffant

TJ

O c U Q (X) O rsj gj Q.

O

U

Figure 7.6

Le principe d'un plancher chauffant réversible

127


► Le coefficient surfacique est plus faible qu’en chauffage : 6,25 contre 11,6 W /m "KrC. ► La résistance thermique superficielle est plus im portante : environ 0,16 contre 0,086 m^K/W. ► L’écart moyen des températures plus resserré limite la capacité d ’absorption de la chaleur ambiante (d’où rafraîchissement plutôt que climatisation). En choisissant un plancher chauffant rafraîchissant, c’est-à-dire réversible, on bénéficie d ’un confort total en toute saison : chaleur l’hiver, fraîcheur l’été. L’hiver, le plancher chauffe normalement en basse température (50/55 °C). Lorsque les grosses chaleurs arrivent, il se met en mode rafraîchissement : ► le réseau de tubes véhicule une eau fraîche qui contribue à abaisser la température ambiante de plusieurs degrés ; ► l’eau absorbe les calories en excès et retourne au groupe froid pour être rafraîchie et entamer un nouveau cycle. Dimensionnement

L’étude d ’un plancher chauffant rafraîchissant respecte un certain nombre de règles intangibles : ► isolant : plastiques alvéolaires exclusivement ; ► calorifugeage des canalisations apparentes et équipem ents associés (pompe, vannes de réglage...) comme en climatisation ; ► résistance thermique au-dessus du tube limitée à 0,13 m ^K/W : > dalle d ’enrobage : 0,04 m^K/W, ■a O c

> revêtement de sol : 0,09 m^K/W ;

D Q kD O

► masse surfacique enrobage + revêtement de sol de 160 kg/m^ maxi afin de m inimiser l’inertie thermique. Soit environ 7 cm d ’épaisseur au-dessus de l’isolant ;

rs]

ai >CL O

► bonne ventilation des locaux ; ► écart moyen des températures imposant de réduire au strict m inim um les apports thermiques :

U

> lors de la construction ou grosse rénovation, > dans les habitudes de vie ;

128

7.4 Le chauffage divisé

► dispositif lim itant la température de départ à l’entrée du réseau rafraîchis sant en période estivale. La température de départ se définit en fonction de la situation géographique ; ► dispositif indépendant de la régulation qui coupe automatiquement la production de froid au niveau du réseau quand la température du fluide atteint 12 °C ; ► therm ostats d ’ambiance programmés en été pour ne pas descendre en dessous de 24 °C.

7.4 Le chauffage divisé Chaque appareil de chauffage est autonome, c’est-à-dire qu’il produit et distribue à la fois l’énergie. Les sources d ’énergie peuvent être : ► l’électricité ; ► le gaz ou le fuel.

7.4.1 Les convecteurs électriques Le convecteur est le système de chauffage le plus simple et le plus répandu. Économique et très facile à utiliser, il représente la solution la plus élémentaire pour chauffer votre intérieur. Air chaud

Thermostat TJ

O c

Û ^ iJD T Ô C 3 «N

@ CJl b O U

t« c ® ê y

Air frais

Figure 7.7

Le principe de fonctionnement d'un convecteur 129


Comme son nom l’indique, son système repose sur le principe de la convec tion. L’air ambiant entre par la partie inférieure de l’appareil et se charge en chaleur en léchant la résistance électrique. Il remonte ensuite dans l’appareil et ressort vers l’extérieur par les grilles latérales situées sur la partie haute. Il fonctionne à la manière d ’une boucle thermique : l’air chaud est plus léger que l’air froid, il circule donc en permanence dans la pièce, du bas vers le haut. Le convecteur est très approprié pour des petites pièces bien isolées. Il existe de nombreux modèles (large gamme de puissance, possibilité de program mation, variantes de formes esthétiques, etc.). Ils sont extrêmement simples, rapides à poser et de taille très réduite. Les avantages d ’un convecteur sont les suivants : ► une production de chaleur rapide ; ► une solution qui n’implique pas de travaux conséquents ; ► peu d ’encombrement au m ur ; ► une régulation électronique précise et intégrée.

7.4.2 Les éléments radiants Le panneau radiant, le plafond rayonnant et le plancher chauffant sont des émetteurs qui distribuent la chaleur par rayonnement. Le panneau est constitué d ’un élément chauffant contenu dans un cadre métallique. Il peut être placé le long d ’un mur, au plafond, ou dans le plancher. L’élément émet alors un rayonnement qui se réfléchit sur les autres surfaces. ■a O c

7.5 La climatisation

D Q

La climatisation assure le confort d ’été. Climatiser sa maison ou son appar tement c’est un investissement pour son confort et pour sa qualité d ’air intérieur. Pour un habitat fermé où il est difficile d ’ouvrir ses fenêtres par exemple en centre-ville, pour le confort de nos anciens, et de fait pour nos maisons de plus en plus isolées et étanches à l’air, la climatisation est une solution de confort à réaliser avec les techniques les plus efficientes : pompes à chaleur réversibles, climatiseurs basse consommation de catégorie A, etc. Ainsi, dans un cadre de confort des usagers et d ’économies d’énergie, clima tiser sa maison ou son appartement, peut aujourd’hui s’envisager avec un bilan de consommation été/hiver des plus économiques.

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O (N

x:

>• O Q .

U

130

7.5 La clim atisation

7.5.1 La climatisation réversible Un climatiseur puise de la chaleur d ’un côté (habitat) et la restitue de l’autre (extérieur). Q uand on inverse le cycle avec un clim atiseur réversible on chauffe non plus l’extérieur mais l’intérieur de l’habitat. Nous appelons cela tout simplement la pompe à chaleur. Les principes de la climatisation sont fondés sur le transport de chaleur d ’un point vers un autre, et le médium généralement utilisé pour ce déplacement de chaleur est appelé réfrigérant ou fluide frigorigène. Les climatisations dites réversibles permettent donc, de façon additionnelle, d ’effectuer le cycle précédemment évoqué mais pour le chauffage. Une clima tisation réversible extrait la chaleur « gratuite » de l’extérieur et la transfère vers l’intérieur. Ce principe continue de fonctionner par jours très froids avec des températures extérieures de -5 °C, -10 °C et même -15 °C, en fonction du type et de la qualité du climatiseur utilisé. Par conséquent, la climatisation réversible constitue un système de chauffage à part entière et permet de chauffer et rafraîchir avec la même unité tout en réduisant les coûts d ’énergie tout au long de l’année. L’intérêt de ce système est la performance en chauffage puisque l’économise peut atteindre 50 % à 70 % de la consommation de chauffage (par rapport à un chauffage par convecteur électrique).

■a O c

=3

Q (>0 ^ O CM

© xz

ai >Q. O

U

Cycle froid

Figure 7.8

Cycle chaud

La climatisation réversible : schéma du cycle chaud-froid

131


7.5.2 La climatisation d'une pièce Le monosplit est la solution la plus courante, avec une unité à l’extérieur et une unité à l’intérieur. C’est aussi la solution la plus simple, la plus rapide à installer et la plus économique. Le monosplit permet d ’équiper une seule pièce. Très pratique, il peut s’ins taller avec n’importe quelle unité intérieure et vous garantit le confort, été comme hiver. Il peut effectivement travailler en hiver en pompe à chaleur performante avec des COP de 3 si l’on choisit un matériel de qualité. C’est l’offre la plus répandue en climatisation pour le résidentiel.

7.5.3 La climatisation de plusieurs pièces Le système dit multisplit est le plus souple puisqu’il peut être installé dans un logement déjà construit sans générer de trop gros travaux. Il se compose d ’une unité frigorifique extérieure et de plusieurs diffuseurs intérieurs muraux, plafonniers, etc. (5 au maximum) raccordés entre eux par des tubes aussi appelés liaisons frigorifiques. Chaque diffuseur bénéficie d ’une gestion personnalisée pour plus de confort.

TJ

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и

132

Bîblîog raph ie

Ouvrages D eoux Suzanne et P ierre , Le guide de Vhabitat sain, Medieco,

2002.

Isover, Guide : « LA THERMIQUE DU BATIMENT ». Jannot Yves, Transferts thermiques. École des mines Nancy, édition 2011. KuR Friedrich , L’habitat écologique - Quels matériaux choisir. Terre Vivante, 2003. O liva Jean -P ierre , L’isolation écologique. Terre Vivante, 2001. OuiN José, Transferts Thermiques - Rappels de cours et applications. Collection « Mémotech », Casteilla, 1998. P enu Gina , La thermique du bâtiment, Dunod, 2013. Roux P hilippe , Cours de thermique, 2006. Schwartz Jutta , Qualité environnementale des bâtiments, guide comparatifpour le choix des matériaux de construction, Paul Haupt, 1998. SouGA C hédly, Cours thermique du bâtiment. École nationale d’architecture et d’urbanisme, 2009-2010.

Documents Les isolants minces réfléchissants, CSTC # (2-2005). TJ

Fascicule 5 des règles Th-U, RT 2005 : « Ponts Thermiques - Calcul des ponts thermiques ».

O c Û (.0 T P O 3 (N tZ (y)

Bureau d’efficacité énergétique : « thermique du bâtiment ». Site Internet du bureau STUDEFFI : www.studeffi.com.

CTJ « ir■ cO > Q .

Maison Energy, Vente en ligne de climatisation, ventilation, chauffage, radiateurs. www.radiateur-clim-chauifage.com.

C

O

Sites Web

2

U y

UBATC, Union belge pour l’agrément technique de la construction, www.ubatc.be.

133

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Lexique

Bâtiment Désigne l’ensemble des ingénieries et techniques ainsi que tous les corps de métiers nécessaires à la construction, la réhabilitation, ou la rénovation d ’un ouvrage bâti destiné à l’habitation ou aux activités tertiaires et industrielles. Un bâtiment est une construction destinée à servir d ’abri ou d ’habitat et à protéger des biens et des personnes des conditions météorologiques extérieures. BBC Bâtiment Basse Consommation. Bâtiment dont la consommation annuelle nette d ’énergie est inférieure à 50 kWh/m^. C’est désormais le niveau à atteindre pour respecter la réglementation thermique en vigueur (RT2012). Chaleur latente Chaleur qui permet un changement d ’état sans modifier la température d ’un corps. Par exemple, lorsqu’on ajoute la quantité de chaleur nécessaire pour transformer de l’eau en vapeur, c’est bien de la chaleur latente, car l’eau reste pendant cette transformation à 100 °C. ■a O c

Q ^ O

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ai >Q . O

U

Chaleur massique Également appelée capacité thermique massique, quantité d ’énergie néces saire (en joules) pour élever de 1 °C la tem pérature d ’une unité de masse d ’une substance (habituellement 1 g de substance). Chaleur sensible Quand un corps est chauffé ou refroidi, énergie nécessaire à l’augmentation ou la dim inution de cette température sans changement d ’état physique. Par exemple, il faut fournir 419 kj de chaleur (sensible) pour chauffer un litre d ’eau de 0 °C à 100 °C.

135

Lexique

Chauffage Dans le bâtiment, le chauffage assure le confort thermique des utilisateurs. Il répond également à leurs besoins en termes de fourniture d ’eau chaude sanitaire. Le chauffage comprend généralement un générateur comme une chaudière ou une pompe à chaleur, qui alimente un ou plusieurs émetteurs de chaleur comme des radiateurs ou un plancher chauffant.

Climatisation réversible Équipement qui peut indifféremment rafraîchir ou chauffer un local pour le climatiser. La climatisation réversible utilise le principe de la pompe à chaleur en inversant le cycle de compression/détente qui permet de transférer des calories d ’un point à un autre d ’un circuit frigorifique.

Climatisation centrale Installation de climatisation permettant de climatiser la totalité d ’un bâtiment.

Coefficient de déperdition thermique surfacique U Quantité de chaleur passant par seconde à travers 1 m^ de matériau stable pour une différence de température entre les deux ambiances de 1 °C. Son unité est le W/m^ °C.

Coefficient de transmission linéique T Exprimé en W/m.K, flux therm ique en régime stationnaire par unité de longueur, pour une différence de température d ’un kelvin entre les milieux situés de part et d ’autre d ’un système. Il exprime les déperditions dues à un pont thermique linéaire.

■a O c

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Condensation de surface

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O

Lorsque l’air est en contact avec une surface froide dont la température est égale ou inférieure à la température de rosée, il apparaît de la condensation dite de surface. Cette présence de condensation dénonce la présence d ’un pont thermique.

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Condensation interne Le phénomène de condensation interne est lié à la résistance à la diffusion de vapeur d ’eau du matériau isolant qui se trouve dans la paroi. La condensation de la vapeur d ’eau dans les parois extérieures d ’un bâtiment provoque une perte d ’isolation thermique et une dégradation de l’enveloppe du bâtiment. 136

Lexique

Conduction thermique Mode de transfert thermique provoqué par une différence de température entre deux régions d ’un même milieu, ou entre deux milieux en contact, et se réalisant sans déplacement global de matière. Elle peut s’interpréter comme la transmission de proche en proche de l’agitation thermique : un atome (ou une molécule) cède une partie de son énergie cinétique à l’atome voisin.

Conductivité thermique \ Exprimée en W/m.K, la conductivité d ’un matériau X correspond au flux de chaleur traversant un mètre d ’épaisseur de ce dernier pour une différence de température d ’un degré entre ses deux faces.

Confort thermique Sensation de bien-être lorsqu’on est exposé à une ambiance intérieure. Correspond sur le plan physique à un état d ’équilibre thermique entre le corps hum ain et les conditions d ’ambiance dans lesquelles il se trouve.

Consommation énergétique du bâtiment Consom m ations de chauffage, de refroidissem ent, de production d ’eau chaude sanitaire, d ’éclairage artificiel des locaux ainsi que des auxiliaires de chauffage, de refroidissement, d ’eau chaude sanitaire et de ventilation.

Construction durable Cette notion est utilisée pour toute construction qui, tout en assurant confort et santé des occupants, limite au mieux les impacts sur l’environnement, en cherchant à s’intégrer le plus respectueusement possible dans un milieu et en utilisant le plus possible les ressources naturelles et locales. On parle encore d ’écoconstruction.

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Convection thermique

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Mode de transfert de chaleur qui se réalise avec déplacement de matière. Ce transfert de chaleur est rencontré dans des fluides, liquide ou gaz.

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Corps noir Un corps noir est défini comme étant une surface idéale qui absorbe tout le rayonnement qu’elle reçoit. Le soleil peut être considéré comme un corps noir

137

Lexique

dont la température de surface est proche de 5 800 K. Le facteur d ’émission pour un corps noir £ = 1.

Densité de flux Lorsque le flux thermique traverse une surface S, on obtient une densité de flux de chaleur notée 9 , exprimée en W/m^.

Diffusion de chaleur Caractérise la transmission ou le transfert de chaleur avec un mouvement naturel tel que la convection de chaleur au-dessus d ’un radiateur ou d ’un convecteur. Cette convection de chaleur peut-être soit naturelle (émet teurs statiques, radiateurs, radiants, panneaux rayonnants), soit forcée (cas du ventilo convecteur, d ’un diffuseur de soufflage, d ’une centrale de traite ment d ’air, etc.).

Efficacité énergétique Rapport entre l’énergie directement utilisée (dite énergie utile) et l’énergie consommée (en général supérieure du fait des pertes). L’efflcacité énergétique s’applique en règle générale à un équipement énergétique, par exemple la chaudière.

Étude thermique Étude de la performance énergétique initiale d ’un logement et des perfor mances énergétiques après travaux d ’amélioration énergétique. Ces derniers peuvent correspondre à différentes combinaisons de travaux ou à des travaux isolés. La méthode de calcul TH-CEex est imposée dans le cadre de l’éco-prêt à taux zéro ou de la réglementation thermique des bâtiments existants.

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Facteur solaire

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Le facteur solaire FS d ’un vitrage permet de caractériser les performances solaires d ’une fenêtre et sa capacité à contrôler le passage du rayonnement solaire au travers du vitrage.

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Flux thermique Le flux thermique ou flux de chaleur, souvent noté 0 , entre deux milieux de températures différentes correspond au transfert thermique Q qui s’écoule

138

Lexique

par unité de temps entre les deux milieux. Ce transfert d ’énergie interne est réalisé du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, ce qui produit à terme une égalisation des températures des deux corps en contact. Le flux thermique s’exprime en J/s ou en W.

Hygrométrie S’exprime en pourcentage : 100 % d ’hygrométrie dans l’air correspond au taux maximal au-delà duquel l’air ne peut plus absorber d ’humidité. Le taux d ’hygrométrie de l’air est variable en fonction de la température de l’air et de sa pression.

Inertie thermique L’inertie thermique d ’un bâtiment dépend de la capacité qu’ont ses compo sants (murs, planchers, toiture, cloisons, etc.) à emmagasiner de la chaleur, le jour, et de la fraîcheur, la nuit, pour les restituer ensuite dans un laps de temps donné. Ce principe permet de limiter les surchauffes dans les bâtiments et de réduire les consommations d ’énergie.

Isolation par l'extérieur Isolation par une couche isolante appliquée du côté extérieur sur une paroi verticale de l’enveloppe.

Isolation par l'intérieur Isolation par une couche isolante appliquée du côté intérieur sur une paroi verticale de l’enveloppe. ■a

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Isolation répartie Isolation assurée exclusivement par l’épaisseur de la partie porteuse de la paroi (ex : blocs à perforations verticales en terre cuite, blocs en béton cellu laire).

Isolation thermique Désigne l’ensemble des techniques mises en œuvre pour limiter les transferts de chaleur entre un milieu chaud et un milieu froid. À l’échelle du bâtiment, il s’agit de maîtriser les déperditions de chaleur dans toute son enveloppe : toit, murs, sol et menuiseries.

139

Lexique

Local Volume totalement séparé de l’extérieur ou d ’autres volumes par des parois fixes ou mobiles.

Local chauffé Local dont la température normale en période d ’occupation est supérieure à 12 °C.

MonospMt Type de climatiseur composé d ’une unité intérieure et d ’une unité extérieure.

Multisplit Contrairement au climatiseur monosplit, qui ne dispose que d’une unité inté rieure pour une unité extérieure, le climatiseur multisplit permet d ’installer plusieurs unités extérieures sur une seule unité intérieure.

Perméabilité à la vapeur d'eau La perméabilité à la vapeur d ’eau d ’un matériau notée tt , représente la quantité d ’humidité traversant une épaisseur d ’un mètre de matériau par heure pour une différence de pression partielle de 1 m m Hg (millimètre de mercure) entre ses deux faces.

Plancher bas Paroi horizontale donnant sur un local chauffé uniquement sur sa face supé rieure. ■a O c

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Plancher intermédiaire Paroi horizontale donnant, sur ses faces inférieure et supérieure, sur des locaux chauffés.

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140

Lexique

Pont thermique Partie de l’enveloppe d ’un bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est affaiblie et offre à la chaleur un moyen de passage plus facile. Les ponts thermiques peuvent représenter 40 % des fuites de chaleur du bâti ment et créer des points de condensation propices aux moisissures en cas de ventilation insuffisante.

Rayonnement thermique Phénomène se caractérisant par un échange d ’énergie électromagnétique, sans que le milieu intermédiaire ne participe nécessairement à cet échange. Par exemple, le rayonnement solaire est capable d ’échauffer la terre bien que le milieu traverse soit à une température plus basse que la terre. Le rayonnement est un mode d ’échange d ’énergie par émission et absorption de radiations électromagnétiques. L’échange thermique par rayonnement se fait suivant le processus : émission, transmission, réception.

Résistance thermique d'échange superficiel intérieur et extérieur Notées et r^g, elles exprim ent la résistance de l’air am biant (intérieur/ extérieur) à transm ettre sa chaleur à la paroi par convection et rayonnement (par unité de temps, par unité de surface et pour un écart de 1 K entre la température de l’air et la température de surface de la paroi).

Résistance thermique

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La résistance thermique est l’aptitude d ’un matériau à ralentir la propagation de l’énergie qui le traverse. Elle s’exprime comme le ratio de l’épaisseur du matériau en mètre à celui de sa conductivité thermique. Plus la résistance thermique d ’un matériau ou d ’une paroi est importante, meilleure est l’iso lation thermique. L’unité est en m^ °C/W.

RT Réglementation thermique. Désigne la réglementation applicable en France en matière de comportement thermique des bâtiments.

RT 2005 Réglementation therm ique 2005. Ancienne réglementation applicable aux bâtiments avant l’entrée en vigueur de la RT 2012.

141

Lexique

RT 2012 Réglementation thermique 2012. Norme de consommation énergétique que doit respecter toute nouvelle construction en France. Les trois critères prin cipaux sont la consommation annuelle totale (< 50 kWh/m^), les déperditions instantanées et la température intérieure maximale normalisée. Thermique du bâtiment Étude des besoins énergétiques du bâtiment. Fondée sur les échanges de chaleur entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment, cette étude permet, à terme et tout en respectant un cadre réglementaire, de concevoir des bâti ments les moins énergivores possibles. Ventilation Permet le renouvellement et l’assainissement de l’air intérieur d ’un local ou d ’une construction. Le but est d ’apporter suffisamment d ’air frais ou d ’air neuf hygiénique nécessaire aux individus et indispensable à la respiration du bâti. Ventilation mécanique contrôlée VMC Système de ventilation créant mécaniquement les flux d ’air. La VMC consiste à créer un mouvement d ’air dynamique grâce à un extracteur ou un ventila teur au travers de conduits gaines. Ventilation naturelle La ventilation naturelle permet de ventiler sans mécanisme. C’est le vent ou l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur qui entraîne le passage d ’air grâce à l’ouverture d ’une fenêtre ou la présence de grilles de ventila tion. Cette ventilation naturelle est possible en hiver, mais en été les flux d ’air peuvent s’inverser et nous pouvons assister à un contre-tirage.

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Ventilo-convecteur

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Unité terminale de climatisation et/ou de chauffage destinée à puiser de l’air à la bonne température dans un local afin de lui apporter la quantité nécessaire en calories/frigories.

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Annexe A - Conductivité thermique de différents matériaux

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Bois

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Sapin

0,12

Béton-chanvre

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Conductivité (en W/m.K)

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Linoléunn naturel

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Isolant fibreux

0,05

Laine

0,05

Perlite

0,045 à 0,05

Liège

0,04 à 0,05

Cellulose

0,04

Laine de verre

0,04

Mousse d'EPDM (élastomère)

0,04

Polystyrène

0,04


0,038

Polystyrène extrudé

0,035

mousse de polyuréthane

0,025

Air

0,024

A.1 Matériaux de construction

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A.2 Conductivité thermique des matériaux en fonction des conditions de pose

A.2 Conductivité thermique des matériaux en fonction des conditions de pose En fonction des conditions de pose, on utilise 2 valeurs ; ►

: correspond aux conditions intérieures et doit être utilisé pour des matériaux dans des parois internes ou externes dans la mesure où ils ne peuvent pas être mouillés ;

► \ue • correspond aux conditions extérieures et doit être utilisé pour des m atériaux dans des parois internes ou externes dans la mesure où ils peuvent être mouillés par pénétration d ’eau, par condensation interne ou superficielle ou encore par humidité ascensionnelle. Éléments de maçonnerie Pierres naturelles La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K) W/(m.K)

W/(m.K)

Masse volumique P (kg/m^)

Pierres lourdes (granit, gneiss, basalte, porphyre)

3,50

3,50

2700< p < 3000

« Petit granit » (pierre bleue), pierre calcaire

2,91

3,50

2700

Marbres

2,91

3,50

2800

Pierres dures

2,21

2,68

2550

Pierres fernnes

1,74

2,09

2350

Pierres demi-fermes (o.a. moellon)

1,40

1,69

2200

Matériau

Ûi

Éléments de maçonnerie Briques en terre cuite

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Masse volumique P (kg/m3)

W/(m.K)

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157


Éléments de maçonnerie Briques en terre cuite (suite) Masse volumique P (kg/m^)

Ûi

Ûe

W/(m.K)

W/(m.K)

1 300 < P < 1 400

0,47

0,93

1 400 < P < 1 500

0,51

1,00

1 500 <

P

< 1 600

0,55

1,09

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P

< 1 700

0,60

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P

< 1 800

0,65

1,28

1 800 <

P

< 1 900

0,71

1,40

1900< p< 2000

0,76

1,49

2000< p< 2100

0,81

1,61

Briques/blocs silico-calcaires Masse volumique P (kg/m^)

Ûe

W/(m.K)

W/(m.K)

P < 900

0,36

0,78

900 < P < 1 000

0,37

0,81

1 0 0 0 < p < 1 100

0,40

0,87

1 10 0< p < 1200

0,45

0,97

1 200 < P < 1 300

0,51

1,11

1 300 < P < 1 400

0,57

1,24

1 400 < P < 1 500

0,66

1,43

1 500 < P < 1 600

0,76

1,65

1 600 Q . O

U

158


Blocs de béton avec granulats ordinaires Masse volumique P (kg/m3)

Ûi W/(m.K)

Aile W/(m.K)

P <

1 600

1,07

1,39

1 600

1 700

1,13

1,47

1 700

< P <

1 800

1,23

1,59

1 800

< P <

1 900

1,33

1,72

1 900

<2000

1,45

1,88

2000< p < 2 1 0 0

1,58

2,05

2100< p < 2 2 0 0

1,73

2,24

2200
1,90

2,46

2300
2,09

2,71

Blocs de béton d'argile expansé Masse volumique P (kg/m^)

A-ui W/(m.K)

A-Ue W/(m.K)

P <

400

0,14

(1)

400

500

0,18

(1)

500

600

0,21

0,28

600

700

0,25

0,33

700

800

0,30

0,39

800

900

0,33

0,44

1 000

0,38

0,50

1000< p < 1 100

0,43

0,57

1100 < p < 1 200

0,49

0,65

1200
0,55

0,73

13 0 0 -> 'S CT 1 L: O >« c O

-2

(1) L'exposition directe de ces matériaux aux conditions climatiques extérieures n'est en règle générale pas recommandée.

159


Blocs de béton avec d'autres granulats légers Masse volumique P (kg/m^)

Ûe

W/(m.K)

W/(m.K)

0,30

(1)

500 < P < 600

0,33

0,43

600 < P < 700

0,37

0,47

700 < P < 800

0,41

0,52

800 < P < 900

0,46

0,58

900 < P < 1 000

0,51

0,65

1 000 < P < 1 100

0,57

0,73

< 1 200

0,64

0,82

1 200 < P < 1 300

0,72

0,91

1 300 < P < 1 400

0,82

1,04

1 400 < P < 1 500

0,92

1,17

1 500 < P < 1 600

1,03

1,31

1 600 < P < 1 800

1,34

1,70

P

<500

1100 < P


Blocs de béton cellulaire autoclavés Masse volumique P (kg/m^)

Ûi

Ûe

W/(m.K)

W/(m.K)

0,10

(1)

300 < P < 400

0,13

(1)

400 • CL O

U


160


Béton lourd normal Eléments de construction pierreux sans joints (parois pleines, planchers, etc.) Béton lourd normal

W/(m.K)

Ûe W/(m.K)


Armé

1,70

2,20

2 400

Non armé

1,30

1,70

2 200

Béton léger en panneaux pleins ou en dalle^^^ (béton d'argile expansé, béton cellulaire, béton de laitier, de vermiculite, de liège, de perlite, de polystyrène, etc.) Masse volumique P (kg/m^) P <

350

Ûi

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W/(m.K)

W/(m.K)

0,12

(1)

350 < P

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400

0,14

(1)

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0,15

(1)

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500

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(1)

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0,17

(1)

550 ^ P < 600

0,18

(1)

600 < P <650

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0,31

650 ^ P < 700

0,21

0,34

700 < P

<

750

0,22

0,36

750 < P

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800

0,23

0,38

800 < P

<

850

0,24

0,40

850 « C ig O -2 U y

(1) L'exposition directe de ces m atériaux aux conditions clim atiques extérieures n'est, en règle générale, pas recom m andée. (2) Dans le cas où les dalles ou les panneaux sont pourvus d'une armature parallèle au sens du flux therm ique (ex. colliers, treillis d'armature), le transfert therm ique sera pris en compte dans la détermination de la valeur U selon la NBN EN 10211.

161


Plâtre avec ou sans granulats légers Masse volumique P (kg/m^)

W/(m.K)

'HJe W/(m.K)

0,22

( )

800
0,35

(

1 100 < P

0,52

( )

P

< 800

1

1) 1

(1) L'exposition directe de ces nnatériaux aux conditions clim atiques extérieures n'est, en règle générale, pas recom m andée.

Enduits La chaleur massique c vaut 1 000 J/(kg.K) Masse volumique P (kg/m^)

W/(m.K)

W/(m.K)

Mortier de ciment

1 900

0,93

1,50

Mortier de chaux

1 600

0,70

1,20

Plâtre

1 300

0,52

Enduits

(

1)

(1) L'exposition directe de ces m atériaux aux conditions clim atiques extérieures, avec entre autre un risque d'humidification par la pluie, n'est en règle générale pas recom m andée.

Bois et dérivés de bois Matériau Bois de charpente en bois feuillus durs et bois résineux TJ

O c 3 Û kO O

Panneau de contreplaqué

Masse volumique P (kg/m’ )

Ûi W/(m.K)

Ûe W/(m.K)

600 <

0,13

0,15

> 600

0,18

0,20

<400

0,09

0,11

400 CL O U

Panneau de particules ou d'aggloméré Panneau de fibres liées au ciment

162

1 880

1470


Bois et dérivés de bois (suite) Matériau

W/(m.K)

Ûe W/(m.K)

C [J/kg.K]

650

0,13

(1)

1 880

<375

0,07

(1)

375 < P < 500

0,10

(1)

500 < P < 700

0,14

(1)

^700

0,18

(1)


Panneau d'OSB (oriented strand board) Panneau de fibres de bois (y compris MDF)

A-ui

1 880

(1) L'exposition directe de ces m atériaux aux conditions clim atiques extérieures n'est en règle générale pas recom m andée.

Matériaux d'isolation thermique Ûi W/(m.K)

W/(m.K)

C [J/kg.K]

Liège (ICB)

0,050

(1)

1560

Laine minérale (MW)

0,045

(1)

1030

Polystyrène expansé (EPS)

0,045

(1)

1450

Polyéthylène extrudé (PEF)

0,045

(1)

1450

Mousse phénolique - revêtu (PF)

0,045 (2)

(1)

1400

Polyuréthane - revêtu (PUR/PIR)

0,035

(1)

1400

Polystyrène extrudé (XPS)

0,040

(1)

1450

Verre cellulaire (CG)

0,055

(1)

1000

Perlite (EPB)

0,060

(1)

900

O = (N îS

Vermiculite

0,065

(1)

1080

OJ «

Vermiculite expansée (panneaux)

0,090

(1)

900

Matériau d'isolation

TJ

O c =J û ^

i. I & I U y

(1) L'exposition directe de ces m atériaux aux conditions clim atiques extérieures n'est en règle générale pas recom m andée. (2) Pour les panneaux d'isolation revêtus en mousse de phénol à cellules ferm ées, cette valeur est ram enée à 0,030 W/(m.K)

163


Matériaux divers W/(m.K)

W/(m.K)

C [J/kg.K]

Masse volumique P (kg/m3)

Verre

1,00

1,00

750

2500

Carreaux de terre cuite

0,81

1,00

1 000

1 700

Carreaux de grès

1,20

1,30

1 000

2000

Caoutchouc

0,17

0,17

1 400

1 500

Linoléum, carreaux de PVC

0,19

-

1 400

1 200

Panneaux en ciment renforcé de fibres minérales naturelles

0,35

0,50

1 000

1400 < P < 1 900

Asphalte coulé

0,70

0,70

1 000

2100

Membrane bitumeuse

0,23

0,23

1 000

1 100

A-Ui

Matériau

Matériaux utilisés dans la fabrication des cadres et de fenêtres W/(m.K)


Cuivre (cuivre rouge)

380

8900

Aluminium (alliages)

160

2800

Cuivre (cuivre jaune, laiton)

120

8400

Acier

50

7 800

Acier inoxydable

17

7900

PVC

0,17

1 390

Bois de feuillus

0,18

>600

Bois de résineux

0,13

£600

Fibre de verre (résine UP)

0,40

1900

Verre

1,00

2500

PMMA(Polyméthacrylate de méthyle)

0,18

1 180

Polycarbonate

0,20

1 200

Groupe de matériaux

"O O c n Q (£) i-H O

Cadres

rs l

(y)

CT >O

Matériau

"s_ Q .

U

Verre

164


Matériaux utilisés dans la fabrication des cadres et de fenêtres (suite) Groupe de matériaux

Matériau

A-u

W/(m.K)

Masse voiun P (kg/m^

Polyamide (nylon)

0,25

1 150

Polyamide 6.6 avec 25% de fibres de verre

0,30

1450

Polyéthylène, LD

0,50

980

Polypropylène, solide

0,33

920

Polypropylène avec 25% de fibres de verre

0,22

910

Polyuréthane (PUR), dur

0,25

1 200

0,25

1200

0,17

1390

Néoprène (PCP)

0,23

1 240

EPDM

0,25

1 150

Silicone

0,35

1200

Polychlorure de vinyle (PVC), souple

0,14

1 200

Mohair (polyester)

0,14

± 1000

Mousse de caoutchouc

0,05

60-80

Polyuréthane (PUR), dur

0,25

1 200

Butyle (isobuthène)

0,24

1 200

Polysulfide

0,40

1700

Silicone

0,35

1 200

Polyisobutylène

0,20

930

Résine polyester

0,19

1 400

Silica-gel (dessicant)

0,13

720

Mousse de silicone, LD

0,12

750

Mousse de silicone, MD

0,17

820

Polyéthylène, HD

Coupure thermique

Polychlorure de vinyle (PVC), dur

Bourrelets d'isolation

■a O c

U O ^

O §c fN ^ @ I I & I U y

Mastics et matériaux d'isolation

165


Certaines parois sont construites à l’aide de grands éléments à parties creuses (ex. des blocs de béton creux, des briques creuses, des matériaux mixtes, etc.). Ces matériaux ne peuvent pas être caractérisés par une conductivité ther mique donnée. Pour de tels matériaux, c’est la résistance thermique qui est indiquée, dont le calcul doit tenir compte des conditions intérieures ou exté rieures comme défini à l’annexe A. La valeur R qu’il faut utiliser pour le calcul est tirée de mesures de la valeur U conformément aux dispositions de la NBN EN 8990. Alternativement, les valeurs R peuvent être calculées suivant les méthodes numériques de calcul de la NBN EN ISO 10211.

A.3 Résistance thermique et chaleur massique des matériaux non-homogènes Matériaux

Maçonnerie en blocs creux de béton lourd (p > 1 200 kg/m^).

Maçonnerie en blocs creux de béton léger (p <

Planchers bruts préfabriqués en éléments creux de terre cuite.

■a

O c D Û kD O

1 creux dans le sens du flux.

2 creux dans le sens du flux.

T-H

CM

(y)

Planchers bruts préfabriqués en béton lourd (avec éléments creux).

x: gi

>Q . O

U

Plaques de plâtre entre deux couches de carton.

166

Épaisseur/hauteur des éléments

ï'Ui [m^K/W]

d = 14 cnn

0,11

d = 19 cm

0,14

d = 29 cm

0,20

d = 14 cm

0,30

d = 19 cm

0,35

d = 29 cm

0,45

d = 8 cm

0,08

d = 12 cm

0,11

d = 12 cm

0,13

d = 16 cm

0,16

d = 20 cm

0,19

d = 12 cm

0,11

d = 16 cm

0,13

d = 20 cm

0,15

d < 1,4 cm

0,05

d > 1,4 cm

0,08

Annexe B Détermination de la valeur U à l'aide du catalogue d'éléments de construction Le C a t a l o g u e d ' é l é m e n t s d e c o n s t r u c t io n est un ouvrage de référence relatif à la valeur U des éléments existants les plus couramment utilisés. Il permet à l'utilisateur de déterminer ou de contrôler la valeur U sans avoir à recourir au calcul. Les tableaux suivants, établis à partir du Catalogue, peuvent servir pour vos propres calculs ou être reproduits et remis à l'autorité compétente à titre justificatif.

B.1 Planchers Contre l'air extérieur

intérieur 1 2 3 4 5

1 : Revêtement de sol 2 : Chape en ciment 3 : Pare-vapeur 4 : Isolation thermique 5 : Béton ■a O c

3

O%

X W/(nvK)

Valeur U en W/(m2-K)

Epaisseur d'isolation. en cm 6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,36

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

rsj

(y)-^

0,050

é!

0,045

0,39

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

ol Uy

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,035

0,38

0,31

0,27

0,23

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,030

0,33

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,025

0,36

0,28

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,30

0,23

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08 167

Annexe B - Détermination de la valeur U à l'aide du catalogue.

intérieur 1: 2: 3: 4:

Revêtement de sol Chape en ciment Pare-vapeur Isolation contre bruit de chocs (4 cm) 5 : Béton 6 : Isolation thermique

X XX X), X X '/•K )- XX X X XX XX Xy, ■ X}. X}. '( IV i y. y V >''( >'Vy' V) X XX X! X X X X X X’ X'X X’X X' X X X X. X, X XCXlx_XlXj ! j y y I X X XX! XV X '( )

extérieur Epaisseur d'isolation, en cm (que l'isolation thermique)

Valeur U en W/(m^*K)

W/(m*K)

■a

O c D Û kD 1— 1 O

rsl

4 -J

ai >CL O

U

168

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,39

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,045

0,38

0,32

0,28

0,25

0,23

0,20

0,19

0,17

0,16

0,15

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,33

0,28

0,24

0,21

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,30

0,25

0,21

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,025

0,27

0,22

0,19

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,020

0,23

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

B.1 Planchers

1 : Revêtement de sol 2 : Chape en ciment 3 : Pare-vapeur 4 : Isolation contre bruit de chocs (4 cm) 5 : Béton 6 : Isolation thermique 7 : Lambourdage 8 : Revêtement de plafond X W/(m-K)

intérieur 1 2 2 4

5 G 7

a

Epaisseur d'isolation, en cm (que l'isolation thermique)


6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,40

0,35

0,31

0,28

0,25

0,23

0,22

0,20

0,19

0,18

0,045

0,38

0,33

0,29

0,26

0,24

0,22

0,20

0,19

0,18

0,16

0,040

0,36

0,32

0,28

0,25

0,22

0,21

0,19

0,18

0,16

0,15

0,035

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,030

0,32

0,28

0,24

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,13

0,025

0,30

0,25

0,22

0,19

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,020

0,27

0,23

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

TJ

O c rj û Ô

fN

c3

(y)

CT i c ir ®

T"

& Iy

U

169

Annexe B - Détermination de la valeur U à Taide du catalogue.

Contre des locaux non chauffés

intérieur

1: 2: 3: 4: 5:

X W/(m-K)

O c rj û

«JD tH

O

CM

(y) x: gi

>Q . O

U

170

2 4

5

Epaisseur d'isolation. en cm 6

0,050

TJ

1 2

Revêtement de sol Chape en ciment Pare-vapeur Isolation thermique Béton


8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,49

0,41

0,35

0,31

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,045

0,57

0,45

0,38

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,17

0,040

0,52

0,41

0,34

0,29

0,25

0,23

0,20

0,18

0,17

0,16

0,035

0,47

0,37

0,30

0,26

0,23

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,030

0,41

0,32

0,27

0,23

0,20

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,025

0,35

0,28

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,29

0,23

0,18

0,16

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

B.1 Planchers

intérieur

1: 2: 3: 4: 5:

Revêtement de sol Chape en ciment Pare-vapeur Isolation thermique Isolation contre bruit de chocs (2 cm) 6 : Béton

X W/(m-K)

V V

'(

;;

V V

'\

'!

'(

;;

\

r

v

^VVVVyN/yYYYVVVVV'nénnon chauffé


Valeur U en W/(m

K)

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,47

0,40

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,19

0,17

0,045

0,44

0,37

0,32

0,28

0,25

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,040

0,41

0,34

0,29

0,25

0,23

0,20

0,18

0,17

0,16

0,14

0,035

0,38

0,31

0,26

0,23

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,030

0,34

0,28

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,025

0,30

0,24

0,20

0,17

0,15

0,14

0,12

0,11

0,10

0,10

0,020

0,25

0,20

0,17

0,14

0,13

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

TJ

O c rj û Ô

fN

c3

(y)

CT i c ir ®

T"

& Iy

U

171


intérieur 1 2

1: 2: 3: 4:

Revêtement de sol Chape en ciment Pare-vapeur Isolation contre bruit de chocs (4 cm) 5 : Béton 6 : Isolation thermique

A. W/(m-K)

T J

O c

ZJ

Û

O

r \ J

(5 ) x:

gi >. O Q .

U

172

3 4

5 6



6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,38

0,33

0,29

0,26

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,045

0,36

0,31

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,15

0,040

0,34

0,29

0,25

0,23

0,20

0,18

0,17

0,16

0,14

0,13

0,035

0,32

0,27

0,23

0,21

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,29

0,24

0,21

0,18

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

0,11

0,025

0,26

0,22

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,020

0,23

0,18

0,16

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,07

B.2 Parois

B.2 Parois Contre l'air extérieur, avec isolation extérieure

1 2 3

1 : Crépi intérieur 2 : Brique terre cuite 3 : Isolation thermique 4 : Crépi extérieur

4

Epaisseur d'isolation. en cm (au total) W/(m-K)

10


12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,050

0,39

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,045

0,36

0,31

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,15

0,040

0,33

0,28

0,25

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,035

0,29

0,25

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,13

0,13

0,12

0,030

0,26

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,22

0,19

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,09

0,08

0,07

0,07

TJ

O c rj û O

c

CM

(y)

CT i c ir ®

T"

& Iy

U

173


1 2 3

1 : Brique de parement 2 : Isolation thermique 3 : Crépi extérieur


"O O c n û «JD tH O rsj (y) x:

>O Q .

U

174


10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,050

0,40

0,35

0,30

0,27

0,25

0,22

0,20

0,19

0,18

0,16

0,045

0,37

0,32

0,28

0,25

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,15

0,040

0,34

0,29

0,25

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,035

0,30

0,26

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,26

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,22

0,19

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,18

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,07

0,07

B.2 Parois

intérieur

extérieur 1 2

3 1 : Brique silico-calcaire 2 : Isolation thermique 3 : Crépi extérieur

Epaisseur d'isolation1, en cm (au total) W/(m-K)

10

Valeur U en W/(m^ •K)

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,36

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,17

0,39

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,16

0,15

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,31

0,27

0,23

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,07

0,07

"O O c n û O rsj

c

(y)

CT i

T"

c

c

& Iy U

175


intérieur

^ extérieur ^

1 2 a

* 1 : Béton apparent 2 : Isolation thermique 3 : Crépi extérieur

C >-îC ><|

► Epaisseur d'isolation. en cm (au total) W/(m-K)

10

0,050

(y) x:

>O Q .

U

176

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,37

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,20

0,18

0,17

0,045

0,40

0,34

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,17

0,15

0,040

0,36

0,31

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,32

0,27

0,23

0,21

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,28

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,23

0,20

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

0,07

0,020 "O O c n û «JD tH O rsj


B.2 Parois

1 2

3 4 5

1 : Crépi intérieur 2 : Brique terre cuite 3 : Isolation thermique 4 : Couche ventilée 5 : Protection extérieure

Epaisseur d'isolation. en cm (au total)

Valeur U en W/(m2 .K)

W/(m-K)

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,050

0,38

0,33

0,29

0,26

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,045

0,35

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,15

0,040

0,32

0,28

0,24

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,035

0,29

0,25

0,22

0,19

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,12

0,030

0,25

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,22

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,020

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,09

0,08

0,07

0,07

"O O c n û O rsj

c

(y)

CT i

T"

c

c

& Iy U

177


extérieur

intérieur

1: 2: 3: 4:

Brique de parement Isolation thermique Couche ventilée Protection extérieure


TJ

O c 3 Û kD O

rsl

(S)

ai >CL O U

178


10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,050

0,39

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,045

0,36

0,31

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,15

0,040

0,33

0,28

0,25

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,035

0,29

0,25

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,26

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,22

0,19

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,09

0,08

0,07

0,07

B.2 Parois

Contre l'air extérieur, avec isolation intermédiaire

intérieur

1 : Crépi intérieur 2 : Brique terre cuite 3 : Isolation thermique 4 : Brique terre cuite 5 : Crépi extérieur


6

8

0,050

Valeur U en W/(m!î-K)

10

12

14

16

18

20

22

24

0,35

0,31

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,045

0,38

0,33

0,29

0,25

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,035

0,39

0,32

0,27

0,23

0,21

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,030

0,35

0,29

0,24

0,21

0,18

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

0,025

0,31

0,25

0,21

0,18

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,10

0,020

0,26

0,21

0,17

0,15

0,13

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

TJ

O c rj

û Ô

fN

c

3

(y)

CT i c ir ®

T"

& Iy U

179


intérieur

1: 2: 3: 4:

Brique de parement Isolation thermique Brique terre cuite Crépie extérieur

X

W/(m-K)

Epaisseur d'isolation. en cm (au total) 6

8

0,050


>O Q .

U

180

extérieur


10

12

14

16

18

20

22

24

0,36

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,045

0,39

0,34

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,16

0,040

0,36

0,31

0,27

0,24

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,035

0,33

0,28

0,24

0,21

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,030

0,36

0,29

0,24

0,21

0,18

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

0,025

0,32

0,25

0,21

0,18

0,16

0,14

0,13

0,11

0,10

0,10

0,020

0,27

0,21

0,17

0,15

0,13

0,11

0,10

0,09

0,09

0,08

B.2 Parois

intérieur

1 : Brique silico-calcaire 2 : Isolation thermique 3 : Brique silico-calcaire

Epaisseur d'isolation, en cm (au total) W/(m-K)

6

8

10

0,050


12

14

16

18

20

22

24

0,35

0,31

0,27

0,25

0,23

0,21

0,19

0,045

0,38

0,32

0,28

0,25

0,23

0,20

0,19

0,17

0,040

0,34

0,29

0,25

0,23

0,20

0,18

0,17

0,16

0,035

0,37

0,30

0,26

0,23

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,030

0,32

0,27

0,23

0,20

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,025

0,35

0,27

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,29

0,23

0,18

0,16

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

"O O c n û O rsj

c

(y)

CT i

T"

c

c

& Iy U

181


intérieur 1 2 3

1 : Brique apparent 2 : Isolation thermique 3 : Elément en béton apparent


6

8

10

0,050


>O Q .

U

182


12

14

16

18

20

22

24

0,37

0,32

0,29

0,26

0,23

0,21

0,20

0,045

0,40

0,34

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,040

0,36

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,035

0,39

0,32

0,27

0,23

0,21

0,18

0,17

0,15

0,14

0,030

0,34

0,28

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,025

0,37

0,29

0,23

0,20

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,30

0,23

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

B.2 Parois

Contre des locaux non chauffés

intérieur

non chauffé V

ï /

A

y

1 : Crépi intérieur 2 : Brique terre cuite 3 : Isolation thermique 4 : Carton-plâtre

V l A,

W/(m-K)

/

/



6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,55

0,45

0,38

0,33

0,29

0,26

0,24

0,22

0,20

0,18

0,045

0,51

0,42

0,35

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,040

0,47

0,38

0,32

0,28

0,24

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,035

0,43

0,34

0,29

0,25

0,22

0,19

0,17

0,16

0,14

0,13

0,030

0,38

0,30

0,25

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,025

0,33

0,26

0,22

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,28

0,22

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,09

0,08

"O O c n û O rsj

c

(y)

CT i

T"

c

c

& Iy U

183


1 2

1: 2: 3: 4: 5:

3 4 5

Crépi intérieur Brique terre cuite Isolation thermique Lambourdage Carton-plâtre

Epaisseur d'isolation. en cm (au total) W/(m*K)


>O Q .

U

184


6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,59

0,49

0,42

0,36

0,32

0,29

0,26

0,24

0,22

0,21

0,045

0,56

0,46

0,39

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,21

0,19

0,040

0,52

0,43

0,36

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,035

0,49

0,40

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,030

0,44

0,36

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,14

0,025

0,40

0,32

0,27

0,23

0,21

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,020

0,35

0,28

0,24

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

B.2 Parois

intérieur

1: 2: 3: 4:

non chauffé

Brique terre cuite Isolation thermique Lambourdage Carton-plâtre

Epaisseur d'isolationI, en cm (au total) W/(m-K)

Valeur U en W/(m^ •K)

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,60

0,49

0,42

0,37

0,32

0,29

0,26

0,24

0,22

0,21

0,56

0,46

0,39

0,34

0,30

0,27

0,25

0,23

0,21

0,19

0,040

0,53

0,43

0,37

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,035

0,49

0,40

0,34

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,030

0,45

0,36

0,31

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,025

0,41

0,33

0,27

0,24

0,21

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,020

0,36

0,29

0,24

0,21

0,18

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

"O O c n û CO ^ Ô

fN

c

3

(y)

CT i

T"

c

c

& Iy U

185


intérieur

non chauffé 1 2

1: 2: 3: 3: 4:

3

Crépi intérieur Brique silico-calcaire Isolation thermique Couche ventilée Carton-plâtre

4

Valeur U en W/(m2 .K)

Epaisseur d'isolation. en cm (au total) W /( i t t K)

■O O c 3 Û kD O (N

CTI >~ Cl O i—

U

186

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0,050

0,60

0,48

0,40

0,35

0,31

0,27

0,25

0,22

0,21

0,19

0,045

0,55

0,44

0,37

0,32

0,28

0,25

0,22

0,20

0,19

0,17

0,040

0,51

0,40

0,34

0,29

0,25

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,035

0,46

0,36

0,30

0,26

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,030

0,40

0,32

0,26

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,025

0,35

0,27

0,22

0,19

0,16

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,29

0,22

0,18

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

B.3 Toitures et dalles

B.3 Toitures et dalles Toitures contre l'air extérieur D1

extérieur 1: 2: 3: 4: 5:

1 2 г

Couche de protection Etanchéité Isolation thermique Pare-vapeur Béton

X W/(m-K)

4 5


0,050

Valeur U en W/(m^*)

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,37

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,20

0,18

0,17

0,045

0,39

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,16

0,15

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,31

0,27

0,23

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,23

0,20

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

0,07

"O O c n û Ô

fN

c

3

CT i

T"

c

c

& Iy U

187


extérieur 1: 2: 3: 4: 5:

Couche de protection Etanchéité Isolation thermique Pare-vapeur Panneau en fibres de bois dures 6 : Tôle profilée

1 2 )

.1 '[ h }>

.1

a

4 ^ :^ r :O n r ';n r i: 'O \ / \ / '' / / \ / \ / \ / \ / \ / : A A À A ;i j: A A :v

5

/ \ / \ . ' ■ '■' X ■ ■ '

6

intérieur A

W/(m*K)

Epaisseur d'isolation, en cm (au total) 10

0,050

TJ

O c rj

û

«JD tH O

CM

(y) x: gi

>O Q .

U

188

Valeur L/en W/(m2.K)

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,37

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,20

0,18

0,17

0,045

0,39

0,33

0,29

0,26

0,23

0,21

0,19

0,18

0,16

0,15

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,31

0,27

0,23

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,23

0,20

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,08

0,07


Toiture inversée

extérieur 1 2

1 : Substrat avec végétalisation 2 : Non tissé filtrant 3 : Couche de drainage 4 : Non tissé 5 : Isolation thermique 6 : Pare-vapeur 7 : Béton

7

W/(m-K)

O c rj

4 5

6 7

Valeur U en W/(m2. K)


12

0,050

TJ

a

14

16

18

20

22

24

26

28

0,38

0,33

0,30

0,27

0,25

0,23

0,21

0,20

0,045

0,39

0,34

0,30

0,27

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,040

0,35

0,31

0,27

0,25

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,035

0,37

0,31

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,030

0,32

0,1 7

0,24

0,21

0,19

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,025

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,020

0,22

0,19

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

û Ô

c

3

fN 1Í, (y) CT i c ir ®

T"

& Iy U

189

Annexe B - Détermination de la valeur U à l'aide du catalogue...

extérieur 1 : Couche de protection 2 : Etanchéité 3 : Isolation thermique 4 : Pare-vapeur 5 : Plancher 6 : Solive

'■ A A / '• ^

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A

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I n t e r ie u r



10

0,050

TJ

O c =3 Q t

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U

190

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,35

0,31

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,17

0,045

0,38

0,32

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,040

0,34

0,29

0,25

0,23

0,20

0,18

0,17

0,16

0,14

0,13

0,035

0,30

0,26

0,23

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,27

0,23

0,20

0,17

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,18

0,16

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,07

0,07


Dalles contre des locaux non chauffés

1 : Isolation thermique 2 : Béton

in t é r ie u r


10

0,050


12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,36

0,31

0,28

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,17

0,045

0,38

0,33

0,29

0,25

0,23

0,21

0,19

0,18

0,16

0,15

0,040

0,35

0,30

0,26

0,23

0,21

0,19

0,17

0,16

0,15

0,14

0,035

0,31

0,26

0,23

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,27

0,23

0,20

0,18

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,23

0,19

0,17

0,15

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,19

0,16

0,14

0,12

0,11

0,10

0,09

0,08

0,07

0,07

"O o c

n Û ^ c O 3 fN 1Í, (y) CT i T" c ir ®

& Iy

u

191


n o n c h a u ffé 1 2

1 : Panneau aggloméré 2 : Isolation thermique 3 : Béton

in t é r ie u r



>O Q .

U

192


W/(m-K)

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

0,050

0,39

0,34

0,30

0,27

0,24

0,22

0,20

0,19

0,17

0,16

0,045

0,36

0,31

0,27

0,24

0,22

0,20

0,18

0,17

0,16

0,15

0,040

0,33

0,28

0,25

0,22

0,20

0,18

0,17

0,15

0,14

0,13

0,035

0,30

0,25

0,22

0,20

0,18

0,16

0,15

0,14

0,13

0,12

0,030

0,26

0,22

0,19

0,17

0,15

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,025

0,22

0,19

0,16

0,14

0,13

0,12

0,11

0,10

0,09

0,09

0,020

0,18

0,15

0,13

0,12

0,10

0,09

0,09

0,08

0,07

0,07

B.4 Fenêtres

B.4 Fenêtres L/w (fenêtre) en W/(m^* K)^

Vitrage“'

Valeur s"

WAm^-K)

%

1,0

1,4

1,9

2,5

3,3

VI double

1,5

62

1,5

1,7

1,8

2,1

2,3

VI double

1,3

62

1,4

1,6

1,7

2,0

2,3

VI double

1,1

62

1,3

1,4

1,6

1,9

2,1

Part du cadre:

VI double

1,0

62

1,2

1,3

1,5

1,8

2,0

30%

VI triple

1,1

45

1,3

1,4

1,5

1,8

2,0

VI triple

0,9

45

1,1

1,2

1,4

1,7

1,9

VI triple

0,7

45

1,0

1,1

1,3

1,6

1,8

VI triple

0,5

45

0,9

1,0

1,1

1,4

1,7

VI double

1,5

62

1,6

1,7

1,8

2,0

2,2

VI double

1,3

62

1,5

1,6

1,7

1,9

2,1

VI double

1,1

62

1,3

1,4

1,5

1,8

1,9

VI double

1,0

62

1,2

1,3

1,4

1,7

1,8

VI triple

1,1

45

1,3

1,4

1,5

1,7

1,9

VI triple

0,9

45

1,1

1,2

1,3

1,5

1,7

VI triple

0,7

45

1,0

1,1

1,2

1,4

1,6

VI triple

0,5

45

0,8

0,9

1,0

1,2

1,4

VI double

1,5

62

1,6

1,6

1,7

1,8

2,0

VI double

1,3

62

1,4

1,5

1,5

1,7

1,8

VI double

1,1

62

1,2

1,3

1,4

1,6

1,7

Part du cadre:

VI double

1,0

62

1,2

1,2

1,3

1,5

1,6

15%

VI triple

1,1

45

1,2

1,3

1,4

1,5

1,6

VI triple

0,9

45

1,0

1,1

1,2

1,3

1,5

VI triple

0,7

45

0,9

1,0

1,0

1,2

1,3

VI triple

0,5

45

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

Part du cadre: 20%

-a

O c Û ^ O

1

rsl

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3

@ CT b >~ Q . O

U

« ® c c S ë

Uf (cadre) en W/(m^*K)^

Ug

Type

1. Pour le calcul des valeurs U, on part d'un taux de remplissage du gaz de 90 %. 2. Des valeurs g plus élevées doivent être justifiées. Tenir compte de la valeur g donnée dans les spécifications des produits. Pour les vitrages phoniques et ceux de protection solaire, on utilisera uniquement les données fournies par le fabricant. 3. Si on ne connaît pas la part du cadre d'une fenêtre, on admettra pour la détermination des valeurs une « part du cadre de 30 % ». Pour des valeurs Ug intermédiaires, on peut interpoler les valeurs U^. Seules les valeurs qui répondent aux valeurs maximales selon la Norme SIA 180 « Isolation thermique et protection contre l'humidité dans le bâtiment » sont citées. 4. On trouvera d'autres valeurs Uf dans la Documentation SIA D0170 « L'énergie thermique dans le bâtiment ».

193


B.5 Portes № de l'élément

Construction

Valeur U W/(m2. K)

Portes d'entrée de maisons et d'appartements T1

Panneau aggloméré 20 mm Couche thermo-isolante 30 mm Doublage en lames 21 mm

1,1

T2

Panneau aggloméré 22 mm Couche thermo-isolante 10 mm Doublage en lames 21 mm

1,6

T3

Sapin massif collé 40 mm

2,2

T4

Chêne massif collé 40 mm

2,8

T5

Panneau aggloméré 40 mm Deux faces avec revêtement alu

2,5

T6

Tôle d'alu sur les deux faces Couche thermo-isolante 20 mm

2,1

T7

Tôle d'alu sur les deux faces Couche thermo-isolante 40 mm

1,3

T8

Placage, panneau aggloméré mince et tôle d'alu sur les deux faces Panneau aggloméré 40 mm

1,6

T9

Plaquage sur panneau aggloméré fin et panneau aggloméré 16 mm avec alu intercalé sur les deux faces Couche thermo-isolante

1,1

Portes intérieures TJ

O c rj û

1-H O

rsl

T10

Porte assemblée, env. 36 mm avec panneaux à plate-bande

2,9

T11

Porte à vide d'air 40 mm

2,0

T12

Porte pleine 40 mm

2,2

Les exemples relevés dans ce tableau représentent les constructions de portes les plus usuelles. Les spécifications exactes dépendent de chaque constructeur, les épaisseurs varient entre 40 et 80 mm. Les valeurs U données se réfèrent à des portes non vitrées. Pour les constructions spéciales, ainsi que pour les portes industrielles, on peut se servir des indications résultant de tests, données par les fabricants.

ai >CL O

U

194

Annexe C

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195

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1-Н о

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Index

Activité, 20, 21 air humide, 81 apports extérieurs, 4 intérieurs, 3

■a O c

3 Q ^ O § (N

(y) I

CT ir O c

T"

Q- g O

U

2

2

Chaleur latente, 2 massique, 5 sensible, 1 chaudière, 113 chauffage, 111 au sol, 123 central individuel, 113 divisé, 129 climatisation, 111, 130 coefficient de déperdition thermique, 44, 45, 55 coefficient de performance (COP), 118, 132 coefficient de transmission thermique, 35, 41, 45, 56 condensation, 84 conduction, 30, 73 conductivité thermique, 30 confort thermique, 11 convecteur, 129 convection, 34 corps noir, 40 D

Débit, 70

degré hygrométrique, 82 densité de flux thermique, 7 déperditions thermiques, 51, 54 diagramme de lair humide, 81 diffusion de chaleur, 14 de la vapeur d eau, 84

Eau à saturation, 89 écoconstruction, 100 émissivité, 39 énergie interne, 5 enthalpie spécifique, 82

facteur d’émission, 39 facteur solaire, 42 flux de vapeur, 91 thermique, 7, 30, 45

gestion technique du bâtiment (GTB), 111 H

habillement, 20 humidité, 15 absolue, 82 relative, 15, 82 hygrométrie, 81

197

Index

I isolant, 99 isolation thermique, 99

M

matériau, 99 métabolisme (met), 21 monosplit, 132 multisplit, 132

panneau radiant, 130 paroi, 84 coefficient de transmission thermique, 56 déperditions thermiques, 54 flux thermique, 46 perméabilité, 90 plafond rayonnant, 130 plage de confort, 16,22 plancher chauffant, 123,130 chauffant à basse température (PCBT), 123 solaire direct, 121 pompe à chaleur, 118,131 pont thermique, 52, 56 pourcentage prévisible d’insatisfaits (PPD), 22 pression de saturation, 89 de vapeur, 88

quantité de chaleur, 5

198

radiateur, 64,114 rayonnement, 36 solaire, 42 renouvellement d’air, 60 résistance thermique, 32,45 S

sol déperditions thermiques, 59 source d’énergie, 113 système solaire combiné (SSC), 121

taux de renouvellement d’air, 62 température de rosée, 82 humide, 82 température sèche, 81 teneur en humidité, 82 transfert thermique, 29 transpiration, 15 tube cylindrique, 73 tuyauterie, 70,73 U

unité d’habillement (cio), 20

vapeur d’eau, 84 ventilation naturelle, 62 vitesse de l’air, 17 vitrage, 42 coefficient de déperdition thermique, 55 volume spécifique, 82 vote moyen prévisible (PMV), 22

(Technique et ingénierie. Série Froid et génie climatique.) Benjeddou, Omrane_ Jedidi, Malek-La thermique du bâtiment _ du confort thermique au choix des équipements de chauffage et de climatisatio_2.pdf

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