Formation Bâtiment Durable - leefmilieu.brussels · Dispenser les notions de base concernant la...
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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…
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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?
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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
5
I. Définition du transfert de chaleur
● 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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I. Définition du transfert de chaleur
● 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
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I. Définition du transfert de chaleur
● 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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I. Définition du transfert de chaleur
● 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
I. Définition du transfert de chaleur
● Différence de T°entre l’intérieur et l’extérieur
● Surface de déperdition / compacité
● Composition des parois
Déperdition thermique est fonction de :
P = U x S x DT (Watt)
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I. Définition du transfert de chaleur
● Différence de T°entre l’intérieur et l’extérieur
● Surface de déperdition / compacité
● Composition des parois
Déperdition thermique est fonction de :
P = U x S x DT (Watt)
11 Source: Energieplus
I. Définition du transfert de chaleur
● Différence de T°entre l’intérieur et l’extérieur
● Surface de déperdition / compacité
● Composition des parois
Déperdition thermique est fonction de :
P = U x S x DT (Watt)
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I. Définition du transfert de chaleur
● Privilégier une forme simple
● Privilégier les mitoyennetés
● Privilégier les bâtiments
de grande taille
Compacité
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I. Définition du transfert de chaleur
● Différence de T°entre l’intérieur et l’extérieur
● Surface de déperdition / compacité
● Composition des parois
Déperdition thermique est fonction de :
P = U x S x DT (Watt)
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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
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● 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
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● Résistance thermique
→ Ri = (e / l)i → Ra
→ Rsi et Rse
RT = Rsi + SRi + 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
● Résistance thermique
→ Ri = (e / l)i → Ra
→ Rsi et Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
l [W/m.K] = conductivité thermique du
composant
e [m] = épaisseur du composant
Composition des parois
Ri [m².K/W]
Résistances thermiques des
composants homogènes
II. Calcul du U
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● 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
Composition des parois
II. Calcul du U
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● Conduction thermique ou conductivité d’un matériau : l [W/m.K]
► Valeur lambda dite déclarée (lD) : la valeur mesurée dans des
conditions normalisées de températures et d’humidité relative
Composition des parois
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
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● Conduction thermique ou conductivité d’un matériau : l [W/m.K]
Composition des parois
II. Calcul du U
Source: http://www.aeu.fr Source: http://www.hoki.ibp.fhg.de
21
Source : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
Composition des parois
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]
Composition des parois
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)
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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
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● Résistance thermique
→ Ri = (e / l)i → Ra
→ Rsi et Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
Résistance thermique de la lame d’air
Composition des parois
Ra [m².K/W]
II. Calcul du U
Source : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
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Composition des parois
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
● Résistance thermique
→ Ri = (e / l)i → Ra
→ Rsi et Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
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Composition des parois
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
Composition des parois
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
Composition des parois
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)
Composition des parois
Rsi et Rse [m².K/W]
II. Calcul du U
Source : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
● Résistance thermique
→ Ri = (e / l)i → Ra
→ Rsi et Rse
RT = Rsi + SRi + Rse
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Résistances thermiques d’échange
superficiel (intérieur et extérieur)
Composition des parois
Rsi et Rse [m².K/W]
● 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
Résistances thermiques d’échange
superficiel (intérieur et extérieur)
Composition des parois
Rsi et Rse [m².K/W]
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
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● Résistance thermique
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
Composition des parois
II. Calcul du U
34
● Coefficient de transmission thermique (d’une paroi)
→ U = 1 / RT [W/m².K]
Composition des parois
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
Source : http://www.energieplus-lesite.be/energieplus
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● 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
Composition des parois
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
● Calcul du coefficient de transmission (U) d’une paroi :
› 2cm de plâtre
› Bloc béton creux de 19cm
› 30 cm d’isolant
› Enduit sur isolant
Combien d’€ passent au travers de ma paroi?
II. Calcul du U
40
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
Combien d’€ passent au travers de ma paroi?
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.
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III. Notions liées à la chaleur
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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III. Notions liées à la chaleur
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]
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III. Notions liées à la chaleur
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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III. Notions liées à la chaleur
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]
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
III. Notions liées à la chaleur
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
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● Pathologies rencontrées
► Associées à l’humidité
→ Moisissures et champignons
Source: PMP
III. Notions liées à la chaleur
55
III. Notions liées à la chaleur
● À vous maintenant !
● Calcul du coefficient de transmission (U) d’une paroi :
› 2cm de plâtre
› Bloc béton creux de 19cm
› 30 cm d’isolant
› Enduit sur isolant
Mais… isolation soumise aux intempéries… sa
conductivité augmente >>> 0,2 W/m.K
L’humidité
Combien d’€ passent au travers de ma paroi?
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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
Combien d’€ passent au travers de ma paroi?
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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
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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]