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INTEGRATION DES PAROIS VITREES DANS LE BATIMENT : LES

REGLES TH-BAT

> LE PRINCIPE DES REGLES TH-BAT

Les règles Th-Bât sont des règles de calcul permettant de définir les paramètres d’entrée du bâti devant être utilisés pour le calcul réglementaire selon la RT2012. Elles sont décomposées en 5 fascicules :

Les règles Th-I pour la détermination de l'inertie du bâtiment, Les règles Th-S pour la détermination du facteur solaire des parois, Les règles Th-L pour la détermination du facteur de transmission lumineuse des parois vitrées, Les règles Th-U pour la détermination du coefficient moyen de déperdition par transmission à

travers les parois déperditives, Les valeurs tabulées des caractéristiques des parois vitrées et des correctifs associés aux baies.

Pour les parois vitrées, seules les règles Th-U, Th-S et Th-L s’appliquent. Les valeurs tabulées des caractéristiques de parois vitrées proposées par les règles Th-Bât reposent sur des hypothèses restrictives (dimensions, types de vitrage, de protections solaires, etc.) et font l’objet d’un facteur de sécurité. Elles ne peuvent donc être utilisées qu’en l’absence de données précises sur un projet.

> LES REGLES TH-U

Les règles Th-U sont subdivisées en 5 fascicules dont deux concernent directement les parois vitrées : le fascicule 3/5 « parois vitrées » et le fascicule 5/5 « ponts thermiques ».

> Calcul du coefficient U

Le fascicule 3/5 « parois vitrées » spécifie les méthodes de calcul du coefficient de transmission thermique U des parois vitrées associées ou non à des fermetures ou des stores. Ce fascicule ne traite pas de l’intégration des parois vitrées dans le bâtiment mais relève de la caractérisation des produits. Il doit donc être pris en compte par le fabricant de parois vitrées dans les valeurs qu’il fournit aux bureaux d’études thermiques.

Ce fascicule propose des méthodes détaillées où chaque composant de la paroi vitrée est pris en compte. Le fascicule indique d’ailleurs que « le coefficient de transmission thermique de la paroi vitrée doit être déterminé en fonction de ses vraies dimensions et de ses vrais constituants (profilés, vitrage, intercalaire, partie opaque éventuelle) ».

Alors que les normes européennes reposent sur des dimensions conventionnelles, les règles Th-U exigent de considérer les dimensions réelles des parois vitrées pour un calcul selon la RT2012. Elles sont donc plus précises.

Chaque constituant de la paroi vitrée devant être considéré, il revient au fabricant de la fenêtre ou de la façade de fournir les valeurs du coefficient Uw calculées selon les règles Th-U, fascicule 3/5.

Le fascicule 3/5 traite également du calcul du coefficient de transmission thermique Uc des coffres de volets roulants. Outre la présence d’un isolant à l’intérieur du coffre, ce calcul prend en compte la présence éventuelle d’une isolation en face extérieure ou intérieure du coffre en prolongement de l’isolation des murs. Il est nécessaire alors de connaître les propriétés de l’isolant utilisé.

> Intégration dans l’ouvrage

L’intégration de la paroi vitrée dans le bâtiment est traitée par le fascicule 5/5 « ponts thermiques » des règles Th-U. Ce fascicule propose des valeurs par défaut de ponts thermiques de liaison en fonction :

du type de pose : en applique intérieure ou extérieure, en tableau, du mode constructif : isolation par l’intérieur, isolation par l’extérieur, isolation répartie, des matériaux : maçonnerie courante, béton plein, ossature bois.

Pour chacune de ces configurations, le fascicule donne les valeurs de ponts thermiques entre la menuiserie et le mur :

au niveau de l’appui de la paroi vitrée, au niveau du linteau de la paroi vitrée, au niveau du tableau de la baie.

> LES REGLES TH-S

L’objectif des règles Th-S est de définir les règles de calcul du facteur de transmission solaire S en prenant en compte les caractéristiques des parois vitrées et leur mise en œuvre dans le bâtiment.

Ces règles traitent en détail des cas courants, c'est-à-dire d’une paroi vitrée équipée d’une protection mobile (fermeture ou store) parallèle au vitrage, mais également de cas plus complexes : les protections mobiles à lames orientables ou à projection par exemple.

Dans un souci de simplification, seule les cas courants sont traités dans le cadre de ce document explicatif.

> Principe

Les règles Th-S utilisent comme données d’entrées les caractéristiques de transmission solaires des parois vitrées calculées selon la norme XP P50-777. A ces valeurs sont appliqués des coefficients correctifs prenant en compte :

La variabilité de l’angle d’incidence du rayonnement solaire (la caractérisation des produits ne prenant en compte qu’une incidence normale à la paroi vitrée). Ce coefficient est désigné par le terme Fiv.

Caractérisation des parois vitrées

selon une incidence normale (norme XP P50-777)

Incidence variable de l’angle d’incidence du rayonnement

(règles Th-S)

Les conditions de mise en œuvre des parois vitrées et notamment l’effet de masque lié à la position de la paroi vitrée dans le tableau et à l’épaisseur de ce dernier. Ce coefficient est désigné par le terme Fbâti.

Ce coefficient dépend à son tour du coefficient Ks déterminé selon les dimensions de la paroi vitrée et du tableau de la manière suivante :

..

Où L et H sont la largeur et la hauteur de la paroi vitrée et dpext la distance entre le vitrage et le nu extérieur du mur.

Par ailleurs, la correction du facteur de transmission solaire prend en compte le fait que le rayonnement est constitué d’une partie directe et d’une partie diffuse, c'est-à-dire transmis dans toutes les directions par le ciel. Ainsi les coefficients de corrections Fiv et Fbâti sont différents pour chaque part du rayonnement. On distingue donc :

Fiv, dir et Fiv, dif, respectivement, facteur de correction d’incidence variable du rayonnement pour la part directe et diffuse du rayonnement,

Fbâti, dir et Fbâti, dif, respectivement, facteur de correction de mise en œuvre des parois vitrées pour la part directe et diffuse du rayonnement.

Ces deux corrections sont pondérées par le coefficient Rdir représentant la part directe du rayonnement en fonction de l’inclinaison et de l’orientation de la paroi vitrée.

Les facteurs solaires issus des règles Th-Bât sont donc donnés par la formule générale suivante :

,

,

,

â , , 1 â , ,

NOTE Dans un souci de simplification, la formule présentée ci-dessus ne prend pas en compte les différentes conditions s’appliquant au calcul du facteur solaire. Ainsi, les règles Th-Bât utilisent les indices C et E pour désigner les conditions de calcul de consommations et les conditions de calcul de confort. De même les indices « sp », pour « sans protections mobiles », et « ap », pour « avec protections mobiles », sont utilisés mais n’ont pas été repris ici pour ne pas alourdir la lecture.

Facteur de correction de mise en œuvre pour la part directe du rayonnement

Facteur de correction d’incidence

variable pour la part directe du rayonnement

Partie directe du rayonnement

incident

Facteur de correction de mise en œuvre pour la part diffuse du rayonnement


variable pour la part diffuse du rayonnement

Facteurs solaires issus des règles Th-Bat

Facteurs solaires des parois vitrées (calcul selon XP P50-777)

> Part directe et diffuse du rayonnement solaire

Les figures ci-dessous présentent le pourcentage de rayonnement direct pour plusieurs orientations et inclinaisons selon les conditions de calcul.

Valeur de la part de rayonnement direct en

fonction de l’orientation pour une paroi vitrée verticale

Valeur de la part de rayonnement direct en fonction de l’orientation pour une paroi vitrée

inclinée à 45°

> Correction de mise en œuvre

Comme indiqué précédemment, les conditions de mise en œuvre des parois vitrées et notamment l’effet de masque lié à la position de la paroi vitrée dans le tableau de la baie et à l’épaisseur de ce dernier peuvent conduire à une réduction du facteur de transmission solaire. Ce facteur de réduction Fbâti dépend de la valeur du coefficient Ks et de la part du rayonnement solaire considérée (part directe ou diffuse).

Les figures suivantes présentent la variation du facteur Fbâti,dir – s’appliquant à la part directe du rayonnement solaire – pour une paroi verticale et selon différentes valeurs de Ks et conditions de calcul.

Variation du coefficient Fdir en fonction de l’orientation et des valeurs de Ks pour les conditions de consommation

Variation du coefficient Fdir en fonction de l’orientation et des valeurs de Ks pour les conditions de confort

La figure suivante présente la variation du facteur Fbâti,dif – s’appliquant à la part diffuse du rayonnement solaire – pour une paroi verticale selon différentes valeurs de Ks.

Variation du coefficient Fdif en fonction de la valeur de Ks

quelles que soient les conditions de calculs et l’orientation

Par simplification, les règles Th-S considèrent que si la distance entre le vitrage et le nu extérieur du mur est inférieure à 5 cm (dpext < 5 cm) ou si le coefficient Ks est supérieur à 25, l’impact du tableau de la baie sur le facteur solaire de la paroi vitrée est négligé : Fbâti = 1

> Correction de l’angle d’incidence

La caractérisation des parois vitrées se fait en considérant un rayonnement d’incidence perpendiculaire à la paroi. Or l’angle d’incidence « réel » du rayonnement varie en fonction de la période de la journée et de la saison. Le facteur de correction de l’angle d’incidence Fiv prend en compte cette variation et corrige la valeur du facteur solaire calculé selon les normes de produits.

Le tableau ci-dessous présente les valeurs du facteur Fiv pour différentes configurations et selon les parts du rayonnement considérées (directe ou diffuse) et selon plusieurs conditions de calcul.

Fiv,dir Fiv,dif

Cch Cclim E

Paroi vitrée proche du nu intérieur (Ks < 1,7) et/ou

avec protection mobile extérieure en place 1 1 1 1

Autres cas

Inclinaison proche de la verticale (60°<β≤90°) Orientation proche du sud (θ<30° ou θ>330°)

1 0,95

0,9 0,95

Autres inclinaisons et/ou orientations 0,95 0,95

> Exemple de calculs

Considérons une porte fenêtre coulissante en aluminium de 1,6 m de large et 2,15 m de haut équipée d’un volet roulant aluminium de couleur claire. Les facteurs solaires de cette combinaison calculés selon la norme XP P50-777 sont les suivants :

Cara

ctér

istiq

ues

de la

pa

roi v

itrée

hor

s m

ise

en

œuv

re

Fenêtre avec volet roulant relevé Fenêtre avec volet roulant baissé

Conditions de consommation

Conditions de confort



SCw1 0,39 SE

w1 0,39 SCws1 0 SE

ws1 0

SCw2 0,08 SE

w2 0,09 SCws2 0,04 SE

ws2 0,06

SCw3 0 SE

w3 0 SCws3 0 SE

ws3 0

SCw 0,47 SE

w 0,48 SCws 0,04 SE

ws 0,06

Considérons que cette porte fenêtre est installée à 12° par rapport au sud ( = 12°) et au nu intérieur d’une baie de telle sorte que la distance entre le vitrage et le nu extérieur du mur est de 25 cm : dpext = 0,25 m. Le coefficient Ks est alors égal à :

..

1,6 2,15

0,25 1,6 2,153,67

Les facteurs de correction à appliquer aux valeurs de facteurs solaires sont alors :

Fenêtre avec volet roulant relevé Fenêtre avec volet roulant baissé





Part de rayonnement direct Rdir 0,537 Rdir 0,407 Rdir 0,537 Rdir 0,407

Correction de mise en œuvre pour la part directe du

rayonnement Fbâti,dir 0,847 Fbâti,dir 0,651 Fbâti,dir 0,847 Fbâti,dir 0,651

Correction de mise en œuvre pour la part diffuse du

rayonnement Fbâti,dif 0,767 Fbâti,dif 0,767 Fbâti,dif 0,767 Fbâti,dif 0,767


rayonnement Fiv,dir 1 Fiv,dir 1 Fiv,dir 1 Fiv,dir 1


rayonnement Fiv,dif 1 Fiv,dif 1 Fiv,dif 1 Fiv,dif 1

Les facteurs solaires corrigés par les règles Th-S pour cette configuration deviennent alors :

Cara

ctér

istiq

ues

de la

pa

roi v

itrée

ave

c m

ise

en

œuv

re (

d pex

t = 0

,25

m) Fenêtre avec volet roulant relevé Fenêtre avec volet roulant baissé





SCw1 0,32 SE

w1 0,28 SCws1 0,00 SE

ws1 0,00

SCw2 0,06 SE

w2 0,06 SCws2 0,03 SE

ws2 0,04

SCw3 0,00 SE

w3 0,00 SCws3

(4) 0,00 SEws3

(4) 0,00

SCw

(3) 0,38 SEw

(3) 0,35 SCws

(3) 0,03 SEws

(3) 0,04

La réduction apportée sur les valeurs de facteurs solaires des produits est alors de 19% pour les conditions de consommation et de 28% pour les conditions de confort.

En considérant cette même fenêtre installée cette fois au nu extérieur de la façade (dpext = 0,05 m), les valeurs corrigées des facteurs solaires sont les suivantes :

Cara

ctér

istiq

ues

de la

pa

roi v

itrée

ave

c m

ise

en

œuv

re (

d pex

t = 0

,05

m) Fenêtre avec volet roulant relevé Fenêtre avec volet roulant baissé





SCw1 0,38 SE

w1 0,37 SCws1 0,00 SE

ws1 0,00

SCw2 0,08 SE

w2 0,09 SCws2 0,04 SE

ws2 0,06

SCw3 0,00 SE

w3 0,00 SCws3

(4) 0,00 SEws3

(4) 0,00

SCw

(3) 0,45 SEw

(3) 0,46 SCws

(3) 0,04 SEws

(3) 0,06

La réduction apportée sur les valeurs de facteurs solaires des produits est alors de 3,4% pour les conditions de consommation et de 4,4% pour les conditions de confort. C’est donc la mise en œuvre des parois vitrées qui impacte le plus significativement les corrections apportées aux valeurs de facteurs solaires.

> LES REGLES TH-L

De manière similaire aux règles Th-S, l’objectif des règles Th-L est de définir les principes de calcul du facteur de transmission lumineuse des parois vitrées TL en prenant en compte les caractéristiques des produits et leur mise en œuvre dans le bâtiment.

Le principe de calcul est strictement identique à celui des règles Th-S. Ainsi, des facteurs correctifs sont appliqués aux valeurs de facteur de transmission lumineuse pour prendre en compte le caractère variable de l’angle d’incidence et le masque créé par le tableau de la baie.

De même que pour le facteur solaire, la correction du facteur de transmission lumineuse prend en compte le fait que le rayonnement est constitué d’une partie directe et d’une partie diffuse, c'est-à-dire transmis dans toutes les directions par le ciel. On distingue donc :

Fiv, dir et Fiv, dif, respectivement, facteur de correction d’incidence variable du rayonnement pour la part directe et diffuse du rayonnement

Fbâti, dir et Fbâti, dif, respectivement, facteur de correction de mise en œuvre des parois vitrées pour la part directe et diffuse du rayonnement.

Ces deux facteurs sont pondérés par le coefficient Rdir représentant la part directe du rayonnement solaire et variable en fonction de l’inclinaison et de l’orientation de la paroi vitrée.

Les facteurs de transmission lumineuse issus des règles Th-Bât sont donc donnés par la formule générale suivante :

,

, ,â , , 1 â , ,

,

Bien que le principe de calcul soit similaire au cas du facteur de transmission solaire, les valeurs de coefficients de corrections Fbâti et Fiv, ainsi que la part de rayonnement direct Rdir sont différentes pour le calcul du coefficient de transmission lumineuse.

Facteur de correction de mise en œuvre pour la part directe du rayonnement


variable pour la part directe du rayonnement

Partie directe du rayonnement

incident

Facteur de correction de mise en œuvre pour la part diffuse du rayonnement


variable pour la part diffuse du rayonnement

Facteurs TL issus des règles Th-Bat

Facteurs TL des parois vitrées (calcul selon XP P50-777)

> Correction de mise en œuvre

Bien que le principe de calcul du coefficient correctif de mise en œuvre Fbâti soit similaire au cas du facteur de transmission solaire, il convient de noter que le calcul du coefficient K prenant en compte les dimensions de la paroi vitrée ainsi que sa mise en œuvre diffère. Ainsi, si le coefficient Ks des règles Th-S prend en compte la distance entre le vitrage et le nu extérieur du mur, le coefficient K des règles Th-L prend en compte l’intégralité du tableau, de sorte qu’il se calcule de la manière suivante :

..

Où L et H sont la largeur et la hauteur de la paroi vitrée et e est l’épaisseur du tableau (isolation comprise).

Ainsi, contrairement aux règles Th-S, le coefficient correctif de mise en œuvre Fbâti ne varie pas en fonction de la position de la paroi vitrée dans la baie (voir figures ci-dessous).

Illustration d’un Ks faible

Illustration d’un Ks élevé

> Exemple de calculs

Considérons la même fenêtre utilisée précédemment, à savoir une porte fenêtre coulissante en aluminium de 1,6 m de large et 2,15 m de haut, équipée cette fois d’un store extérieur en toile de couleur neutre clair. Les facteurs de transmission lumineuse de cette combinaison calculés selon la norme XP P50-777 sont les suivants :

Caractéristiques de la paroi vitrée

hors mise en œuvre

Fenêtre avec store relevé Fenêtre avec store baissé

TLw 0,57 TLws 0,08

TLw,n-dif 0,00 TLws,n-dif 0,06

Considérons que cette porte fenêtre est installée à 12° par rapport au sud ( = 12°) et au nu intérieur d’une baie de 40 cm d’épaisseur totale (distance entre le plan intérieur et le plan extérieur du mur) : e = 0,40 m. Le coefficient K est alors :

..

1,6 2,15

0,40 1,6 2,152,29

Les facteurs de correction à appliquer aux valeurs de facteurs de transmission lumineuse sont alors :

Fenêtre avec store relevé

Fenêtre avec store baissé

Part de rayonnement direct Rdir 0,487 Rdir 0,487


rayonnement Fbâti,dir 0,721 Fbâti,dir 0,721


rayonnement Fbâti,dif 0,715 Fbâti,dif 0,715


rayonnement Fiv,dir 1 Fiv,dir 1


rayonnement Fiv,dif 1 Fiv,dif 1

Les facteurs de transmission lumineuse corrigés par les règles Th-L pour cette configuration deviennent alors :

Caractéristiques de la paroi vitrée

avec mise en œuvre

Fenêtre avec store relevé Fenêtre avec store baissé

TLw 0,41 TLws 0,06

TLw,n-dif 0,00 TLws,n-dif 0,04

La réduction apportée sur les valeurs de facteurs de transmission lumineuse des produits est alors d’environ 28%.

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