Transfert Thermique Isolation v2

7/27/2019 Transfert Thermique Isolation v2

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Transfert thermique, Isolation.

1

Quelques rappels thoriques.

Transfert thermique.

Rayonnement

Conduction

Au travers du vide.

Par extension : milieu transparent

Grace la prsence de :

matire immobile

ConvectionGrace la prsence de :

matire en dplacement Convection force

Convection naturelleIsolation. Radiateur

Echangeur de chaleur

Les 3 phnomnes.


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2

Conduction.

0 e

x

J J

Mur1 2

Tp1

Tp2

T(x)

l

Loi de Fourier

)( 21 PP TTe

J l

)( 21 pPth

TTR

SPuissance thermique :

l

eRth Rsistance thermique : Unit : m2KW-1

Tp1

Tp4

1 2 3 4

T2

T3

0 e1

x

e2 e3

l1 l2 l3

J J

Mur 3

Mur 22 3

3 4

Mur 11 2

JeeeTT pp

3

3

2

2

1

141

lllJ Flux par unit de surface

Unit : Wm-2 (J > 0)

Unit : W

Conductivit thermiqueUnit : Wm-1 K-1

or= 400 Wm-1K-1 air= 0.02 Wm

-1K-1

Coef. de

transmission thermique :

eUth

l Unit : Wm-2 K-1


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3

Convection.

Tp

Tm

Fluide

Paroi

S

hJhTT mp

Loi de Newton

Phnomne complexe liant mcanique des fluides et transferts thermiques

On dfinit un coefficient dchange thermique : h

Unit : Wm-2 K-1

Tm : temprature moyenne du fluide au voisinage de la paroi

Tp : temprature de la paroi

hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur deau chaude : 5.10

4 Wm-2 K-1


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4

Les matriaux et procds.

Bilan des pertes.


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Ou isoler?

Comment isoler ?

- Par les matriaux

- Par le choix des techniques

intrieur extrieur

rpartie

le type lpaisseur

/ la densit

- Par un travail sur les ouvertures

simple vitrage

double / triple vitrage


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Les matriaux.La fiche technique.

Norme incendie.

Les classes A1 et A2, A2, A1fl et A2fls1 sont

attribues aux produits trs peu combustibles.S(1,2,3) pour la production de fumes (s pour

"smoke").

d(0,1,2) pour la chute de gouttes et de dbris

enflamms (d pour "drop").

Rsistance thermique

Rsistance thermique

Epaisseur de lisolant


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7

Les matriaux.Qualits dun isolant.

Conductivit thermique

Etanchit l'air

Rsistance mcanique (traction et compression)

Rsistance la diffusion de vapeur d'eau

Faible absorption d'eau

Stabilit dimensionnelleComportement la chaleur

Rsistance au feu

Qualits acoustiques

Prix


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Les matriaux.Lpaisseur, la densit.


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9

Isolant

Sapin

Eau

Neige

Brique

Plot de ciment

Pltre

Mortier

Molasse

Verre

Acier

Aluminium

Bton

Bton cellulaire

1 10 100 1 000 10 000Conductivit par rapport l'air

Les matriaux.La conductibilit relative.


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Les matriaux.Les diffrents critres de qualit

Applications

Matriau Pouvoirisolant

Densit

Rsistanmceaufeu

Rsistanceladiffusion

devapeurd'eau

Rsistancel'eau

Rsistance10%de

comp

ression[kPa]

Rsistancelatraction

[kPa]

tanc

hitl'air

Rsistancelachaleur

Absorptionacoustique

bruits

dechoc

Absorptionacoustique

bruits

ariens

Laine minrale lgre + -- ++ -- 0 -- -- -- + ++

Laine minrale dense ++ - ++ -- 0 0 - -- ++ ++ +

Mousse de verre + + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ --

Bton cellulaire ++* ++ ++ - - ++ + + ++ --

PUR ++ - 0 - 0 + + 0 ++ - --

Ure Formaldhyde + -- + -- - -- -- -- 0

PS expans + -- + + 0 + + 0 0 - --

PS extrud ++ 0 + ++ + + ++ 0 0 - --

Fibres de bois 0 + 0 0 -- + -- - + + ++

Paille et ciment 0 ++ + 0 -- + 0 - + 0 +

Lige + + + + - + 0 + ++ + -

++ : Trs lev +: lev 0 : moyen, acceptable - : bas --: trs basCase vide: ne s'applique pas. D'aprs "Essais comparatifs", OFQC 1983.

PUR : Polyurthane

PS :Polystyrne


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Les matriaux.


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Les matriaux.Les fibres minrales.

Fibre de verre (ISOVER)

Laine de roche (ROCKWOOL, FLUMROC)Fibres obtenues par filage de verre plus ou moins pur,

lie avec une colle (baklite)

Bonne rsistance au feu

Peu hygroscopiqueAbsorption acoustique

Rsistance mcanique nulle bassedensit, moyenne haute densit


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13

Les matriaux.Mousses minrales.

Mousse de verre (FOAMGLAS)

Cuisson dun cake de verre

Bonne rsistance la compression

Etanche leau et la vapeur deauCher


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Les matriaux.Les polystyrnes.

Polystyrne expans

Usage gnral

Rsistance mcanique mdiocre

Polystyrne extrud

Usage spcifique pour toitures inverseset isolation enterre

Bonne rsistance aux intempries,notamment leau

Rsistance mcanique suprieure

Plus cher que le PS expans


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Les matriaux.Mousses minrales.

Bton cellulaire (YTONG)

Mortier la poudre daluminium, autoclav

Pouvoir isolant (paisseur > 24cm)

Bonne rsistance mcanique

Parois et dalles homognes,lments lgers

Sensible leau, au gel si humide


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Les matriaux.Les fibres naturelles.

Laine, coton, cellulose, paille, coco, chanvre, bois dense

Cellulose (papier recycl) injecte

Emploi marginal, connotation cologique

Absorption acoustique

Faible rsistance au feu, lhumiditet aux agents biologiques


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Les matriaux.

Fibre debois lger

Isolants ligneux

Paille agglomre

Bonne rsistance mcanique

Faible rsistance lhumidit (pourriture)

LigeBonne rsistance mcanique

Rsistance lhumidit mdiocre

Certaine rsistance au feu


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Les techniques disolation.

Pour chaque type de construction :

- plusieurs techniques

Pour chaque matriau :

- des techniques diffrentes.

Des solutions multi-formes


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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation intrieure.

- Pas de modification extrieure

- Cot relativement peu lev

- Diminution

des surfaces habitables

- Problme des ponts thermiques


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20

Les techniques disolation.Les grands principes : isolation intrieure.

Lisolant est derrire une

contre-cloison maonne ou

sur ossature

Les panneaux composites

ou complexes de doublage


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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation extrieure.

- Traiter un grand nombre

de ponts thermiques

- Ne pas modifier

les surfaces habitables

- Protger les murs contre

les variations climatiques

- Cout plus lev que

lisolation intrieure

- Modification de laspect extrieur

dclaration de travaux

/ permis de construire


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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation extrieure.

Lenduit mince sur isolant.

- Isolant coll sur le mur

- Un enduit spcifique est pos sur lisolant.

(Polystyrne expans.)

Lenduit hydraulique sur isolant.

- Isolant coll sur le mur

- Un enduit hydraulique est projet sur lisolant.(Mortier)Les parements sur isolants.

- Isolant fix au support

- Sur lisolant est fix pierres minces, dalles


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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation rpartie.

- Gain de temps dans la mise en uvre(1 seul produit)

- Rduit les ponts thermiques

- Amliore le confort thermique

- Mono mur en terre cuite- Bloc et panneaux de bton clulaire


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Les techniques disolation.Le bilan.Isolation

crpie

Isolation

intrieure

In

trieur

Paroi

double

Extrieur

Panneau

lger


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Les techniques disolation.Toiture, dalle, toit-terrasse.

- Les combles perdus

- Les combles habitables

/ amnageables

- Les toitures-terrasses

Cette isolation est

la plus rentable.


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26


Toiture plate : sans protection

Toiture plate : avec protection

Toiture inverse

Dalle, planchers


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Parois ventiles


I

n

t

rie

u

r

E

x

t

r

ie

u

r

Int

rieu

r

Ext

rieu

r


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28

Le pont thermiqueLa cause :


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29

Le pont thermique

La cause :

Discontinuit dans l'isolation thermique

de l'enveloppe du btiment

Ponts thermiques gomtriques angles, coins

Ponts thermiques matriels

balcons, fixations, cadres si isolation extrieure

dalles, murs intrieurs si isolation intrieure


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30

Le pont thermique

Les effets :

Dperditions d'nergie

Abaissement de la temprature superficielle intrieureCondensations

Moisissures (odeurs, allergies)

Taches, coulures


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31

Le pont thermique

Les effets :

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20Epaisseur d'isolant [cm]

Dperditions[W/m] Sans pont thermique

Avec pont thermique


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32

Chaud

Froid

Froid

Chaud

Froid

Chaud

Allonger Chauffer Diviser

Le pont thermique

Les solutions :


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33

Le cout.

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6

Laine de pierre

Laine de verre

Polystyrne

Polyurthane

Bois de construction

Brique thermique

Brique module

Epaisseur optimale [m]

Energtique

Financire


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34

Le cout.

0 50 100 150 200 250 300 350

Laine de pierre

Laine de verre

Polystyrne

Polyurthane

Bois de construction

Brique thermique

Brique module

Cot [Fr/m]

Construction

Entretien

[/(1,40.m)]


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Les ouvertures en gnral.

Cadre

Raccord

mur-cadre

Bord des vitrages

isolants

Vitre

Ouverture

Cadre Vitrage

Cadre : Chssis


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Les ouvertures : le vitrage.

Vitrage

simple

Double

vitrage

Vitrage

isolant

Fentre

double


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37

Les ouvertures : le vitrage, quels phnomnes ?

Conduction. Convection.

Rayonnement


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Le rayonnement.4TS Puissance mise par une source :

Unit : W

Rayonnement

global g q stransmis

Rayonnement

transmis q sdirectement

Rayonnement

absorb q s

Rayonnementsolaire incident q s

Angled'incidence i

Rayonnement

rflchi q s

Transmissionsecondaire

Le rayonnement solaire sur un vitrage.


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39

Technique .Type de vitrage Uv gp gg Fr

Vitrage simple VS 5,6 0,82 0,84 0,9

Vitrage simple VS, avec couche slective IR 4,3 0,66 0,69 0,73

Double vitrage (DV) avec air sec 2,9 0,69 0,75 0,81

Double vitrage (DV) avec argon 2,7 0,69 0,75 0,73Double fentre (2 SV) 2,7 0,69 0,75 0,81

DV avec couche slective et air sec 1,6 0,62 0,67 0,78

DV avec couche slective et argon 1,3 0,62 0,67 0,7

DV avec couche slective et xnon 0,9 0,58 0,63 0,76

Double, double vitrage DV 1,5 0,59 0,53 0,66

Triple vitrage (TV) avec air sec 2 0,62 0,7 0,74

Triple vitrage (TV) avec argon 1,9 0,62 0,7 0,71

TV avec 2 couches slectives et air sec 1,1 0,43 0,5 0,68

TV avec 2 couches slectives et argon 0,9 0,43 0,5 0,56

TV avec 2 couches slectives et xnon 0,4 0,42 0,48 0,64

Pav de verre 3 0,6 0,65 0,75

gp : coefficient de

transmission global pour

le rayonnement solaire

perpendiculaire au

vitrage

gp:idem, pour lerayonnement solaire

global, climat europen.

Fr: facteur de rflexion.


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40

Pour aller plus loin:

Quelques notions thoriques.


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La conduction.- Rsultat de la diffrence dnergie entre deux milieux en contact

- La conduction seffectue sans mouvement de matire.

TgradJ .l

J

Loi de Fourier

J Flux par unit de surface

Unit : Wm-2

Conductivit thermique

Unit : Wm-1 K-1

T Temprature

Unit : K(J > 0)

- Pour une surface S, le flux transfr (puissance thermique) est par :

SJ

Puissance thermique.Unit : W

dt

dQ

QChaleur transfre.

Unit : J

or= 400 Wm-1K-1 air= 0.02 Wm

-1K-1


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Cas dun mur simple.Hypothses : - Pas de source interne de chaleur

- Toute la surface la mme temprature

- Rgime permanent et propagation unidirectionnelle

0 e

x

J J

Mur1 2

Tp1

Tp2

T(x)

l

xTJ

lLoi de Fourier

)( 21 PP TTe

J l

Je

TT pp l

21

)( 21 pPth

TT

R

SPuissance thermique :

leRth On dfinit la rsistance thermique par :

Unit : m2KW-1

f


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Cas de murs multiples .Hypothses : - Pas de source interne de chaleur



x

TJ

lLoi de Fourier

Je

TTp 1

121

l

Je

TT 2

232

l

JeTT p 3

343

l

Tp1

Tp4

1 2 3 4

T2

T3

0 e1

x

e2 e3

l1 l2 l3

J J

Jeee

TT pp

3

3

2

2

1

141

lll

JRRRTT thththpp 32141

Mur 3

Mur 22 3

3 4

Mur 11 2

T f h i I l i


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Cas de murs multiples .Entre deux solides , la frontire commune peut tre :

- A contact parfait. Etude prcdente.- A contact imparfait.

Linterface se comporte comme un milieu isotrope.

- Conductivit thermique

Elle possde :

- Rsistance thermiqueC

C eRlUnit : m2KW-1

Unit : Wm-1K-1C

S

RJRTT CC)( 21

Tp1

Tp2

J J

0 e1

x

e2

T f t th i I l ti


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La convection.- Etude globale.

Phnomne complexe liant mcanique des fluides et transferts thermiques

On dfinit un coefficient dchange thermique : h

Unit : Wm-2 K-1

Tp

Tm

Fluide

Paroi S

h

JhTT mp

Tm : temprature moyenne du fluide au voisinage de la paroi

Tp : temprature de la paroi

hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur deau chaude : 5.10

4 Wm-2 K-1

Loi de Newton

T f t th i I l ti


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Bilan global pour un mur simple.Hypothses : - Pas de source interne de chaleur



JhTTpm

111

1

Je

TT pp 2

221

l

JhTT mp 222

1

Jh

e

h

TT mm

32

2

1

21

11

l

JRRRTT CthCmm 32121Rth2RC1 RC2

0 e

x

J J

Mur1 2

Tp1

Tp2

T(x)

l

Tm1

Tm2

h1 h2

Fluide 1 Fluide 2

Conduction

ConvectionConvection

T f t th i I l ti


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Le rayonnement.Flux dune source :

Source de puissance mise par une source.

Emittance dune source (monochromatique : ) :

Sd

dM ll

Unit : WPuissance mise par la source.

Transfert de chaleur par rayonnement :

4

TM

Unit : Wm-2

Unit : Wm-2

- constante de Stefan-Boltzmann : = 5,6703 . 10-8 Wm-2K-4

- : missivit (facteur dabsorption ou dmission de la surface mettrice)

coefficient sans unit (1 pour un corps noir)

- T: temprature du corps (K)

T f t th i I l ti


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Corps noir 5800 K

Rayonnement solaire

aux confins de l'atmosphre

0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Energie[kW/(m)]

0

0,5

1,0

1,5

2,0

-

-

-

Longueur d'onde [m]

visibleUV IR

Ciel serein, soleil 30

au-dessus de l'horizon

Rayonnement solaireau niveau de la mer.

-

-

Le rayonnement solaire.Sahara sud 2000

kWhm-Zermatt 1480 kWh m-

T f t th i I l ti


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Le rayonnement solaire sur un vitrage.

Rayonnementglobal g q stransmis

Rayonnement

transmis q sdirectement

Rayonnement

absorb q s

Rayonnementsolaire incident q s

Angle

d'incidence i

Rayonnement

rflchi q s

Transmissionsecondaire

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