THERMOGRAPHIE & THERMIQUE

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1 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

2 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

3 Slide 3 / 134 I / INTRODUCTION : un problème de robinet... Fuites: 1cl / minute (2) (1) En combien de temps le récipient sera-t-il vide? Que faire pour maintenir une quantité d'eau constante dans le seau? 1 / Quel est le débit du robinet? 10 LITRES 2 / Quel sera le débit entrant dans le robinet? (question bonus ; quel est le rendement du système?) Fuites: 10cl / minute

4 Slide 4 / 134 I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... 4/ CONSOMMATION PRIMAIRE EN EAU 3/ CONSOMMATION FINALE EN EAU Perte de transformation Perte des systèmes 2/ BESOINS NETS EN EAU 1/ PERTES EN EAU

5 Slide 5 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Dans un bâtiment, ce n'est pas un niveau d'eau que l'on doit maintenir, mais une température d'ambiance (et/ou de confort)! Température = état thermique d'un matériau (ou de l'air) à un moment donné, exprimé en degrés Kelvin (K) ou en degrés Celsius ( C). En termes physique, on peut dire que la température est une mesure indirecte de l'énergie cinétique contenue dans les particules qui composent la matière, donc de leur degré d'agitation microscopique. Source illustration : 1

6 Slide 6 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! La chaleur est l'énergie échangée entre des systèmes ayant des différences de température. Le transfert thermique se fait selon 3 modes : - la conduction - la convection - le rayonnement Ces 3 modes peuvent être présents simultanément ou séparément l'un de l'autre Le transfert thermique est d'autant plus important que la différence de température est importante entre les deux systèmes. Source illustration : 1

7 Slide 7 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Conduction thermique = transfert de chaleur de proche en proche (d atome à atome, de molécule à molécule) à travers la matière. Les isolants ont une conductivité thermique faible freinent le passage de la chaleur Les métaux ont une conductivité thermique élevée conduisent facilement la chaleur Source illustration + texte : 2

8 Slide 8 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Convection thermique = Transfert de chaleur par déplacement des molécules (pour les fluides). Convection naturelle: dû à une différence de densité du fluide entre la zone chaude et la zone froide Convection forcée: on force le fluide à passer dans la zone chaude (ex. ventilo-convecteur) Source illustration + texte : 2

9 Slide 9 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Energie croissante RAYONS 0.001Å 0.01Å 0.1Å ULTRA RAYONS X VIOLET V 1Å 10Å 100Å 0.1µm INFRAROUGE 1µm 10µm 100µm ONDES RADIO 1mm 1cm 10cm 1m 10m 100m 1km Spectre de lumière visible 0.35µm 0.75µm Longueur d onde croissante Le rayonnement est un transfert d'énergie sans support matériel. C'est typiquement le cas de l'énergie solaire qui nous parvient à travers le vide sidéral. C'est aussi le cas des capteurs solaires thermiques sous vide. Source illustration + texte : 2

10 Slide 10 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! MAIS FINALEMENT, DANS UN BATIMENT, OU Y A-T-IL DES TRANSFERTS THERMIQUES... ET DE QUELLE(S) SORTES??? Source illustration : 1

11 Slide 11 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Le transfert thermique se fait essentiellement par... conduction (+ rayonnement) convection rayonnement (solaire) Source illustration : 1 + 2

12 Slide 12 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Source illustration : 1

13 Slide 13 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! Ce schéma résume, en le simplifiant, le bilan énergétique d un bâtiment résidentiel. Il reprend l ensemble des postes qui influencent la consommation d énergie primaire. Au final, ce bilan donne la consommation d énergie primaire du bâtiment, mois par mois, puis annuelle en effectuant la somme des consommations mensuelles. L'énergie primaire est l'énergie directement prélevée à la planète (pétrole, gaz, uranium ), qui après transformation, permet d'obtenir une énergie utilisable dans le bâtiment (mazout, gaz, électricité ). Source illustration : 1

14 Slide 14 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! QUESTION OU INTERVIENT-ON DANS LE BILAN EN REALISANT UNE THERMOGRAPHIE? Source illustration : 1

15 Slide 15 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! #1 / DIAGNOSTIC DES TRANSMISSIONS THERMIQUES #3 / DIAGNOSTIC DE L'ETANCHEITE A L'AIR #7 / DIAGNOSTIC CHAUFFAGE (recherche de canalisations, mise en évidence des points chauds, etc...) #10 / DIAGNOSTIC SOLAIRE THERMIQUE #15 / DIAGNOSTIC SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE autres / DIAGNOSTICS INDUSTRIELS (chambres froides, etc...) autres / DIAGNOSTICS MEDICAUX (inflammations,...) Etc... Source illustration : 1

16 Slide 16 / 134 I /...au bilan énergétique d'un bâtiment! L'OPERATEUR EN THERMOGRAHIE DOIT CONNAITRE LES PRINCIPES DE BASE DE LA THERMIQUE DU BATIMENT AFIN DE POUVOIR 1/ LOCALISER LES POINTS CLEFS DE SON AUDIT DANS UN BATIMENT ET 2/ CORRECTEMENT INTERPRETER LES CLICHES!!

17 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

18 Slide 18 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ v50 Source illustration : 1 R V50 U HT HV(vol) PT PV

19 Slide 19 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT PT Pertes par transmission (PT) = PT H T * (Ti Te) * t [J ou W.s] AVEC HT : Coeff. de transfert global de chaleur par transmission [W/K] Ti : temp. intérieure moyenne sur la période considérée [ C] Te : temp. extérieure moyenne sur la même période [ C] t : durée de la période considérée [s]

20 Slide 20 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ U HT PT 1 Directement vers l extérieur - HD 1 HΤ 2 R 2 Vers l extérieur via le sol 3 - HG 3 Vers espaces non chauffés - HU HT = Coefficient de transfert de chaleur total par transmission H T = H D + H G + HU Source illustration : 2 [W/K]

21 Slide 21 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ 1 HD R U HT PT 1 Directement vers l extérieur - HD n m r i 1 k 1 l 1 H D U i. Ai lk k l HD = Coefficient de transfert direct vers l extérieur [W/K] Ui = valeur U de l élément i Ai = Surface de l élément i lk = longueur du nœud constructif linéaire k Ψk = coefficient de transmission thermique linéaire du nœud constructif linéaire k Xi = valeur U du nœud constructif ponctuel Source illustration : 2

22 Slide 22 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT 2 Vers l extérieur via le sol 2 m r i 1 g 1 l 1 - HG H G U i. Ai l g g zl.pl.u l 1 HG n PT 3 Hs = Coefficient de transfert de chaleur par transmission par le sol [W/K] Ui = valeur U du plancher i Ai = Surface du plancher i lg = longueur du pont thermique linéaire g au raccord de mur Ψg = coefficient de transm. thermique linéaire du pont thermique linéaire g zl = profondeur moyenne du mur enterré l Pl = périmètre exposé du mur enterré l Ul = Valeur U du mur enterré l Source illustration : 2

23 Slide 23 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ 1 2 HU 3 R U HT PT 3 Vers espaces non chauffés - HU n m r i 1 k 1 l 1 H U bu.( U i. Ai lk k l ) HU = Coefficient de transfert de chaleur vers les espaces non chauffés [W/K] Introduction d un facteur de réduction bu pour tenir compte d un écart de température moindre ; ce facteur b est un peu l'image de la température qui règne dans l'espace adjacent non-chauffé (plus b est proche de zéro, plus la température de l'eanc est proche de la température d'ambiance, plus b est proche de 1, plus la température de l'eanc est proche de la température extérieure) Mêmes paramètres que HD Source illustration : 2

24 Slide 24 / 134 II / Les transferts par conduction thermique EXERCICE 1 : calculez la température de l'eanc sur base du facteur b Teanc Ti AVEC Ti = 20 C, Te = -10 C U paroi = 0,25W/m²K bueq = 0,18W/m²K Teanc =??

25 Slide 25 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT PT La valeur Uw d une menuiserie extérieure est la valeur U moyenne pondérée par les aires respectives de ses composants, à laquelle s ajoute l effet de l interaction entre les jonctions des composants. Uw Ag.U g A f.u f Ap.U p l g. g l p. p Ag A f Ap Ag (m²), Ug (W/m².K) : vitrage Af (m²), Uf (W/m².K) : châssis Ap (m²), Up (W/m².K) : panneau opaque (ou autre élément, grille de ventilation) lg (m), g (W/m.K) : interact. verre-espaceur-châssis lp (m), p (W/m.K) : interact. Panneau -espaceurchâssis Source illustration : 2

26 Slide 26 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ Uf ψg Source illustration : 2 R U HT PT

27 Slide 27 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ Rsi R2 R3 R4 R5 Rse R1 R U HT n m r i 1 k 1 l 1 PT H D U i. Ai lk k l valeur U d une paroi opaque Ui = 1 / Rt,i [W/ m².k)] AVEC Rt,i = résistance thermique de la paroi i Rt Rsi d U Rg Rnh Rse [m².k/w] AVEC Résistance thermique d échange superficiel Rsi - à la surface intérieure Rse - à la surface extérieure Résist. thermique des couches de matériaux isotropes (d/λu ) Résist. thermique des couches d air (Rg) Résist. thermique des couches de matériaux anisotropes (Rnh) Source illustration : 2

28 Slide 28 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT PT La résistance thermique exprime la résistance qu oppose une couche de matériaux au transfert de chaleur (Φ) qui la traverse, exprimée en [m².k/w]. MATERIAUX ISOTROPES T1 > Φ AVEC T2 d R= λ MATERIAUX ANISOTROPES T1 Φ > T2 T 1 T 2 R= Φ d R = résistance thermique [m².k/w] λ = conductivité thermique [W/m.K] T = température de surface [ C] Φ = flux thermique [W/m.K] Pour des matériaux anisotropes, la chaleur utilise le chemin de moindre résistance thermique Leur résistance thermique est directement donnée en fonction de leur épaisseur. Source illustration : 2

29 Slide 29 / 134 II / Les transferts par conduction thermique RESISTANCES THERMIQUES D'ECHANGE λ R U HT PT (Rse + Rsi) RESISTANCES THERMIQUES COUCHE D'AIR NON-VENTILEES (Rg)

30 Slide 30 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT PT Résistance thermique de couches non homogènes (R nh) exemple de paroi à couche non homogène La résistance thermique de la couche doit tenir compte de la fraction de joints ; on calcule d'abord une valeur λu composite u,bl Abl u,mor Amor u u,bl f bl u,mor f mor Abl Amor La résistance thermique de la couche se calcule alors comme une couche homogène di Ri u

31 Slide 31 / 134 II / Les transferts par conduction thermique λ R U HT PT La conductivité thermique λ décrit la capacité d un matériau à transmettre la chaleur par conduction (de proche en proche). Elle représente la quantité de chaleur transférée par unité de surface et par une unité de temps sous un gradient de température de 1 degré par mètre, exprimée en W/mK.? Source illustration : 2 BON CONDUCTEUR... MAUVAIS CONDUCTEUR...?

32 Slide 32 / 134 II / Les transferts par conduction thermique EXERCICE 2 : calculez la valeur U de cette paroi 2 4 Te Ti AVEC 1 = moellons, ép.15cm, λe=3,5w/mk + mortier, fraction 28%, λi=1,5w/mk = lame d'air peu ventilée, Ri=0,17m²K/W 3 = isolant laine minérale, ép.6cm, λi=0,045w/mk 4 = bloc argex, ép.19cm, λi=0,61w/mk + mortier, fraction 20%, λi=0,93w/mk 5 = plâtre, ép.1cm, λi=0,52w/mk

33 Slide 33 / 134 II / Les transferts par conduction thermique Te -10 C Par proportionnelle de la résistance partielle et totale, on peut calculer la température à chaque interface des couches Ti +20 C Lignes de flux thermique perpendiculaires au plan de la façade Isothermes parallèles au plan de la façade

34 Slide 34 / 134 II / Les transferts par conduction thermique EXERCICE 3 : Je remplace la couche (3) de laine minérale par un isolant polyuréthane (λ=0,023w/mk), même épaisseur. Quel sera le U de la paroi? Etablissez le profil de température. EXERCICE 4 : Quelle serait l'épaisseur d'isolant polyuréthane nécessaire pour atteindre un U=0,30W/m²K? EXERCICE 5 : Si je supprime la couche (3) isolante et que je considère une couche (2) lame d'air non ventilée de 5cm d'épaisseur, quel sera le U de la paroi? Etablissez le profil de température.

35 Slide 35 / 134 II / Les transferts par conduction thermique EXERCICE 6 : calculez la valeur Uw de la fenêtre 3 1 Source illustration : 2 2 AVEC 1 = double-vitrage avec coating, Ug=1,5W/m²K 2 = chassis bois (feuillu), largeur 6cm, épaisseur 6cm, Uf=cfr tableau 3 = intercalaire isolant, Ψg=cfr tableau

36 Slide 36 / 134 II / Les transferts par conduction thermique Assurer la pérennité d'une paroi ou d'un détail... EXERCICE 7 : Calculez le facteur de température pour les 4 versions de la paroi issues des exercices précédents. EXERCICE 8 : Quelle est la température de surface minimum qui permette de satisfaire la recommandation? Source illustration : 4

37 Slide 37 / 134 II / Les transferts par conduction thermique T confort

38 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

39 Slide 39 / 134 III / Les noeuds constructifs L influence des ponts thermiques est double!! Température plus basse sur la face intérieure avec risque accru de problèmes d humidité et de moisissures (*) (*) *Source: Pertes de chaleur qui diffèrent du modèle unidimensionnel Source illustration + texte : 1

40 Slide 40 / 134 III / Les noeuds constructifs Le transfert de chaleur à travers l enveloppe du bâtiment se produit de manière MULTI-DIMENSIONNELLE Te Ti Or les calculs précédents sont basés sur les valeurs U des parois TRANSFERT DE CHALEUR UNIDIMENSIONNEL Lignes de flux thermique perpendiculaires au plan de la façade Source illustration + texte : 1 Isothermes parallèles au plan de la façade A U Ti Te

41 Slide 41 / 134 III / Les noeuds constructifs A certains endroits, le modèle uni-dimensionnel n est pas correct. Les lignes de flux thermique et les isothermes se déforment. Te Ti CALCULS NUMÉRIQUES NÉCESSAIRES Source illustration + texte : 1

42 Slide 42 / 134 III / Les noeuds constructifs Comment prendre en compte le supplément de perte de chaleur? À l aide des valeurs - psi (nœud linéique) - en W/m.K - chi [ki] (nœud ponctuel) - en W/K = facteurs de correction du calcul de référence de la perte par transmission Ces coefficients de transmission thermique indiquent quel supplément doit être ajouté au transport de chaleur qui a été calculé a partir des valeurs U. Vu que le calcul de référence est base sur les dimensions extérieures ( exterior ), un suffixe est joint au symbole : e et e. Le coefficient HT tient donc compte des pertes par transmission des parois (HT,construction) mais aussi des pertes par transmission au niveau des raccords (HT,junction). HT,total = Source illustration + texte : 1 HT,construction + HT,junction

43 Slide 43 / 134 III / Les noeuds constructifs Source illustration : 4

44 Slide 44 / 134 III / Les noeuds constructifs Contrairement aux valeurs U, les coefficients e ou e peuvent être négatifs. Ces valeurs ne dépendent pas uniquement de la qualité thermique du nœud constructif mais aussi de sa géométrie. Cela se produit lorsque le calcul de référence amène une surévaluation du flux thermique réel apparent par laquelle e ou e peuvent devenir négatifs. Angle extérieur Etant donne que le calcul de référence est basé sur les dimensions extérieures, la zone d angle d un angle extérieur est comptée 2 fois et, de ce fait, le résultat final peut être négatif en raison d une surévaluation de la déperdition thermique réelle. Source illustration + texte : 1

45 Slide 45 / 134 III / Les noeuds constructifs Angle intérieur Dans le cas d un angle intérieur par contre, la zone d angle n est pas comptée et, de ce fait, le résultat final est positif en raison d une sous-évaluation de la déperdition thermique réelle. Source illustration + texte : 1

46 Slide 46 / 134 III / Les noeuds constructifs Valeurs et négatives ACROTERE Utoit = W/m2K Umur = W/m2K e = 0,304 W/mK e peut être NÉGATIF car 2D peut être < 1D e Source illustration + texte : 1 2D 1D Ti Te W mk e = -0,034 W/mK

47 Slide 47 / 134 III / Les noeuds constructifs Une petite valeur ou n annonce pas nécessairement un détail à pont thermique négligeable. Nœud constructif 1 : «ANGLE SAILLANT» ext int e,1 = -0,129 W/mK Nœud constructif 2 :«ANGLE ENTRANT» int ext Source illustration + texte : 1 e,2 = 0,068 W/mK e,2 > e,1 Le noeud constructif 2 serait moins bon que le noeud constructif 1? Non! -> attention lorsqu on compare les valeurs e Le nœud constructif 1 est thermiquement équivalent au nœud constructif 2 Le calcul de référence à partir des dimensions extérieures donne une image déformée des valeurs

48 Slide 48 / 134 III / Les noeuds constructifs Source illustration : 4

49 Slide 49 / 134 III / Les noeuds constructifs LES QUESTIONS A SE POSER (par ordre d'importance) : - Vais-je avoir des problèmes potentiels de condensation au droit du noeud constructif? - Quels sont les paramètres qui vont influencer le résultat chiffré de mon noeud (effets géométriques / constructifs / autres)? - Sur quels paramètres puis-je jouer? - Comment puis-je réduire le flux à travers le détail (tout en restant raisonnable du point de vue technique et financier)?

50 Slide 50 / 134 III / Les noeuds constructifs Qu est-ce qu un nœud PEB-conforme? Un nœud PEB-conforme est un nœud constructif qui répond au moins à une des 2 conditions ci-dessous : le nœud constructif répond à une des 3 règles de base pour un détail à pont thermique négligeable ou le coefficient de transmission thermique linéique du nœud constructif est inférieur ou égal à la valeur limite qui est d application : Ψ e Ψ e,lim Un nœud constructif qui ne répond à aucune de ces 2 conditions, est considéré comme nœud PEB-non conforme. Source illustration + texte : 1

51 Slide 51 / 134 III / Les noeuds constructifs Nœud PEB-conforme Il satisfait à une des 3 RÈGLES DE BASE RÈGLE DE BASE 1 Épaisseur de contact minimale des couches isolantes Source illustration + texte : 1 RÈGLE DE BASE 2 Interposition d éléments isolants ou RÈGLE DE BASE 3 Chemin de moindre résistance Il satisfait à e e,lim

52 Slide 52 / 134 III / Les noeuds constructifs Règles de base pour qu un détail soit à PONT THERMIQUE NÉGLIGEABLE But Simple et clair (pas trop de règles) Pas besoin de grands calculs Basé sur la raison Souple (application plus large que les ponts thermiques catalogués ) Vérifie empiriquement la condition sur le facteur de température sans qu'un calcul détaillé soit nécessaire L essentiel : garantir la continuité de la couche isolante Source illustration + texte : 1

53 Slide 53 / 134 III / Les noeuds constructifs Les règles de base pour un détail à pont thermique négligeable se focalisent chacune sur les couches isolantes des parois et sur d éventuels éléments isolants. Les éléments qui les entourent sont ici laissés de côté. Source illustration + texte : 1

54 Slide 54 / 134 III / Les noeuds constructifs La couche isolante d une paroi de la surface de déperdition est la couche de matériau avec la plus grande résistance thermique. Source illustration + texte : 1

55 Slide 55 / 134 III / Les noeuds constructifs Couche isolante La couche isolante peut aussi être constituée de plusieurs couches de matériaux, homogènes ou non - les membranes doivent être négligées - si 3 conditions sont respectées : Succession ininterrompue des couches de matériaux Pas de couche d air Pour chaque couche de matériau : 0,2 W/mK Enduit extérieur (1 cm) Panneau de fibre de bois à enduire (6 cm) Structure bois remplie de cellulose (10 cm) Structure bois remplie de cellulose (18 cm) OSB (1,8 cm) Vide technique rempli de laine minérale (5 cm) Plaque de plâtre enrobé Ossature bois Source illustration + texte : 1 Ces couches DOIVENT être considérées comme une couche isolante assemblée

56 Slide 56 / 134 III / Les noeuds constructifs Succession ininterrompue des couches de matériaux Pas de couche d air Pour chaque couche de matériau : 0,2 W/mK d = la somme de chacune des couches di R = somme des résistances thermiques de chacune des couches Ri Source illustration + texte : 1

57 Slide 57 / 134 de base 1constructifs IIIRègles / Les noeuds pour qu un détail soit à PONT THERMIQUE NÉGLIGEABLE Nœud PEB-conforme Il satisfait à une des 3 RÈGLES DE BASE RÈGLE DE BASE 1 Épaisseur de contact minimale des couches isolantes Source illustration + texte : 1 RÈGLE DE BASE 2 Interposition d éléments isolants ou RÈGLE DE BASE 3 Chemin de moindre résistance Il satisfait à e e,lim

58 Slide 58 / 134 III / Les noeuds constructifs Règle de base 1 Les COUCHES ISOLANTES doivent être en contact DIRECT Source illustration + texte : 1 épaisseur de contact dcontact

59 Slide 59 / 134 III / Les noeuds constructifs Règle de base 1 Les COUCHES ISOLANTES doivent être en contact DIRECT d1 dcontact Épaisseur de contact de la couche isolante, mesurée entre les faces froide et chaude d2 d1 et d2 Épaisseurs respectives de la couche isolante des deux parois qui se rejoignent EXIGENCE dcontact ½ * min(d1, d2) Source illustration + texte : 1

60 Slide 60 / 134 III / Les noeuds constructifs Règle de base 1 9/2 = 4,5 cm dcontact A mur d1= 9 cm d1= 12 cm d2= 12 cm A mur A plancher d2= 9 cm dcontact 9/2 = 4,5 cm EXIGENCE Source illustration + texte : 1 dcontact ½ * min(d1, d2)

61 Slide 61 / 134 III / Les noeuds constructifs Règle de base 1 Dans le cas de CHÂSSIS de fenêtre et de porte : règle de base adaptée Châssis sans coupure thermique dcontact ½ * min(d1, d2) d1 = ép. du cadre fixe du châssis Source illustration + texte : 1 Châssis avec coupure thermique La couche isolante doit être en contact avec toute l épaisseur de la coupure thermique

62 Slide 62 / 134 III / Les noeuds constructifs Ce nœud est-il PEB-conforme? Source illustration + texte : 1

63 Slide 63 / 134 III / Les noeuds constructifs Isolation en contact? oui Dans le cas de châssis de fenêtre ou de porte avec coupure thermique, on n applique pas la formule de la règle de base 1, il faut seulement que la couche isolante soit en contact direct avec la coupure thermique et ce sur toute l épaisseur de la coupure thermique oui PEB-CONFORME Source illustration + texte : 1

64 Slide 64 / 134 III / Les noeuds constructifs Isolation en contact? oui Dans le cas de châssis de fenêtre ou de porte sans coupure thermique, d1 est égal à l épaisseur du cadre fixe du châssis de fenêtre ou de porte, mesurée perpendiculairement à la surface vitrée. d1 = 6 cm dcontact = 2 cm d2 = 8 cm dcontact 3 cm non PEB-NON CONFORME Source illustration + texte : 1

65 Slide 65 / 134 III / Les noeuds Règle de base 2 constructifs Nœud PEB-conforme Il satisfait à une des 3 RÈGLES DE BASE RÈGLE DE BASE 1 Épaisseur de contact minimale des couches isolantes Source illustration + texte : 1 RÈGLE DE BASE 2 Interposition d éléments isolants ou RÈGLE DE BASE 3 Chemin de moindre résistance Il satisfait à e e,lim

66 Slide 66 / 134 III / Les noeuds constructifs Elément isolant Pour les nœuds constructifs où les couches isolantes ne peuvent pas se raccorder directement l une sur l autre, il existe la possibilité d intercaler un élément isolant. Ces éléments doivent assurer la continuité thermique avec les couches isolantes. Source illustration + texte : 1

67 Slide 67 / 134 III / Les noeuds constructifs Règle de base 2 Tous les éléments isolants doivent répondre simultanément à 3 exigences pour que le détail soit un nœud PEB-conforme. Exigence de valeur R Exigence de valeur insulating part 0,2 W/mK Déterminée suivant l annexe A du document de référence pour les pertes par transmission Source illustration + texte : 1 + Epaisseur de contact + R min(r1/2,r2/2, 2) La résistance thermique d un élément isolant est calculée perpendiculairement à la ligne de coupure thermique qui le traverse. dcontact,i ½*min(dinsulating part,dx) Idem règle de base 1.

68 Slide 68 / 134 III / Les noeuds constructifs Ligne de coupure thermique La ligne de coupure thermique est la ligne passant à travers les éléments isolants qui relie 2 couches isolantes et qui est la plus parallèle possible aux faces des couches isolantes et des éléments isolants qu elle traverse. Source illustration + texte : 1

69 Slide 69 / 134 III / Les noeuds constructifs Ligne de coupure thermique La ligne de coupure thermique est la ligne passant à travers les éléments isolants qui relie 2 couches isolantes et qui est la plus parallèle possible aux faces des couches isolantes et des éléments isolants qu elle traverse. Source illustration + texte : 1

70 Slide 70 / 134 III / Les noeuds constructifs Ce nœud est-il PEB-conforme? ext Source illustration + texte : 1 int

71 Slide 71 / 134 III / Les noeuds constructifs Arbre de décision Isolation en contact? non λ 0,2 w/mk Interposition d éléments isolants? ext Source illustration + texte : 1 int oui remplir ces 3 conditions + R 0,5 Rmin + d 0,5 ép,min

72 Slide 72 / 134 III / Les noeuds constructifs Interposition d éléments isolants? remplir 3 conditions Exigence de valeur 0,2W/mK ext + Exigence de valeur R R min (R1/2, R2/2, 2) Exigence + d épaisseur de contact dcontact,i ½ * min(dinsulating part, dx) int = 0,050W/mK 0,2W/mK oui Source illustration + texte : 1

73 Slide 73 / 134 III / Les noeuds constructifs Interposition d éléments isolants? remplir 3 conditions Exigence de valeur 0,2W/mK ext + Exigence de valeur R Exigence + d épaisseur de contact R min (R1/2, R2/2, 2) dcontact,i ½ * min(dinsulating part, dx) int La valeur R de l élément isolant d interposition doit au moins être égale à la résistance la plus faible des couches isolants voisines divisée par 2 avec une valeur plancher R = 2m²K/W. En bref si R de l élément isolant d interposition 2m²K/W ce critère est OK Source illustration + texte : 1

74 Slide 74 / 134 III / Les noeuds constructifs Interposition d éléments isolants? remplir 3 conditions Exigence de valeur 0,2W/mK ext + Exigence de valeur R R min (R1/2, R2/2, 2) Exigence + d épaisseur de contact dcontact,i ½ * min(dinsulating part, dx) int R = 0,10/0,050 = 2 m²k/w Si R 2 m²k/w OK Ligne de coupure thermique Source illustration + texte : 1 oui

75 Slide 75 / 134 Interposition d éléments isolants? remplir 3 conditions Exigence de valeur + 0,2W/mK d1 ext = 0,15 m int Exigence de valeur R R min (R1/2, R2/2, 2) dcontact,1 = 0,10 m dinsulating part = 0,10 m dcontact,2 = 0,08 m Exigence + d épaisseur de contact dcontact,i ½ * min(dinsulating part, dx) doit être d1/2 0,075 m oui doit être d2/2 0,04 m d2 Source illustration + texte : 1 = 0,08 m oui

76 Slide 76 / 134 III / Les noeuds constructifs Isolation en contact? non λ 0,2 w/mk Interposition d éléments isolants? oui remplir ces 3 conditions + R 0,5 Rmin + d 0,5 ép,min ext int oui PEB-CONFORME Source illustration + texte : 1

77 Slide 77 / 134 III / Les noeuds constructifs Verre cellulaire comme élément isolant entre l isolation de la coulisse et celle du sol. À cause de la forte isolation thermique des parois, le respect de la prescription relative à la valeur R de l élément isolant (photo) peut être critique! Source illustration + texte : 1

78 Slide 78 / 134 III / Les noeuds constructifs Exigences sur la Résistance interposée Interposition d éléments isolants? remplir 3 conditions Exigence de valeur 0,2W/mK Source illustration + texte : 1 + Exigence de valeur R Exigence + d épaisseur de contact R min (R1/2, R2/2, 2) dcontact,i ½ * min(dinsulating part, dx) La valeur R de l élément isolant d interposition doit au moins être égale à la résistance la plus faible des couches isolants voisines divisée par 2 avec une valeur plancher R = 2m²K/W. En bref si R de l élément isolant d interposition 2m²K/W ce critère est OK Cas particulier du châssis, valeur plancher R = 1,5m²K/W

79 Slide 79 / 134 Règle de base 3 Nœud PEB-conforme Il satisfait à une des 3 RÈGLES DE BASE RÈGLE DE BASE 1 Épaisseur de contact minimale des couches isolantes Source illustration + texte : 1 RÈGLE DE BASE 2 Interposition d éléments isolants ou RÈGLE DE BASE 3 Chemin de moindre résistance Il satisfait à e e,lim

80 Slide 80 / 134 III / Les noeuds constructifs Lorsqu il est impossible de respecter les règles 1 & 2 : c est-à-dire lorsque les couches isolantes ne peuvent pas être raccordées directement et la coupure thermique ne peut pas être continue, un nombre très fréquent de détails constructifs ne pourraient alors pas être résolus à l aide des premières règles de base, EANC Extérieur Intérieur Extérieur Intérieur Plancher combles Appui de fondation la règle de base 3 fournit la possibilité de considérer ce type de nœud sans coupure thermique comme un nœud PEB-conforme. Source illustration + texte : 1

81 Slide 81 / 134 III / Les noeuds constructifs Chemin de moindre résistance = le plus court trajet entre l environnement intérieur et l environnement extérieur ou un EANC et qui ne coupe jamais une couche d isolant ou un élément isolant dont R min (R1,R2). EANC Extérieur Intérieur Extérieur Intérieur Plancher combles Appui de fondation la chaleur cherche le chemin le plus facile Source illustration + texte : 1 PAS à travers l isolant chemin de moindre résistance

82 Slide 82 / 134 Règle de base 3 Chemin de moindre résistance = le plus court trajet entre l environnement intérieur et l environnement extérieur ou un EANC et qui ne coupe jamais une couche d isolant ou un élément isolant dont R min (R1,R2). R1 Extérieur EANC Extérieur R1 Intérieur R2 R2 Intérieur Plancher combles Appui de fondation Mesure de la longueur li du chemin de moindre résistance Source illustration + texte : 1 Pour être conforme-peb : Longueur li 1 mètre

83 Slide 83 / 134 III / Les noeuds constructifs Si l exigence Longueur li 1 mètre n est pas satisfaite, pour présenter un nœud conforme PEB, une isolation avec R min (R1,R2) doit être ajoutée pour augmenter la longueur! R1 Extérieur EANC Extérieur R1 Intérieur R2 R2 Intérieur Mesure de la longueur li du chemin de moindre résistance Source illustration + texte : 1 Pour être conforme-peb : Longueur li 1 mètre avec R min (R1,R2)

84 Slide 84 / 134 III / Les noeuds constructifs Ce nœud est-il PEB-conforme? intérieur intérieur parking Source illustration + texte : 1

85 Slide 85 / 134 III / Les noeuds constructifs Arbre de décision Isolation en contact? non R1 Interposition d éléments isolants? Risolation ajoutée non Ri R1 Chemin de moindre résistance? oui 1m? oui R isolation ajoutée Rmin oui Source illustration + texte : 1 PEB-CONFORME

86 Slide 86 / 134 III / Les noeuds constructifs Non considéré comme NC Source illustration + texte : 1

87 Slide 87 / 134 III / Les noeuds constructifs Nœuds qui ne sont pas PEB-conformes Dans ces cas-là, il faut : Déterminer les valeurs ou : - soit valeur par défaut - soit valeur calculée Calculer les longueurs et le nombre Source illustration + texte : 1

88 Slide 88 / 134 III / Les noeuds constructifs Nœuds constructifs ponctuels e Dans le cas de nœuds constructifs ponctuels, avec la méthode des noeuds PEB-conforme, il n y a pas de valeurs limites. Nœud constructif ponctuel satisfait à une des 3 RÈGLES DE BASE oui non PEB-CONFORME PEB-NON CONFORME Pas d encodage complémentaire dans le logiciel PEB Source illustration + texte : 1 Nœud PEB-non conforme encodage complémentaire dans le logiciel PEB : Renseigner la valeur e du NC

89 Slide 89 / 134 Pour chaque nœud (linéaire ou ponctuel) repéré, analyser sa conformité PEB Isolation en contact? oui di dmin/2 Condition remplie? oui non λ 0,2 w/mk Les 3 conditions Interposition d éléments isolants? oui sont remplies? R Rmin/2 OU 2 oui di d1/2 ET d2/2 non Chemin de moindre résistance? oui 1m Ri Rmin en cas d isolation ajoutée oui non Pas de valeur limite pour les nœuds ponctuels Uniquement nœuds linéaires Ψe Ψe,lim oui? non Nœuds PEB non-conformes (2 options) Valeur par défaut (2 options) Nœud conforme + favorable valeur Ψe via logiciel * Niveau K niveau K+3 * = non abordé dans cette formation Nœuds PEB conformes Source illustration + texte : 1 valeur Ψe via logiciel * Niveau K = niveau K + 3 Niveau K niveau K + 3

90 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

91 Slide 91 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites λ v50 Source illustration : 1 R V50 U HT HV(vol) PT PV

92 Slide 92 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites v50 V50 HV(vol) PV Pertes par ventilation (Pv) = PV H V * (Ti Te) * t AVEC HV : Coeff. de transfert de chaleur par ventilation [W/K] Ti : temp. intérieure moyenne sur la période considérée [ C] Te : temp. extérieure moyenne sur la même période [ C] T : durée de la période considérée [s] [J ou W/s]

93 Slide 93 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites v50 V50 HV PV 1 par infiltration / exfiltration HV inv 2 par ventilation volontaire HV Vol 1 HV 2 HV = Coefficient de transfert de chaleur total par ventilation Hv = Hv inv + Hv vol Source illustration : 2 [W/K] HV inv = 0,34 * Q inv [en W/K] HV vol = 0,34 * Q vol [en W/K]

94 Slide 94 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites v50 V50 HV PV Pertes par infiltrations/ exfiltrations (Hv inv) L étanchéité à l air des parois de l enveloppe n est jamais absolue. Il existe toujours un certain débit d infiltration/ exfiltration, même en l absence de système de ventilation. Toiture 35 Vent 3.8 m/s Pa Pa -6.1 Pa Par différence de pression Source illustration : 2-7 Pa Par tirage thermique Text < Tint

95 Slide 95 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites v50 V50 L'air est vecteur de calorie et de vapeur d'eau. déplacement par diffusion déplacement par convection Source illustration : 2 HV(vol) PV

96 Slide 96 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites v50 V50 HV(vol) PV Si la pression de vapeur d'eau atteint sa valeur maximale, il y a saturation de l'air et on parle de pression saturante pvs. Il est possible de calculer la valeur de la pression de saturation en fonction de la température. C'est ce que démontre le diagramme de Molier. Source illustration : 3 ATTENTION : Il ne faut jamais oublier, comme nous l'avons démontré tout à l'heure que les parois de l'enveloppe sont soumises à un gradient de température interne!

97 Slide 97 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

98 Slide 98 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

99 Slide 99 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

100 Slide 100 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

101 Slide 101 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

102 Slide 102 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites Source illustration + texte : 3

103 Slide 103 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites

104 Slide 104 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites

105 Slide 105 / 134 IV / Les transferts par convection et fuites

106 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

107 Slide 107 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Source illustration : 1

108 Slide 108 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie La thermographie est une technique permettant d'obtenir, au moyen d'un appareillage approprié, l'image thermique d'une scène dans le domaine spectral de l'infrarouge.» une caméra thermographique est sensible à la chaleur (ou transfert thermique) rayonnée par des corps solides et non pas à la température! Les caméras thermiques sont capables de convertir les rayonnements infrarouges en signaux électriques et ainsi, fournir une représentation visible pour l'oeil.

109 Slide 109 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie RAYONS 0.001Å 0.01Å 0.1Å ULTRA RAYONS X VIOLET V 1Å 10Å 100Å 0.1µm INFRAROUGE 1µm 10µm 100µm ONDES RADIO 1mm 1cm 10cm 1m 10m 100m Spectre de lumière visible Les ondes électromagnétiques sont caractérisées par leur longueur d'onde λ et leur énergie. Le terme infrarouge provient du fait que le spectre de ce rayonnement débute juste après la limite rouge du domaine visible ; ce spectre est divisé en infrarouge proche (PIR), de 0,78 à 1,4μm, infrarouge moyen (MIR), de 1,4 à 3,0μm et infrarouge lointain, de de 3,0 à 1000,0μm. Source illustration : 2 1km

110 Slide 110 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie QUESTION : Une caméra infrarouge permet-elle de détecter la présence d'un isolant dans une paroi?

111 Slide 111 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Source illustration : 5

112 Slide 112 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Le même objet vu... dans le spectre visible C Source illustration : 2 10 C et dans le spectre infrarouge 50 C 10 C

113 Slide 113 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Le rayonnement d'un corps est toujours caractérisé par trois variables ; son émission (ε), sa réflexion (ρ), sa transmission (τ). ε + ρ + τ = 1 (= totalité du rayonnement du matériau visé) Source illustration : 5

114 Slide 114 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Ce qui nous intéresse, c'est le rayonnement de l'objet lui-même, càd termes de l'équation. ε et pas les autres ε + ρ + τ = 1 (= totalité du rayonnement du matériau visé) Ce terme ε ou EMISSIVITE est essentiel pour la thermographie et est une valeur caractéristique des matériaux! En pratique, on a donc ; - pour la brique, ε = 0,93, ρ + τ = 0,07 - pour l'acier, ε = 0,80, ρ + τ = 0,20 La plupart des matériaux de construction ont τ = 0,00

115 Slide 115 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie On définit l'émissivité comme la capacité d'un matériau à émettre un rayonnement en comparaison de ce qu'émettrait un corps noir porté à même température. Corps réel Corps noir ε+ρ+τ=1 ε+ρ+τ=1 ε<1 ε=1 ρ+τ=0 La plupart des matériaux de construction ont une émissivité comprise entre 0,85 et 0,96. Le corps noir est un «émetteur parfait». Il permet l'étalonnage des caméras infrarouges.

116 Slide 116 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie En thermographie, on effectue que des mesures de surface! La température du matériau étant liée à l'émission seule, des mesures correctes n'ont de sens que sur des matériaux qui émettent suffisamment, étant entendu que la réflexion est toujours une source potentielle d'erreur dans l'analyse.

117 Slide 117 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie POUR UTILISER CORRECTEMENT UNE CAMERA INFRAROUGE, IL FAUT ; Évaluer correctement l'émissivité du corps dont on veut connaître la température, Mesurer la température ambiante Tenir compte de l'effet miroir Tenir compte de la température réfléchie d'environnement. En ambiance intérieure, Trefl = Tenvironnement = Tambiance En ambiance extérieure, ciel nuageux, Trefl = Tenvironnement = Text En ambiance extérieure, ciel bleu, Trefl = Tenvironnement - 15K Pour des raisons évidentes, on évitera les clichés des surfaces ensoleillées.

118 Slide 118 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie APPLICATION 1 : TROUVER LA RT D'UNE PAROI... Te Ti RT = Rse + Rsi ( Ti - Te Tsi - Tse ) -1 À l'aide de la caméra thermique, mais ATTENTION aux réflexions, ensoleillements, vents, correspondance exacte des points de mesure de part et d'autre de la paroi, etc...

119 Slide 119 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie APPLICATION 2 : VERIFIER LE FACTEUR DE TEMPERATURE Nœud constructif 1 : «ANGLE SAILLANT» ext int Nœud constructif 2 :«ANGLE ENTRANT» int ext Source illustration : 1

120 Slide 120 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie APPLICATION 2 : VERIFIER LE FACTEUR DE TEMPERATURE Nœud constructif 1 : «ANGLE SAILLANT» ext int Nœud constructif 2 :«ANGLE ENTRANT» int ext

121 Slide 121 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie ET AUSSI : vérifier le risque de condensation superficielle! A l'aide d'un hygromètre et d'un thermomètre, HR est mesuré dans l'ambiance, ce qui permet de calculer la température de point de rosée (= température de saturation de la vapeur d'eau). La caméra et le soft permettent de mettre en évidence graphiquement tous les points de température en-deça du point de rosée.

122 Slide 122 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie APPLICATION(S) 3 : MAIS ENCORE... Détection de canalisations de chauffage.

123 Slide 123 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie Détection de structures.

124 Slide 124 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie La thermographie par l'intérieur est indépendante des conditions météo et plus détaillée qu'à l'extérieur!

125 Slide 125 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie??

126 Slide 126 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie???

127 Slide 127 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie?

128 Slide 128 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie

129 Slide 129 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie

130 Slide 130 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie CLICHES EXTERIEURS : Meilleur moment pour effectuer une mesure : le matin, avant le lever du soleil. Différence de température entre intérieur et extérieur ; minimum 7K. ATTENTION aux différences de propriétés (émissivité) des matériaux dans l'interprétation des clichés

131 Slide 131 / 134 V / Le rayonnement et la thermographie CLICHES INTERIEURS : Indépendants du temps ou du moment de la journée Différence de température entre intérieur et extérieur ; minimum 15K. ATTENTION aux différences de propriétés (émissivité) des matériaux dans l'interprétation des clichés

132 THERMOGRAPHIE & THERMIQUE I / INTRODUCTION : d'un problème de robinet... au bilan énergétique d'un bâtiment. II / Les transferts par conduction thermique III / Les nœuds constructifs IV / Les transferts par convection et fuites d'air V / Le rayonnement et la thermographie VI / Conclusion

133 Slide 133 / 134 VI / Conclusion de la première journée

134 SOURCES : 1 = CIFFUL, formations PEB = SPW, formations CERTIFICATION PEB = ENERGYSud, formations perfectionnement PEB = PMP, formation Noeuds Constructifs PEB = Testo