La gestion des ponts thermiques dans les bâtiments bois (1/2)

Transcription

1 1-51

2 Programme Contenu : * (définition, impacts, méthode, exemple, sensibilité) * Les trouver & les éviter (exemples courants avec solutions d'améliorations) 2-51

3 Définition : partie de l'enveloppe d'un bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par : * la pénétration totale ou partielle de l'enveloppe du bâtiment par des matériaux ayant une conductivité thermique différente, Ex : Ossature, rail,... Exemple ossature bois 3-51

4 Définition : partie de l'enveloppe d'un bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par : * et/ou par un changement dans l'épaisseur de la structure, Ex : compression de l'isolant, jonction mur/menuiserie Exemple jonction mur/menuiserie 4-51

5 Définition : partie de l'enveloppe d'un bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon sensible par : * et/ou par une différence entre les surfaces intérieure et extérieure, comme il s'en produit aux jonctions parois/plancher/plafond Ex : angle rentrant/sortant,... Exemple angle sortant 5-51

6 Principaux problèmes soulevés : * augmentation des déperditions/apports > augmentation des consommations de chauffage/climatisation Application RT 2012 : augmentation des déperditions (ancien Ubat) et des consommations (Bbio et Cep) 6-51

7 Principaux problèmes soulevés : * risque de condensation superficielle > abaissement des températures superficielles > détérioration des matériaux 0 C 20 C 14 C Exemple en ITE avec bavette aluminium 7-51

8 Types de ponts thermiques : * ponts thermiques linéiques 2D: Psi ( ψ ) en W/m.K > très grande majorité des ponts thermiques 8-51

9 Types de ponts thermiques : * ponts thermiques ponctuels 3D: Khi ( χ ) en W/K > très faible proportion > non développé dans la présente formation 9-51

10 Types de ponts thermiques : * ponts thermiques de liaisons (P.T.L.) * ponts thermiques intégrés (P.T.I.) 10-51

11 Méthode : Norme NF EN ISO (avril 2008) : * Méthode de calcul des ponts thermiques * Méthode de calcul des températures superficielles * Procédure de validation des logiciels d'application + Spécificités nationales * FRANCE (R.T. 2012) : dimensions intérieures, taille maille maximale * ALLEMAGNE (P.H.I.) : dimensions extérieures, jonction mur/menuiserie spécifique, température extérieure -10 C 11-51

12 Logiciels : Logiciel validé selon l'annexe A de la NF EN ISO > méthode à résolution numérique aux différences ou aux éléments finis > 2 cas de référence 12-51

13 Logiciels : Exemples de logiciels validés selon l'annexe A de la NF EN ISO HEAT 2 FLIXO U NORM BISCO THERM AnTherm Mold Simulator conducteö [s] 13-51

14 Modélisation : * Plans de coupe : maximum entre 1m ou 3x épaisseur 14-51

15 Modélisation : * Plans de coupe : cas particulier du sol > b ou B' = 8m > donc 4 m de plancher et 20m de sol 15-51

16 Modélisation : * Maillage : > RT 2012 : maillage de 25mm maximum > Norme : différence de résultat <1 % en doublant les divisions > Dans la pratique, dépend de la puissance de calcul de l'ordinateur 16-51

17 Modélisation : * Conditions aux limites : > plans de coupes : adiabatique (sans échange de chaleur) > surfaces exposées : Température et Résistance superficielle > RT 2012 : Température moyenne 10 C, soit 20 C int. et 0 C ext. > P.H.I. : Température 20 C int. et -10 C ext

18 Modélisation : * Cas particulier jonction mur/menuiserie pour P.H.I. : > intégration du profilé et 20cm de vitrage dans 1m de mur 18-51

19 Résultats : * le logiciel calcule le flux de chaleur total ΦT * le pont thermique linéique se calcule alors de la façon suivante : ψ= ΦT - ΣΦk ΔT = ΦT ΔT - Σ Ui. Li * valeurs de sortie avec au moins 3 chiffres significatifs 19-51

20 Résultats : * le logiciel calcule la température de surface intérieure minimale : θmin SI * le facteur de température se calcule alors de la façon suivante : frsi = θmin SI - θe θi - θe 20-51

21 Comment les utiliser en RT 2012 : * Ancien Ubat (RT 2005) 21-51

22 Comment les utiliser en RT 2012 : * Déperditions vers l'extérieur 22-51

23 Comment les utiliser en RT 2012 : * Déperditions vers l'extérieur 23-51

24 Comment les utiliser en RT 2012 : * Déperditions vers l'extérieur Σ ψl A avec : L A = 1 Entraxe 600 = 1,7 ml/m² entraxe Entraxe 400 = 2,5 ml/m² 24-51

25 Comment les utiliser en P.H.P.P. : Méthode de la conductivité thermique équivalente : ΔR = 1/Uc 1/Up R isolant = e λ R isolant éq. = R isolant - ΔR λéq. = e Risol. éq.

26 Exemple : Pont thermique intégré d'une ossature de mur ψ=? 26-51

27 Exemple : Définition de la paroi : * Résistance superficielle extérieure * Bardage extérieur (non pris en compte) * Lame d'air fortement ventilée 27mm * Panneau OSB 9mm * Isolant 95mm + ossature 45x95 X 600mm * Lame d'air intérieur non ventilée 37mm * Plaque de plâtre 13mm Uc en partie courante : 0,355 W/m².K 27-51

28 Exemple : Dessin du détail sur logiciel CAD et import du DXF Mur à ossature bois (pont thermique intégré) 28-51

29 Exemple : Plans de coupe

30 Exemple : (logiciel BISCO de chez PHYSIBEL) Définition des matériaux (λ) et des conditions limites (Text. et Tint.) 30-51

31 Exemple : Définition des matériaux (λ) et des conditions limites (Text. et Tint.) Matériaux λ (W/m.K) Epicéa, Sapin blanc, Western Red Cedar 0,11 Acajou d Afrique, Cèdre, Douglas, Framiré, Mélèze, Meranti light red, Peuplier blanc, Pin maritime, Pin noir d Autriche et Laricio, Pin sylvestre, Western Hemlock 0,13 Bossé clair, Châtaignier, Jequitiba, Limba / Fraké,Tauari, Tiama, Tola 0,15 Iroko, Louro vermelho (Grignon franc),makoré / Douka, Mengkulang (Palapi), Mengkulang (Palapi), Meranti dark red, Niangon, Sapelli, Sipo, Teck 0,16 Bintangor, Bossé foncé, Chêne (rouvre et/ou pédonculé), Curupixa, Doussié, Eucalyptus globulus, Eucalyptus grandis, Frêne, Hêtre, Kosipo, Kotibé, Merbau, Moabi, Movingui, Robinier (faux Acacia) 0,

32 Exemple : Définition du maillage et exécution du calcul itératif 32-51

33 Exemple : Résultats BISCO - Résultats de calcul Fichier de données BISCO: Coupes.bsc Nombre de noeuds = 2897 Divergence de flux de chaleur pour l'objet total = e-006 Divergence de flux de chaleur pour le noeud le plus défavorable = Coul. Type Nom lame d'air exté lame d'air inté Bardage (non pr Ossature Isolant OSB Placque de plat Tasseaux exterior interior (norma MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL MATERIAL BC_SIMPL BC_SIMPL tmin [ C] tmax [ C] ta [ C] Fl.entr. [W/m] Fl.sort. [W/m] Facteur de température (EN ISO 10211) = hi = 7.70 W/(m².K) Rsi = 0.13 m².k/w Condensation superficielle si HR > 92 % (pour C) Coefficient de transmission thermique linéique (EN ISO 10211) psi = Q/(ti-te) - U1*l1 - U2*l2 = W/(m.K) Coefficient de transmission thermique équivalent Ueq = Q/((ti-te)*(l1+l2)) = W/(m².K) Q = W/m ti = C te = 0.00 C U1 = W/(m².K) (bord gauche du bitmap) l1 = m (distance no. 1) U2 = W/(m².K) l2 = m 33-51

34 Exemple : Résultats * pour un modèle avec 2 ponts thermiques intégrés * plans de coupe à ½ entraxe : longueur totale 1200mm * ossature 95mm, entraxe 600mm avec isolant λ=0,042 W/m.K * Uc en partie courante : 0,355 W/m².K * maillage 10mm * Tint = 20 C, Text = 0 C soit ΔT=20 C 34-51

35 Exemple : Résultats Flux de chaleur total ΦT = 9,345 W/m Pont thermique intégré unitaire ψ = ( 9,345 / 20 0,355*1,2 )/2 = 0,0206 W/m.K Soit ψ = 0,021 W/m.K La valeur par défaut des règles Th-Bât est ψ = 0,04 W/m.K 35-51

36 Exemple : Résultats Température de surface minimale θmin SI = 18,7 C Facteur de température FRsi = 0,935 Condensation superficielle si HR > 92 % (pour Tint = 20 C et Text = 0 C) 36-51

37 Exemple : Résultats θmin SI = 18,7 C 37-51

38 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Maillage Maillage (mm) ,368 9,347 9,345 9,341 9,338 9,337 ψ intégré (W/m.K) 0,0212 0,0207 0,0206 0,0205 0,0205 0,0204 F Rsi 0,934 0,935 0,935 0,935 0,935 0,935 Temps de calcul (s) 0,5 1 1, Critère? - 0,22 % 0,02 % 0,04 % 0,03 % 0,01 % Flux ΦT (W/m) 38-51

39 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Maillage 25mm 10mm mm

40 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Plans de coupe Ltot = 700mm Ltot = 600mm Ltot = 200mm 40-51

41 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Plans de coupe Plans de coupe Ltot = 1200 Ltot = 700 Ltot = 600 Ltot = 200 9,345 5,780 4,670 1,829 ψ intégré (W/m.K) 0,0206 0,0203 0,0205 0,0205 F Rsi 0,935 0,931 0,935 0,934 Flux ΦT (W/m) 41-51

42 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Plans de coupe Ltot = 700mm Isothermes non stabilisées 42-51

43 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Plans de coupe Ltot = 600mm Influence ossature suivante? 43-51

44 Étude de sensibilité des paramètres normatifs: Plans de coupe Isothermes non stabilisées Ltot = 200mm Influence ossature suivante?

45 Étude de sensibilité des paramètres intrinsèques: Épaisseur ossature Ossature (mm) ,345 7,781 6,666 5,831 5,183 4,664 ψ intégré (W/m.K) 0,0206 0,0187 0,0173 0,0156 0,0144 0,0128 F Rsi 0,935 0,945 0,952 0,958 0,963 0,966 Flux ΦT (W/m) Plus l'épaisseur augmente, plus le ψ est faible 45-51

46 Étude de sensibilité des paramètres intrinsèques: λ isolant (ossature 95mm) λ isolant (W/m.K) 0,042 0,040 0,038 0,035 0,032 0,030 9,345 9,050 8,750 8,289 7,815 7,492 ψ intégré (W/m.K) 0,0206 0,0217 0,0226 0,0236 0,0249 0,0259 F Rsi 0,935 0,936 0,937 0,938 0,940 0,941 Flux ΦT (W/m) Plus le λ diminue, plus le ψ augmente 46-51

47 Étude de sensibilité des paramètres intrinsèques: Bilan croisé des ψ intégrés (W/m.K) λ isolant (W/m.K) Épaisseur ossature 0,042 0,040 0,038 0,035 0,032 0, mm 0,0206 0,0217 0,0226 0,0236 0,0249 0, mm 0,0187 0,0195 0,0200 0,0215 0,0225 0, mm 0,0173 0,0175 0,0180 0,0190 0,0200 0, mm 0,0156 0,0160 0,0165 0,0175 0,0180 0, mm 0,0144 0,0145 0,0150 0,0160 0,0165 0, mm 0,0128 0,0135 0,0140 0,0145 0,0150 0,

48 Question: Pourquoi tant d'écart avec les valeurs par défaut? La valeur par défaut des règles Th-Bât est ψ = 0,04 W/m.K > notre valeur réelle la plus proche donne ψ = 0,0195 W/m.K Éléments de réponse : * épaisseur ossature 50mm > standard 45mm * λ ossature = 0,18 W/m.K > pin maritime / douglas = 0,13 * λ plaque plâtre = 0,35 W/m.K > valeur par défaut = 0,25 * λ isolant = 0,040 W/m.K > O.K., pourquoi pas... * non prise en compte des lames d'air int. et ext

49 Question: Pourquoi tant d'écart avec les valeurs par défaut? Comparatif pas à pas : > notre valeur réelle la plus proche donne ψ = 0,0195 W/m.K * épaisseur ossature 50mm * λ ossature = 0,18 W/m.K * λ plaque plâtre = 0,35 W/m.K * λ isolant = 0,040 W/m.K * lames d'air int. et ext. * OSB 10mm et plâtre 13mm > ψ = 0,0215 W/m.K > ψ = 0,0317 W/m.K > ψ = 0,0321 W/m.K > déjà le cas > ψ = 0,0416 W/m.K > ψ = 0,0406 W/m.K (+10%) (+47%) (+1%) (+30%) (-2%)

50 Question: Pourquoi tant d'écart avec les valeurs par défaut? BILAN : Simulation avec les même paramètres pour du 50x120 La valeur calculée revient à ψ = 0,0406 W/m.K alors que ψth-bât = 0,04 W/m.K Donc pas de coefficient de sécurité, mais des hypothèses discutables... > Intérêt de calculer les valeurs réelles 50-51

51 Question: Pourquoi tant d'écart avec les valeurs par défaut? Extrait des règles Th-U, fascicule 4/5 «Parois Opaques», 3.9 «Ponts thermiques intégrés courants» > Intérêt de calculer les valeurs réelles 51-51