Formation Bâtiment Durable :

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2 Formation Bâtiment Durable : ENERGIE PASSIF/BASSE ENERGIE Bruxelles Environnement ISOLATION : INTRODUCTION THEORIQUE Marny DI PIETRANTONIO Plate-forme Maison Passive asbl

3 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

4 Plan de l exposé I. Définition du transfert de chaleur II. III. IV. Combien d passent au travers de ma paroi? Calcul du coefficient de transmission de déperdition U Définition des notions liées à la chaleur Pourquoi isoler 4

5 I. Définition du transfert de chaleur II. III. IV. Calcul du coefficient de transmission de déperdition U Définition des notions liées à la chaleur Pourquoi isoler 5

6 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 6

7 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 7

8 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: 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: 8

9 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). Source: Energie plus 9

10 I. Définition du transfert de chaleur La puissance [W] traversant une paroi : 20 C 0 C P = U x S x T (Watt) U [W/m²K] = 1 Rt U [W/m²K] = Coefficient de transmission thermique de la paroi Rt [m²k/w] = (Ri + d [m] / λ [W/mK] + Re) λ [W/mK] = conductibilité thermique d un matériau Source: Matriciel 10

11 I. Définition du transfert de chaleur Déperdition thermique est fonction de : Différence de T entre l intérieur et l extérieur Surface de déperdition / compacité Composition des parois P = U x S x T (Watt) Source: Energieplus 11

12 I. Définition du transfert de chaleur Déperdition thermique est fonction de : Différence de T entre l intérieur et l extérieur Surface de déperdition / compacité Composition des parois P = U x S x T (Watt) 12

13 I. Définition du transfert de chaleur Déperdition thermique est fonction de : Différence de T entre l intérieur et l extérieur Surface de déperdition / compacité Composition des parois P = U x S x T (Watt) Source: Energieplus 13

14 I. Définition du transfert de chaleur Compacité Privilégier une forme simple Privilégier les mitoyennetés Privilégier les bâtiments de grande taille 14

15 I. Définition du transfert de chaleur Déperdition thermique est fonction de : Différence de T entre l intérieur et l extérieur Surface de déperdition / compacité Composition des parois P = U x S x T (Watt) 15

16 I. Définition du transfert de chaleur II. III. IV. Calcul du coefficient de transmission de déperdition U Définition des notions liées à la chaleur Pourquoi isoler 16

17 II. Calcul du U Résistance thermique Ri = (d / λ)i [m².k/w] Ra Rsi et Rse RT = Rsi + ΣRi + 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) 17

18 II. Calcul du U Composition des parois Ri [m².k/w] Résistance thermique Ri = (d / λ)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 RT = Rsi + ΣRi + Rse 18

19 II. Calcul du U Résistance thermique Ri = (d / λ)i Ra Composition des parois Ri [m².k/w] Résistances thermiques des composants homogènes Rsi et Rse RT = Rsi + ΣRi + Rse d [m] = épaisseur du composant λ [W/m.K] = conductivité thermique du composant 19

20 II. Calcul du U Composition des parois Conduction thermique ou conductivité d un matériau : λ [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 20

21 II. Calcul du U Composition des parois Conduction thermique ou conductivité d un matériau : λ [W/m.K] Valeur lambda dite déclarée (λd) : la valeur mesurée dans des conditions normalisées de températures et d humidité relative Valeur lambda dite utile (λi) : conditions intérieures, soit non soumis à l humidité et au climat extérieur (λe) : conditions extérieures, soit soumis à l humidité (matériau humide) et au climat extérieur Source: Energieplus 21

22 II. Calcul du U Composition des parois Conduction thermique ou conductivité d un matériau : λ [W/m.K] Source: Source: 22

23 Matériaux II. Calcul du U Si matériau homogène : on doit connaître sa conductivité thermique (λ) λi [W/m.K] λe [W/m.K] Acier 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) Composition des parois λ [W/m.K] Si matériau hétérogène : on travaille directement avec la résistance du matériau Matériaux R [m².k/w] Bloc creux 19cm 0,14 Bloc creux 29cm 0,20 Source : 23

24 II. Calcul du U Composition des parois λ [W/m.K] Guide Pratique pour la construction durable Fiche ENE04 Construire un bâtiment bien isolé 24

25 II. Calcul du U 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) Les types d isolants Source: fiches MAT 05 et ENE 04 25

26 II. Calcul du U Haut: Cellulose, noix de coco, laine de chanvre, Liège (ICB). Bas: Origine roche volcanique (perlite), isolant en fibres de textiles recyclés Les types d isolants (naturels ou écologiques) Source: fiche MAT 05 26

27 II. Calcul du U Composition des parois Ra [m².k/w] Résistance thermique Ri = (d / λ)i Ra Rsi et Rse Résistance thermique de la lame d air RT = Rsi + ΣRi + Rse Source : 27

28 II. Calcul du U Composition des parois Ra [m².k/w] Résistance thermique Ri = (d / λ)i Ra Rsi et Rse Ra est fonction : du sens du flux de chaleur; Épaisseur de la couche d air; Ventilation de cette couche 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) 28

29 II. Calcul du U Couche d air non ventilée 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, ,18 0,16 0,23 29

30 II. Calcul du U Couche d air fortement ventilée Composition des parois Ra [m².k/w] 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 30

31 II. Calcul du U Couche d air peu ventilée Composition des parois Ra [m².k/w] 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 31

32 II. Calcul du U Composition des parois Rsi et Rse [m².k/w] Résistance thermique Ri = (d / λ)i Ra Rsi et Rse Résistances thermiques d échange superficiel (intérieur et extérieur) RT = Rsi + ΣRi + Rse Source : 32

33 II. Calcul du U 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 le 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) 33

34 II. Calcul du U Résistances thermiques d échange superficiel (intérieur et extérieur) Composition des parois Rsi et Rse [m².k/w] Flux de chaleur horizontal (paroi verticale) Flux de chaleur verticale haut (paroi horizontale) Flux de chaleur verticale bas (paroi horizontale) Ri [m².k/w] Re [m².k/w] 0,13 0,04 0,10 0,04 0,17 0,04 34

35 II. Calcul du U Composition des parois Résistance thermique RT = Rsi + ΣRi + 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 grande Source : PMP asbl 35

36 II. Calcul du U Composition des parois 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 Source : 36

37 II. Calcul du U Composition des parois Particularités Déperdition linéique : ψ Déperdition ponctuelle : χ [W/m.K] [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 37

38 II. Calcul du U 38

39 II. Calcul du U Combien d passent au travers de ma paroi? A 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 39

40 Combien d passent au travers de ma paroi? 40

41 Combien d passent au travers de ma paroi? 41

42 Combien d passent au travers de ma paroi? I. Définition du transfert de chaleur II. III. IV. Calcul du coefficient de transmission de déperdition U Définition des notions liées à la chaleur Pourquoi isoler 42

43 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 43

44 III. Notions liées à la chaleur Capacité thermique spécifique (c) [J/kg.K] Quelques valeurs Matériaux Masse volumique : ρ [kg/m³] Capacité thermique spécifique : c [J/kg.K] Acier Béton Brique Bois Isolant Air (15 C) 1,

45 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 : 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 [ε] 45

46 III. Notions liées à la chaleur Inertie thermique Quelques valeurs Typologie constructive Conductivité : λ [W/m.K] Masse volumique : ρ [kg/m³] Capacité thermique spécifique : c [J/kg.K] Effusivité :ε Ossature bois 0, Construction bois massif 0, Traditionnel 0, Elément béton 1, Source : Formation IBGE Bâtiment durable passif et très basse énergie 46

47 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] 47

48 III. Notions liées à la chaleur L humidité Source: Formation PMP 48

49 X III. Notions liées à la chaleur L humidité Source: Formation Condensation PMP 49

50 III. Notions liées à la chaleur L humidité H.R. Source: Formation Condensation PMP 50

51 III. Notions liées à la chaleur Diffusion de vapeur 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 4 C / Hr : 100% Pv : 800 Pa 20 C / Hr : 70% Pv : 1650 Pa Source: Formation PMP 51

52 III. Notions liées à 1. la THEORIE chaleur [not too much] Les L humidité grandeurs hygrométriques Humidité relative 20 C / Hr : 70% 1650 Pa 4 C / Hr : 100% 800 Pa Source: Formation PMP 52

53 III. Notions liées à la chaleur Pathologies rencontrées Associées à l humidité Moisissures et champignons Source: PMP 53

54 III. Notions liées à la chaleur Développement et croissance L humidité Source: PMP 54

55 III. Notions liées à la chaleur L humidité 55

56 III. Notions liées à la chaleur L humidité 56

57 III. Notions liées à la chaleur L humidité Combien d passent au travers de ma paroi? A 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 57

58 Combien d passent au travers de ma paroi? I. Définition du transfert de chaleur II. III. IV. Calcul du coefficient de transmission de déperdition U Définition des notions liées à la chaleur Pourquoi isoler 58

59 IV. Pourquoi isoler? Améliorer le confort intérieur Limiter les pertes énergétiques Limiter son empreinte énergétique Isolation? Limiter sa dépendance énergétique Eviter certaines pathologies 59

60 Contact Marny DI PIETRANTONIO Gestionnaire technique PMP asbl - Rue Nanon, Namur Tel : 081 / info@maisonpassive.be infotechnique@maisonpassive.be 60

61 Merci de votre attention. 61