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Bruxelles Environnement

Formation Bâtiment Durable :

ENERGIE

ISOLATION :

INTRODUCTION THEORIQUE

Emmanuel ‘s Heeren

Plate-forme Maison Passive asbl

2

Objectif(s) de la présentation

● Dispenser les notions de base concernant la chaleur,

son transport, son enjeu dans le bâtiment;

● Etre capable de calculer le coefficient de transmission

thermique U [kWh/m².an] d’une paroi

● Appréhender les valeurs de conductibilité des

matériaux;

● Définir les notions thermiques liées à la chaleur :

capacité thermique, inertie, humidité…

3

I. Définition du transfert de chaleur

II. Calcul du coefficient de transmission de

déperdition U

III. Définition des notions liées à la chaleur

IV. Pourquoi isoler

Plan de l’exposé

Combien d’€ passent au travers de ma paroi?

4



déperdition U


IV. Pourquoi isoler

5


● 3 modes de transfert de chaleur

possible :

● Conduction

● Convection

● Rayonnement

● Ces 3 modes de transfert

interviennent dans le bilan déperditif

d’une paroi, d’un bâtiment

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● Conduction :

Est un mode de propagation de l'énergie thermique à travers les matières.

Les éléments qui constituent les matières reçoivent et transmettent

l'énergie aux éléments voisins par contact.

Toutes les matières ne transmettent pas l'énergie de la même façon : les

métaux, sont de bons conducteurs thermiques alors que le bois ou les

matières synthétiques, sont de médiocres conducteurs (donc de

meilleurs isolants).

Ex. : pieds nus avec le carrelage

Source: Energie plus

7


● Convection :

mode de propagation de l’énergie qui implique un déplacement de matière

dans le milieu

Ex : casserole d’eau sur le feu

Source: http://belvedair.ca

● Rayonnement : mode de transfert d'énergie sous forme d'ondes ou

de particules, qui peut se produire par rayonnement électromagnétique.

Ex. : Rayonnement du soleil dans l’espace

Source: http://belvedair.ca

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● La puissance [W] traversant une paroi :

20°C 0°C

P = U x S x DT (Watt)

U [W/m²K] = 1

Rt

Rt [m²K/W] = (Ri + S(e[m] / λ [W/mK]) + Re)

l [W/mK] = conductibilité thermique d’un matériau

U [W/m²K] = Coefficient de transmission thermique de la paroi

Source: Matriciel

9 Source: Energieplus


● Différence de T°entre l’intérieur et l’extérieur

● Surface de déperdition / compacité

● Composition des parois

Déperdition thermique est fonction de :


10







11 Source: Energieplus







12


● Privilégier une forme simple

● Privilégier les mitoyennetés

● Privilégier les bâtiments

de grande taille

Compacité

13







14



déperdition U


IV. Pourquoi isoler

15

● Résistance thermique

→ Ri = (e / l)i [m².K/W] → Ra

→ Rsi et Rse

RT = Rsi + SRi + Rse

Source: Energieplus

• De la résistance thermique totale de chaque composant (Ri)

• De la résistance thermique d'échange superficiel (Rsi et Rse)

• De la résistance thermique des couches d'air (Ra)

II. Calcul du U

16


→ Ri = (e / l)i → Ra

→ Rsi et Rse


Résistances thermiques des

composants homogènes et hétérogènes

Plus la résistance est élevée, plus le

pouvoir isolant du matériau est grand

Composition des parois

Ri [m².K/W]

II. Calcul du U

17


→ Ri = (e / l)i → Ra

→ Rsi et Rse


l [W/m.K] = conductivité thermique du

composant

e [m] = épaisseur du composant


Ri [m².K/W]

Résistances thermiques des

composants homogènes

II. Calcul du U

18

● Conduction thermique ou conductivité d’un matériau : l [W/m.K]

► Propriété d’un matériau qui indique sa capacité à conduire la chaleur;

► C’est la quantité de chaleur transférée par unité de surface et par

unité de temps, pour un matériau épais de 1m et pour un gradient de

température de 1K entre les 2 faces;

► Plus la conductivité est grande, plus le pouvoir isolant sera petit


II. Calcul du U

19


► Valeur lambda dite déclarée (lD) : la valeur mesurée dans des

conditions normalisées de températures et d’humidité relative


II. Calcul du U

Source: Energieplus

► Valeur lambda dite utile

› (li) : conditions intérieures, soit non

soumis à l’humidité et au climat extérieur

› (le) : conditions extérieures, soit soumis à

l’humidité (matériau humide) et au climat

extérieur

20



II. Calcul du U

Source: http://www.aeu.fr Source: http://www.hoki.ibp.fhg.de

21

Source : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus


l [W/m.K]

Matériaux li [W/m.K]

le

[W/m.K]

Acier 50 50

Pierre ~2,5 ~ 3,5

Béton armé 1,70 2,20

Enduit de ciment 0,93 1,50

Brique 0,90 1,10

Plâtre 0,52 -

Bois 0,15 0,20

Isolant 0,04 - (0,4)

Matériaux R [m².K/W]

Bloc creux 19cm 0,14

Bloc creux 29cm 0,20

Si matériau hétérogène : on

travaille directement avec la

résistance du matériau

Si matériau homogène : on doit connaître

sa conductivité thermique (l)

II. Calcul du U

22 Guide Pratique pour la construction durable

Fiche ENE03 – Construire un bâtiment bien isolé

l [W/m.K]


II. Calcul du U

23 Source: fiches MAT 05 et ENE03

De G à D, et H en B:

Laine de roche (MW), laine de verre (GW), verre

cellulaire (CG), perlite expansée (EPB),

mousse de polyuréthanne (PUR), mousse de

polystyrène expansé (EPS et EPS-SE),

mousse de polystyrène extrudé (XPS)

II. Calcul du U

● Les types d’isolants

● Les types d’isolants (naturels ou écologiques)

24

Haut:

Cellulose, noix de coco, laine de

chanvre, Liège (ICB).

Bas:

Origine roche volcanique (perlite),

isolant en fibres de textiles recyclés

Source: fiche MAT 05

II. Calcul du U

25


→ Ri = (e / l)i → Ra

→ Rsi et Rse


Résistance thermique de la lame d’air


Ra [m².K/W]

II. Calcul du U


26


Ra [m².K/W]

Exprime la résistance de l’air (ou l’inverse de la quantité de chaleur

transmise) à transmettre la chaleur par convection, conduction et

rayonnement (par unité de temps, par unité de surface et pour un écart de

1K entre les températures des faces chaudes et froides)

Ra est fonction :

• du sens du flux de chaleur;

• Épaisseur de la couche d’air;

• Ventilation de cette couche

II. Calcul du U


→ Ri = (e / l)i → Ra

→ Rsi et Rse


27


Ra [m².K/W]

Epaisseur de la lame

d’air [mm]

Flux de chaleur

horizontal

Flux de chaleur

verticale - haut

Flux de chaleur

verticale - bas

0<d<5 0,00 0,00 0,00

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 0,17 0,16 0,17

25<d<50 0,18 0,16 0,19

50<d<100 0,18 0,16 0,21

100<d<300 0,18 0,16 0,22

300 0,18 0,16 0,23

Couche d’air non ventilée

II. Calcul du U

28


Ra [m².K/W]

Couche d’air fortement ventilée

● Ra = 0 (m².K)/W

● T°couche air = T°extérieure

● Rse = Rsi

● Le(s) matériau(x) situé(s) après la lame d’air n’intervient pas

dans le calcul U de la paroi

II. Calcul du U

29


Ra [m².K/W]

Couche d’air peu ventilée

● Méthode simplifiée : prendre la moitié du Ra d’une couche

équivalente non ventilée

● Méthode complète : prise en compte de la taille et de la

répartition des ouvertures de ventilation

II. Calcul du U

30

Résistances thermiques d’échange

superficiel (intérieur et extérieur)


Rsi et Rse [m².K/W]

II. Calcul du U



→ Ri = (e / l)i → Ra

→ Rsi et Rse


31





● Transmission de la chaleur de l’air vers la paroi via :

- Convection

- Rayonnement

● Rsi et Rse expriment la résistance de l’air ambiant (intérieur /

extérieur) à transmettre sa chaleur à la paroi par convection et

rayonnement (par unité de temps, par unité de surface et pour un

écart de 1K entre la température de l’air et la température de

surface de la paroi)

II. Calcul du U

32





Ri [m².K/W] Re [m².K/W]

Flux de chaleur horizontal

(paroi verticale)

0,13 0,04

Flux de chaleur verticale – haut

(paroi horizontale)

0,10 0,04

Flux de chaleur verticale – bas

(paroi horizontale)

0,17 0,04

II. Calcul du U

33


RT = Rsi + SRi + Rse [m².K/W]

● Coefficient de transmission thermique (d’une paroi)

→ U = 1 / RT [W/m².K]

Plus la valeur U est petite, plus le pouvoir isolant de la paroi est

grand


II. Calcul du U

34

● Coefficient de transmission thermique (d’une paroi)

→ U = 1 / RT [W/m².K]


C’est la quantité de chaleur qui traverse

une paroi en régime permanent, par unité

de temps, par unité de surface et par unité

de différence de température entre les

ambiances situées de part et d’autre de la

paroi.

Plus sa valeur est faible, plus la paroi est

isolée

II. Calcul du U


35

● Particularités

► Déperdition linéique : y [W/m.K]

► Déperdition ponctuelle : c [W/K]

► Cas des fenêtres :

› Uw = (Uf * Af + Ug * Ag + y * l) / (Af + Ag)

(ou formule simplifiée : Uw = 0,3 x U châssis + 0,7 x U vitrage + 3 x 0,05 ou 0,07 ,

selon que le vitrage a un U > ou < 2W/m²K)

● Minimum : respect de la base réglementaire imposée

par la PEB


II. Calcul du U

36

II. Calcul du U

37

● À vous maintenant !

● Calcul du coefficient de transmission (U) d’une paroi :

› 2cm de plâtre

› Bloc béton creux de 19cm

› 8 cm d’isolant

› Enduit sur isolant


› 2cm de plâtre





II. Calcul du U

38


39


40



déperdition U


IV. Pourquoi isoler


41

III. Notions liées à la chaleur

Capacité thermique spécifique (c) [J/kg.K]

● Propriété d’un matériau qui permet de quantifier sa possibilité

d'absorber ou restituer de l'énergie par échange thermique au

cours d'une transformation pendant laquelle sa température

varie;

● C’est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la

température des 1kg de matériau de 1K (ou 1°C) à pression

et volume constants;

● Plus la capacité thermique spécifique est grande, plus

l’accumulation de chaleur du produit est importante.

42


Capacité thermique spécifique (c) [J/kg.K]

● Quelques valeurs

Matériaux Masse volumique :

r [kg/m³]

Capacité thermique

spécifique : c [J/kg.K]

Acier 7800 450

Béton 2400 880

Brique 1300 840

Bois 550 1200-2700

Isolant 50 1000

Air (15°C) 1,225 1000

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Inertie thermique

● Capacité d’un bâtiment à emmagasiner puis à

restituer la chaleur.

● C’est l'inertie thermique qui permet d’avoir un

déphasage thermique (décalage dans le temps)

par rapport aux variations climatiques

extérieures

Source : http://ecosources.info

● L'inertie thermique d'une maison dépend de la masse des

matériaux qui composent son intérieur. Plus ces matériaux sont

lourds, plus leur inertie thermique est importante.

● Ne pas confondre inertie et isolation : isolation pour limiter les

déperditions et l’inertie pour emmagasiner ou restituer la chaleur

● S’exprime en effusivité [e]

44


Inertie thermique

● Quelques valeurs

Typologie

constructive

Conductivité : l

[W/m.K]

Masse volumique

: r [kg/m³]

Capacité thermique

spécifique : c [J/kg.K]

Effusivité

:e

Ossature bois 0,04 50 840 30

Construction bois

massif

0,12 450 1880 320

Traditionnel 0,4 1000 840 580

Elément béton 1,7 2400 880 1850 Source : Formation IBGE – Bâtiment durable passif et très basse énergie

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L’humidité

● Notions hygrométriques:

► Humidité absolue, X:

Le nombre de grammes de vapeur d’eau présent dans 1 kg

d’air sec. [geau/kgairsec]

► Humidité relative, H.R.:

rapport entre la pression de vapeur d’eau (pv) et la pression

de saturation de la vapeur d’eau (pvs). [%]

► Température de rosée:

température, pour une pression de vapeur d’eau donnée ou

une humidité absolue donnée, à laquelle l’humidité

relative serait de 100%. [°C]

46 Source: Formation PMP

III. Notions liées à la chaleur L’humidité

X

47 Source: Formation Condensation

PMP


L’humidité

H.R.

48 Source: Formation Condensation

PMP


L’humidité

49

● Diffusion de vapeur

4°C / Hr : 100%

Pv : 800 Pa

20°C / Hr : 70%

Pv : 1650 Pa

Tout comme la chaleur se déplace du

chaud vers le froid, l’humidité se

déplace de la pression partielle la

plus élevée vers la moins élevée.

C’est la diffusion de vapeur

Source: Formation PMP


50 Source: Formation PMP

III. Notions liées à la chaleur 1. THEORIE [not too much]

Les grandeurs hygrométriques

Humidité relative 20°C / Hr :70%

1650 Pa

4°C / Hr :100%

800 Pa

L’humidité

51

● Pathologies rencontrées

► Associées à l’humidité

→ Moisissures et champignons

Source: PMP


52

● Développement et croissance

Source: PMP


L’humidité

53


L’humidité

54


L’humidité

55


● À vous maintenant !


› 2cm de plâtre




Mais… isolation soumise aux intempéries… sa

conductivité augmente >>> 0,2 W/m.K

L’humidité


56



déperdition U


IV. Pourquoi isoler


57

IV. Pourquoi isoler ?

Isolation ?

Améliorer le

confort intérieur

Limiter son

empreinte

énergétique

Limiter sa

dépendance

énergétique

Limiter les

pertes

énergétiques

Éviter certaines

pathologies

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● http://www.energieplus-lesite.be/

● http://www.maisonpassive.be :/ Ressources : Brochure

PMP : « Quel châssis pour ma maison passive »

● Ponts thermiques : Site internet : http://www.ponts-

thermiques.be

Outils, sites internet, etc… intéressants :

Références Guide bâtiment durable pour la construction durable et autres sources :

● www.bruxellesenvironnement.be/guidebatiment

durable fiches : ENE 03

http://www.energieplus-lesite.be/









http://www.maisonpassive.be/







http://www.ponts-thermiques.be/









http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable

http://www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable

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Ce qu’il faut retenir de l’exposé

● La qualité isolante d’une paroi est, en autre,

caractérisée par le coefficient de transmission U :

plus cette valeur est petite plus, la paroi est

isolée;

● A terme le standard passif sera généralisé pour

toutes les nouvelles constructions (résidentiel ou

tertiaire);

● Isoler son bâtiment réclame une démarche

globale et notamment son impact sur le bâtiment

(rénovation)

60

Contact

Emmanuel ‘S HEEREN

Chargé de projets

PMP asbl – boulevard Audent 15 – 6000 Charleroi

Tel : 071 / 960 320

E-mail : [email protected]

[email protected]

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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