BILAN THERMIQUE ET CONFORT

ANNEXE 3 : RECUEIL DE NOTIONS LIÉES À LA THERMIQUE

L’isolation thermique des façades à structure bois - Guide pratique pour les architectes An3-1

ANNEXE 3ANNEXE 3RECUEILRECUEIL DE NOTIONSDE NOTIONS

LIÉES À LALIÉES À LA THERMIQUETHERMIQUE

BILAN THERMIQUE ET CONFORT

Le bilan thermique de l’homme dans son environnementLa température de surface et la température de confort

QUELQUES DÉFINITIONS

Inertie thermiqueCapacité thermiqueChaleur subjective ou effusivité thermiqueVapeur d’eau et condensation

D'une température en général plus élevée que la tempé-rature ambiante, le corps humain dissipe une certainequantité de chaleur vers l'environnement qui l'entoure.

L'activité réalisée, l’habillement, la température de l’airambiant et la température de surface intérieure des paroisdu local sont autant de facteurs qui interviennent dans lebilan global de confort.

Pour éviter un échange thermique trop important et doncinconfortable entre le corps et son environnement, il y alieu :• d’éviter une radiation du corps vers des parois trop

froides, en réduisant la conduction de la chaleur du localà travers elles ;

• d’éviter une convection autour du corps, par desmouvements d'air trop rapides au sein du local ;

• de choisir judicieusement le type de paroi et de maté-riau.

LE BILAN THERMIQUE DE L’HOMMEDANS SON ENVIRONNEMENT

La température moyenne de surface intérieure des paroisdu local tpm et la température de l'air ambiant du local tasont les facteurs essentiels du confort thermique car leséchanges par convection et rayonnement interviennentpour 70 % dans le bilan thermique.

La température de confort tc est définie comme la moyen-ne entre ta et tpm :

tc =

Un autre facteur de confort est l’homogénéité des tempé-ratures des parois du local.

Isoler thermiquement une paroi, c’est la rendre moinsconductrice de la chaleur et donc augmenter sa résistan-ce thermique.Dans un local chauffé, la température de surface d’uneparoi isolée sera toujours plus élevée que celle d’uneparoi non isolée.

Pour atteindre les objectifs de confort, il y a donc intérêt àaugmenter la température tpm des parois extérieures, parle renfort de leur résistance thermique, c’est-à-dire en lesisolant.

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LA TEMPÉRATURE DE SURFACEET LA TEMPÉRATURE DE CONFORT

(ta + tpm)2

QUELQUES DÉFINITIONS

C’est une notion qui recouvre à la fois l’accumulation dechaleur et la restitution de celle-ci avec un déphasage enfonction des caractéristiques physiques, dimensionnelleset d’environnement de la paroi de stockage.

INERTIE THERMIQUE

C’est la capacité qu’a un matériau d’emmagasiner la cha-leur par rapport à son volume ou la quantité de chaleurnécessaire pour élever de 1 degré la température de 1 m³de ce matériau.

Cette capacité est le produit de la masse volumique (ρ enkg/m³) et de la chaleur spécifique (C en kJ/kgK)

CAPACITÉ THERMIQUE

EFFUSIVITÉ THERMIQUE Ef

Cette propriété des matériaux n’est pas prise en comptedans les bilans thermiques.

L’effusivité thermique est pourtant un paramètre non négli-

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EFFUSIVITÉ THERMIQUE Ef

geable du confort thermique, et donc des besoins et desdépenses énergétiques, en tant que contrepoids desinconvénients que peut représenter une trop grande iner-tie thermique [26].

Elle mesure la rapidité avec laquelle un matériau absorbela chaleur provenant d’un autre matériau plus chaud quelui et mis en contact avec lui.

L’effusivité thermique Ef indique combien de kilojoules ontpénétré sur 1m² de surface du matériau, une secondeaprès qu’elle ait été mise en contact avec une autre sur-face de 1 m² plus chaude qu’elle de 1 degré Kelvin.Ef est la racine carrée du produit de la capacité thermiqueC par la conductivité thermique λ

Ef = √ (ρ x C x λ)

• un Ef élevé signifie que le matériau absorbe rapidementbeaucoup d’énergie, sans se réchauffer notablement ;

• un Ef plus bas signifie que le matériau se réchauffe plusvite.

En pratique, les matériaux dont le Ef est faible sont iso-lants.

• Ef ≤ 0,33⇒ matériaux subjectivement chauds

• 0,33 ≤ Ef ≤ 0,67⇒ matériaux chauds

• 0,67 ≤ Ef ≤1,25⇒ matériaux donnant une impression neutre à fraîche

• si Ef ≥ 1,25

La chaleur subjective ressentie par le corps en contactavec la paroi est inversément proportionnelle à l’effusivitédu matériau de revêtement de celle-ci.

Le bois est typiquement un matériau dont l’effusivité estfaible, apportant une chaleur subjective de contact élevée,donc confortable.

EXEMPLE

Lorsqu’ils sont mis en contact avec un matériau plus chaud qu’eux,les revêtements ci-dessous s’échauffent de 5°C :

• pour le liège : en 10 minutes (Ef = 0,14 kJ/m².s.K)• pour le bois : en 80 minutes (Ef = 0,56 kJ/m².s.K)• pour la faïence : en 330 minutes (Ef = 1,10 kJ/m².s.K)

POUR MÉMOIRE

En conditions hivernales, la température et l’humidité del’air sont plus élevées dans le bâtiment qu’à l’extérieur.L’intérieur du bâtiment est donc comme un réservoir dechaleur et de vapeur d’eau, qui tendent à s’échapper versl’extérieur au travers des parois extérieures.

Si la température est basse et le degré d’humidité élevé,le risque de condensation superficielle et/ou interne à laparoi est grand.

VAPEUR D’EAU ET CONDENSATION

La composition d’une enveloppe en bois évite les pontsthermiques de sorte qu’en aucun endroit, on n’y rencontredes conditions de basse température qui, alliées à uneforte teneur en vapeur d’eau, pourraient occasionner desdégradations.Cependant, le bois étant un matériau très sensible à l’eau,la technique de construction doit absolument être penséepour permettre le transfert de l’excédant d’humidité inté-rieure vers l’extérieur, sans que cette vapeur d’eau nes’accumule dans la paroi.

Sinon il y a risque de dégradation de la paroi en bois carl’eau de condensation peut favoriser le développement dechampignons et provoquer de sérieux dégâts.

Dans le cadre du classement de leur climat intérieur dupoint de vue hygrothermique, les bâtiments se subdivisenten fonction de la pression de vapeur de l’air intérieur, ense basant sur la pression annuelle moyenne ρi de lavapeur du climat intérieur (exprimée en pascals Pa),comme repris dans le tableau en page précédente.

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DIAGRAMME DE MOLLIEROU DIAGRAMME DE L’AIR HUMIDE

La zone grisée représente la zone de confort correspon-dant à un taux d’humidité relative de l’air ambiant comprisentre 30 et 70 % pour des températures d’air entre 15 et25 °C et cela suivant le climat intérieur et la destination dulocal.

MÉTHODE DE GLASER

La modélisation du phénomène de diffusion de vapeurd’eau au travers des parois peut se réaliser au moyen dela méthode dite de Glaser.

Elle postule quelques simplifications :• 1. L’humidité se déplace uniquement par transfert de la

vapeur.• 2. Il n’y a pas de transport d’air. Le transfert de vapeur

est donc entièrement dû à la diffusion.• 3. Les matériaux ne sont pas hygroscopiques, à savoir

qu’un changement de teneur en humidité en un pointdéterminé d’un matériau est uniquement la consé-quence de la condensation ou de l’évaporation.

• 4. Le coefficient µ de résistance à la diffusion de vapeurd’eau est considéré comme une constante réelle,quelles que soient les températures et les pressionspartielles de vapeur d’eau rencontrées dans la paroimodélisée.Il en est de même pour le coefficient de conductibilitéthermique λ.

• 5. L’échange entre les milieux est stationnaire.