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Fonds de formation professionnelle de la construction

MODULE 4.1A

CALCUL DES DéPERDITIONS THERMIQUES - éLAbORATION THéORIQUE

MAnUEL MODULAirE ChAUFFAgE CEntrAL

2Numéro Dépôt légal: D/2013/1698/06

Mise en perspective

Les manuels relatifs au chauffage central sont légion, mais ils sont la plupart du temps désuets ou trop théoriques. La demande pour un guide pratique est dès lors grande. Le ‘Manuel modulaire Chauffage central’ a été rédigé à la demande de fvb-ffc Constructiv (Fonds de Formation professionnelle de la Construction), sous l’impulsion de Roland Debruyne, président honoraire de l’ICS (Union belge des Installateurs en Chauffage central, Sanitaire, Climatisation et Professions Connexes) et avec l’appui de la BOUWUNIE (la fédération flamande des PME de la construction).

Plusieurs enseignants, la Vlaams Agentschap voor Ondernemersvorming, Syntra Vlaanderen et plusieurs entreprises ont uni leurs forces et constitué l’équipe de rédaction.

Cet ouvrage de référence repose sur la structure de formation modulaire élaboré par le Service Formation professionnelle du Ministère flamand de l’Enseignement et de la Formation. Cette structure a elle-même été extraite du profil professionnel. Dès lors, certains volumes s’adresseront davantage à l’exécutant (monteur), tandis que d’autres intéresseront davantage le collaborateur d’entretien (technicien) ou le responsable (installateur). La structure actuelle, composée de modules et de volumes, figure sur le dos de ce manuel. Nous l’adapterons, si la formation l’exige, en cas d’ajout de nouvelles techniques.

Ce livre alterne le texte et les illustrations, afin que son contenu vous soit également présenté de manière visuelle.

Chaque sujet débute par une description pratique, qui se rapporte à la réalité et aux principes de l’apprentissage des compétences. Vous n’y trouverez en revanche aucun exercice pratique, car il ne s’agit pas d’un manuel scolaire.

Indépendant du type de formation

Nous ambitionnons d’organiser une formation permanente; c’est la raison pour laquelle il s’agit d’un ouvrage de référence pour plusieurs groupes cibles. Que vous soyez un élève, un participant à un cours de formation des classes moyennes, un demandeur d’emploi en formation, un chauffagiste désireux de « rester dans le coup » ou un installateur désireux de rafraîchir ces techniques, vous y trouverez chaussure à votre pied

Une approche intégrée

L’installation durable est un des fils rouges de ce manuel. La sécurité, la santé, l’environnement, … sont parfois même abordés comme un thème distinct. Nous prévoyons en outre dans chaque volume un encadré séparé consacré aux sciences appliquées. Vous y trouverez également des extraits de normes et de publications du CSTC.

Robert Vertenueil,Président du fvb-ffc Constructiv

AVANT-PROPOS

3

MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

4

© Fonds de Formation professionnelle de la Construction, Bruxelles 2013Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, par quelque procédé que ce soit, réservés pour tous les pays.

D/2013/1698/06

Rédaction Coordination: Patrick Uten

groupe de travail: Paul Adriaenssens Inge De Saedeleir Gustaaf Flamant René Onkelinx Jacques Rouseu

textes: Frans Despierre Jacques Rouseu Patrick Uten

Dessins: Thomas De Jongh

rélecture: René Onkelinx

ContactPour adresser vos observations, questions et suggestions, contactez: fvb-ffc Constructiv Rue Royale 132/5 1000 Bruxelles Tél.: 0032 2 210 03 33 Fax: 0032 2 210 03 99 website : ffc.constructiv.be

ContexteDeux volumes ont déjà été rédigés sur le même sujet:

Module 4: Conception, dimensionnement et réglage des installations de chauffage central

Volume 1A - Calcul des déperditions thermiques : Elaboration théorique

Volume 1B - Calcul des déperditions thermiques : Mise en oeuvre pratique

Les principes ci-après ont présidé à la rédaction de ces volumes:• Le texte est basé sur les normes belges NBN B 62-002 (calcul des valeurs U), NBN 62-003 (calcul des déperditions thermiques) et NBN EN 12831• Nous n’avons pas tenu compte du niveau de la nappe phréatique;• Le calcul des déperditions thermiques s’effectue dans un contexte pratique;• les symboles s’inspirent également de EN 12831, du Rapport n° 1 du CSTC, ... (pas toujours très clair);

• Un exercice de calcul est proposé à l’aide de la maquette d’une maison, disponible auprès de fvb-ffc Constructiv;• Nous avons mis au point deux feuilles de calcul: Calcul de la valeur U et Calcul de la déperdition thermique, que nous avons automatisées au

maximum. Vous pouvez les télécharger sur notre site web: ffc.constructiv.be , dans la rubrique “publications”

Le présent manuel s’applique à la conception des installations de chauffage des maisons individuelles.

TABLE DES MATIèRES

AVAnt-PrOPOS ................................................................3

tABLE DES MAtièrES .................................................5

2. SYMBOLES UtiLiSéS .............................................8

3. trAnSFErt DE ChALEUr ..........................113.1. Qu’est-ce que le transfert de chaleur? ............11

3.1.1. Transfert de chaleur par conduction ....................113.1.2. Transfert de chaleur par convection ....................123.1.3. Transfert de chaleur par rayonnement ................12

3.2. Température ....................................................................143.3. Confort thermique ......................................................14

3.3.1. Introduction ...............................................................143.3.2. Confort ........................................................................153.3.3. Paramètres de confort .............................................153.3.4. Activité ........................................................................15

4. COnCEPtS UtiLiSéS POUr LE trAnSFErt DE ChALEUr DAnS LES MUrS .....................................................174.1. Coefficient de conductivité thermique

d’un matériau .................................................................174.2. Résistance thermique (R

m) d’un matériau

homogène .......................................................................184.3. Coefficients d’échange thermique (h)

en W / (m² • K) ..................................................................194.4. Résistance à l’échange thermique

(Rse

ou Rsi) en (m² • K) / W ..........................................20

4.5. Coefficient de transmission thermique, valeur U en W / (m² • K) .............................................21

4.6. Détermination schématique du coefficient de transmission thermique ...................................264.6.1. L’échange thermique ...............................................264.6.2. La transmission thermique .....................................27

4.7. Coefficient de transmission thermique linéaire la valeur ψ en W / (m • K) ........................28

4.8. Exemple pratique ........................................................294.9. Température et évolution

de la température dans la paroi ..........................304.9.1. Détermination de la température à un endroit

donné de la paroi (θw) ..............................................30

4.9.2. Calcul de l’évolution de la température

dans la paroi ...............................................................314.9.3. Courbe de température dans la paroi .................32

4.10. Calcul de Rvaleur idéale

...................................................33

5. nOtiOnS iMPOrtAntES En MAtièrE DE trAnSMiSSiOn thErMiQUE ............355.1. Flux thermique (Ф) .....................................................355.2. La quantité de chaleur (Q) .....................................36

6. FACtEUrS iMPOrtAntS POUr LA trAnSMiSSiOn DE ChALEUr ....376.1. L’isolation ...........................................................................37

6.1.1. Aspects généraux de l’isolation.............................376.1.2. Exigences à l’égard du matériau d’isolation .......386.1.3. Classification ..............................................................38

6.2. Vitrage (fenêtres et portes) ....................................396.2.1. Fenêtres et portes .....................................................396.2.2. Vitrage .........................................................................406.2.3. Doubles fenêtres (valeur U

w) ..................................42

6.3. Nœuds constructifs (ponts thermiques) .......436.4. Condensation sur les constructions ................44

5


TABLE DES MATIèRES

7. COEFFiCiEnt DE trAnSFErt DE ChALEUr h En (W/K) .............................457.1. Généralités .......................................................................457.2. Coefficient de transfert de chaleur h

en (W/K) ............................................................................467.3. Coefficient de transfert de chaleur total (h

T)

par transmission d’un bâtiment en W/K .... ..477.3.1. Coefficient de transfert direct de chaleur (h

D) par

transmission de l’espace chauffé d’un bâtiment

vers l’environnement extérieur, en W/K ..............487.3.2. Coefficient de transfert de chaleur par transmission

via le sol ou via des espaces non chauffés renfer-

més en tout ou en partie par le sol (hg) en W/K ..49

7.3.3. Coefficient de transfert de chaleur par transmission (h

U ) entre des espaces chauffés et l’environnement

extérieur via des espaces attenant non chauffés

(EANC) en W/K ...........................................................507.3.4. Coefficient de transfert de chaleur par transmis-

sion (hA) entre espaces chauffés et bâtiments

contigus, en W/K .......................................................527.4. Coefficient de transfert de chaleur (h

V) par

ventilation dans le volume protégé, en W/K ...53

8. DéPErDitiOnS DE ChALEUr DAnS LES BâtiMEntS ....................................558.1. Objectifs et principes de la méthode

de calcul ............................................................................558.2. Procédure de calcul pour un local chauffé ..558.3. Données d’entrée ........................................................56

8.3.1. Températures extérieures θe ..................................56

8.3.2. Températures intérieures θint

..................................568.3.3. Données relatives au bâtiment .............................578.3.4. Données relatives à la ventilation .........................57

8.4. Déperditions de chaleur d’un local (Φ

hL) en W ..................................................58

8.4.1. Déperdition de chaleur par transmission

d’un local (ΦT) en W .................................................58

8.4.2. Déperdition de chaleur par ventilation

d’un local (ΦV) en W ................................................59

8.5. Déperditions de chaleur totales d’un local (Φ

hL) en W ..................................................59

8.5.1. Facteur d’accroissement

pour l’orientation (M0) ..............................................60

8.5.2. Facteur d’accroissement

pour les parois froides (Mcw

) ...................................608.6. Résumé des déperditions

de chaleur totales ΦhL

...............................................61

9. PEB (PErFOrMAnCE énErgEtiQUE DES BâtiMEntS) ......639.1. Décret d’application ..................................................639.2. Qu’est-ce que la performance

énergétique d’un bâtiment? ................................659.3. Obligations en matière de PEB............................669.4. Résumé ..............................................................................67

10 réFérEntiEL .............................................................6910.1. Valeur U

w d’une fenêtre .........................................69

10.2. Condensation ..............................................................7010.2.1. Condensation superficielle ..................................7010.2.2. Facteur de température (f )...................................7210.2.3. Quelques exemples de matériaux d’isolation ...73

11. SCiEnCES APPLiQUéES .............................8311.1. Condensation ..............................................................8311.2. Tension de vapeur ....................................................8411.3. Diffusion de la vapeur d’eau ..............................8511.4. Anodisation ..................................................................8611.5. Emaillage ........................................................................86

7


2. SYMBOLES UTILISéS

8

2. SYMBOLES UTILISéS

Symbole Description unitéθ température °C

T température K

θe température extérieure °C

θint température ambiante, température intérieure (auparavant θi) °C

θv température de départ de l’eau (chaudière) °C

θr température de retour de l’eau (chaudière) (auparavant θt) °C

θin température d’entrée de l’eau (corps de chauffe) (auparavant θi) °C

θout température de sortie de l’eau (corps de chauffe) (auparavant θU ) °C

Δθ = ΔT écart de température °C ou K

Δθr écart de température de l’eau dans le radiateur °C ou K

Δθ50 75/65/20 Δθ60 : 90/70/20 °C ou K

θink température d’entrée de l’eau dans le circuit °C

θoutk température de sortie de l’eau du circuit °C

θkring température de mélange de l’eau dans le circuit °C

θw température locale dans la paroi °C

c chaleur massique, chaleur spécifique J/(kg.K)

Ψ coefficient de transmission thermique linéique de nœuds constructifs linéaires W/(m•K)

χ coefficient de transmission thermique caractéristique des nœuds constructifs W/K

Φ flux thermique ou transmission à travers les parois du local W

ΦT déperdition thermique par transmission W

ΦV déperdition de chaleur par ventilation W

ΦHL somme des déperditions de chaleur (= besoin de chaleur) du local W

Φtot déperdition de chaleur totale de tous les locaux W

A surface m²

b largeur m

l longueur m

d épaisseur m

d densité relative --

ρ densité (de masse) kg/m3 ou kg.m-3

E émission de chaleur W

E50 émission de chaleur normalisée W

h hauteur m

hse coefficient d’échange thermique (extérieur,humide) W/(m²•K)

hsi coefficient d’échange thermique (intérieur, sec) W/(m²•K)

H coefficient de transfert de chaleur W/K

HA

coefficient de transfert de chaleur total entre l’espace chauffé etles bâtiments attenants W/K

HD coefficient de transfert de chaleur direct total vers l’environnement extérieur W/K


9

Symbole Description unité

Hg coefficient de transfert de chaleur total vers l'environnement extérieur via le sol et via des espaces non chauffés (EAnC) en contact avec le sol W/K

Hse coefficient d’échange thermique humide W/K

Hsi coefficient d’échange thermique sec W/K

HU coefficient de transfert de chaleur total vers l’environnement extérieur via EAnC W/K

HV coefficient de transfert de chaleur par ventilation W/K

l longueur m

Mcw supplément pour parois froides --

Mo supplément pour orientation %

nmin taux de ventilation minimum au moyen d’air extérieur par heure (auparavant β) /h ou h-1

η rendement --

P puissance (quantité de chaleur par seconde) J/s =W

Q quantité de chaleur J

qv débit volumique m³/h, dm³/h ou l/h

qm débit massique kg/h

q50 débit d’eau massique normalisé dans une installation suivant E50 kg/h

qring débit massique dans le circuit kg/h

qrad débit massique dans le radiateur kg/h

qtot débit massique total kg/h

R résistance thermique d’une paroi (m²•K)/W

Rg

résistance thermique pour couches d’air dans une paroi (inférieures ou égales à 300mm) (m²•K)/W

Rm résistance au transfert thermique d’une paroi homogène (m²•K)/W

Rsi résistance à l’échange de chaleur intérieur (m²•K)/W

Rse résistance à l’échange de chaleur extérieur (m²•K)/W

RT résistance thermique totale d’une paroi (m²•K)/W

RU résistance thermique pour matériaux non homogènes ou couche d’air supérieure à 300mm (m²•K)/W

U coefficient de transmission thermique W/(m²•K)

V volume m³

Z perte de pression résistances locales Pa

ζ ou z coefficient de résistance pour convection par une résistance locale --

λU ou λ coefficient de conductivité thermique (conductibilité thermique) W/(m•K)

Σ somme de --

2. SYMBOLES UTILISéS MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

3.1 Qu’est-ce que le transfert de chaleur?

Le transfert de chaleur est une transmission de chaleur. La chaleur est une forme d’énergie qui peut être générée par un frottement, la compression de gaz, la combustion (réaction chimique) ou la conversion d’énergie électrique (résistances).

Dans la technique de combustion; la chaleur est générée exclusivement par une réaction chimique: la combustion de combustibles liquides ou gazeux.

La chaleur circule d’un niveau supérieur (température plus haute) à un niveau inférieur (température plus basse).

La quantité de chaleur dépend de la masse (kg), de la nature de la matière et de la différence de température entre les matières ou les corps (Δθ).

Le transfert de chaleur s’effectue par:• conduction• convection• rayonnement

3.1.1 Le transfert de chaleur par conduction

Le transfert de chaleur par conduction passe de molécule (particule) en molécule. Les molécules peuvent faire partie d’un même corps ou de différents corps. Le transfert de chaleur par conduction se produit également dans les liquides et les gaz, au moment où les particules du fluide entrent en contact les unes avec les autres.

Il existe de bons conducteurs, p.ex. les métaux (cuivre, acier, aluminium).

Il existe de mauvais conducteurs, également appelés isolateurs, notamment le bois, la pierre, la porcelaine, l’air sec, l’isolation.

Le transfert de chaleur par conduction ne nécessite aucun mouvement. C’est un transfert de chaleur typique en présence de matières solides.

3. trAnSFErt DE ChALEUr

11

3. TranSFErT dE ChaLEUr MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

12

3.1 Qu’est-ce que le transfert de chaleur?

3.1.2 Le transfert de chaleur par convection

Si vous chauffez une quantité d’air à pression constante, le volume d’air augmente. La densité de masse (ρ = masse / volume) diminue au fur et à mesure que la température augmente. L’air chaud monte et est remplacé par de l’air plus froid; ce mouvement produit une convection, c.-à-d. une circulation naturelle. L’air sert de support thermique, d’intermédiaire.

Les molécules d’air absorbent la chaleur et la transportent.Elles entrent ainsi en contact avec des molécules plus froides auxquelles elles cèdent leur chaleur. Ce contact produit un peu de conduction. Le transfert de chaleur s’intensifie quand la vitesse augmente (Δθ plus grand). L’évacuation de chaleur est plus forte par grand vent que quand il n’y a pas de vent.

L’évacuation de la chaleur augmente de la vitesse au carré quand il y a convection.

En technique de chauffage, nous tenons compte de ce phénomène, notamment en attribuant un facteur d’orientation aux murs qui ont une exposition défavorable au vent.

3.1.3 Le transfert de chaleur par rayonnement

Ce transfert de chaleur s’effectue comme suit:

Tout corps dont la température est supérieure au zéro absolu (0 K ou -273°C) émet des rayons dont la composition est comparable à celle de tous les autres rayons électromagnétiques (rayons lumineux). Mais ces rayons se caractérisent par une longueur d’onde croissante au fur et à mesure que la température du corps émetteur augmente. L’échange de chaleur par rayonnement se situe principalement dans la plage de longueur d’onde de 0,5 à 10 μm.

Le transfert de chaleur se produit dans la différence de température des deux rayonnements. Il n’est pas question ici de mouvement ou de contact, et le phénomène se produit même dans le vide, contrairement aux modes de transfert précédents.

3. TranSFErT dE ChaLEUrMODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

13

S’agissant pour des solides et des liquides, le phénomène se limite à la surface. Dans le cas des gaz, le transfert de chaleur se produit dans une couche relativement épaisse du gaz.

La quantité de chaleur émise par rayonnement dépend non seulement de la température mais aussi du type de matériau (conducteur, réfléchissant, absorbant) et de la qualité de la surface rayonnante (rugueuse, lisse, polie).

Application dans la pratique

• Le transfert de chaleur est, en fait, un processus très complexe. Il se déroule simultanément à plusieurs niveaux, en fonction de l’élément chauffant et de l’espace environnant.

• Si nous plaçons nos mains devant notre visage, nous sentons très bien le rayonnement.

• Le cuivre poli dégage peu de chaleur alors que le rayonnement est dix-huit fois plus important avec du cuivre rugueux.

• Si vous voulez qu’un poêle dégage un maximum de chaleur, il faut le noircir.

• Le rayonnement de chaleur augmente fortement avec la différence de température.

• Les habitants des pays tropicaux portent des vêtements blancs afin de réverbérer au maximum le rayonnement thermique du soleil.

• En présence de basses températures, nous ne sommes généralement exposés qu’au rayonnement de chaleur, tandis qu’à des températures élevées (le filament en tungstène d’une lampe à incandescence), une partie de l’énergie se transforme en lumière.

• Si vous chauffez un objet, il se peut qu’il émette des rayons lumineux visibles. La couleur de la lumière émise dépend exclusivement de la température de l’objet.

3. TranSFErT dE ChaLEUr MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

14

3. TranSFErT dE ChaLEUr

3.2 Température

3.3 Confort thermique

Notre sens du toucher constate facilement la différence de température entre deux objets. Nous exprimons cette sensation avec des expressions vagues, telles que chaud, tiède ou froid. Pour une observation plus précise, il faudra recourir à un thermomètre à gaz, à liquide ou bilame.

La température sert à mesurer la chaleur ou le froid. La température est la valeur mesurée d’un corps donné. Pour indiquer la température en °C, nous utilisons le symbole θ (la lettre grecque thêta). Pour exprimer la température en Kelvin, nous utilisons la lettre T majuscule. Les différences de température s’expriment à l’aide du symbole Δθ (delta thêta) ou ΔT.

Les différences de température sont évidemment identiques, qu’on les exprime en degrés Celsius ou Kelvin. (Δθ = ΔT = 1°C = 1K)

3.3.1 Introduction

Le confort thermique se définit comme: ’l’état où l’être humain est satisfait de son environnement thermique et où il ne préfère pas un environnement plus chaud ou plus froid’. Au repos ou lors d’une activité légère, il supporte sans difficulté une température ambiante d’environ 22 °C.

Le confort thermique joue un rôle important dans la régulation thermique humaine (régulation naturelle de la température). Des ‘paramètres de confort’ influencent cette régulation thermique. Nous pouvons les subdiviser en paramètres de climat intérieur (température de confort, température moyenne de rayonnement, vitesse de l’air et humidité) et en paramètres personnels (niveau d’activité et résistance thermique des vêtements).


15


3.3.2 Confort

Les conditions thermiques d’une pièce de séjour doivent créer un confort optimal pour les utilisateurs.Les conditions thermiques des autres locaux doivent générer un confort thermique optimal pour les utilisateurs et les visiteurs, et réaliser les températures nécessaires aux processus industriels.

L’être humain possède un mécanisme de régulation qui maintient une température corporelle constante (37 °C chez une personne au repos).

3.3.3 Paramètres de confort

Se basant sur des expériences, le savant danois Fanger a défini le confort thermique comme un jugement de valeur, sur une échelle de -3 à 3. Le confort optimal se situe à la valeur 0 de cette échelle.

Lorsqu’un groupe de personnes se trouve dans un local, on peut constater une valeur moyenne, connue sous le nom de PMV (predicted mean vote).

Fanger a établi, pour calculer le PMV, une équation basée sur des paramètres de confort.

3.3.4 Activité

En travaillant, nous produisons beaucoup de chaleur corporelle (± 500 W ). Nous devons pouvoir transmettre sans effort cette chaleur à l’environnement. C’est pourquoi nous adaptons la température ambiante ou notre habillement à nos conditions de travail. Le tableau ci-contre présente un classement de valeurs indicatives pour la production de chaleur et le métabolisme sur base du niveau d’activité.

description activité

production de chaleur

W / m²

facteur de comparaison pour

le métabolisme

repos (couché) 80 0,8

repos (assis) 100 1,0

repos (debout) 110 1,2

activité assise 120 1,2

activité faible 170 1,7

activité moyenne 300 2,8

activité élevée 700 4,0


16

La résistance thermique des vêtements (valeur clo).Les vêtements constituent une résistance thermique (voir plus bas) entre le corps et l’environnement. Vous pouvez influencer votre confort thermique en adaptant votre habillement. La résistance thermique des vêtements est exprimée par l’unité “clo“ (1 clo = 0,155 (m²•K)/W).

Nous distinguons les paramètres suivants pour le climat intérieur:

• la température de l’air (θint

);• la température moyenne de rayonnement;• la vitesse relative de l’air;• l’humidité de l’air.

Le PMV est donc une grandeur de calcul qui prédit la valeur moyenne de l’évaluation par un grand groupe de personnes. Ces dernières se prononcent sur leur perception thermique de leur environnement à l’aide de l’échelle à sept points suivante:

Comme la sensibilité n’est identique à chaque personne, il est impossible de créer des conditions thermiques qui satisfassent tout le monde. Par contre, il est possible de spécifier des conditions thermiques propres à satisfaire un pourcentage donné de personnes.


Valeur chiffrée du PMV Perception

+ 3 brûlant

+ 2 chaud

+ 1 un peu chaud

0 neutre

- 1 un peu froid

- 2 frais

- 3 froid


17

4.1 Coefficient de conductivité thermique d’un matériau1

4. COnCEPtS UtiLiSéS POUr LE trAnSFErt DE ChALEUr

(λUi

of λUe

) en W / (m•K).

Tout matériau est plus ou moins conducteur de chaleur. Les matériaux peu conducteurs de chaleur s’appellent matériaux d’isolation ou isolants. La valeur d’isolation dépend de la nature, de la température et de l’humidité du matériau utilisé (λ

Ui ou λ

Ue ). C’est une caractéristique spécifique du matériau.

Le coefficient de conductivité thermique est le flux de chaleur (= énergie) qui traverse un bloc (1m² x épaisseur de 1m ou 1m³) de matériau homogène à une différence de température de 1K. Nous le représentons par λ (la lettre grecque lambda) et nous l’exprimons en watt par m et par Kelvin [ W / (m•K) ]. C’est ce que nous appelons par définition le coefficient de conductivité thermique.

Ces valeurs sont exprimées, pour les matériaux de construction les plus courants, sur base de la densité de masse et des conditions d’humidité:

• la valeur λ est représentée par: λU ou λ

D ;

• les valeurs λU des matériaux de construction et d’isolation

sont déterminées suivant les principes de EN ISO 10456;• produits certifiés connus: valeurs λ

D déclarées,

déterminées de manière statistique par des conditions de référence;

• valeurs de calcul λU, convergées vers des conditions

d’humidité propres au pays, et différentes selon l’utilisation en conditions intérieures ou extérieures (facteurs de conversion).

Valeurs de calcul pour conditions intérieures et extérieures:• conditions intérieures (λ

Ui): dans les constructions

intérieures ou dans les constructions extérieures, s’il n’y a pas d’influence d’infiltrations d’eau de pluie, de condensation, d’humidité ascensionnelle, d’humidité de construction, de précipitations, etc.;

• conditions extérieures (λUe

); tous les cas où le matériau risque d’être mouillé.

1 Pour un développement plus détaillé:voir NBN B 62-002 (2008).

4. COnCEPTS UTILISéS POUr LE TranSFErT dE ChaLEUr

)( 12 uufDU

ue −⋅= λλ


18

4.2 Résistance thermique (Rm

) d’un matériau homogène

La résistance thermique (1/λU ) est l’inverse du coefficient de

conductivité thermique (λU ) dans des conditions identiques,

c.-à-d. une unité de volume (1m³) du même matériau.

La résistance thermique d’un matériau homogène est la résistance que le matériau offre au passage du flux de chaleur. résistance thermique =

Résistance thermique d’un matériau homogène en fonction de l’épaisseur (d) in (m² • K) / W (résistance de passage de surface à surface d’un matériau homogène).

En fonction de la variation de l’épaisseur (d) ou du coefficient de conductivité thermique (λ

U ), la résistance thermique se

modifie comme suit:• La résistance thermique augmente proportionnellement

à l’épaisseur (directement proportionnelle).• Si le matériau isole davantage ou si le coefficient de

conductivité thermique (λU ) est plus petit, la résistance

thermique augmente (inversement proportionnelle).

Nous pouvons donc écrire ce qui suit:

ou en

où: d : l’épaisseur en m λ

U : le coefficient de conductivité thermique

en (m • K) / W R

m : la résistance thermique d’un mur homogène

en (m² • K) / W

Par mur homogène, nous entendons un mur dans lequel le transfert thermique répond, en conditions hivernales, à un modèle unidimensionnel. D’un point de vue macroscopique, les flux thermiques y sont donc tous perpendiculaires aux surfaces. Les murs homogènes peuvent être constitués de matériaux isotropes ou anisotropes. Nous qualifions d’isotropes les matériaux constitués d’élément dont les joints sont uniformément répartis (maçonnerie).

um

um

dRdRλλ

=⋅=1 WKm /)( 2

MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES 4. COnCEPTS UTILISéS POUr LE TranSFErT dE ChaLEUr

WKminu

/)(1⋅

λen

19

4.3 Coefficients d’échange thermique (h) en W / (m² • K)

L’échange thermique depuis l’environnement ou depuis une construction vers l’environnement peut s’opérer par convection et par rayonnement. Il y a lieu de distinguer l’extérieur (h

se ) et l’intérieur (h

si).

Ces valeurs sont déterminées de façon expérimentale et tiennent compte des facteurs suivants:

• la vitesse de convection;• le coefficient de conductivité thermique des matières;• la rugosité de la surface;• la température des deux surfaces;• la situation du mur et le sens du flux thermique.

Nous pouvons considérer:• h

se comme la somme des coefficients d’échange par

convection et par rayonnement vers l’environnement extérieur pour une humidité relative de 80% à 20 °C;

• hsi comme la somme des coefficients d’échange par

convection et par rayonnement vers l’environnement intérieur pour une humidité relative de 50% à 20 °C. A l’extérieur, cet échange thermique par convection dépend de la vitesse du vent (5 et 30 W / (m² • K) ); à l’intérieur, il est déterminé en ordre principal par la convection naturelle et se situe entre 2 et 3 W / (m² • K). A l’extérieur, l’échange thermique par rayonnement s’effectue en direction du sol et de l’air extérieur froid (ciel froid) et a une valeur de ± 5 W / (m² • K). A l’intérieur, cet échange se fait en direction des autres murs.

Le coefficient d’échange thermique (hse ) est le flux de chaleur échangé entre la face extérieure du mur et l’environnent extérieur, par convection et par rayonnement, par unité de surface et par unité de différence de température, exprimé en W / (m² • K).

Le coefficient d’échange thermique (hsi) est le flux de chaleur échangé entre la face intérieure du mur et l’environnent intérieur, par convection et par rayonnement, par unité de surface et par unité de différence de température, exprimé en W / (m² • K).

MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES4. COnCEPTS UTILISéS POUr LE TranSFErT dE ChaLEUr

en

en

20

4.4 Résistance à l’échange thermique (Rse

ou Rsi) en (m² • K) / W

Nous devons établir une distinction entre l’extérieur (Rse

) et l’intérieur (R

si) du bâtiment.

Cette résistance est:• l’inverse du coefficient d’échange thermique (h);• fonction du sens du flux thermique;• fonction du déplacement d’air contre le mur.

est la résistance à l’échange thermique sur la surface extérieure.

est la résistance à l’échange thermique sur la surface intérieure.

Rs en (m² • K) / W est la résistance à l’échange thermique d’une couche d’air dans des châssis équipés de plusieurs couches de vitrage.

Rg en (m² • K) / W est la résistance à l’échange thermique d’une couche d’air dans un mur dont d ≤ 300 mm.

Ru en (m² • K) / W est la résistance à l’échange thermique d’une couche d’air dans un mur dont d > 300 mm.

R est l’inverse du flux thermique échangé, dans un état stationnaire, entre le côté chaud et le côté froid de la couche d’air, par convection, rayonnement et conduction. Nous calculons cette résistance par unité de surface et par unité de différence de température entre le côté froid et le côté chaud de la couche d’air.

sese h

R 1=

sisi h

R 1=


WKm /)( 2⋅

WKm /)( 2⋅


en

21

4.5 Coefficient de transmission thermique, valeur U en W / (m² • K)

Le coefficient de transmission thermique (valeur U) est le flux de chaleur qui passe, p.ex., entre les deux faces d’une fenêtre, d’une construction, d’un mur intérieur ou extérieur ayant une surface de 1m² à une différence de température de 1K et est exprimé en W / (m² • K). La valeur U est l’inverse de la résistance thermique totale (R

T).

La plupart des murs sont composés de couches de matériaux différents ayant chacun leurs caractéristiques spécifiques:λ

u (coefficient de conductivité thermique) et d (épaisseur).

Ils se composent de couches ayant chacune sa résistance propre. Une couche peut aussi bien consister en un matériau solide (conduction) qu’en une coulisse ventilée ou non (transmission thermique par conduction mais aussi par convection et par rayonnement).

Voulons-nous calculer la résistance thermique totale (RT)

que le flux de chaleur rencontre au passage d’une fenêtre, d’une construction, d’un mur composé avec coulisse, d’un mur extérieur ou intérieur? Dans ce cas, nous devons tenir compte de toutes les résistances, de l’air intérieur vers l’air extérieur, en ce compris les résistances de transfert R

si et R

se.

La résistance thermique (RT) de surface à surface d’un

mur composé de plusieurs couches de matériaux perpendiculairement au flux de chaleur est égale à la somme des résistances thermiques de chaque élément séparément.

TRU 1= )(/ 2 KmW ⋅


en W / (m²• K)

22

Résistance à l’échange de chaleur Rsi

+ résistance au transfert thermique ∑R + résistance à l’échange de chaleur R

se

Rtot

ou RT : ∑ de toutes les résistances

où:R

T : la résistance thermique totale en (m² • K) / W

1/hsi = R

si : la résistance à l’échange de chaleur

du côté sec en (m² • K) / W1/h

se = R

se : la résistance à l’échange de chaleur du côté

humide en (m² • K) / W∑R= ∑ de toutes les résistances au transfert de la construction

en (m² • K) / W

en (m² • K) / W

Nous pouvons aussi écrire:

en (m² • K) / W

en W / (m² • K)

en W / (m² • K)

sesiT RRRR +Σ+=

seugsiT RRRRRRR ++++++= ......21

seugUU

siT RRRddRR ++++++= ......2

2

1

1

λλ

TRU 1=

seugUU

siT RRR

ddRR

U+⋅⋅⋅+++⋅⋅⋅+++

==

2

2

1

1

11

λλ

seugsi RRRRRRU

+++++++=

......1

21


23

Remarques• Dans de nombreux cas, il n’est pas nécessaire de calculer

toutes les valeurs U. En ce qui concerne la valeur U des portes, des fenêtres et des assemblages les plus courants, nous utilisons des tableaux (EN ISO 10077-1).

remarque 1Pour les parois entre couches d’air, nous utilisons les valeurs R

si = 0,13 (m² • K) / W ou R

se = 0,04 (m² • K) / W que nous

retrouvons dans des tableaux ou qui sont explicitées par une illustration où figure le sens du flux de chaleur. Ces valeurs tiennent compte du sens du flux de chaleur, à l’horizontale, à la verticale vers le haut ou à la verticale vers le bas (0,17 (m² • K) / W ) ainsi que d’une coulisse ventilée ou non ventilée.

Sens du flux de chaleur Elément rsi en rse en

mur, fenêtre 0,13 0,04

toît, plafond 0,10 0,04

plancher 0,17 0,04

WKm /)( 2 ⋅ WKm /)( 2 ⋅

seug

UsiT RRRdRR +Σ+Σ+Σ+=

λ


24

remarque 2Nous trouvons les valeurs R des matériaux non homogènes dans des tableaux. Nous les représentons par R

u et nous les

exprimons en (m² • K) / W

Un exemple typique en est une voûte en béton avec ouvertures d’aération ayant pour but de ventiler la construction et d’alléger la voûte. (NBN EN ISO 6946).

Nous considérons les combles ventilés naturellement (EANC) et les espaces non chauffés sous toiture (d > 300 mm) comme une couche homogène du point de vue thermique.

Résistance thermique de couches d’air (d > 300 mm), combles non chauffés sous toiture (EANC).

seug


λ

MatériauxEpaisseur/

hauteur des éléments

ru(m².K) / W

Maçonnerie de blocs creux en béton lourd (ρ > 1200 kg/m³)

d = 14 cm 0,11

d = 19 cm 0,14

d = 29 cm 0,20

Maçonnerie de blocs creux en béton léger (ρ < 1200 kg/m³)

d = 14 cm 0,30

d = 19 cm 0,35

d = 29 cm 0,45

Dalles de plancher rugueuses préfabriquées en hourdis de terre cuite

1 cavité dans le sens du flux

d = 8 cm 0,08

d = 12 cm 0,11

2 cavités dans le sens du flux

d = 12 cm 0,13

d = 16 cm 0,16

d = 20 cm 0,19

Dalles de sol rugueuses préfabriquées en béton lourd (avec hourdis)

d = 12 cm 0,11

d = 16 cm 0,13

d = 20 cm 0,15

Plaques de plâtre entre deux couches de carton

d < 1.4 cm 0,05

d ≥ 1.4 cm 0,08

Caractéristiques du toit ru(m².K) / W

1. toiture en tuiles sans étanchéité ou sans sous-toiture 0,06

2. toiture en tuiles avec étanchéité ou avec sous-toiture 0,02

3. comme (2), mais avec revêtement réfléchissant à faible valeur de rayonnement 0,30

4. toiture avec voligeage et étanchéité 0,30


25

remarque 3Nous trouvons les valeurs R des couches d’air non ventilées dans des tableaux. Nous les représentons par R

g et nous les

exprimons en (m² • K) / W

Les valeurs Rg dépendent:

• du type de couche d’air, de son épaisseur, de la géométrie, du rapport d/l ou d/b <0,1 et de la pente;

• de la ventilation de la couche d’air: ventilation nulle, moyenne ou forte;

• du sens du flux d’air: horizontal, ascendant ou descendant;

• de la chaleur de rayonnement des surfaces attenantes (p.ex. double vitrage).

seug


λ


résistance thermique rg des couches d’air (d ≤ 300 mm)

Epaisseur de la couche d’air (mm)

Sens du flux thermique

du bas vers le haut horizontal du haut vers le bas

0 < d < 5 0 0 0

5 ≤ d <7 0,11 0,11 0,11

7 ≤ d < 10 0,13 0,13 0,13

10 ≤ d < 15 0,15 0,15 0,15

15 ≤ d < 25 0,16 0,17 0,17

25 ≤ d < 50 0,16 0,18 0,19

50 ≤ d < 100 0,16 0,18 0,21

100 ≤ d < 300 0,16 0,18 0,22

300 0,16 0,18 0,23


en W

26

4.6 Détermination schématique du coefficient de transmission thermique

Valeur U en W / (m² • K)

4.6.1 L’échange thermique

La quantité de chaleur transmise par un liquide en mouvement (fluide) ou un environnement à une paroi est directement proportionnelle à:

• A: la surface de la paroi en m²• Δθ = ΔT : l’écart de température entre les faces en K• h

si et h

se : le coefficient d’échange de chaleur (sèche ou

humide) qui tient compte du rayonnement et de la convection. Comme ce coefficient dépend de nombreux facteurs, nous le déterminons de façon expérimentale. Les facteurs suivants interviennent:• la vitesse de convection;• la conductivité thermique des matières;• la rugosité de la surface;• la température des deux faces;• la position de la paroi, horizontale ou

verticale, et le sens de la convection.

Si nous déterminons maintenant la quantité de chaleur (J) par unité de temps (s), nous obtenons le flux thermique Ф (en J/s = W ).

où: Ф : l’énergie calorifique ou l’échange thermique en Wh : le coefficient d’échange thermique h

si ou h

se

en W / (m² • K)A : la surface en m²θ

1 : la température, inférieure à θ

si ou θ

se;

θ : la température θsi (sèche) ou θ

se (humide).


)( 1θθ −⋅⋅=Φ seofsiseofsi Ah ou ou

27

4.6.2 La transmission thermique

Nous prenons la figure ci-contre et nous appliquons la formule ci-dessus.

Pour ( 1 ) où

Pour ( 2 ) où

Pour ( 3 ) où

La somme ( ∑ ) de (1) (2) (3) ou

Par une opération mathématique, nous obtenons:

En poursuivant l’opération mathématique, nous obtenons:

où

ou

où:Ф : le flux thermique exprimé en WU : le coefficient de transmission thermique exprimé

en W / (m² • K)A : la surface en m²

Te ∆=∆=− θθθint en °C ou K.

)( 21 θθλ−⋅⋅=Φ A

dU

Ad

U ⋅⋅Φ

=−λ

θθ 21

)( 1int θθ −⋅⋅=Φ Ahsi

Ahsi ⋅Φ

=− 1int θθ

)( 2 ese Ah θθ −⋅⋅=ΦAhse

e ⋅Φ

=−θθ2

AhAd

Ah seUsie ⋅

Φ+

⋅⋅Φ

+⋅Φ

=−+−+−λ

θθθθθθ 2211int

)11(intseUsi

e hd

hA++⋅

Φ=−

λθθ

seUsi

e

hd

h

A11

)( int

++

⋅−=Φ

λ

θθ

T

seUsiR

Uhd

h==++

111λ

)( int eAU θθ −⋅⋅=Φ

en Wθ∆⋅⋅=Φ AUConclusion:

Le coefficient de transmission thermique U est donc égal à:La quantité d’énergie calorifique qui traverse par seconde 1m² de paroi lisse, pour un écart de température de 1K entre l’air et les surfaces attenantes. Il représente la somme de toutes les déperditions de chaleur par conduction, convection et rayonnement.


(1) (2) (3)

28

4.7 Coefficient de transmission thermique linéique - valeur ψ en W / (m • K)

Cette dernière formule exprime la valeur U: le coefficient de transmission thermique. L’inverse dela valeur U est R

T , qu’on appelle la résistance thermique.

où:R

T : la résistance thermique totale en W

1/hsi = R

si : la résistance à l’échange de chaleur du côté sec

en (m² • K) / Wd

1/λ

U1 = R

m1 : la résistance au transfert thermique de la

couche de matériau 1 en (m² • K) / W1/h

se = R

se : la résistance à l’échange de chaleur du côté

humide en (m² • K) / W

Il en résulte que:R

T = R

si + R

m1 + R

se en (m² • K) / W

Si la paroi est composée de plusieurs (n) couches de matériaux de nature différente, on obtient l’équation suivante:R

T = R

si + R

m1 + R

m2 + … + R

m6 + R

se en (m² • K) / W

La résistance thermique totale (RT) d’une paroi

d’environnement à environnement (d’air à air) est égale à la somme de toutes les résistances individuelles entre ces deux environnements.

Le coefficient de transmission thermique linéique est la valeur U linéaire d’un nœud constructif, représentée par ψ (psi) et exprimée en W / (m • K)

Ces valeurs peuvent se trouver dans des tableaux ou éventuellement être calculées (voir NBN 62-002).

enseUsi

T hd

hUR 111

1

1 ++==λ

WKm /)( 2 ⋅


29

4.8 Exemple pratique

• enduit de plâtre de 1 cm et λU1

= 0,52 W / (m • K)

• mur intérieur (maçonnerie ρ ≤ 500 kg/m³) épaisseur 14 cm et λ

U2= 0,38 W / (m • K)

• isolation en polyuréthane de 6 cm et λU3

= 0,028 W / (m • K)

• coulisse non ventilée de 1 cm hg = 6,6 W / (m² • K)

Rg = 0,15 (m² • K) / W

• briques creuses de parement, épaisseur 9 cm et λ

U4 = 0,94 W / (m • K)

• coefficient d’échange thermique hsi = 8 W / (m² • K)

Rsi = 0,13 (m² • K) / W

• coefficient d’échange thermique hse

= 23 W / (m² • K) R

se = 0,04 (m² • K) / W

Question:Déterminez la valeur U.

Solution: 1ère élaboration possible: utilisation de la formule:

en W / (m² • K)

en

où:

hsi = 8 )(/ 2 KmW ⋅ R

si = 1/h

si = 1/8 = 0,13 WKm /)( 2 ⋅

hse

= 23 )(/ 2 KmW ⋅ Rse

= 1/hse

= 1/ 23 = 0,04 WKm /)( 2 ⋅

hg = 6,6 )(/ 2 KmW ⋅ R

g = 0,15 WKm /)( 2 ⋅

d

1 = 1 cm 0,01 m λ

U1 = 0,52 )(/ KmW ⋅

d2 = 14 cm 0,14 m λ

U2 = 0,38 )(/ KmW ⋅

d3 = 6 cm 0,06 m λ

U3 = 0,028 )(/ KmW ⋅

d4 = 9 cm 0,09 m λ

U4 = 0,94 )(/ KmW ⋅

Remplacer la formule par des valeurs exactes:R

T = 0,13 + 0,019 + 0,368 + 2,143 + 0,15 + 0,096 + 0,04

RT = 2,946 WKm /)( 2 ⋅

1/2,946

U = 0,339 WKm /)( 2 ⋅

TRU 1=

seU

gUUU

siT RdRdddRR ++++++=4

4

3

3

2

2

1

1

λλλλ WKm /)( 2 ⋅

TRU 1=


30

4.9 Température et évolution de la température dans la paroi

2ème élaboration possible: sous forme de tableau

4.9.1 Détermination de la température à un endroit donné de la paroi (θ

w)

Nous pouvons déterminer la température en appliquant la formule ci-après. Nous connaissons ainsi l’emplacement du point de condensation.

où: θ

w : la température locale en °C

θint

: la température ambiante en °CΔθ = ΔT : l’écart de température en °C ou KR

w : la résistance thermique depuis l’intérieur

en (m² • K) / WR

T : la résistance thermique totale de la construction

(m² • K) / W

description matériaux utilisésd

en mλU, hse, hsi rsi, rse, rg, ru

WKm /)( 2 ⋅

rT

WKm /)( 2 ⋅

U )(/ 2 KmW ⋅

Environnement intérieur 8 0,13 0,13

Enduit de plâtre 0,01 0,52 0,019 0,149

Blocs de construction rapide, maçonnerie 0,14 0,38 0,368 0,518

isolation en polyuréthane 0,06 0,028 2,143 2,661

Coulisse non ventilée 0,01 -- 0,15 2,811

Brique creuse de parement 0,09 0,94 0,096 2,906

Environnement extérieur 23 0,04 2,946

2,946 0,339

en °C

T

ww R

R⋅∆−= θθθ int


31

4.9.2 Calcul de l’évolution de la température dans la paroi

Si, quand nous déterminons la RT, nous additionnons

successivement les différents matériaux, du plus chaud au plus froid, nous pouvons déterminer exactement la résistance thermique (ou les résistances thermiques) jusqu’à cette partie de la paroi. Nous faisons la somme des résistances thermiques jusqu’à la couche ou la paroi en question.

Exemple pratique:

Un mur creux avec

• enduit de plâtre de 1 cm et λU1

= 0,52 W / (m • K)

• mur intérieur (maçonnerie ρ ≤ 500 kg/m³) épaisseur 14 cm et λ

U2= 0,38 W / (m • K)

• isolation en polyuréthane de 6 cm et λU3

= 0,028 W / (m • K)

• coulisse non ventilée Rg = 0,15 (m² • K) / W

• mur extérieur en briques creuses de parement, épaisseur 0,09 m et λ

U4 = 0,940 W / (m • K)

• coefficient d’échange thermique hsi = 8 W / (m² • K)

Rsi = 0,13 (m² • K) / W

• coefficient d’échange thermique hse

= 23 W / (m² • K) R

se = 0,040 (m² • K) / W

• température ambiante intérieure θint

= 20 °C

• température extérieure θe = – 8 °C.

description matériaux utilisésd

en mλ , h rsi, rse, rg, ru

WKm /)( 2 ⋅

rT

WKm /)( 2 ⋅

rW

WKm /)( 2 ⋅

Environnement intérieur 8 0,130 0,130 0,130

Enduit de plâtre 0,01 0,52 0,019 0,149 0,149

Blocs de construction rapide, maçonnerie 0,14 0,38 0,368 0,518 0,518

isolation en polyuréthane 0,06 0,028 2,143 2,661 2,661

Coulisse non ventilée 0,01 -- 0,150 2,811 2,811

Brique creuse de parement 0,09 0,94 0,096 2,906 2,906

Environnement extérieur 23 0,040 2,946 2,946


32

où: θ

int = 20 °C

θe = - 8 °C

Δθ = θint

- θe = 20 - (- 8) = 28 °C

RT = 2,807 WKm /)( 2 ⋅

Rw = ?

p.e.: Rw3

= 0.13 + 0,019 + 0,368 = 0,518 WKm /)( 2 ⋅

θint

= 20 °C

= 18,76 °C

= 18,58 °C

= 15,08 °C

= -6,54 °C

= -6,71 °C

= -7,62 °C

= - 8 °C

4.9.3 Courbe de température dans la paroi


en °C

T

ww R

R⋅∆−= θθθ int

)28(20 946,213,0

1 ⋅−=wθ )28(20 946,2

149,02 ⋅−=wθ

)28(20 946,2518,0

3 ⋅−=wθ )28(20 946,2

661,24 ⋅−=wθ

)28(20 946,2811,2

5 ⋅−=wθ)28(20 946,2

906,26 ⋅−=wθ

)28(20 946,2946,2⋅−=eθ


33

4.10 Calcul de Rvaleur idéale

Nous pouvons calculer le supplément d’isolation ou de maçonnerie nécessaire en appliquant la formule ci-après. Nous avons une valeur R

T donnée, nous devons atteindre la

norme (K45²) et nous rapprocher de Rvaleur idéale

.

Rvaleur idéale

= la résistance thermique actuelle (ΣR) + une résistance thermique supplémentaire (d/λ)

Rvaleur idéale

= RT + d/λ

où: R

valeur idéale : la valeur idéale ou la résistance thermique à

atteindre en (m² • K) / WR

T : ΣR = la résistance thermique actuelle en (m² • K) / W

d/λ : la résistance thermique supplémentaire en (m² • K) / W

d’où: d = ( R

valeur idéale − ΣR ) • λ exprimée en m.

où:d : l’épaisseur de couche supplémentaire en mλ : le coefficient de conductivité thermique du matériau

utilisé en W / (m • K)ΣR : la résistance thermique actuelle en (m² • K) / WR

valeur idéale : la résistance thermique à atteindre en (m² • K) / W

Exemple:Nous avons un mur plein existant avec valeur U de 0,9 W / (m² • K) ou une R = 1,111 (m² • K) / W . Nous voulons l’améliorer et le remplacer par un mur creux.Nous voulons une valeur U de 0,4 W / (m² • K)Nous plaçons un mur intérieur en béton cellulaire (ρ= < 550 kg/m³) avec λ

i =0,200 W / (m • K) et avec une coulisse de 2

cm. (Rg = 0,17 (m² • K) / W ). Déterminez l’épaisseur minimale

du mur intérieur.

d = ( Rvaleur idéale

− ΣR ) • λ exprimée en m.

où: R

valeur idéale = 1/U

= 1/0,4 = 2,5 WKm /)( 2 ⋅ΣR = 1/U + R

g

=1/0,9 + 0,17 = 1,111+ 0,17 =1,281 WKm /)( 2 ⋅λ = 0,200 )(/ KmW ⋅d = (2,5 - 1,281) • 0,200 = 0,244 m of 24,4 cm

² K45: Le niveau de l’isolation thermique globale (niveau K) d’une habitation se calcule sur base des coefficients de transmission thermique des différents éléments du bâtiment ainsi que du volume et de la surface extérieure du bâtiment. Plus le niveau K est élevé, plus il y a de déperditions par transmission.


35

5.1 Flux thermique (Ф)

5. nOtiOnS iMPOrtAntES En MAtièrE DE trAnSMiSSiOn thErMiQUE

Un flux thermique est le flux d’énergie calorifique par unité de temps (Joule par seconde = Watt).

Dans une construction, l’énergie se déplace de la température la plus haute vers la température la plus basse, ce qui crée en flux thermique. Ce flux thermique rencontre des résistances. L’une des résistances provient de la paroi d’une épaisseur donnée d (m), les autres résistances proviennent des phénomènes qui se produisent au droit des deux surfaces (intérieure et extérieure) de la paroi en cas d’écart de température Δθ = ΔT.

Nous avons ici un échange thermique créé par une combinaison de conduction, convection et rayonnement.

• l’échange thermique du milieu chaud vers la paroi;• la conduction thermique à travers la paroi;• l’échange thermique de la paroi vers le milieu plus froid.

Dans la pratique, nous calculons le flux thermique à l’aide de la formule suivante:

où:Φ : le flux thermique en WU : le coefficient de transmission thermique en W / (m² • K)A : la surface en m²

Te ∆=∆=− θθθ int : l’écart de température entre les faces en K.

5. nOTIOnS IMPOrTanTES En MaTIèrE dE TranSMISSIOn ThErMIQUE

en W )( int eAU θθ −⋅⋅=Φ


36

5. nOTIOnS IMPOrTanTES En MaTIèrE dE TranSMISSIOn ThErMIQUE

5.2 La quantité de chaleur (Q)

Quand deux corps (matières) de température différente se touchent (deux solides, un solide et un liquide, deux liquides) pendant un certain temps, ils finissent par adopter la même température. Ils sont alors en équilibre thermique. Une quantité de chaleur est passée d’un corps à l’autre: de la matière la plus chaude à la matière la moins chaude.

On parle aussi d’enthalpie d’une matière, c.-à-d. la quantité de chaleur accumulée dans une matière.

La quantité de chaleur dépend:• de la masse;• de la nature de la matière (p.ex. cuivre, pierre, eau);• de l’écart de température entre les deux matières.

Nous pouvons déterminer la quantité de chaleur à l’aide de la formule suivante:

où: Q : la quantité de chaleur en Jm : la masse en kg ( m = ρ . V )c : la chaleur massique en J / (kg . K)Δθ = ΔT : l’écart de température entre les deux matières en K

en J TcmQ ∆⋅⋅=


37

6.1 L’isolation

6. FACtEUrS iMPOrtAntS POUr LA trAnSMiSSiOn DE ChALEUr

6.1.1. Aspects généraux de l’isolation

Selon la forme sous laquelle le flux d’énergie se présente, nous parlons de:

• isolation thermique, en cas de transport de chaleur entre un système et l’environnement;

• isolation acoustique, en cas de transport d’énergie acoustique;

• isolation électrique, en cas de transport d’énergie électrique.

L’isolation thermique peut réduire les pertes de chaleur ou de froid. Mais l’isolation thermique peut aussi servir à éviter que la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant se condense sur des éléments froids. Nous traiterons ici uniquement de l’isolation thermique des systèmes de conduites chaudes ou froides, des chaudières ou des réservoirs. Le flux thermique se produit des températures les plus élevées vers les températures les plus basses par conduction, convection, rayonnement ou par une combinaison de ces facteurs.

Le matériau obtient sa valeur isolante en enfermant de l’air sec immobile ou un autre gaz dans de petites cellules. La présence d’humidité et les températures élevées influencent la valeur d’isolation (le coefficient de conductivité thermique lambda) dans le sens négatif.

Les principales caractéristiques sur lesquelles les matériaux d’isolation thermique sont évalués sont:

• le coefficient de conductivité thermique (λU

) en W / (m • K) ;• la densité de masse en kg/m³;• la température admissible;• l’indice de résistance à la diffusion de chaleur;• le comportement au feu.

Amiante …• dans les anciennes isolations;• friable / non friable;• enlèvement;• dangereux.

6. FaCTEUrS IMPOrTanTS POUr La TranSMISSIOn dE ChaLEUr MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

38

6.1.2. Exigences à l’égard du matériau d’isolation

Un bon matériau d’isolation doit répondre aux conditions suivantes:

• coefficient de conductivité thermique lambda (λU )

inférieur à 0,06 in W / (m • K) ;• résistance suffisante et bonne ouvrabilité;• résistance au vieillissement;• absence de substances nocives;• densité de masse limitée en kg/m³;• inflammabilité ou tout au moins faible inflammabilité

(minimum classe 2 et indice de fumée de max. 125). Les matériaux appliqués dans la construction sont toujours ignifuges.

6.1.3. Classification

Les isolants peuvent être classifiés selon les critères suivants:

selon leur provenance:• végétaux: p.ex. liège, carton ondulé, panneaux

alvéolaires ;• minéraux: p.ex. laine de verre, laine de roche, verre

cellulaire;• synthétiques: p.ex. polystyrène (PS), polyuréthane (PUR),

polyisocyanurate (PIR), caoutchouc mousse synthétique.

selon leur structure:• structure alvéolaire fermée: p.ex. liège, verre cellulaire,

polystyrène, polyuréthane;• structure alvéolaire ouverte: p.ex. laine de verre, laine

de roche.

6. FaCTEUrS IMPOrTanTS POUr La TranSMISSIOn dE ChaLEUrMODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

39

6.2.1. Fenêtres et portes

Le châssis des fenêtres comme celui des portes se compose de deux éléments de base:

• un cadre, appelé ‘dormant’, encastré dans le mur ou fixé sur le mur;

• un remplissage, composé des parties vitrées mobiles, appelées ‘battants’.

Ces éléments constitutifs peuvent ou non être complétés d’un ou plusieurs éléments vitrés fixes, appelés ‘fenêtres fixes’, ou d’une grille de ventilation.

On peut exécuter le châssis:• en différents bois, avec un design donné et une finition

donnée;• en PVC multichambre, ce qui présente les avantages

suivants:• conduit de drainage;• possibilité d’intégrer des profilés de renforcement en

métal galvanisé ou en plastique;• meilleure isolation thermique.

Il existe, à l’heure actuelle, une vaste gamme de coloris: le châssis peut être teinté dans la masse, recouvert d’un film ou d’un coating, ou extrudé.

Autres exécutions:• profilés en aluminium, avec les options suivantes:

• plusieurs chambres avec garnitures d’étanchéité;• une gamme de couches de revêtement en poudre

polyester de différents coloris, ou appliquées par anodisation ou par émaillage³.

• Une coupure thermique est parfois réalisée par un système d’assemblage isolant entre l’intérieur et l’extérieur du châssis.

6.2 Vitrage (fenêtres et portes)

6. FaCTEUrS IMPOrTanTS POUr La TranSMISSIOn dE ChaLEUr

³ Vous trouverez davantage d’informations sur l’anodisation et l’émaillage au chapitre ‘Sciences appliquées’.


40

6.2.2 Vitrage

Le vitrage peut se composer:• d’une seule feuille de verre d’épaisseur variable.

L’épaisseur de la vitre n’a pratiquement pas d’influence sur le coefficient de conductivité thermique.

• de deux ou trois feuilles de verre séparées par une chambre étanche à l’air de 6, 9, 12, 15, 20 ou 24 mm. Pour accroître la résistance thermique, on remplit la chambre d’air sec, d’un mélange d’air sec et d’argon, ou d’un gaz thermique (argon ou krypton - plus coûteux). L’épaisseur de la feuille de verre varie entre 4 et 8 mm, en fonction de la surface vitrée. Le verre feuilleté s’obtient en accolant 2 feuilles de verre ou plus. Les feuilles de verre sont solidarisées sur toute leur surface à l’aide d’un ou plusieurs films en matériau de synthèse. La valeur U varie entre 3,2 et 1,1 W / (m² • K) ou moins en fonction de la largeur du vide d’air et du remplissage utilisé.

• Un coating de métal noble ou d’oxyde métallique appliqué sur la feuille de verre dans le vide d’air améliore encore le pouvoir isolant des vitrages à haut rendement (hR). Durant la saison de chauffe, le coating retient la chaleur à l’intérieur du bâtiment et, en été, son facteur de pénétration solaire très bas repousse la chaleur.

La valeur U

w d’une fenêtre est égale à la valeur U moyenne

de ses éléments constitutifs, augmentée des effets du raccord vitrage – feuille de verre – profilé, - de la valeur Ψ et de la longueur (l). Pour déterminer la valeur U

w, nous tenons

compte des surfaces réelles (Ag

, Af , A

p ) des fenêtres nues

(avant leur mise en œuvre).

En cas de déperditions de transmission (ΦT) , nous prenons

les dimensions dans l’œuvre comme référence.

Nous lisons les valeurs Uw dans un tableau simplifié.


41

Exemples de combinaisons avec différents matériaux de menuiserie, en cas d’utilisation de vitrage superisolant dont la valeur U-vitrage = 1,1 W / (m² • K) (vitrage rempli de gaz à faible facteur d’émission et vide de 15mm):

• Un châssis en bois dur avec profilés de 60mm de profondeur et coefficient de transmission thermique U-menuiserie = 2,0 W / (m² • K) a une valeur U = 1,7 W / (m² • K)

• Un châssis en aluminium avec profilés isolés thermiquement et coefficient de transmission thermique U-menuiserie = 2,6 W / (m² • K) a une valeur U = 1,9 W / (m² • K)

• Une fenêtre synthétique en PVC avec profilé multichambre et coefficient de transmission thermique U-menuiserie = 1,8 W / (m² • K) a une valeur U = 1,7 W / (m² • K)

Il est également possible de calculer la valeur Uw d’une

fenêtre4.

Exemple:


U - verre

U - menuiserie1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3

2,2 2,3 2,3 2,3 2,4 2,4 2,5 2,5 2,6 2,72,1 2,3 2,3 2,3 2,4 2,4 2,5 2,5 2,6 2,72 2,3 2,3 2,3 2,4 2,4 2,5 2,5 2,6 2,7

1,9 2,2 2,2 2,3 2,3 2,4 2,4 2,5 2,5 2,61,8 2,1 2,1 2,2 2,2 2,3 2,4 2,4 2,5 2,51,7 2,0 2,1 2,1 2,2 2,2 2,3 2,3 2,4 2,51,6 1,9 2,0 2,0 2,1 2,2 2,2 2,3 2,3 2,41,5 1,9 1,9 2,0 2,0 2,1 2,1 2,2 2,3 2,31,4 1,8 1,8 1,9 2,0 2,0 2,1 2,1 2,2 2,31,3 1,7 1,8 1,8 1,9 1,9 2,0 2,1 2,1 2,21,2 1,6 1,7 1,8 1,8 1,9 1,9 2,0 2,1 2,11,1 1,6 1,6 1,7 1,7 1,8 1,9 1,9 2,0 2,01 1,5 1,6 1,6 1,7 1,7 1,8 1,9 1,9 2,0

0,9 1,4 1,5 1,5 1,6 1,7 1,7 1,8 1,8 1,90,8 1,4 1,4 1,5 1,5 1,6 1,7 1,7 1,8 1,8

4 Vous trouverez davantage d’informations et l’élaboration de cette formule au chapitre ‘Référentiel’.

source: energiebesparen.be


42

6.2.3. Doubles fenêtres (valeur Uw)

Pour construire une double fenêtre, on pose un second cadre vitré sur le châssis (mobile ou fixe) existant du côté extérieur. On crée ainsi deux résistances supplémentaires: celle du survitrage proprement dit et celle de la lame d’air qui sépare les deux vitrages. Nous supposons ici que cette lame d’air n’est pas ventilée.

Nous pouvons déterminer la valeur U d’une double fenêtre en appliquant une formule ou en utilisant des valeurs de référence.


en W

valeursψ = 0,5 si valeur U < 1 ψ = 1,5 - U si 1 < valeur U < 1,5 ψ = 0 si valeur U > 1,5

43

Les nœuds constructifs (autrefois appelés “ponts thermiques”) sont dus à des interruptions dans l’isolation thermique d’un bâtiment. Ce sont des parties de mur extérieur où l’isolation ou la lame d’air sont interrompues. La conduction directe (endroit à faible résistance thermique) qui s’y crée permet au flux thermique de gagner facilement l’environnement extérieur. La valeur U augmente fortement à cet endroit.

Les nœuds constructifs sont responsables de déperditions de chaleur relativement importantes et causent la formation de condensation et de moisissures.

Exemples d’éléments préfabriqués:a) Interruption totale ou partielle de l’enveloppe du bâtiment

par des matériaux qui possèdent une valeur λ différente (coefficient de conductivité thermique).

b) Modification de l’épaisseur de la construction.c) En présence de différentes surfaces intérieures et

extérieures, comme les jonctions entre murs, planchers, plafonds et toitures.

Les pourtours des fenêtres, les menuiseries extérieures, les tabatières et les portails sont des nœuds constructifs.

Vous devez absolument tenir compte des nœuds constructifs lorsque vous calculez les déperditions de chaleur (voir la feuille de calcul).

Le flux thermique se détermine comme suit:

où: Φ : le flux thermique qui traverse les nœuds constructifs, en W.Ψ : le coefficient de transmission thermique linéique

à l’endroit même de ces nœuds constructifs, perpendiculairement à la paroi en W / (m • K) ;

U : le coefficient de transmission thermique du mur extérieur, en W / (m² • K)

l : la longueur du nœud constructif en mTe ∆=−=∆ θθθ int : la différence de température en °C ou K

6.3 Nœuds constructifs (ponts thermiques)


Tl ∆⋅⋅Ψ=Φ


44

Une condensation se produit si la tension de vapeur maximale de la température superficielle régnant sur place (p

do ) est

inférieure à la tension de vapeur de l’air ambiant (pdi

).

6.4 Condensation sur les constructions5


5 voir aussi: sciences appliquées: 11.1, 11.2 en 11.3

45

7. COEFFiCiEnt DE trAnSFErt DE ChALEUr h En (W/K)

7.1 Généralités

Le volume protégé (VP) d’un bâtiment est l’ensemble des espaces que l’on considère comme protégés thermiquement, et chauffés ou non directement ou indirectement.

Le volume protégé englobe au moins les espaces chauffés du bâtiment mais aussi tous les espaces non chauffés présents à l’intérieur de l’enveloppe (isolée) du bâtiment.

Un espace attenant non chauffé (EANC) est un local d’usage courant non chauffé, situé au-dessus du niveau du sol, et qui est contigu, d’une part, à l’environnement extérieur et, d’autre part, au volume protégé du bâtiment.

Si les murs de séparation entre l’espace non chauffé et les espaces chauffés à l’intérieur du VP sont isolés, l’espace non chauffé est considéré comme un espace attenant non chauffé (EANC) qui ne fait pas partie du VP.

Si les murs de séparation entre l’espace non chauffé et l’environnement extérieur sont isolés, l’espace non chauffé n’est pas considéré comme un EANC mais comme faisant partie du VP.

7. COEFFICIEnT dE TranSFErT dE ChaLEUr h En (W/K) MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

46

Le coefficient de transfert de chaleur h (W/K) d’un bâtiment indique la quantité de chaleur transférée entre l’environnement intérieur et l’environnement extérieur par unité de temps et par degré d’écart de température, soit directement soit à travers un autre environnement dont l’espace chauffé du bâtiment est séparé par les parois qui le renferment (figure 50).

Le coefficient de transfert de chaleur h (W/K) est déterminé comme suit:

où:h

T (W/K) : le coefficient de transfert de chaleur total pour

le transfert de chaleur par transmission entre l’espace chauffé du bâtiment et l’environnement extérieur ou à travers des environnements dont les espaces chauffés sont séparés par les parois qui le renferment.

hV (W/K) : le coefficient de transfert de chaleur net pour le

transfert de chaleur par ventilation entre l’espace chauffé du bâtiment et l’air de ventilation amené de l’extérieur ou évacué vers l’extérieur.

7.2 Coefficient de transfert de chaleur h en (W/K)

7. COEFFICIEnT dE TranSFErT dE ChaLEUr h En (W/K)

en (W/K) VT HHH +=


47


Le coefficient de transfert de chaleur total par transmission d’un bâtiment est déterminé par:

où:h

T : le coefficient de transfert de chaleur total par

transmission d’un bâtiment en W/K;

hD : le coefficient de transfert de chaleur direct par

transmission à travers tous les locaux qui séparent directement l’espace chauffé de l’environnement extérieur en W/K;

hg : le coefficient de transfert de chaleur total par

transmission entre l’espace chauffé et l’environnement extérieur à travers le sol et à travers des espaces non chauffés (EANC) en contact avec le sol en W/K;

hU : le coefficient de transfert de chaleur total par transmission

entre l’espace chauffé et l’environnement extérieur à travers des espaces attenants non chauffés en W/K;

hA : le coefficient de transfert de chaleur par transmission

entre l’espace chauffé et un bâtiment contigu.

7.3 Coefficient de transfert de chaleur total (hT) par transmission

d’un bâtiment en W/K

en (W/K) AUgDT HHHHH +++=


VP VP

EAnC

48

7.3.1. Coefficient de transfert direct de chaleur (hD) par

transmission de l’espace chauffé d’un bâtiment vers l’environnement extérieur, en W/K

Le coefficient de transfert de chaleur direct par transmission (h

D) de l’espace chauffé d’un bâtiment vers l’environnement

extérieur est déterminé comme suit:

où:A : la surface de l’élément de bâtiment déterminée par

les dimensions extérieures en m²U : la valeur U de l’élément de bâtiment en W / (m² • K) ;l : la longueur du nœud constructif linéaire avec

dimensions extérieures en m;Ψ : le coefficient de transmission thermique linéique des

nœuds constructifs linéaires W / (m • K) ;χ : la valeur ponctuel du coefficient de transmission des

nœuds constructifs ponctuels en W/K.

En général, il est possible d’utiliser les méthodes de calcul simplifiées pour la détermination de h

D expliquées au point

14.2. (voir NBN B 62-002).

Pour les nœuds constructifs linéaires, on peut adopter les valeurs simplifiées tabulées (voir annexe h de NBN B 62-002 (2008)).

Les valeurs U et Ψ doivent être déterminées à l’aide de la méthode de calcul propre à l’élément de construction concerné en fonction de l’objectif du de calcul de h

T (précis,

simplifié) et des données d’entrée disponibles (valeurs connues, par défaut, conventionnelles,…).

remarques:1. Les nœuds constructifs ponctuels peuvent être négligés

car ce ne sont que l’intersection des nœuds constructifs linéaires.

2. Si la principale couche d’isolation se poursuit sans discontinuité dans le raccord entre les différentes éléments du bâtiment et conserve une épaisseur constante, il est possible de négliger les nœuds constructifs linéaires et ponctuels (voir note 2 de 15.1).


en (W/K) χψ Σ+⋅Σ+⋅Σ= lAUH D


49


7.3.2. Coefficient de transfert de chaleur par transmission via le sol ou via des espaces non chauffés renfermés en tout ou en partie par le sol (h

g) en W/K

Etant donné la grande inertie thermique de la masse du sol, le transfert de chaleur via le sol connaît en réalité une évolution périodique qui dépend des fluctuations moyennes annuelles des températures (intérieures comme extérieures). Les méthodes de calcul précises de NBN EN ISO 13370 contiennent, pour cette raison, des termes tant stationnaires que périodiques qui servent pour la détermination de h

g.

A l’aide d’un calcul simplifié basé sur des formules générales, qui détermine h

g comme une somme de termes pour les

planchers inférieurs ou les murs enterrés concernés (du VP).

Pour les planchers inférieurs non enterrés du VP, qui reposent directement sur le sol ou qui sont situés au-dessus d’espaces non chauffés (ventilés ou non – vides sanitaires), l’expression de h

g comprend:

• le terme qui détermine la transmission de chaleur à travers le plancher comme le produit de la surface du sol A et la valeur U du plancher UA ⋅ en W/K;

• le terme pour les déperditions résultant de nœuds constructifs linéaires de la jonction mur-plancher située le long du périmètre P du plancher, ayant une longueur lg et un coefficient de transmission thermique linéique Ψ

g ggl Ψ⋅ en W/K

Pour les planchers enterrés:On introduit ici un terme supplémentaire : l’élément qui détermine la transmission thermique à travers le mur enterré comme le produit du périmètre au sol (P en m), la profondeur moyenne d’encaissement (z en m) sous le niveau du sol, calculée jusqu’à la surface du sol sous le plancher et la valeur U du mur UPz ⋅⋅ en W/K

en (W/K)

en (W/K)

ggg lUAH Ψ⋅+⋅=

UPzlUAH ggg ⋅⋅+Ψ⋅+⋅=


50


U ) entre des espaces chauffés

et l’environnement extérieur via un espace attenant non chauffé (EANC) en W/K

L’EANC constitue un espace tampon situé au-dessus du niveau du sol entre les espaces chauffés situés à l’intérieur du volume protégé, et l’environnement extérieur, via lequel le transfert de chaleur entre le VP et l’environnement extérieur est atténué.

En règle générale, on peut déterminer la valeur hU en

établissant un bilan thermique de tous les flux thermiques qui traversent l’EANC par transmission et par ventilation. Ces flux thermiques sont représentés schématiquement à la figure ci-dessus.

hiu : le flux thermique qui traverse les murs de séparation

entre les espaces chauffés et l’EANC, par transmission et par ventilation;

hue

: le flux thermique qui traverse les murs de séparation entre l’EANC et l’environnement extérieur, par transmission et par ventilation;

Si le calcul a pour but d’exprimer la performance thermique d’un bâtiment, la norme NBN EN 13789 détermine les termes h

iu et h

ue de la manière simplifiée suivante.

La détermination de hiu tient uniquement compte de la

transmission (le terme hT,iU

), et, de ce fait, toute influence d’éventuels nœuds constructifs est négligée et la déperdition par ventilation (le terme h

V,iU ) est également laissé de côté.

hiu est alors donné par:


en (W/K)iiiuTiu AUHH ⋅Σ== ,


EAnC

51


Le terme hue

est déterminé de manière simplifiée, comme suit:

ueVueTue HHH ,, += en W/K

où: Ψ⋅Σ+⋅Σ= lAUH eeueT ,

VnH ueueV ⋅⋅= 34.0,

De ce fait:

où:h

T,ue: la déperdition par transmission entre l’EANC et

l’environnement extérieur, en comptant uniquement les nœuds constructifs linéaires, en W/K;

hV,ue

: la déperdition par ventilation entre l’EANC et l’environnement extérieur, un taux de ventilation conventionnel étant accepté.

V : le volume d’air de l’EANC;l : la longueur du nœud constructif linéaire avec

dimensions extérieures en m;Ψ : le coefficient de transmission thermique linéique du

nœud constructif linéaire en W / (m • K) ;n

ue: le taux de ventilation conventionnel (ventilation

naturelle).

en (W/K) VnlAUH ueeeue ⋅⋅+Ψ⋅Σ+⋅Σ= 34,0

Type description de l’étanchéité à l’air de l’enveloppe extérieure de l’espace non chauffé nue(h-1)

1 Absence de portes ou de fenêtres, tous les raccordements entre élé-ments de construction étanches, absence d’ouvertures de ventilation 0.1

2 tous les raccordements entre éléments de construction étanches, absence d’ouvertures de ventilation 0.5

3 tous les raccordements entre éléments de construction étanches, petites ouvertures de ventilation prévues 1

4 Pas d’étanchéité en raison d’ouvertures locales ou ouvertures de ventilation permanentes 3

5 Pas d’étanchéité en raison d’inétanchéités nombreuses ou grandes ou nombreuses ouvertures de ventilation 10


52


A) entre espaces chauffés et

bâtiments contigus, en W/K

Dans le cas où des espaces chauffés à l’intérieur du VP d’un bâtiment sont contigus à un bâtiment attenant, dont les espaces se trouvent à une température différente de celle qui règne à l’intérieur du VP du bâtiment considéré, le coefficient de transfert de chaleur (h

A) entre les deux bâtiments est

déterminé par:

W/K

où:h

ia : le coefficient de transfert de chaleur par transmission

entre les espaces chauffés à l’intérieur du VP et le bâtiment attenant, déterminé suivant:

W/K

bia : un facteur de correction, déterminé suivant:

(-) nombre abstrait

θint

: la température de l’espace chauffé en °C;θ

e : la température de l’environnement extérieur en °C;

θa : la température du bâtiment attenant en °C.

remarque:• b

ia peut être aussi bien négatif que positif;

• hA comporte uniquement un terme qui concerne

le transfert de chaleur par transmission et ne tient compte d’aucun nœud constructif. Comme les murs de séparation sont considérés comme étanches à l’air, le transfert de chaleur par ventilation est négligé.


iaiaA HbH ⋅=

iiiaTia AUHH ⋅Σ== ,

e

antiiab

θθθθ

−−

=int


53

Le coefficient de transfert de chaleur par ventilation (hV) du

VP est déterminé pour l’ensemble de tous les espaces situés à l’intérieur du volume protégé du bâtiment.

En règle générale, hV est déterminé suivant l’expression:

VcHV ⋅⋅⋅=

36001ρ W/K

où: ρ : la densité de masse de l’air 1,205 kg/m³c : la chaleur spécifique de l’air 1005 )/( KkgJ ⋅

34,03600

=⋅ cρ

: la capacité calorifique spécifique de l’air

V : le débit total de ventilation du VP à prendre en compte, une distinction étant établie entres les espaces à ventilation naturelle et les espaces à ventilation mécanique.

VHV ⋅= 34,0 W/K

Débit minimum de ventilation (Vmin

)Lorsqu’un bâtiment est utilisé par des personnes, un débit minimum de ventilation au moyen d’air frais extérieur est nécessaire pour assurer, durant les périodes d’utilisation, une qualité minimale de l’air intérieur, conformément aux exigences imposées en matière de confort et de santé. Ce débit minimum de ventilation dépend du type de bâtiment, du type d’espaces intérieurs et du mode d’utilisation.

Pour les bâtiments résidentiels, le débit minimum de ventilation est déterminé selon l’expression suivante:

LVnV ⋅= minmin en m³/h

où: V

L: le volume d’air total du VP en m³ ;

nmin

: le taux minimum de ventilation par heure, la valeur par défaut étant: n

min= 0,3 h-1

dans ce cas, le volume d’air est estimé comme suit:pour les bâtiments résidentiels, V

L = 0.8 V;

pour les bâtiments non résidentiels, VL = 0.9 V


7.4 Coefficient de transfert de chaleur (hV) par ventilation dans

le volume protégé, en W/K

LV VnH ⋅⋅= min34,0


54

Pour un bâtiment pourvu exclusivement de ventilation naturelle, c.-à-d. qu’une ventilation involontaire s’effectue par les inétanchéités de l’enveloppe du bâtiment et/ou qu’une ventilation volontaire est assurée par des dispositifs de ventilation naturelle (grilles d’amenée, gaines verticales d’évacuation,…), le coefficient de transfert de chaleur par ventilation (h

V) se calcule comme suit:

LV VH ⋅= 34,0

où: V: le débit total de ventilation (m³/h) déterminé dans

les conditions de conception pour les espaces ventilés naturellement du bâtiment, si: V = max (V

min ; V

d)

LVnV ⋅= minmin débit minimum de ventilation, en m³/hV

d : débit de conception de ventilation du fait de l’infiltration,

en m³/h


en (W/K) LV VnH ⋅⋅= min34,0

débit de ventilation selon nBn d50-001

aM

EnéE

Espacedébit nominal

Peut être limité à

amenée libre(a, C)

maximalerègle

généraledébit

minimalLiving

3,6 m³/h . m²

75 m³/h 150 m³/h

2 x nominaleChambre à coucher

25 m³/h 72 m³/hChambre d’étudiant

Salle de jeux

éVa

CUaT

IOn

Espacedébit nominal

Peut être limité àrègle

généraledébit

minimalCuisine

3,6 m³/h . m²50 m³/h

75 m³/hSalle de bains

Buanderie

Cuisine ouverte 75 m³/h

WC -- 25 m³/h --


55

8. déPErdITIOnS dE ChaLEUr danS LES BÂTIMEnTS

8.1 Objectifs et principes de la méthode de calcul

On calcule les déperditions de chaleur d’un bâtiment afin de:• déterminer le minimum de puissance des corps de

chauffe à installer pour chaque local;• déterminer la puissance minimale de la chaudière pour

l’ensemble du bâtiment;• dimensionner les corps de chauffe.

hypothèses dans les cas normaux:• hauteur des locaux inférieure à 5 m;• répartition homogène de la température;• conditions stationnaires (la température de l’air et la

température de confort sont à peu près identiques, caractéristiques invariables du bâtiment).

Données d’entrée:• Certaines données d’entrée (notamment la température

intérieure et extérieure) sont introduites suivant les valeurs indicatives (norme) ou suivant la demande du client.

8. DéPErDitiOnS DE ChALEUr DAnS LES BâtiMEntS

8.2 Procédure de calcul pour un local chauffé

• déterminer la température extérieure (θe );

• établir la température intérieure de conception (θint

) (voir tableau sur la page suivante);

• Déterminer les valeurs U, les valeurs Ψ de tous les éléments du bâtiment;

• calculer les déperditions par transmission vers toutes les faces du local (notamment vers l’extérieur, vers les espaces attenants chauffés ou non chauffés, vers le sol, vers un vide sanitaire);

• calculer les déperditions par ventilation (ventilation naturelle et/ou mécanique);

• déterminer les déperditions de chaleur totales (ΦhL

).


56

8.3.1. Températures extérieures (θe )

8.3.2. Températures intérieures θint

A déterminer au niveau national et/ou par projet.Valeurs indicatives suivant les normes:

8.3 Données d’entrée


Températures intérieures θint - températures de conception

type de local θint en °C

Espace résidentiel 20

Cage d’escalier 16

Salle de bains 24

Bureau 20

Bureaux communs 20

Salle de réunion 20

Auditoire 20

Cafétéria / restaurant 20

Salle de classe 20

Salle de soins 20

Eglise 15

Musée, galerie 16


57


8.3.3. Données relatives au bâtiment

Nous utilisons les plans de l’architecte, d’où nous pouvons déduire ces données:

• l’orientation;• les dimensions des différents locaux;• les surfaces de tous les éléments de construction (mur,

planchers, fenêtres, etc.);• les caractéristiques thermiques de toutes les parois;• le coefficient de transmission thermique (valeur U) de

toutes les parois;• le coefficient de transmission thermique linéique

(valeur ψ) des nœuds constructifs bidimensionnels et la longueur correspondante (l);

• les nœuds constructifs tridimensionnels ponctuels (valeur χ).

8.3.4. Données relatives à la ventilation

• nmin

: taux de ventilation minimum (h-1)• n

50 : taux de ventilation à 50 Pa (h-1) (différence de

pression 50 Pa)• V

inf : débit d’infiltration résultant de l’inétanchéité de

l’enveloppe du bâtiment (m³/h)• V

su : débit de l’air d’amenée (m³/h)

• Vex

: débit de l’air d’évacuation (m³/h)• η

v : rendement de l’échangeur de chaleur


58

en W

en W

8.4.1. Déperdition de chaleur par transmission d’un local (Φ

T) en W

où: AUgDT HHHHH +++= en W/K

où:

ΦT : les déperditions par transmission d’un local, en W;

hD : le coefficient de transfert direct de chaleur par

transmission à travers tous les éléments du local qui séparent directement l’espace chauffé de l’environnement extérieur, en W/K;

hg : le coefficient de transfert de chaleur total

par transmission entre l’espace chauffé et l’environnement extérieur via le sol et via des espaces non chauffés (EANC) en contact avec le sol, en W/K;

hU : le coefficient de transfert de chaleur total

par transmission entre l’espace chauffé et l’environnement extérieur via un espace attenant non chauffé, en W/K;

hA : le coefficient de transfert de chaleur par transmission

entre l’espace chauffé et un bâtiment attenant, en W/K;

eT θθ −=∆ int : l’écart de température, en K.

8.4 Déperdition de chaleur d’un local (ΦHL

) en W


)( int eTT H θθ −⋅=Φ

THHHH AUgDT ∆⋅+++=Φ )(


VP VP

EAnC

59


8.4.2. Déperdition de chaleur par ventilation d’un local (Φ

V) en W

)( int eVV H θθ −⋅=Φ en W

où: min34,0 VHV ⋅= LV VnH ⋅⋅= min34,0 Te ∆=− )( int θθ

où: LVn V⋅ =min min : le débit de ventilation minimum du point

de vue hygiénique, en m³/h;

LV : le volume d’air total du VP;nmin : le taux de ventilation minimum h-1

T∆ : l’écart de température, en K

Pour déterminer les déperditions de chaleur totales d’un local, nous additionnons les déperditions par transmission et par ventilation. Nous multiplions la somme par un facteur d’accroissement pour l’orientation et les parois froides.

où: Φ

hL : les déperditions de chaleur totales d’un local, en W;

ΦT : les déperditions par transmission du local, en W;

ΦV : les déperditions par ventilation du local, en W;

Mo : le supplément pour l’orientation;

Mcw

: le supplément pour les parois froides.

8.5 Déperditions de chaleur totales d’un local (ΦHL

), en W

en W

en W

TVn LV ∆⋅⋅⋅=Φ min34,0

)1()( cwoVTHL MM ++⋅Φ+ΦΣ=Φ


60

8.5.1. Facteur d’accroissement pour l’orientation (M0)

Vous déterminez pour un local:• toutes les parois extérieures comprenant des fenêtres ou

des portes vitrées;• toutes les parois extérieures sans fenêtres, dont la valeur

U > 1 )(/ 2 KmW ⋅ .

La paroi la plus défavorable détermine le facteur d’accroissement du local:

remarques:Pour un local à toiture plate ou légèrement en pente (inclinaison < 30%): M

0 = 0,05 à la condition suivante:

• si le toit comprend des lanterneaux ou des tabatières;• ou si la valeur U du toit > 1 )(/ 2 KmW ⋅

8.5.2. Facteur d’accroissement pour les parois froides (Mcw

)

Vous devez appliquer un supplément pour les locaux dont une ou plusieurs parois verticales extérieures ne sont pas compensées. On définit la paroi froide non compensée comme une paroi extérieure ou une partie de la paroi extérieure (p.ex. une fenêtre).N’appliquez ce facteur d’accroissement qu’une seule fois par local pour la façade défavorable.En cas de chauffage par le sol, vous devez prévoir une zone périphérique à émission de chaleur accrue.

Conditions:• surface de la paroi > dan 1m²• valeur U > 1 )(/ 2 KmW ⋅• partie de paroi extérieure non compensée par le

placement judicieux d’un élément de chauffage ou d’une bouche d’un appareil de chauffage ou par l’augmentation de l’émission de chaleur à proximité de la paroi froide en cas de chauffage rayonnant.


Orientation nord Est Sud Ouest

M00,05 0,025 0 0,025


61


où:M

cw : le facteur d’accroissement pour parois froides

lcw

: la profondeur du local, c.-à-d. la distance entre la paroi froide non compensée et la paroi qui lui fait face, en m

Ucw

: le coefficient de transmission thermique de la paroi froide non compensée, en )(/ 2 KmW ⋅

8.6 Résumé des déperditions de chaleur totales ΦHL

en Wcwcwcw UlM ⋅⋅= 00185,0

Déperditions de chaleur

HLΦ

Déperditions de chaleur totales par

transmission

THTT ∆⋅=Φ

hD Coefficient de transfert direct de chaleur via l’enveloppe du bâtiment

χΣ+Ψ⋅∑+⋅∑= lUAH D

hg Coefficient de transfert de chaleur par transmission via le sol ou partiellement via le sol

Plancher non enterré:

ggg lUAH Ψ⋅+⋅Σ= en W/K

Plancher et mur enterrés: espace enterré, cave ou vide sanitaire

UPzlUAH ggg ⋅⋅+Ψ⋅+⋅Σ= en W/K

hU Coefficient de transfert de chaleur par transmission entre des espaces chauffés et l’environnement extérieur via des EAnC

iiiuTiu AUHH ⋅Σ== ,

ueVueTue HHH ,, +=ψ⋅Σ+⋅Σ= lAUH eeueT ,

uueueV VnH ⋅⋅= 34,0,

uueeeue VnlAUH ⋅⋅+Ψ⋅Σ+⋅Σ= 34,0

hA Coefficient de transfert de chaleur par transmission entre espaces chauffés et bâtiments contigus

iaiaA HbH ⋅=où : iiiaTia AUHH ⋅Σ== ,

e

aiab

θθθθ

−−

=int

int

Déperditions de chaleur par

ventilation

hV Coefficient de transfert de chaleur par ventilation

VHV ⋅= 34,0 (en règle générale) min34,0 VHV ⋅=

LV VnH ⋅⋅= min34,0

Mo facteur d’accroissement pour l’orientation

Mcw facteur d’accroissement pour parois froides cwcwcw UlM ⋅⋅= 00185,0

HLΦ )1()( cwoVTHL MM ++⋅Φ+Φ=Φ


63

9.1 Décret d’application

9. PErFOrMAnCE énErgétiQUE DES BâtiMEntS

Une directive relative aux performances énergétiques des bâtiments a été adoptée le 16 décembre 2002 au niveau européen. Dans le cadre du protocole de Kyoto, l’Europe veut reduire l d’ici à 2020, les émissions globales de gaz à effet de serre d’au moins 20 % par rapport aux niveaux de 1990. La directive européenne impose aux Etats membres l’obligation d’imposer, via leur propre réglementation, des exigences minimales à la performance énergétique des grands bâtiments neufs et rénovés. En cas de construction neuve, de vente ou de mise en location d’un bâtiment, il y a également lieu d’établir un certificat de performance énergétique.

Comme la compétence de la promotion de l’utilisation rationnelle de l’énergie est régionalisée dans notre pays, ce sont les trois Régions qui se chargent de la transposition de la directive.

région wallonne :Le 17 avril 2008 (M.B. 30 juillet 2008), le Gouvernement wallon a adopté l’arrêté déterminant la méthode de calcul et les exigences, les agréments et les sanctions applicables en matière de performance énergétique et de climat intérieur des bâtiments.

Plus d’information : http://energie.wallonie.be

région de Bruxelles-Capitale :Le 5 mai 2011 (M.B. 14 septembre 2011) le Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale a adopté l’arrêté portant modification de divers arrêtés d’exécution de l’ordonnance du 7 juin 2007 relative à la performance énergétique et au climat intérieur des bâtiments.

Plus d’information : http://www.ibgebim.be/

9. PEB (PErFOrManCE énErgéTIQUE dES BÂTIMEnTS) MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

64

région flamande :Actuellement, la réglementation de la performance énergétique est reprise dans le décret énergie du 8 mai 2009 (M.B. 6 juillet 2009) et l’arrêté relatif à l’énergie du 19 novembre 2010 (M.B. 8 décembre 2010).

Le décret énergie concerne:1. Le cadre décrétal pour la transposition des 4 premières

obligations de la directive européenne;2. Les mesures d’exécution et de maintien.

L’arrêté relatif à l’énergie met à exécution :1. La méthode par laquelle la performance énergétique est

calculée;2. Les exigences en matière de performance énergétique et

de climat intérieur des bâtiments;3. La définition des bâtiments ou travaux pour lesquels des

exceptions, dérogations ou exemptions pour une ou plusieurs exigences sont possibles;

4. La date d’entrée en application de la réglementation de la performance énergétique.

A partir du 1 janvier 2014, une quantité minimum d’énergie provenant de sources d’énergie renouvelables devra être utilisée dans les bâtiments neufs. La nouvelle exigence a été introduite dans la réglementation de la performance énergétique via une modification de l’arrêté relatif à l’énergie. L’arrêté modificatif a été approuvé le 28 septembre 2012 (M.B. 16 novembre 2012).

Plus d’information: http://www.energiesparen.be

9. PEB (PErFOrManCE énErgéTIQUE dES BÂTIMEnTS)MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

65

9. PEB (PErFOrManCE énErgéTIQUE dES BÂTIMEnTS)

La performance énergétique d’un bâtiment exprime dans quelle mesure un bâtiment a de bonnes performances sur le plan de la consommation d’énergie.

La consommation d’énergie d’un bâtiment dépend des facteurs suivants:

• les déperditions de chaleur par conduction (en fonction de l’isolation thermique et de la construction);

• les déperditions par ventilation;• les gains de chaleur internes et les gains solaires;• le rendement de l’installation de chauffage;• le rendement de l’installation de refroidissement (dans les

grands immeubles);• l’installation d’éclairage (dans les bâtiments non

résidentiels);• les systèmes d’énergie solaire éventuels.

Lorsque vous calculez la performance énergétique d’un bâtiment, vous utilisez un programme pour convertir la consommation en une consommation caractéristique annuelle d’énergie primaire. Vous comparez ensuite ce résultat à une valeur de référence fixée par le gouvernement.

Consommation caractéristique Valeur de référence de la consommationannuelle d’énergie primaire caractéristique annuelle d’énergie primaire

Le rendement du calcul est le niveau de la consommation d’énergie primaire ou niveau E.

Niveau E consommation caractéristique annuelle d’énergie primaire x 100 valeur de référence

9.2 Qu’est-ce que la performance énergétique d’un bâtiment?

<


Vaillant

66

La réglementation de la performance énergétique des bâtiments est une conséquence du protocole de Kyoto pour la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Or, les bâtiments résidentiels constituent à peine 40% du volume total annuel de constructions neuves. Une extension à d’autres types de bâtiments (notamment aux bâtiments industriels, administratifs et scolaires) s’imposait donc.

A cet égard, des obligations 6 sont imposées à trois niveaux:

• isolation thermique limiter la consommation d’énergie:• niveau K maximal pour les logements;• valeur U maximale ou valeur R minimale pour les

cloisons de séparation.

• climat intérieur qualité de l’air intérieur:• dispositifs minimum de ventilation;• limiter le risque de surchauffe en été.

• performance énergétique limiter la consommation d’énergie:• niveau E maximum.

9.3 Obligations en matière de performance énergétique des bâtiments


6 Pour connaître les valeurs actuelles: http://energie.wallonie.be ,pour Bruxelles: http://www.ibgebim.be


67


9.4 Résumé


Résumé des obligations en matière de PE au niveau de l’isolation thermique, de la performance énergétique et du climat intérieur en Région wallonne. Vous trouvez plus d’information sur les sites web.

* Les exigences PE portent uniquement sur la partie nouvellement construite.

nature du travaildestination

Exigence PEB habitation Bureau et école autre destination spécifique Industrie

Construction neuve ou reconstruction

isolation thermique Maximum K45 (K35 à partir du 1 jan 2014) (bâtiment) et valeurs U maximales ou valeurs r minimales maximum K55

Démontage

reconstruction partielle avec VP supérieur à 800 m³ *

reconstruction partielle avec au moins une unité d’habitation *

Extension avec VP supérieur à 800m³ * Performance énergétique

Maximum E80 (unité d’habitation)

Maximum E80 (destination identique)

Extension avec au moins une unité d’habitation * Climat intérieur

Dispositifs minimum de ventilation et

limiter le risque de surchauffe en été

(unité d’habitation)

Dispositifs minimum de

ventilation


ventilation


ventilation

reconstruction partielle avec VP inférieur ou égal à 800 m³ et sans unité d’habitation

isolation thermique Valeurs U maximales ou valeurs r minimales (pour les nouvelles parties)

Performance énergétique

Extension avec VP inférieur ou égal à 800 m³ et sans unités d’habitation Climat intérieur Dispositifs minimum de ventilation (pour les parties neuves)

transformation

isolation thermique Valeurs U maximales ou valeurs r minimales (pour les nouvelles parties)


Climat intérieur Ventilation: ouvertures d’amenée minimum (en cas de remplacement des châssis)

Changement de fonction avec VP supérieur à 800m³

isolation thermique Maximum K65 (bâtiment ou partie de bâtiment qui subit une modification de fonction)


Climat intérieur Dispositifs de ventilation minimum (bâtiment ou partie de bâtiment qui subit une modification de fonction)

69

10.1 Valeur Uw d’une fenêtre

10. réFérEntiEL

10. réFérEnTIEL

Vous pouvez aussi la calculer en appliquant la formule suivante:

Exprimée en )(/ 2 KmW ⋅

où: U

w : coefficient de transmission thermique de la fenêtre,

en )(/ 2 KmW ⋅U

g : le coefficient de transmission thermique du vitrage,

en )(/ 2 KmW ⋅U

p : le coefficient de transmission thermique du

panneau de remplissage ou de la grille de ventilation, en )(/ 2 KmW ⋅

Uf : le coefficient de transmission thermique du profilé

de fenêtre, en )(/ 2 KmW ⋅A

g : la surface du vitrage, en m² :

la plus petite des deux surfaces apparentes vue des deux côtés

Af : la surface du profilé de fenêtre, en m² :

la plus grande des deux surfaces projetées du profilé de fenêtre, vue des deux côtés

Ap : la surface du panneau de remplissage, d’un autre

élément ou d’une grille de ventilation, en m²lg : le périmètre total de la jonction du profilé de fenêtre,

en m la plus grande longueur apparente vue des deux côtés

lp : le périmètre total du panneau de remplissage, d’un

autre élément ou d’une grille de ventilation, en mψ

g : le coefficient de transmission thermique linéique du

profilé de fenêtre, en )(/ KmW ⋅ψ

p : le coefficient de transmission thermique linéique

du panneau de remplissage, d’un autre élément ou d’une grille de ventilation, en )(/ KmW ⋅

pfg

ppggppffggw AAA

llUAUAUAU

++

⋅+Ψ⋅+⋅+⋅+⋅=

ψ


70

10. réFérEnTIEL

10.2.1 Condensation superficielle

Les phénomènes de condensation superficielle sont généralement décrits non pas à l’aide de tensions de vapeur mais à l’aide de concentrations de vapeur. Vous pouvez convertir les concentrations en tensions et inversement à l’aide des relations suivantes:

où: p : la tension de vapeur en Pa c : la concentration de vapeur, en kg/m³T : la température, en K R : la constante des gaz pour la vapeur d’eau )(/462( KkgJ ⋅

La condensation sur une surface se produit donc quand la concentration de vapeur maximale propre à la surface (c

o) est

inférieure à la concentration de vapeur de l’air ambiant (ci):

co’ < c

i

La concentration de vapeur dans le local (ci) dépend aussi de

la production d’humidité dans le local.

10.2 Condensation

ouTR

pc⋅

= cTRp ⋅⋅=


71

10. réFérEnTIEL

pd = tension de vapeur, en Pa

c = concentration de vapeur en g/kg en présence d’une pN

Explication de l’exemple:

Situation 1:• Température de l’air ambiant: 20 °C • humidité relative: 50% • Tension de vapeur p

d : 11,7 Pa

• Concentration de vapeur co : 7,36 g/kg.

Situation 2: • Refroidir l’air à 10 °C• Température: 10 °C• humidité relative: 100% • Tension de vapeur p

d : 12,27 Pa

• Concentration de vapeur co : 7,73 g/kg

» co = 7,73 > c

i = 7,36 g/kg

pas de condensation, l’air peut même absorber de l’humidité

Situation 3: • Refroidir l’air à 9°C• Température: 9 °C• humidité relative: 100% • Tension de vapeur p

d : 11,47 Pa

• Concentration de vapeur co : 7,22 g/kg

» co = 7,22 < c

i = 7,73 g/kg

une condensation se produit

θ en °C humidité relative de l’air (%)10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

9pd 1,15 2,29 3,44 4,59 5,74 6,88 8,03 9,18 10,32 11,473

c 0,72 1,43 2,15 2,87 3,59 4,31 5,04 5,76 6,49 7,223

10pd 1,23 2,45 3,68 4,91 6,14 7,36 8,59 9,82 11,04 12,272

c 0,77 1,53 2,30 3,07 3,84 4,61 5,39 6,17 6,94 7,732

20pd 2,34 4,67 7,01 9,35 11,71 14,0 16,4 18,7 21,0 23,4c 1,46 2,92 4,39 5,87 7,361 8,83 10,4 11,9 13,3 14,9


72

10.2.2 Facteur de température (f )

La qualité thermique de la construction sur place ainsi que la température intérieure et extérieure déterminent la température superficielle.Vous pouvez exprimer la qualité thermique d’une section de construction à l’aide du facteur de température f.

ƒ = θ

i, surf − θ

e , air

θi, air

− θe, air

d’où:

où:θ

i, surf : la température superficielle du côté intérieur, en °C

θi, air

: la température de l’air à l’intérieur, en °Cθ

e, air : la température de l’air à l’extérieur, en °C

ƒ : le facteur de température < 1 et nombre abstrait.

Le facteur ƒ (minimum 0,65) est inférieur à 1 et augmente en présence d’une meilleure isolation thermique. Plus la valeur ƒ est élevée, plus la température superficielle de la construction est proche de la température de l’air intérieur.

Exemple:Supposons que la valeur de f à un endroit donné est de 0,7. La température intérieure est de 24 °C et, à l’extérieur, il règne une température de -5 °C.

θi, surf

= θe , air

+ ƒ • ( θi, air

− θe, air

)

où:θ

i, air = 24 °C

θe, air

= -5 °Cƒ = 0,7θ

i, surf = -5 + 0,7 ∙ ( 24 + 5 )

θi, surf

= 15,3 °C

remarque:La valeur ƒ des nœuds constructifs est généralement inférieure à celle d’un double vitrage. Si vous remplacez un simple vitrage, sur lequel de la condensation se forme régulièrement, par un double vitrage, la concentration de vapeur peut être tellement élevée qu’il y a de condensation sur le nœud constructif.

θi, surf

= θe , air

+ ƒ • ( θi, air

− θe, air

) en °C

10. réFérEnTIEL MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

73

Liège ( ICB )

descriptionLe liège est un produit naturel tiré de l’écorce du chêne liège. Cet arbre pousse à l’ouest du bassin méditerranéen, principalement au Portugal. Les morceaux d’écorce sont bouillis et séchés. Ils sont ensuite réduits en granulés (parfois imprégnés), chauffés et agglomérés sous haute pression pour former des blocs. Les granulés gonflent sous l’effet de ce processus de cuisson, à des températures de ± 400 °C. La valeur d’isolation augmente, tandis que les résines qui se libèrent servent de liant entre les granulés. Il se forme ainsi une masse compacte dans laquelle on pourra ensuite découper des plaques.

Caractéristiques• Isolant thermique et acoustique;• Matériau durable et écologique;• Densité de masse de 100-200 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique λ =

0,040-0,045 )(/ KmW ⋅ ;• Inflammable (traitement postérieur).

Formes commerciales• Granulés en vrac;• Panneaux d’épaisseurs et de largeurs variables;• Revêtement décoratif pour murs et sols;• Coquilles d’isolation pour tuyaux.

Laine minérale (MW), laine de verre (MWG)

descriptionLa laine minérale est basée sur une structure fibreuse.

Le verre est un mélange constitué principalement de:• silice de quartz sous forme de sable, (dioxyde de silicium

ou tartre);• un fondant (carbonate de calcium, sulfate de sodium ou

sulfate de potassium) pour abaisser la température de fusion;

• stabilisateurs (sulfate de calcium et sulfate de magnésium) afin de rehausser la résistance du verre.

10.3 Quelques exemples de matériaux d’isolation


Achim hering

74

Ces éléments sont broyés finement et séchés. Les matières premières mélangées sont portées à fusion dans un four à une température de ± 1.400 °C. Le verre fondu est centrifugé dans un tambour dont les parois présentent de minuscules orifices. Sous l’effet de la force centrifuge et d’un flux d’air chaud, il se forme de longues et minces fibres de verre dont le diamètre varie entre 1,4 (fines) à 5 μm (normales). A un stade ultérieur du processus de production, une résine (liant thermodurcissant) est ajoutée au mélange et polymérisée; les fibres sont alors ancrées entre elles aux endroits où elles sont en contact. Cela confère aux panneaux une certaine rigidité.

Selon l’usage auquel ils sont destinés (sols, murs intérieurs ou extérieurs, plafonds), les panneaux de laine de verre sont nus ou sont revêtus d’une couche étanche à la vapeur (alukraft ou voile de verre résistant aux intempéries sur une seule face, parfois sur les deux faces).

Selon l’usage auquel elles sont destinées (toitures, greniers), les couvertures en laine de verre sont nues ou sont munies d’une couche pare-vapeur (alukraft) sur une face et/ou de brides renforcées (couvertures à brides de clouage) qui permettent de les fixer entre les chevrons. Elles sont parfois revêtues d’une membrane protectrice en polyester souple qui permet de les dérouler sur des toitures inclinées. Ces couvertures de laine de verre sont faciles à conditionner sous forme de rouleaux.

Si la construction l’exige, il faudra prévoir un écran à l’air/à la vapeur séparé.

Vous pouvez finir les coquilles d’isolation avec du papier kraft-aluminium renforcé, une feuille de PVC, un revêtement en aluminium ou en aluminium renforcé.

Les bourrelets sont des cordes de laine de verre enveloppée dans un réseau de fils métalliques; ils sont utilisés pour isoler les ouvrages de forme difficile.

Caractéristiques• Isolant thermique et acoustique;• Matériau durable et écologique;• hydrofuge (imprégné);• Densité de masse de 16 - 100 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique λ =

0,032 - 0,040 )(/ KmW ⋅ ;• Facile à mettre en œuvre;• Résistant aux températures élevées;• Ininflammable et ignifuge;• Stabilité dimensionnelle.


75

Formes commerciales• Exécutions en fonction de l’application, assortiment très

vaste: différentes épaisseurs, largeurs et longueurs;• Laine de verre en vrac, laine à insuffler dans la coulisse

des murs creux;• Bourrelets de laine de verre;• Panneaux de laine de verre: rigides ou semi-rigides;• Couvertures de laine de verre;• Coquilles d’isolation pour tuyaux, diamètre de 5 à plus de

200 mm;• Conduits d’air autoportants.

Laine de roche (MWR)

descriptionLa laine de roche est fabriquée au départ d’une roche volcanique (diabase). Au cours du processus de production, on commence par redonner à cette matière première sa forme initiale de lave (±1600 °C). On fait passer la lave par des cylindres à rotation rapide où les fibres extrêmement fines sont filées. Selon le facteur d’inflammabilité, la résistance en compression et l’imperméabilité souhaités, on ajoute une quantité donnée de résine synthétique ou de silicones. La couche de laine de roche est ensuite amenée à l’épaisseur souhaitée et traverse un four qui durcit le matériau. En fin de processus, la laine de verre est transformée en panneaux, en couvertures ou flocons en vrac.

La gamme et la finition dans lesquelles l’isolation en laine de roche est fournie correspondent à celles des matériaux d’isolation en laine de verre.

Caractéristiques• Densité de masse de 30 - 120 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique λ =

0,035 - 0,042 )(/ KmW ⋅ ;• Facile à mettre en œuvre;• Propriétés hydrofuges;• Thermique, acoustique et ignifuge;• Résistant aux températures élevées;• Entièrement recyclable;• Non sujette au retrait ou à la dilatation.


76

Formes commerciales (voir: laine de verre)• Disponible en une grande variété de finitions,

d’épaisseurs et de formats.• Vous pouvez utiliser la laine de verre et de roche pour

toutes les applications, à condition de respecter les prescriptions de mise en œuvre.

• Des couvertures de laine de roche sur une gaze pour isoler les chaudières.

Verre cellulaire (CG)

descriptionLe verre cellulaire est fabriqué à base de poudre de verre borosilicate chimiquement pure, mélangée à du carbone.Chauffé à 1.000 °C, le carbone s’oxyde et forme des bulles de gaz séparées par de fines parois de verre. Le carbone excédentaire donne au matériau une couleur noire et une odeur tenace pendant le façonnage.

Caractéristiques• Densité de masse de 110 - 160 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,042 - 0,050

)(/ KmW ⋅ ; • Résistance élevée en compression (p.ex.: 500 à 1600 kN/m²);• Imperméable à l’eau et à la vapeur (étanche à la diffusion

de vapeur);• Indéformable;• Résistance aux substances agressives;• Ininflammable, pas de fumée ou de gaz toxiques;• Respectueux de l’environnement;• Coût élevé.

Formes commerciales• Panneaux de différentes épaisseurs, appliqués dans le

secteur industriel;• Coquilles de verre cellulaire;• Parois.


77

Mousse de polystyrène (XPS) ou (EPS)

descriptionLa matière première, le polystyrène expansible, est produite à partir de styrène. Pendant ou après la production, on ajoute un agent moussant (pentane) au polystyrène afin d’améliorer le moussage du granulé, et éventuellement d’autres additifs afin d’améliorer la qualité.Au cours de cette phase du processus de production, les granulés expansibles sont chauffés à la vapeur jusqu’au-delà de la température d’ouvrabilité du polystyrène. L’agent moussant s’évapore alors et les granulés gonflent jusqu’à 50 fois leur volume initial. On obtient ainsi une structure cellulaire fermée où de l’air sec occupe le volume dilaté. C’est à ce stade qu’est déterminée la densité de masse finale du produit fini (de ± 600 kg/m³ à 15 - 40 kg/m³).

Il existe du polystyrène expansé (EPS) et du polystyrène extrudé (XPS). Du point de vue chimique, ce sont des matériaux identiques. Mais le polystyrène extrudé (XPS) est mélangé à un agent gonflant au lieu d’être aggloméré. Et le matériau ainsi généré présente une qualité thermique équivalente et une meilleure résistance mécanique.

Caractéristiques• Densité de masse 15 - 40 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique du XPS (λ) 0,034 -

0,038 )(/ KmW ⋅ ;• Coefficient de conductivité thermique de l’EPS (λ) 0,033 -

0,039 )(/ KmW ⋅ ;• Ne résiste pas aux températures élevées• Déformable sous l’effet de la température;• Inflammable (ajout d’additifs ignifuges);• Propriétés amortissantes.

Formes commerciales• Panneaux de mousse de polystyrène:• Différentes dimensions et finitions;• La densité de masse peut varier.• Appliqués comme coffrage, faible densité de masse;• Isolation de conduites avec ruban autocollant, en

différentes épaisseurs de paroi, longueur standard 2m;• Coquilles d’isolation de tuyaux en polystyrène, à

épaisseur de paroi variable.


Isotrie

78

Polyuréthane, ou polyuréthanne (PUR)

descriptionLe polyuréthane est une matière synthétique produite par réaction chimique entre du polyol et du polyisocyanate. Le moussage du polyuréthane (PUR) est important pour l’isolation thermique. Des bulles se forment lorsque l’on ajoute au mélange réactionnel thermique un liquide à point d’ébullition très bas (les CFC utilisés auparavant ont été remplacés par un produit de substitution afin de lutter contre l’effet de serre). Le volume augmente donc et le matériau prend une structure cellulaire fermée renfermant du gaz. Des additifs sont ajoutés (p.ex. stabilisateur, plastifiant, produit d’ignifugation) afin d’améliorer les caractéristiques et la stabilité du produit.

Le polyuréthane est commercialisé sous forme de plaques et s’utilise pour isoler les murs, les toits et les planchers. Vous pouvez aussi en faire des manchons pour isoler des conduites sanitaires. Le PUR s’utilise en pulvérisation pour colmater les joints entre menuiserie et maçonnerie et pour isoler les chapes.

Caractéristiques• Densité de masse 30 - 100 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,027 - 0,029

)(/ KmW ⋅ ;• Résiste à une température de 120 °C;• Inflammable, ajout d’additifs ignifuges;• Non respectueux de l’environnement, dégagement de

gaz toxiques en cas d’incendie et produit dangereux lors d’une démolition.

Formes commerciales• Plaques de polyuréthane;• Différentes dimensions et finitions;• Isolation de conduites avec ruban autocollant, en

différentes épaisseurs de paroi, longueur standard 2m;• Méthode d’injection.


Isotrie

79

Polyisocyanurate (PIR)

descriptionCette matière première est un produit résiduel du raffinage du pétrole. Le polyisocyanurate (PIR) est un polyuréthane modifié, dont la résistance à la chaleur (jusqu’à 130 °C), les propriétés ignifuges et la résistance à la compression ont été améliorées. Cet isolant est disponible en version dure, sous forme de plaques et de coquilles d’isolation.

Caractéristiques• Densité de masse 30 - 50 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,023 - 0,024 W/(m•K);• Stabilité dimensionnelle;• Sensibilité à l’humidité;• Excellent comportement au feu, la carbonisation de la

surface formant une couche protectrice;• Recyclable.

Formes commerciales• Plaques à revêtement antivapeur et hydrofuge en

aluminium ou en stratifié (PE et aluminium);• Garnissage isolant pour matelas, sièges, articles ménagers

industriels et intérieurs de voitures.

Vermiculite

descriptionLa vermiculite est une roche volcaniques broyée. Un processus de chauffage-refroidissement la fait gonfler. Elle a de multiples applications: isolation thermique et acoustique, matière de charge ou élément de couches ignifuges.

Caractéristiques• Densité de masse 80 - 380 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,06 - 0,07 W/(m•K);• Ininflammable;• Imputrescible et n’est pas attaquée par les rongeurs;• Sert d’isolant thermique et acoustique.

Formes commerciales• Panneaux d’isolation pour greniers et murs;• Granulés utilisés comme matière de charge dans le béton

isolant, dans les sols en magnésite, dans l’enduit;• Base pour couche acoustique et protection anti-incendie,

béton léger à l’épreuve du feu, enduit.


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Perlite (EPB)

descriptionLa perlite est une roche volcanique qui subit un processus de broyage et d’expansion. Elle se dilate sous l’effet de la chaleur et prend la forme de petits granulés. Cela donne un bon matériau thermique, gorgé d’air humide raréfié, et une enveloppe vitreuse.

Caractéristiques• Densité de masse 60 - 180 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,05 - 0,06 W/(m•K);• Ininflammable;• Indéformable;• Sensible à l’humidité.

Formes commerciales• Panneaux d’isolation pour planchers, toitures et murs;• Granulés, agent de charge dans le béton isolant (en

combinaison avec des granulés de PS, de perlite et de vermiculite).

Caoutchouc synthétique

descriptionLe caoutchouc mousse synthétique est un élastomère synthétique vulcanisé. Du fait de sa structure cellulaire fermée, ce matériau offre une excellente finition étanche à la vapeur. Sa flexibilité permet de le placer rapidement et facilement. Il est fourni sous forme de panneaux, de rouleaux ou de tuyaux à bande autocollante. On l’applique surtout dans le secteur du froid.

Caractéristiques• Densité de masse 90 - 110 kg/m³;• Coefficient de conductivité thermique (λ) 0,037 - 0,040

W/(m•K) à -40 °C;• Valeur élevée de diffusion de vapeur;• Grande flexibilité, facile à poser;• Résiste à des températures de -40 °C à 105 °C;• Couleur noire ou gris foncé.

Formes commerciales• Isolation de conduites: longueur fixe de 2 m, épaisseurs

de 6, 9, 13, 19, 25, 32 mm;• Rouleaux: largeur de 1m avec épaisseurs disponibles

comme pour l’isolation de conduites;• Panneaux: dimensions de 2m x 0,5m, épaisseurs comme

pour l’isolation de conduites.


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Principales applications des différents isolants

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MW

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MW

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EPS

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PIr

Façade

Murs creux entièrement remplis • • •Murs creux partiellement remplis • • • • • • •isolation ext. avec enduit • •Bardage bois • •isolation int. • • • •remplissage murs creux existants • • • •Toiture

toiture inclinée • • • • • •toiture traditionnelle • • • • •toiture inversée •toiture plate (chevrons) • • •Plancher

Plancher plein • •isolation sous carrelage • • • • •Sous-plancher flottant • • • • • •isolation entre solives • • • •Sous le revêtement de sol • • • •Plafonds ventilés, caves • • •Conduites • • • •


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11.1 Condensation

11. SCiEnCES APPLiQUéES

Dans le sens le plus simple de ce mot, la condensation est le passage de l’état gazeux ou vaporeux à l’état liquide.

Lorsque de l’air chaud et humide refroidit, la vapeur d’eau présente dans cet air se condense. Ce phénomène est dû au fait que l’air chaud peut contenir plus d’eau que l’air froid. Dans un bain de vapeur, l’air contient presque 100% d’eau, alors qu’un air glacial contient très peu d’eau (car cette eau gèle). Vous pouvez observer le phénomène dans une habitation quand, après une longue douche, la vapeur d’eau se condense sur les miroirs, le carrelage et les fenêtres, qui sont plus froids.

Il y a condensation parce que l’air refroidit au contact de la surface plus froide et atteint ainsi le point de rosée. Un autre exemple est la rosée matinale: l’air refroidit pendant la nuit et l’eau présente dans cet air se dépose (elle se condense). L’humidité absolue de l’air diminue donc avec la température, contrairement à l’humidité relative qui augmente avec la température.

La condensation de l’humidité présente dans l’air provoque un dégagement de chaleur égal à l’inverse de la chaleur d’évaporation.

11. SCIEnCES aPPLIQUéES MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

84

La pression de vapeur (également appelée tension de vapeur) est la pression exercée par la vapeur d’une matière sur les parois d’un espace fermé.

La vapeur exerce une pression sur les parois de l’espace fermé. Cette pression, qui dépend fortement de la température et de la volatilité de la substance (liquide), porte le nom de pression de vapeur. Lorsque la température est suffisamment élevée, la pression de vapeur est égale à 1 bar. A cette température, le processus d’évaporation ne se limite plus à la surface mais il est en mesure de former des bulles partout dans le liquide.

Conséquence: imaginez un récipient fermé absolument vide (vide d’air). Remplissez maintenant ce récipient d’eau jusqu’à la moitié. Si vous faites chauffer le récipient à 100 °C, la pression qui règne à l’intérieur est de 1 bar. A température ambiante (20 °C), la pression dans le récipient ne dépasse pas 0,023 bar. A 200 °C, par contre, la pression interne du récipient est de 15,3 bar.

11.2 Tension de vapeur

11. SCIEnCES aPPLIQUéESMODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

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11. SCIEnCES aPPLIQUéES MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

La vapeur d’eau se déplace toujours depuis les zones à forte concentration de vapeur vers les zones à moindre concentration de vapeur. On parle de diffusion de la vapeur .

Dans un bâtiment fermé, il y a toujours une différence de pression entre la tension de vapeur d’eau à l’intérieur et à l’extérieur. En hiver, la température est plus élevée à l’intérieur qu’à l’extérieur, sans compter les activités qui produisent de la vapeur d’eau. La tension de vapeur partielle est donc plus élevée à l’intérieur qu’à l’extérieur.

La diffusion crée un flux de vapeur à travers la paroi, de l’intérieur vers l’extérieur.

11.3 Diffusion de la vapeur d’eau

86

L’émaillage comporte une succession de stades. Il faut d’abord dégraisser l’aluminium puis y appliquer une couche intermédiaire qui servira de couche de base pour la couche de laque. Enfin, les profilés sont cuits dans un four à haute température.

11.5 Emaillage

L’anodisation est un procédé de protection qui crée une couche très dure d’alumine à la surface du métal. Cette couche transparente permet à l’aluminium de conserver son aspect métallique. Les fenêtres sont protégées par une couche de 20 microns. Il est possible de colorer cette couche en y ajoutant des pigments.

11.4 Anodisation

11. SCIEnCES aPPLIQUéESMODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

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NOTES

nOTES MODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

88

NOTES

nOTESMODULE 4: VOLUME 1ACALCUL DES DéPERDITIONS ThERMIQUES

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fvb•ffc Constructivrue Royale 132/5, 1000 Bruxelles

t +32 2 210 03 33 • f +32 2 210 03 99ffc.constructiv.be • [email protected]

© fvb•ffc Constructiv, Bruxelles, 2013.Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation, sous quelque forme que ce soit, réservés pour tous les pays.

Les manuels ont été réalisés grâce à la contribution des organisations suivantes :

MANUELS MODULAIRESchAUffAgE cENtRAL

• 1.1 Chauffage central: généralités et dessins techniques d'installations

• 1.2 Tuyaux: matériaux, façonnage, joints et fixations

• 2.1 Transport de chaleur: pose de canalisations

• 2.2 Transport de chaleur: principe, protection et entretien de l'installation

• 2.3 Emission thermique: corps de chauffe et accessoires

• 3.1 Production de chaleur: chaudières de chauffage

• 3.2 Production de chaleur: accessoires d'installation et instructions de montage

• 4.1A Calcul des déperditions thermiques: élaboration théorique

• 4.1B Calcul des déperditions thermiques: mise en oeuvre pratique

• 7.1 Installations au gaz: canalisations de gaz naturel

• 7.2 Installations au gaz: combustion et appareils

• 7.3 Installations au gaz: annexes

Liste des manuels disponibles

Fonds de Formation professionnelle de la ConstructionF261CCModule 4 volume 1 A: Calcul des déperditions thermique - Théorie

9000000000491

Cc calculdeperditionsthermiques4 1a theorie for web

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