CALCUL DES DéPERDITIONS THERMIQUES - ffc

Fonds de formation professionnelle de la construction
Manuel modulaire Chauffage central
MODULE 4.1A
CALCUL DES DéPERDITIONS
THERMIQUES - Élaboration
théorique
2
Numéro Dépôt légal: D/2013/1698/06
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
AVANT-PROPOS
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
3
© Fonds de Formation professionnelle
de la Construction, Bruxelles 2013
Tous 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
Contact
Pour 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
Contexte
Deux 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;
• N
ous 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.
4
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Table des matières
AVANT-PROPOS����������������������������������������������������������������3
TABLE DES MATIèRES�������������������������������������������������5
2. SYMBOLES UTILISéS���������������������������������������������8
3. TRANSFERT DE CHALEUR��������������������������11
3.1. Qu’est-ce que le transfert de chaleur?������������11
3.1.1. Transfert de chaleur par conduction��������������������11
3.1.2. Transfert de chaleur par convection��������������������12
3.1.3. Transfert de chaleur par rayonnement����������������12
3.2. Température��������������������������������������������������������������������14
3.3. Confort thermique������������������������������������������������������14
3.3.1. Introduction���������������������������������������������������������������14
3.3.2. Confort������������������������������������������������������������������������15
3.3.3. Paramètres de confort���������������������������������������������15
3.3.4. Activit�����������������������������������������������������������������������15
4. CONCEPTS UTILISéS POUR
LE TRANSFERT DE CHALEUR
DANS LES MURS�����������������������������������������������������17
4.1. Coefficient de conductivité thermique
d’un matériau�����������������������������������������������������������������17
4.2. Résistance thermique (Rm) d’un matériau
homogène�����������������������������������������������������������������������18
4.3. C
oefficients d’échange thermique (h)
en W / (m² • K)������������������������������������������������������������������19
4.4. R
ésistance 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�����������������������������������26
4.6.1. L’échange thermique�����������������������������������������������26
4.6.2. La transmission thermique�������������������������������������27
4.7. Coefficient de transmission thermique
linéaire la valeur ψ en W / (m • K)������������������������28
4.8. Exemple pratique��������������������������������������������������������29
4.9. Température et évolution
de la température dans la paroi��������������������������30
4.9.1. 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���������������������������������������������������������������31
4.9.3. Courbe de température dans la paroi�����������������32
4.10. Calcul de Rvaleur idéale ���������������������������������������������������33
5. NOTIONS IMPORTANTES EN MATIèRE
DE TRANSMISSION THERMIQUE������������35
5.1. Flux thermique (Ф)�����������������������������������������������������35
5.2. La quantité de chaleur (Q)�������������������������������������36
6. F ACTEURS IMPORTANTS POUR
LA TRANSMISSION DE CHALEUR����37
6.1. L’isolation���������������������������������������������������������������������������37
6.1.1. Aspects généraux de l’isolation����������������������������37
6.1.2. Exigences à l’égard du matériau d’isolation�������38
6.1.3. Classification��������������������������������������������������������������38
6.2. Vitrage (fenêtres et portes)������������������������������������39
6.2.1. Fenêtres et portes�����������������������������������������������������39
6.2.2. Vitrage�������������������������������������������������������������������������40
6.2.3. Doubles fenêtres (valeur Uw)����������������������������������42
6.3. Nœuds constructifs (ponts thermiques)�������43
6.4. Condensation sur les constructions����������������44
5
6
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Table des matières
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT
DE CHALEUR H EN (W/K)�����������������������������45
8.5. Déperditions de chaleur totales
d’un local (ΦHL) en W��������������������������������������������������59
7.1. Généralités�����������������������������������������������������������������������45
7.2. C
oefficient de transfert de chaleur H
en (W/K)����������������������������������������������������������������������������46
7.3. C
oefficient de transfert de chaleur total (HT)
par transmission d’un bâtiment en W/K..... ��47
8.6. Résumé des déperditions
de chaleur totales ΦHL�����������������������������������������������61
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��������������48
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 (Hg) en W/K��49
7.3.3. Coefficient de transfert de chaleur par transmission
(HU ) entre des espaces chauffés et l’environnement
extérieur via des espaces attenant non chauffés
(EANC) en W/K�����������������������������������������������������������50
7.3.4. Coefficient de transfert de chaleur par transmission (HA) entre espaces chauffés et bâtiments
contigus, en W/K�������������������������������������������������������52
7.4. Coefficient de transfert de chaleur (HV) par
ventilation dans le volume protégé, en W/K���53
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR
DANS LES BâTIMENTS������������������������������������55
8.1. O
bjectifs et principes de la méthode
de calcul����������������������������������������������������������������������������55
8.2. Procédure de calcul pour un local chauffé��55
8.3. Données d’entrée��������������������������������������������������������56
8.3.1. Températures extérieures θe����������������������������������56
8.3.2. Températures intérieures θint����������������������������������56
8.3.3. Données relatives au bâtiment�����������������������������57
8.3.4. Données relatives à la ventilation�������������������������57
8.4. D
éperditions de chaleur
d’un local (ΦHL) en W��������������������������������������������������58
8.5.1. Facteur d’accroissement
pour l’orientation (M0)����������������������������������������������60
8.5.2. Facteur d’accroissement
pour les parois froides (Mcw)�����������������������������������60
9. P
EB (PERFORMANCE
éNERGETIQUE DES BâTIMENTS)������63
9.1. Décret d’application��������������������������������������������������63
9.2. Qu’est-ce que la performance
énergétique d’un bâtiment?��������������������������������65
9.3. Obligations en matière de PEB���������������������������66
9.4. Résumé������������������������������������������������������������������������������67
10 RéFéRENTIEL�������������������������������������������������������������69
10.1. Valeur Uw d’une fenêtre�����������������������������������������69
10.2. Condensation��������������������������������������������������������������70
10.2.1. Condensation superficielle����������������������������������70
10.2.2. Facteur de température (f )����������������������������������72
10.2.3. Quelques exemples de matériaux d’isolation���73
11. SCIENCES APPLIQUéES�����������������������������83
11.1. Condensation��������������������������������������������������������������83
11.2. Tension de vapeur����������������������������������������������������84
11.3. Diffusion de la vapeur d’eau������������������������������85
11.4. Anodisation������������������������������������������������������������������86
11.5. Emaillage������������������������������������������������������������������������86
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
7
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
2. SYMBOLES UTILISéS
2. SYMBOLES UTILISéS
Symbole
Description
unité
θ
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
θink
8
75/65/20
Δθ60 : 90/70/20
°C ou K
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 et
les bâtiments attenants
W/K
HD
coefficient de transfert de chaleur direct total vers l’environnement extérieur
W/K
2. SYMBOLES UTILISéS
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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
--
9
10
3. transfert de chaleur
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
3.TRANSFERT DE CHALEUR
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.
11
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
3.1
3. transfert de chaleur
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.
12
3. transfert de chaleur
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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.
13
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
3. transfert de chaleur
3.2Température
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
Confort thermique
3.3.1Introduction
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).
14
3. transfert de chaleur
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
3.3.2Confort
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.
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
description
activité
3.3.4Activité
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.
15
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
3. transfert de chaleur
Valeur chiffrée
du PMV
Perception
+3
brûlant
+ 2
chaud
+ 1
un peu chaud
0
neutre
- 1
un peu froid
- 2
frais
- 3
froid
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.
16
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4.CONCEPTS UTILISéS POUR
LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.1
Coefficient de conductivité thermique d’un matériau1
(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
(λUi ou λUe ). 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 λD ;
• les valeurs λU des matériaux de construction et d’isolation
sont déterminées suivant les principes de EN ISO 10456;
• produits certifiés connus: valeurs λD 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).
λU = λD ⋅ e
f u ( u 2 − u1 )
Valeurs de calcul pour conditions intérieures et extérieures:
• conditions intérieures (λUi): 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.
Pour un développement plus détaillé:
voir NBN B 62-002 (2008).
1
17
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
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 =
4.2
1
λu
en ( m ⋅ K ) / W
in
Résistance thermique (Rm) d’un matériau homogène
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 (λU ), 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:
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).
18
1
d
λu
λu
( m2 K ) / W
Rm = ⋅ d
Rm =
ouen
où:
d:
l’épaisseur en m
λU :le coefficient de conductivité thermique
en (m • K) / W
Rm :la résistance thermique d’un mur homogène
en (m² • K) / W
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.3
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 (hse ) et l’intérieur (hsi).
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:
• hse 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).
19
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4.4
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
Résistance à l’échange thermique (Rse ou Rsi) en (m² • K) / W
Nous devons établir une distinction entre l’extérieur (Rse ) et
l’intérieur (Rsi) 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.
1
hse
Rse =
en
( m 2⋅ K ) / W
est la résistance à l’échange thermique sur la surface
extérieure.
1
hsi
Rsi =
en
( m 2⋅ K ) / W
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.
20
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.5
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 (RT).
1
RT
U=
en
W / ( m2 ⋅ K )
La plupart des murs sont composés de couches de matériaux
différents ayant chacun leurs caractéristiques spécifiques:
λu (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 Rsi et Rse.
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.
21
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
Résistance à l’échange de chaleur Rsi + résistance au transfert
thermique ∑R + résistance à l’échange de chaleur Rse
Rtot ou RT : ∑ de toutes les résistances
RT = Rsi + Σ R + Rse
où:
RT : la résistance thermique totale en (m² • K) / W
1/hsi = Rsi : la résistance à l’échange de chaleur
du côté sec en (m² • K) / W
1/hse = Rse : 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
RT = Rsi + R1 + R2 + ... Rg + Ru + ... + Rse en (m² • K) / W
Nous pouvons aussi écrire:
RT = Rsi +
=
U
1
RT
U=
1
RT
d1
λU 1
+
d2
λU 2
+ ... Rg + Ru + ... + Rse en (m² • K) / W
en W / (m² • K)
1
=
R si +
d1
λU 1
+
d2
λU 2
+ ⋅ ⋅ ⋅ + R g + Ru + ⋅ ⋅ ⋅ + R se
en W / (m² • K)
U =
22
1
en W / (m²• K)
R si + R1 + R 2 + . . . + R g + R u + . . . + R se
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 1
Pour les parois entre couches d’air, nous utilisons les valeurs
Rsi = 0,13 (m² • K) / W ou Rse = 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.
RT = Rsi + Σ
d
λU
+ ΣRg + ΣRu + Rse
Sens du flux de chaleur
Elément
Rsi en ( m 2 ⋅ K ) / W
Rse en ( m 2 ⋅ K ) / W



mur, fenêtre
0,13
0,04
toît, plafond
0,10
0,04
plancher
0,17
0,04
23
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
Remarque 2
Nous trouvons les valeurs R des matériaux non homogènes
dans des tableaux. Nous les représentons par Ru 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).
RT = R si + Σ
Matériaux
Maçonnerie de blocs creux
en béton lourd
(ρ > 1200 kg/m³)
Maçonnerie de blocs creux
en béton léger
(ρ < 1200 kg/m³)
1 cavité
dans le sens
du flux
Dalles de
plancher
rugueuses
préfabriquées 2 cavités
dans le sens
en hourdis
de terre cuite du flux
Dalles de sol rugueuses
préfabriquées en béton
lourd (avec hourdis)
Plaques de plâtre entre deux
couches de carton
24
Epaisseur/
hauteur des
éléments
Ru
(m².K) / W
d = 14 cm
0,11
d = 19 cm
0,14
d = 29 cm
0,20
d = 14 cm
0,30
d = 19 cm
0,35
d = 29 cm
0,45
d = 8 cm
0,08
d = 12 cm
0,11
d = 12 cm
0,13
d = 16 cm
0,16
d = 20 cm
0,19
d = 12 cm
0,11
d = 16 cm
0,13
d = 20 cm
0,15
d < 1.4 cm
0,05
d ≥ 1.4 cm
0,08
d
λU
+ ΣR g + ΣRu + R se
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).
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
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Remarque 3
Nous trouvons les valeurs R des couches d’air non ventilées
dans des tableaux. Nous les représentons par Rg 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).
RT = R si + Σ
d
λU
+ ΣR g + ΣRu + R se
Résistance thermique Rg des couches d’air (d ≤ 300 mm)
Sens du flux thermique
Du bas vers le haut
Horizontal
Du haut vers le bas
0<d<5
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
Epaisseur de la couche d’air (mm)
0
25
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4.6
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
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
• hsi et hse : 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 ).
Φ = hsi of
ou se ⋅ A ⋅ ( θ si of
ou se − θ1 )
en W
où:
Ф:
l’énergie calorifique ou l’échange thermique en W
h :le coefficient d’échange thermique hsi ou hse
en W / (m² • K)
A :
la surface en m²
θ1 :
la température, inférieure à θsi ou θse;
θ :
la température θsi (sèche) ou θse (humide).
26
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.6.2
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
La transmission thermique
Nous prenons la figure ci-contre et nous appliquons la
formule ci-dessus.
Pour ( 1 ) Φ = hsi ⋅ A ⋅ (θ int − θ1 )
où
θ int − θ1 =
Φ
hsi ⋅ A
Pour ( 2 ) Φ = λU ⋅ A ⋅ (θ1 − θ 2 )
où
θ1 − θ 2 =
Φ⋅d
λU ⋅ A
Pour ( 3 ) Φ = hse ⋅ A ⋅ (θ 2 − θ e )
où
θ2 −θe =
Φ
hse ⋅ A
d
(1)
(2)
(3)
La somme ( ∑ ) de (1) (2) (3) ou
Φ⋅d
Φ
Φ
+
+
θ
int − θ 1 + θ 1 − θ 2 + θ 2 − θ e =
h si ⋅ A λU ⋅ A h se ⋅ A
Par une opération mathématique, nous obtenons:
Φ
d
1
1
+
+
)
θint − θ e = ⋅ (
A hsi λU hse
En poursuivant l’opération mathématique, nous obtenons:
( θ int − θ e ) ⋅ A
Φ=
1
d
1
+
+
h si λU
h se
où
1
d
1
+
+
hsi λU hse
=
1
U
= RT
Φ = U ⋅ A ⋅ ( θ int − θ e )
ou
Conclusion:
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.
Φ = U ⋅ A ⋅ ∆θ
en W
où:
Ф :
le flux thermique exprimé en W
U :le coefficient de transmission thermique exprimé
en W / (m² • K)
A:
la surface en m²
θint − θ e = ∆θ = ∆T en °C ou K.
27
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
Cette dernière formule exprime la valeur U:
le coefficient de transmission thermique. L’inverse de
la valeur U est RT , qu’on appelle la résistance thermique.
1
1
d
1
R
=
+ 1 +
T =
( m2 ⋅ K ) / W
en
U
hsi λU 1 hse
où:
RT : la résistance thermique totale en W
1/hsi = Rsi : la résistance à l’échange de chaleur du côté sec
en (m² • K) / W
d1/λU1 = Rm1 :la résistance au transfert thermique de la
couche de matériau 1 en (m² • K) / W
1/hse = Rse : la résistance à l’échange de chaleur du côté
humide en (m² • K) / W
Il en résulte que:
RT = Rsi + Rm1 + Rse en (m² • K) / W
Si la paroi est composée de plusieurs (n) couches de
matériaux de nature différente, on obtient l’équation
suivante:
RT = Rsi + Rm1 + Rm2 + … + Rm6 + Rse 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.
4.7
Coefficient de transmission thermique linéique - valeur ψ en W / (m • K)
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).
28
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.8
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 λU2= 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 λU4 = 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)
 Rse = 0,04 (m² • K) / W
Question:
Déterminez la valeur U.
Solution:
 1ère élaboration possible: utilisation de la formule:
U =
1
en W / (m² • K)
RT
d3
d1
d2
d
( m2 ⋅ K ) / W
Ren
+
+
+ Rg + 4 + Rse
T = Rsi +
λU 1
λU 2
λU 3
λU 4
où:
hsi = 8 W / ( m 2 ⋅ K )  Rsi = 1/hsi = 1/8 = 0,13 ( m 2 ⋅ K ) / W
2
hse = 23 W / ( m 2 ⋅ K )  Rse = 1/hse = 1/ 23 = 0,04 ( m ⋅ K ) / W
hg = 6,6 W / ( m 2 ⋅ K )  Rg = 0,15 ( m 2 ⋅ K ) / W
d1 = 1 cm
 0,01 m
λU1 = 0,52 W / ( m ⋅ K )
d2 = 14 cm
 0,14 m
λU2 = 0,38 W / ( m ⋅ K )
d3 = 6 cm
 0,06 m
λU3 = 0,028 W / ( m ⋅ K )
d4 = 9 cm
 0,09 m
λU4 = 0,94 W / ( m ⋅ K )
Remplacer la formule par des valeurs exactes:
RT = 0,13 + 0,019 + 0,368 + 2,143 + 0,15 + 0,096 + 0,04
RT = 2,946 ( m 2 ⋅ K ) / W
1
U
=
 1/2,946
RT
2
U = 0,339 ( m ⋅ K ) / W
29
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
 2ème élaboration possible: sous forme de tableau
Description matériaux utilisés
d
en m
λU, hse, hsi
8
0,13
0,13
0,01
0,52
0,019
0,149
Environnement intérieur
Enduit de plâtre
Rsi, Rse, Rg, Ru
( m2 ⋅ K ) / W
RT
( m2 ⋅ K ) / W
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
23
0,04
Environnement extérieur
2,946
2,946
4.9
U
W / ( m2 ⋅ K )
0,339
Température et évolution de la température dans la paroi
4.9.1Détermination de la température à un endroit
donné de la paroi (θw)
Nous pouvons déterminer la température en appliquant la
formule ci-après. Nous connaissons ainsi l’emplacement du
point de condensation.
θ w = θ int − ∆ θ ⋅
Rw
RT
en °C
où:
θw :
la température locale en °C
θint :
la température ambiante en °C
Δθ = ΔT : l’écart de température en °C ou K
Rw :la résistance thermique depuis l’intérieur
en (m² • K) / W
RT :la résistance thermique totale de la construction
(m² • K) / W
30
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
4.9.2
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 λU2= 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 λU4 = 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)
 Rse = 0,040 (m² • K) / W
• température ambiante intérieure θint = 20 °C
• température extérieure θe = – 8 °C.
Description matériaux utilisés
d
en m
λ,h
8
0,130
0,130
0,130
0,01
0,52
0,019
0,149
0,149
Environnement intérieur
Enduit de plâtre
Rsi, Rse, Rg, Ru
( m2 ⋅ K ) / W
RT
( m2 ⋅ K ) / W
RW
( m2 ⋅ K ) / W
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
23
0,040
2,946
2,946
Environnement extérieur
31
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
θ
w = θ int − ∆ θ ⋅
Rw
en °C
RT
où:
=
20 °C
θint
θe
=
- 8 °C
Δθ= θint - θe = 20 - (- 8) = 28 °C
RT= 2,807 ( m 2 ⋅ K ) / W
Rw= ?
p.e.: Rw3 = 0.13 + 0,019 + 0,368 = 0,518 ( m 2 ⋅ K ) / W
θint
,13
θ w1 = 20 − (28 ⋅ 20,946
)
0 ,149
θ w 2 = 20 − (28 ⋅ 2,946 )
θ w3 = 20 − (28 ⋅ 02,,518
946 )
2 , 661
θ w 4 = 20 − (28 ⋅ 2,946 )
811
)
θ w5 = 20 − (28 ⋅ 22,,946
2 , 906
θ w6 = 20 − (28 ⋅ 2,946 )
θ e = 20 − (28 ⋅ 22,,946
946 )
4.9.3
32
= 20 °C
= 18,76 °C
= 18,58 °C
= 15,08 °C
= -6,54 °C
= -6,71 °C
= -7,62 °C
= - 8 °C
Courbe de température dans la paroi
4. CONCEPTS UTILISéS POUR LE TRANSFERT DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 RT 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:
Rvaleur idéale : la valeur idéale ou la résistance thermique à
atteindre en (m² • K) / W
RT :
ΣR = la résistance thermique actuelle en (m² • K) / W
d/λ : la résistance thermique supplémentaire en (m² • K) / W
d’où:
d = ( Rvaleur idéale − ΣR ) • λ
exprimée en m.
où:
d:
l’épaisseur de couche supplémentaire en m
λ : le coefficient de conductivité thermique du matériau
utilisé en W / (m • K)
ΣR : la résistance thermique actuelle en (m² • K) / W
Rvaleur 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 λi =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
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.
exprimée en m.
où:
Rvaleur idéale = 1/U
= 1/0,4 = 2,5 ( m 2 ⋅ K ) / W
ΣR = 1/U + Rg
2
=1/0,9 + 0,17 = 1,111+ 0,17 =1,281 ( m ⋅ K ) / W
λ
= 0,200 W / ( m ⋅ K )
d
= (2,5 - 1,281) • 0,200 = 0,244 m of 24,4 cm
33
34
5. NOTIONS IMPORTANTES EN MATIèRE DE TRANSMISSION THERMIQUE
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
5.NOTIONS IMPORTANTES EN MATIèRE
DE TRANSMISSION THERMIQUE
5.1
Flux thermique (Ф)
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:
Φ = U ⋅ A ⋅ ( θ int − θ e ) en W
où:
Φ:
U :
A :
θ int
le flux thermique en W
le coefficient de transmission thermique en W / (m² • K)
la surface en m²
− θ e = ∆θ = ∆ T : l’écart de température entre les faces
en K.
35
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
5.2
5. NOTIONS IMPORTANTES EN MATIèRE DE TRANSMISSION THERMIQUE
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:
Q = m ⋅ c ⋅ ∆T
en J
où:
Q :
la quantité de chaleur en J
m:
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
36
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
6.FACTEURS IMPORTANTS POUR
LA TRANSMISSION DE CHALEUR
6.1L’isolation
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.
37
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
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.
38
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
6.2
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Vitrage (fenêtres et portes)
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.
³ Vous trouverez davantage d’informations sur l’anodisation et
l’émaillage au chapitre ‘Sciences appliquées’.
39
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
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 Uw 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 Uw, nous tenons
compte des surfaces réelles (Ag , Af , Ap ) 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.
40
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Exemple:
Uverre
2,2
2,1
2
1,9
1,8
1,7
1,6
1,5
1,4
1,3
1,2
1,1
1
0,9
0,8
U - menuiserie
1,4
2,3
2,3
2,3
2,2
2,1
2,0
1,9
1,9
1,8
1,7
1,6
1,6
1,5
1,4
1,4
1,6
2,3
2,3
2,3
2,2
2,1
2,1
2,0
1,9
1,8
1,8
1,7
1,6
1,6
1,5
1,4
1,8
2,3
2,3
2,3
2,3
2,2
2,1
2,0
2,0
1,9
1,8
1,8
1,7
1,6
1,5
1,5
2
2,4
2,4
2,4
2,3
2,2
2,2
2,1
2,0
2,0
1,9
1,8
1,7
1,7
1,6
1,5
2,2
2,4
2,4
2,4
2,4
2,3
2,2
2,2
2,1
2,0
1,9
1,9
1,8
1,7
1,7
1,6
2,4
2,5
2,5
2,5
2,4
2,4
2,3
2,2
2,1
2,1
2,0
1,9
1,9
1,8
1,7
1,7
2,6
2,5
2,5
2,5
2,5
2,4
2,3
2,3
2,2
2,1
2,1
2,0
1,9
1,9
1,8
1,7
2,8
2,6
2,6
2,6
2,5
2,5
2,4
2,3
2,3
2,2
2,1
2,1
2,0
1,9
1,8
1,8
3
2,7
2,7
2,7
2,6
2,5
2,5
2,4
2,3
2,3
2,2
2,1
2,0
2,0
1,9
1,8
source: energiebesparen.be
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.
4
Vous trouverez davantage d’informations et l’élaboration de cette
formule au chapitre ‘Référentiel’.
41
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
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.
42
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
6.3
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Nœuds constructifs (ponts thermiques)
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:
Φ=Ψ
⋅ l ⋅ ∆T
en W
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) ;
valeurs
ψ = 0,5
ψ = 1,5 - U
ψ = 0
si
si
si
valeur U < 1
1 < valeur U < 1,5
valeur U > 1,5
U : le coefficient de transmission thermique du mur
extérieur, en W / (m² • K)
l :
la longueur du nœud constructif en m
∆θ = θ int − θ e = ∆T : la différence de température en °C ou K
43
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
6.4
6. FACTEURS IMPORTANTS POUR LA TRANSMISSION DE CHALEUR
Condensation sur les constructions5
Une condensation se produit si la tension de vapeur maximale
de la température superficielle régnant sur place (pdo ) est
inférieure à la tension de vapeur de l’air ambiant (pdi ).
5
voir aussi: sciences appliquées: 11.1, 11.2 en 11.3
44
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7.COEFFICIENT DE TRANSFERT DE
CHALEUR H EN (W/K)
7.1Généralités
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.
45
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7.2
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
Coefficient de transfert de chaleur H en (W/K)
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:
H = HT
+ HV
en (W/K)
où:
HT (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.
46
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7.3Coefficient de transfert de chaleur total (HT) par transmission
d’un bâtiment en W/K
Le coefficient de transfert de chaleur total par transmission
d’un bâtiment est déterminé par:
HT = H D + H g + HU +
HA
en (W/K)
EANC
VP
VP
où:
HT : 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.
47
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
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
(HD) de l’espace chauffé d’un bâtiment vers l’environnement
extérieur est déterminé comme suit:
H D = ΣU ⋅ A + Σ l ⋅ψ + Σ χ
en (W/K)
où:
A : la surface de l’élément de bâtiment déterminée par
les dimensions extérieures en m²
U:
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 HD 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 HT (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).
48
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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 (Hg) 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 Hg.
A l’aide d’un calcul simplifié basé sur des formules générales,
qui détermine Hg 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 Hg comprend:
H g = A ⋅ U + l g ⋅ Ψg
en (W/K)
• 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  A⋅ U 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
Ψg  l g ⋅ Ψg 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  z ⋅ P ⋅ U en W/K
H g = A ⋅ U + l g ⋅ Ψg + z ⋅ P ⋅ U
en (W/K)
49
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
7.3.3.Coefficient de transfert de chaleur par
transmission (HU ) entre des espaces chauffés
et l’environnement extérieur via un espace
attenant non chauffé (EANC) en W/K
EANC
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
Hiu et Hue 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 HV,iU ) est également laissé de côté.
Hiu est alors donné par:
H iu = H T ,iu = ΣU i
50
⋅ Ai
en (W/K)
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Le terme Hue est déterminé de manière simplifiée, comme suit:
H ue = H T ,ue + H V ,ue en W/K
où:
H T ,ue = ΣU e ⋅ Ae + Σl ⋅ Ψ
H V ,ue =0.34 ⋅ nue ⋅ V
De ce fait:
H
ue = ΣU e ⋅ Ae + Σ l ⋅ Ψ + 0,34 ⋅ n ue ⋅ V en (W/K)
où:
HT,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) ;
nue: le taux de ventilation conventionnel (ventilation
naturelle).
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 éléments 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
51
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
7.3.4.Coefficient de transfert de chaleur par
transmission (HA) 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 (HA) entre les deux bâtiments est
déterminé par:
H A
= bia ⋅ H ia
W/K
où:
Hia : 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
H ia = H T ,ia = ΣU i ⋅ Ai
bia : un facteur de correction, déterminé suivant:
θ −θa
θ int − θ e
i nt
b
ia =
θint : θe : θa : (-) nombre abstrait
la température de l’espace chauffé en °C;
la température de l’environnement extérieur en °C;
la température du bâtiment attenant en °C.
Remarque:
• bia 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.
52
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7.4Coefficient de transfert de chaleur (HV) par ventilation dans
le volume protégé, en W/K
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:
HV = ρ ⋅c ⋅
où:
ρ:
c:
ρ ⋅c
3600
1
⋅ V W/K
3600
la densité de masse de l’air 1,205 kg/m³
la chaleur spécifique de l’air 1005 J /(kg ⋅ K )
= 0,34 : 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.
H V = 0,34 ⋅ V 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:
Vmin = nmin ⋅ VL en m³/h
où:
VL: le volume d’air total du VP en m³ ;
nmin: le taux minimum de ventilation par heure, la valeur par
défaut étant: nmin= 0,3 h-1
dans ce cas, le volume d’air est estimé comme suit:
pour les bâtiments résidentiels, VL = 0.8 V;
pour les bâtiments non résidentiels, VL = 0.9 V
H V = 0,34 ⋅ n min ⋅ V L
53
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
7. COEFFICIENT DE TRANSFERT DE CHALEUR H EN (W/K)
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 (HV) se calcule comme suit:
H V = 0,34 ⋅ VL
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 (Vmin ; Vd)
V min = n min ⋅ V L  débit minimum de ventilation, en m³/h
Vd : débit de conception de ventilation du fait de l’infiltration,
en m³/h
H V = 0,34 ⋅ n min ⋅ V L
en (W/K)
Débit de ventilation selon NBN D50-001
Amenée
Espace
Living
Chambre à coucher
Chambre d’étudiant
Débit nominal
Règle
Débit
générale
minimal
75 m³/h
3,6 m³/h . m²
25 m³/h
Peut être
limité à
150 m³/h
72 m³/h
Salle de jeux
éVACUATION
Espace
Débit nominal
Règle
Débit
générale
minimal
Buanderie
3,6 m³/h . m²
Cuisine ouverte
WC
54
Peut être
limité à
Cuisine
Salle de bains
50 m³/h
75 m³/h
75 m³/h
--
25 m³/h
Amenée libre
(A, C)
maximale
--
2 x nominale
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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.
8.2
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).
55
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
8.3
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
Données d’entrée
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:
Températures intérieures θint - températures de conception
type de local
56
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
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
8.3.3.
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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)
• n50 : taux de ventilation à 50 Pa (h-1) (différence de
pression 50 Pa)
• Vinf : débit d’infiltration résultant de l’inétanchéité de
l’enveloppe du bâtiment (m³/h)
• Vsu : débit de l’air d’amenée (m³/h)
• Vex : débit de l’air d’évacuation (m³/h)
• ηv : rendement de l’échangeur de chaleur
57
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
8.4
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
Déperdition de chaleur d’un local (ΦHL) en W
8.4.1.Déperdition de chaleur par transmission
d’un local (ΦT) en W
Φ T = H T ⋅ (θ int − θ e ) en W
EANC
VP
VP
où:
HT
= H D + H g + H U + H A en W/K
Φ
T = ( H D + H g + H U + H A ) ⋅ ∆T
en W
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;
∆T = θ int − θ e : l’écart de température, en K.
58
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
8.4.2.Déperdition de chaleur par ventilation d’un
local (ΦV) en W
Φ V = H V ⋅ (θ int − θ e ) en W
où:
H V = 0,34 ⋅ V min
H V = 0,34 ⋅ n min ⋅ V L
(θ int − θ e ) = ∆T
Φ V = 0,34 ⋅ n min ⋅ V L ⋅ ∆T
en W
où:
nmin ⋅ VL = Vmin : le débit de ventilation minimum du point
de vue hygiénique, en m³/h;
VL : le volume d’air total du VP;
nmin : le taux de ventilation minimum h-1
∆T : l’écart de température, en K
8.5
Déperditions de chaleur totales d’un local (ΦHL), en W
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.
Φ
HL = (Σ Φ T + ΦV ) ⋅ (1 + M o + M cw )
où:
ΦHL :
ΦT :
ΦV :
Mo :
Mcw :
en W
les déperditions de chaleur totales d’un local, en W;
les déperditions par transmission du local, en W;
les déperditions par ventilation du local, en W;
le supplément pour l’orientation;
le supplément pour les parois froides.
59
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
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 W / ( m2 ⋅ K ) .
La paroi la plus défavorable détermine le facteur
d’accroissement du local:
Orientation
Nord
Est
Sud
Ouest
M0
0,05
0,025
0
0,025
Remarques:
Pour un local à toiture plate ou légèrement en pente
(inclinaison < 30%): M0 = 0,05 à la condition suivante:
• si le toit comprend des lanterneaux ou des tabatières;
• ou si la valeur U du toit > 1 W / ( m 2 ⋅ K )
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 W / ( m 2 ⋅ K )
• 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.
60
8. DéPERDITIONS DE CHALEUR DANS LES BÂTIMENTS
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
M cw = 0,00185 ⋅ l cw ⋅ U cw
en W
où:
Mcw : 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 W / ( m 2 ⋅ K )
8.6
Résumé des déperditions de chaleur totales ΦHL
HD
Coefficient de transfert direct de chaleur via
l’enveloppe du bâtiment
H D = ∑ A ⋅ U + ∑ l ⋅ Ψ + Σχ
Plancher non enterré:
Déperditions
de chaleur
Φ HL
Déperditions
de chaleur
totales par
transmission
Φ T = H T ⋅ ∆T
Hg
Coefficient de transfert de chaleur
par transmission via le sol
ou partiellement via le sol
HU
Coefficient de transfert de chaleur par
transmission entre des espaces chauffés et
l’environnement extérieur via des EANC
HA
Coefficient de transfert de chaleur
par transmission entre espaces chauffés
et bâtiments contigus
Déperditions
de chaleur par
ventilation
Φ HL
HV
Coefficient de transfert de chaleur par ventilation
Mo
facteur d’accroissement pour l’orientation
Mcw
facteur d’accroissement pour parois froides
H g = Σ A ⋅U + l g ⋅ Ψg
en W/K
Plancher et mur enterrés:
espace enterré, cave ou vide sanitaire
H g = Σ A ⋅ U + l g ⋅ Ψ g + z ⋅ P ⋅ U en W/K
H iu = H T ,iu = ΣU i ⋅ Ai
H ue = H T ,ue + H V ,ue
H T ,ue = Σ U e ⋅ Ae + Σ l ⋅ψ
H V ,ue = 0,34 ⋅ n ue ⋅ Vu
H ue = Σ U e ⋅ Ae + Σ l ⋅ Ψ + 0,34 ⋅ n ue ⋅ Vu
H A = bia ⋅ H ia
où : H ia = H T ,ia = ΣU i ⋅ Ai
bia =
θ int − θ a
θ int − θ e
H V = 0,34 ⋅ V (en règle générale)
H V = 0,34 ⋅ Vmin
H V = 0,34 ⋅ n min ⋅ V L
M cw= 0,00185 ⋅ l cw ⋅ U cw
Φ HL = (Φ T + Φ V ) ⋅ ( 1 + M o + M cw )
61
62
9. PEB (performance énergétique des bâtiments)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
9.performance énergétique des
bâtiments
9.1
Décret d’application
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/
63
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
9. PEB (performance énergétique des bâtiments)
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
64
9. PEB (performance énergétique des bâtiments)
9.2
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Qu’est-ce que la performance énergétique d’un bâtiment?
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.
Vaillant
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
annuelle d’énergie primaire
<
Valeur de référence de la consommation
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
65
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
9.3
9. PEB (performance énergétique des bâtiments)
Obligations en matière de performance énergétique des bâtiments
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.
Pour connaître les valeurs actuelles: http://energie.wallonie.be ,
pour Bruxelles: http://www.ibgebim.be
6
66
9. PEB (performance énergétique des bâtiments)
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
9.4Résumé
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.
Nature du travail
Destination
Exigence PEB
Habitation
Bureau et école
Autre destination
spécifique
Industrie
Construction neuve ou reconstruction
Démontage
Reconstruction partielle avec VP
supérieur à 800 m³ *
Isolation thermique
Maximum K45 (K35 à partir du 1 jan 2014) (bâtiment) et
valeurs U maximales ou valeurs R minimales
maximum K55
Reconstruction partielle avec au
moins une unité d’habitation *
Extension avec VP supérieur à 800m³ *
Extension avec au moins
une unité d’habitation *
Reconstruction partielle avec VP
inférieur ou égal à 800 m³ et sans
unité d’habitation
Extension avec VP inférieur ou égal à
800 m³ et sans unités d’habitation
Transformation
Performance
énergétique
Maximum E80
(unité d’habitation)
Maximum E80
(destination
identique)
Climat intérieur
Dispositifs
minimum de
ventilation et
limiter le risque de
surchauffe en été
(unité d’habitation)
Dispositifs
minimum de
ventilation
Isolation thermique
Dispositifs
minimum de
ventilation
Dispositifs
minimum de
ventilation
Valeurs U maximales ou valeurs R minimales (pour les nouvelles parties)
Performance
énergétique
Climat intérieur
Dispositifs minimum de ventilation (pour les parties neuves)
Isolation thermique
Valeurs U maximales ou valeurs R minimales (pour les nouvelles parties)
Performance
énergétique
Climat intérieur
Ventilation: ouvertures d’amenée minimum (en cas de remplacement des châssis)
Isolation thermique Maximum K65 (bâtiment ou partie de bâtiment qui subit une modification de fonction)
Changement de fonction avec VP
supérieur à 800m³
Performance
énergétique
Climat intérieur
Dispositifs de ventilation minimum (bâtiment ou partie de bâtiment
qui subit une modification de fonction)
* Les exigences PE portent uniquement sur la partie nouvellement construite.
67
68
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10.RéFéRENTIEL
10.1 Valeur Uw d’une fenêtre
Vous pouvez aussi la calculer en appliquant la formule suivante:
Uw =
Ag ⋅U g + A f ⋅U f + Ap ⋅U p + l g ⋅ Ψg + l p ⋅ψ p
Ag + A f + Ap
Exprimée en W / ( m 2 ⋅ K )
où:
Uw :coefficient de transmission thermique de la fenêtre,
en W / ( m 2 ⋅ K )
Ug :le coefficient de transmission thermique du vitrage,
en W / ( m 2 ⋅ K )
Up :le coefficient de transmission thermique du
panneau de remplissage ou de la grille de
ventilation, en W / ( m 2 ⋅ K )
Uf :le coefficient de transmission thermique du profilé
de fenêtre, en W / ( m 2 ⋅ K )
Ag :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 m²
lg :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 m
ψg :le coefficient de transmission thermique linéique du
profilé de fenêtre, en W / ( m ⋅ K )
ψp :le coefficient de transmission thermique linéique
du panneau de remplissage, d’un autre élément ou
d’une grille de ventilation, en W / ( m ⋅ K )
69
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
10.2Condensation
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:
p = R ⋅T ⋅c
où:
p:
c:
T:
R:
ou
c=
p
R ⋅T
la tension de vapeur en Pa
la concentration de vapeur, en kg/m³
la température, en K
la constante des gaz pour la vapeur d’eau ( 462 J / (kg ⋅ K )
La condensation sur une surface se produit donc quand la
concentration de vapeur maximale propre à la surface (co) est
inférieure à la concentration de vapeur de l’air ambiant (ci):
 co’ < ci
La concentration de vapeur dans le local (ci) dépend aussi de
la production d’humidité dans le local.
70
10. RéFéRENTIEL
Humidité relative de l’air (%)
θ en °C
9
10
20
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
pd
c
pd
c
pd
c
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1,15
0,72
1,23
0,77
2,34
1,46
2,29
1,43
2,45
1,53
4,67
2,92
3,44
2,15
3,68
2,30
7,01
4,39
4,59
2,87
4,91
3,07
9,35
5,87
5,74
3,59
6,14
3,84
11,71
7,361
6,88
4,31
7,36
4,61
14,0
8,83
8,03
5,04
8,59
5,39
16,4
10,4
9,18
5,76
9,82
6,17
18,7
11,9
10,32
6,49
11,04
6,94
21,0
13,3
11,473
7,223
12,272
7,732
23,4
14,9
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 pd : 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 pd : 12,27 Pa
• Concentration de vapeur co : 7,73 g/kg
»» co = 7,73 > ci = 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 pd : 11,47 Pa
• Concentration de vapeur co : 7,22 g/kg
»» co = 7,22 < ci = 7,73 g/kg
 une condensation se produit
71
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
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.
θ −θ
ƒ = i, surf e , air
θi, air − θe, air
d’où:
θi, surf = θe , air + ƒ • ( θi, air − θe, air ) en °C
où:
θi, surf :
θi, air :
θe, air : ƒ:
la température superficielle du côté intérieur, en °C
la température de l’air à l’intérieur, en °C
la température de l’air à l’extérieur, en °C
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:
θi, air = 24 °C
θe, air = -5 °C
ƒ = 0,7
θi, 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.
72
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10.3 Quelques exemples de matériaux d’isolation
Liège ( ICB )
Description
Le 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 W / ( m ⋅ K );
• 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)
Description
La laine minérale est basée sur une structure fibreuse.
Achim Hering
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.
73
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
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 W / ( m ⋅ K ) ;
• Facile à mettre en œuvre;
• Résistant aux températures élevées;
• Ininflammable et ignifuge;
• Stabilité dimensionnelle.
74
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
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)
Description
La 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 W / ( m ⋅ K ) ;
• 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.
75
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
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)
Description
Le 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
W / ( m⋅K ) ;
• 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.
76
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Mousse de polystyrène (XPS) ou (EPS)
Description
La 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’audelà 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 W / ( m ⋅ K ) ;
• Coefficient de conductivité thermique de l’EPS (λ) 0,033 0,039 W / ( m ⋅ K ) ;
• Ne résiste pas aux températures élevées
• Déformable sous l’effet de la température;
• Inflammable (ajout d’additifs ignifuges);
• Propriétés amortissantes.
Isotrie
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.
77
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
Polyuréthane, ou polyuréthanne (PUR)
Isotrie
Description
Le 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
W / ( m⋅K ) ;
• 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.
78
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
Polyisocyanurate (PIR)
Description
Cette 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
Description
La 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.
79
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
10. RéFéRENTIEL
Perlite (EPB)
Description
La 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
Description
Le 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.
80
10. RéFéRENTIEL
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
polyuréthane
polyisocyanurate
PUR
PIR
caoutchouc synth.
polystyrène exp.
EPS
perlite
polystyrène extr.
XPS
vermiculite
verre cellulaire
CG
MWR laine de roche
MWG laine de verre
abréviation
ICB
liège
Principales applications des différents isolants
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
• • •
• • • • •
• •
•
• •
• •
• •
•
•
•
•
• •
• •
• •
•
81
82
11. SCIENCES APPLIQUéES
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
11. SCIENCES APPLIQUéES
11.1Condensation
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.
83
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
11. SCIENCES APPLIQUéES
11.2 Tension de vapeur
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.
84
11. SCIENCES APPLIQUéES
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
11.3 Diffusion de la vapeur d’eau
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.
85
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
11. SCIENCES APPLIQUéES
11.4Anodisation
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.
11.5Emaillage
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.
86
NOTES
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
NOTES
87
module 4: Volume 1A
Calcul des déperditions thermiques
NOTES
88
NOTES
Les manuels ont été réalisés grâce à la contribution des organisations suivantes :
fvb•ffc Constructiv
rue Royale 132/5, 1000 Bruxelles
t +32 2 210 03 33 • f +32 2 210 03 99
ffc.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.
89
MANUELS MODULAIRES
chauffage central
Liste des manuels disponibles
•• 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
Fonds de Formation professionnelle de la Construction
F261CC
Module 4 volume 1 A: Calcul des
déperditions thermique - Théorie
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