Pour une rénovation thermique et durable des bâtiments
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- Christine Richard
- il y a 8 ans
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1 Pour une rénovation thermique et durable des bâtiments Shpresa Kotaji Château de Tinlot - 27 Novembre 2013
2 Contenu Les isolants thermiques λ, U et R Le rôle de la chimie dans la performance des isolants Qu est-ce qu un isolant durable? Introduction aux isolants mousses Qui sont ils? Applications et avantages Performances environnementales et économiques Chimie et innovation en efficacité énergétiques
3 Isolation thermique Comment fonctionne l isolation thermique? Mur non-isolé Mur isolé Conduction Convection Radiation Un matériau à faible densité et structure complexe réduit la conduction Fibrous Cellular Intérieur Extérieur Des lames d air avec des surfaces réflectives et peu émissives bloquent les radiations Une structure cellulaire ou fibrée de poches de gaz (air) enfermé réduit la convection. Intérieur Extérieur chaque matériau a une conductivité thermique spécifique (λ)
4 Déperdition et Résistance thermiques Résistance thermique m².k/w R = 1 U = d λ Épaisseur du matériau m Conductivité thermique W/m.K Performance maximale: U le plus petit / R le plus grand Augmenter l épaisseur Choisir un λ plus bas Note: c est une approximation d une mise en oeuvre idéale, les problèmes de ponts thermiques ou de circulation d air doivent être considérés
5 Les isolants et le role de la chimie Classification des matériaux isolants Mineral inorganic Oil-derived organic synthetic Plant / animal organic natural Fibrous Cellular pare-vapeurs pare-pluies 2-5% liants organiques 10-15% fibres synthetiques sels inorganiques (ignifugeants) petrochimie et bio-sourcé Insecticide Membranes/joints d étanchéité
6 Matériaux pour une construction durable Principes des standards CEN «Durabilité des ouvrages de construction» Au niveau du bâtiment Sur tout le cycle de vie Matériau pour une construction durable Sur base de données scientifiques Multicritère 3. Performance environnementale Performance économique Performance sociale Performance technique Performance fonctionnelle
7 Isolants pour une construction durable Une comparaison doit au minimum tenir compte de fonctionnalités équivalentes (application, inertie thermique du bâtiment, ): Fonctionnalités: résistant à l humidité, imperméable à la vapeur, autoportant, haute résistance à la compression, peu épais, léger Membrane pare-vapeur Pare-pluie, Impact de l épaisseur sur les fixations et raccords, débordement du toit, fondation, charpente Haute densité pour haute résistance à la compression impact sur la structure (e.g. toit plat) Caisson bois si vrac/insulfflé,
8 IR-Absorbe Les mousses isolantes Polystyrene extrudé: XPS Polystyrène expansé: EPS (blanc ou gris) λ = à W/m.K λ = à W/m.K Polyuréthane: PUR/PIR (panneau ou projeté) λ = à W/m.K (panneaux) à W/mK (in-situ) (λ voir
9 Isolation Avantages des mousses isolantes: 40 Relation λ et épaisseur d isolation Faibles épaisseurs (λ ) Raccords simplifiés Reduit dimension toit/fondation Léger (15 35 kg/m3) Élément structurel allégé (toit plat) Insensible à l humidité Recommendés dans les murs en zones inondables, locaux humides Stabilité dimensionnelle toiture terrasse Dévelopement pour contenus recyclés 100 et/ou biosourcés 0 Epaisseur (cm) tonnes R = 2 R = 3.5 R = 8 λ = λ = λ = Bâtiment industriel structure acier et toit plat bac acier (2310 m 2 ) Continental Tempéré méditerranéen acier isolant (32 kg/m3) isolant (150 kg/m3) Environmental and economic analysis of insulation products in low energy buildings - May PWC
10 Isolation des sols Isolation au-dessus de la dalle portante Accepte d importantes charges de pression Prend peu de place Isolation sous la dalle portante Prend peu de place sur la hauteur Fixation facile Isolation sols des greniers Prend peu de place sur la hauteur Fixation facile (support de dalle plancher)
11 Isolation des murs Isolation de la coulisse Peu de place Léger, autoportant Isolation par l intérieur Gain de place Finition directe sur l isolant Pose facile Diminution des ponts thermiques Isolation par l extérieur Application directe de la structure par dessus la couche isolante rigide, diminue les ponts thermiques Possibilité de cimentage, crépis directement sur isolant Gain de place, raccords simplifés
12 Isolation des toitures en pente Isolation sols du grenier Prend peu de place sur la hauteur Fixation simplifiée (support de dalle plancher) Isolation des toitures par l intérieur Isolation des toitures par l extérieur Prend peu de place Pas besoin de modifier la charpente isolation continue qui évite les ponts thermiques Charge faible
13 Isolation des toitures plates (extérieur) Résistance à la compression peut servir de support pour terrasse (walkable roof) Se combine avec toutes les étanchéités fixations mécaniques ou collées Toitures chaudes et toiture froides Toit vert allégés (également pour la rénovation)
14 Mais aussi Volet roulant Panneau composite Chassis haute performance Porte de garage Source: Hörmann Source: Gealan
15 Performance environnementale Conformément aux normes internationales ISO, les analyses de cycle de vie ACVs - sont la seule façon de faire une évaluation scientifique correcte de l'impact de produits sur l'environnement Il existe des normes CEN pour quantifier et communiquer l impact environnemental des matériaux de construction (EPD EN 15804) et calculer l impact des bâtiments (EN bientôt une banque de données EPD en Belgique! Si l on tient compte de tous les éléments auxiliaires nécessaires à l installation correcte des différents isolants, il n y a que peu de différences dans les performances environnementales entre chaque solutions (en général dans les limites d exactitude de la méthode AVC de 20 a 30%)
16 Solutions thermiques et impacts environnementaux La réduction drastique de la demande énergétique des bâtiments mais les matériaux isolants, indispensables, ont un impact assez limité Example: contribution aux impacts environnementaux d un bâtiment residentiel, du berceau à la tombe energy AP Acidification POCP Photochemical ozone formation EP Eutrophication Energy use Cool continental Energy use Temperate Oceanic Energy use Temperate Mediterranean Construction materials Insulation materials ODP Ozone depletion GWP Global warming Normalized to EU citizen augmente la contribution grise des matériaux (plus d isolants, triple vitrage, ) Normalised environmental impact EU citizen Source: BRE/PU Europe 2010
17 Exemple 1: Rénovation thermique mur par l intérieur Epaisseur d isolation identique (5cm) valeur U différentes Dans ce cas d étude, avec les isolants synthétiques : les économies d énergie et la demande plus faible en matériaux d installation compense largement leurs impacts plus élevés au niveau du matériau Les économies d énergie plus élevée rendent le cout sur la durée de vie plus faible Epaisseur 5 cm U-value R-value PUR EPS Laine de roche Laine de verre Analyse coût (LCC) (UK) Analyse Cycle de Vie (ACV) Source : Life Cycle Environmental and Economic Analysis of Polyurethane Insulation in Low Energy Buildings, BRE Global (UK) 2010
18 Exemple 2: Maison résidentielle Systèmes constructifs équivalents (même structures portantes, inertie thermique, mêmes valeurs U, les isolants sont interchangeables mais nécessite une adaptation des épaisseurs, fixations, Dans ce cas d étude, avec les isolants synthétiques : les économies en matériaux d installation et de fixations compense leurs impacts plus élevé et réduisent les couts d installation (poutre de toit plus mince, fondation et toiture plus étroite, ) ACV LCC (UK) Source : Life Cycle Environmental and Economic Analysis of Polyurethane Insulation in Low Energy Buildings, BRE Global (UK) 2010
19 Exemple 3: Choix de système constructif Comparaison de différentes structures portantes performances différentes selon les indicateurs Choix raisonné, tenant compte d autres aspects: Construction rapide (panneaux sandwichs pré-fabriqués) Haute inertie thermique (structure béton) Diminution des déchets de construction et taux de recyclage élevé en fin de vie Source: Febelcem Source: Magasin Cameleon a Bruxelles - BATEX
20 5 étapes pour une solution isolante durable 1. Concevoir une enveloppe avec une conductivité thermique optimale minimise la demande en énergie à un coût raisonnable (tenir compte des contraintes d épaisseurs, analyser les coûts sur le cycle de vie, ) 2. Choisir les matériaux adéquats (vérifier les ATGs, choisir des matériaux insensibles à l humidité dans les milieux exposés aux vents et pluies, des matériaux adaptés au mode de construction et spécifications techniques, ) 3. Identifier l ensemble des éléments nécessaires à la pérennité des performances (pare-vapeur, brise vent, membranes d étanchéités ) 4. Optimaliser la performance environnementale du bâtiment dans son ensemble en choisissant les combinaisons de matériaux les plus performantes sur l ensemble du cycle de vie 5. S assurer d une mise en œuvre dans les règles de l art
21 Chimie et Innovations en matière d efficacité énergétique Matériaux à changement de phase (charge dans le plâtre, ciments,..) Effet tampon sur les fluctuations de températures stockage de la chaleur en journée, libération progressive durant la nuit Coating extérieurs réfléchissants et durables Refissent les rayons solaires (ondes visibles et infrarouges) réduction température toit et murs jusqu à 15% de diminution d airco en climat chaud Coating intérieurs réfléchissants Jusqu à 20% d économie d énergie pour la même performance lumineuse Source: Innovative Chemistry for Energy Efficiency of Buildings in Smart Cities, Suschem 2012
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