Mode lisation des briques de terre cuite JUWO POROTON Calculs des ponts thermiques avec le logiciel Therm Document destiné aux concepteurs de maisons passives
Les ponts thermiques Les ponts thermiques surviennent à toute jonction : Entre des composants de bâtiment Lorsque la composition de la structure change Les conséquences en sont une modification du flux thermique et de la température superficielle intérieure. Définition physique: Zone linéaire ou ponctuelle dont la résistance thermique est sensiblement plus faible par rapport à celle de la paroi ou elle est située. Il existe 2 types de ponts thermiques : 1. Les ponts thermiques linéaires caractérisés par un coefficient linéique Ψ (PSY) exprimé en W/(m.K). 2. Les ponts thermiques ponctuels caractérisés par un coefficient ponctuel Χ (KSI) exprimé en W/K. Les calculs de la présente étude portent sur les déperditions linéiques. Contraintes constructives (définition générale) : Ce sont les endroits où la continuité de l isolant n a pas été respectée. L isolant étant localement absent ou discontinue, le flux de chaleur est sensiblement plus dense. Il est également possible de rencontrer une réduction de l épaisseur de l isolant (au droit d une descente d eaux pluviales encastrée par exemple). Contraintes géométriques : Ce sont les ponts thermiques dus à la forme de l enveloppe du bâtiment. Le pont thermique est alors considéré comme une correction de l évaluation des déperditions du bâtiment par la somme des déperditions des surfaces de ce bâtiment. En effet, deux parois encodées (par une valeur U et une surface) ne répondent pas à la réalité bidimensionnelle (à savoir la jonction entre les deux parois où le flux n est pas comparable). Dans certains cas, les déperditions déjà considérées lors du calcul ThermoPlan S490/75 2
surfacique peuvent être plus importantes que les déperditions réelles (principalement lors de la gestion des angles sortants). Calcul du pont thermique : Ou encore Le calcul du pont thermique résulte de la différence entre le flux (par mètre de longueur) perturbé issu de la modélisation et le flux théorique divisé par l écart de température des deux ambiances prises en compte. Approche de la conductivité thermique des briques Les briques sont constituées d alvéoles qui permettent d augmenter sensiblement la résistance thermique de la brique par rapport à une brique pleine. Dans un premier temps nous avons évalué la conductivité thermique équivalente de pour un flux longitudinal ou transversal. ThermoPlan S490/75 3
Flux longitudinal Flux Transversal Les valeurs du matériau pris en compte est le suivant : Conductivité thermique : ʎ = 0.21 W/m.K Emissivité : Ɛ = 0.95 à 0.65 Les parois des briques et celles constituées par les alvéoles représentent des flux thermiques différents. Les calculs issus de la simulation du CTMNC montrent pour une brique de 425 une résistance thermique brute de 4.71 m².k/w. ThermoPlan S490/75 4
La résistance thermique est dégradée selon que l on colle les briques entre elles ou que l on reconstitue des alvéoles entre deux briques : Ces données sont celles reprises dans l avis technique 16/12-654 ThermoPlan S490/75 5
Les briques suivantes peuvent être utilisées pour la mise en place des poteaux : A partir de ces données, nous retranscrivons la valeur de la conductivité thermique de la brique. ThermoPlan S490/75 6
Pour la brique de 425 (S9) Brique seule Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.205 [W/m².K] R 4.708 4.71 [mm] épaisseur 425 425 Lambda 0.090 Brique joint sec Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.229 [W/m².K] R 4.160 0.012 0.025 4.20 [mm] épaisseur 425 15 10 450 Lambda 0.102 1.300 0.400 Brique avec joint 1 mm Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.221 [W/m².K] R 4.318 0.012 0.025 4.35 [mm] épaisseur 425 15 10 450 Lambda 0.098 1.300 0.400 Pour la brique de 498 (TP520 Poteaux) Brique seule Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.55 [W/m².K] R 1.648 1.6481818 [mm] épaisseur 498 498 Lambda 0.302 Brique avec joint vertical sec Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.573 [W/m².K] R 1.538 0.000 0.038 1.58 [mm] épaisseur 498 15 513 Lambda 0.324 1.300 0.400 Brique avec joint mince de mortier de colle Enduit int Enduit ext Total [m².k/w] U 0.577 [W/m².K] R 1.526 0.000 0.038 1.56 [mm] épaisseur 498 15 513 Lambda 0.326 1.300 0.400 Brique avec gorge verticale remplie de colle Enduit int Enduit ext Total ThermoPlan S490/75 7
[m².k/w] U 0.596 [W/m².K] R 1.470 0.000 0.038 1.51 [mm] épaisseur 498 15 513 Lambda 0.339 1.300 0.400 Modélisation de la brique Par simulation sous THERM, nous retrouvons les valeurs des alvéoles suivantes selon la configuration choisie Cas Brique simplifiée centre Brique simplifiée centre transversale Brique avec pont thermique Demi brique Rsi + Rse 0.17 0.17 0.17 0.17 unités DT 30 30 30 30 mm Longueur 132 106.25 123.5 108.1 W/m².K Uperturbé 0.6695 1.1315 0.8292 1.1583 mm épaisseur 106.25 132 91.8 61.45 mm Longueur modelisée 132 106.25 123.5 108.1 W/m.K lambda éq 0.080 0.185 0.089 0.089 [W/mK] L 2D 0.0884 0.1202 0.1024 0.1249 [W/m] Φ mod 2.6512 3.6067 3.0722 3.7473 m².k/w R théorique brique 490 6.10 1.34 5.53 5.53 ThermoPlan S490/75 8
Brique simplifiée centre Demi Brique La valeur du centre de la brique ne permet pas de confirmer la valeur trouvée pour le calcul de 0.072 ou 0.075 pour les briques de 490. La conductivité des alvéoles étant au mieux de 0.080 dans le cas ou il serait possible de reformer une forme d alvéole permettant de supprimer le pont thermique lié à la pose. Remarque : le fichier DWG fournis correspond à une brique de 425 qui peut varier par rapport à la brique de 490. La résistance thermique équivalente dans la même configuration que la brique de 425 est estimée sans joints à une valeur de 5.53 m².k/w dans le sens longitudinal et de 1.34 m².k/w dans le sens transversal. Dans la suite de l étude nous proposons de prendre la valeur la plus basse du MPA soit 5.88 de résistance thermique pour une conductivité longitudinale de 0.075. ThermoPlan S490/75 9
Influence de l émissivité Le rôle de l émissivité c est-à-dire la part de l échange thermique lié au rayonnement dans les alvéoles n est pas négligeable et il semblerait que l émissivité des briques testées soit proche de 0.65. Conductivité [W/m.K] Brique simplifiée 0.100 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.5 0.7 0.9 Emissivité Conductivité [W/m.K] Demi brique 0.100 0.090 0.080 0.070 0.060 0.050 0.5 0.7 0.9 Emissivité Ci desssus, on remarque que la valeur de la conductivité longitudinale varie considérablement entre une émissivité de 0.5 et 0.95. Pour obtenir une valeur de conductivité de 0.075 telle que déterminée plus haut dans les essais, l émissivité probable a une valeur proche de 0.65! ThermoPlan S490/75 10
Les valeurs trouvées dans la littérature de différentes briques sont les suivantes : Densité (kg/m3) Emissivité Brique silice de dinas, non émaillée, brute 1000 0.80 Brique silice de dinas, réfractaire 1000 0.66 Brique Sillimanite, 33 % SiO2, 64 % Al2O3 1500 0.29 Les données sur la composition de la brique ne permettent pas de connaître précisément l émissivité des briques. ThermoPlan S490/75 11
Calcul des ponts thermiques Les calculs sont réalisés pour se conformer au standard passif, c est-à-dire que la valeur maximale des ponts thermiques doit être inférieure à 0.05W/m.K. Les valeurs des ponts thermiques sont déterminées à partir des dimensions extérieures telles que demandées pour leur prise en compte dans le PHPP. Pour un usage réglementaire, les valeurs à prendre en compte sont celles intérieures. La relation suivante pourra être utilisée : Dans la présente étude, ce sont les ponts thermiques en dimensions extérieures qui sont indiquées. L ensemble des calculs sont réalisés pour un mur composé de briques de 490 mm d épaisseur ThermoPlan S490/75 12
Calcul d un poteau Les fichiers de calculs sous format excel ont la forme suivante : Le calcul du flux perturbé par modélisation numérique permet de calculer la valeur du pont thermique à partir d une conversion dans le tableur excel (voir annexe). ThermoPlan S490/75 13
Simplification du modèle de la brique La composante transversale et horizontale étant différente, nous procédons à une simplification de la brique afin de respecter ces critères. Les valeurs des résistances thermiques recomposées sont les suivantes : Caractéristique Longitudinale Transversale U (W/m².K) 0.15 0.70 R (équ m².k/w) 6.53 1.28 La longueur du mur pris en compte comporte 1 éléments pour une longueur de 0.247m Pour le mur, la valeur longitudinale retenue est U long 0.15 [W/m².K] La longueur du mur pris en compte comporte 1 élément pour une épaisseur de 0.490m ThermoPlan S490/75 14
Pour le mur, la valeur transversale retenue est U trans 0.70 [W/m².K] ThermoPlan S490/75 15
Calcul du poteau avec composante longitudinale et transversale Dans la suite du document, les calculs détaillés seront placés en annexe, le tableau excel permet de synthétiser l enseble des calculs. Pour le détail, les fichiers Therm sont placés sur un Cd rom. L insertion du poteau dans ce mur permet de retraduire le pont thermique de la manière suivante : La caractéristique bi dimensionnelle du mur représente une augmentation de 8% de la valeur du pont thermique. Pour le pont thermique lié à l introduction d un poteau, la valeur retenue est Ψ 0.017 [W/m.K] La prise en compte du ferraillage peut être simplifiée car avec les incertitudes de calcul, celui-ci représente moins de 3% de pertes supplémentaires, le béton pourra donc avoir une valeur augmentée à une conductivité de 1.75 W/m².K. Cette valeur n est techniquement pas réaliste car il suppose une brique homogène pour la pose du poteau. Le schéma ci-dessous représente la manière dont sont installés les poteaux dans des structures en brique de 425. Cas du mur avec poteau classique Le pont thermique lié à l insertion d un élément de brique trop peu performant est très pénalisant pour le standard passif et ne permet pas de respecter les critères avec un Ψ >0.05 W/m.K. Pour le pont thermique lié à la liaison d un poteau classique, la valeur retenue est Ψ 0.134 [W/m.K] La mise en place d un élément classique entouré sur 1/3 de l épaisseur de part et d autre avec de la brique isolante permet de réduire la valeur du pont thermique de la manière suivante : ThermoPlan S490/75 16
Pour le pont thermique lié à la liaison d un poteau avec brique isolante, la valeur retenue est Ψ 0.025 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 17
Calcul du pont thermique sortant Intérieur Extérieur Pour le pont thermique lié à la liaison sortante de murs, la valeur retenue dans le cas ou l élément permettant de constituer un poteau est isolant est Ψ -0.081 [W/m.K] La liaison avec un élément de brique non isolé de conductivité 0.3 W/m.K représentant le cas courant, le pont thermique lié à la liaison sortante de murs, la valeur retenue est Ψ -0.065 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 18
Calcul du pont thermique entrant Extérieur Intérieur Pour le pont thermique lié à la liaison entrante de murs, la valeur retenue est Ψ 0.090 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 19
Calcul du pont thermique en tableau Le montage en tableau nécessite la mise en place d un poteau afin de créer un cadre permettant d acroitre la résistance mécanique des ouvertures selon le schéma ci-dessous. La valeur du poteau est déjà calculée, la mise en œuvre de la fenêtre doit se faire proche du centre de la brique isolante. Pour le pont thermique lié à la mise en œuvre d une fenêtre en tableau, la valeur retenue est : Ψ mise en œuvre 0.030 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 20
Pour le pont thermique lié à la mise en œuvre d une fenêtre en tableau avec un biseau à 30, la valeur retenue est : Ψ mise en œuvre 0.032 [W/m.K] Cas ou le poteau se trouve à proximité de la fenêtre Le décalage du poteau vers le centre et à proximité de la fenêtre augmente sensiblement la valeur du pont thermique, la valeur retenue est : Ψ mise en œuvre 0.073 [W/m.K] Attention, il faut ajouter à ces valeurs de mise en œuvre la prise en compte des poteaux précédemment calculés et selon le mode de pose choisi. ThermoPlan S490/75 21
Le décalage du poteau vers le centre et à proximité de la fenêtre augmente sensiblement la valeur du pont thermique, la valeur retenue est : Ψ mise en œuvre 0.073 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 22
Calcul du pont thermique de plancher intermédiaire 12 cm isolant ʎ=0.022 Ψ 1 Ψ 2 Pour le pont thermique de la liaison de plancher intermédiaire, la valeur retenue est Ψ 1 + Ψ 2 0.050 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 23
Calcul du pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre dans le linteau 20 cm isolant ʎ=0.036 4 cm mini de recouvrement Pour le pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre, nous déduisons le pont thermique intermédiaire ou haut précédemment calculé et recouvrons le dormant sur une épaisseur de 4 cm et recouvrons le linteau de 20 cm d isolant, la valeur retenue est Ψ mise en œuvre linteau 0.024 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 24
Calcul du pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre en linteau avec BSO 7 cm isolant ʎ=0.022 Pour le pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre, nous déduisons le pont thermique intermédiaire ou haut précédemment calculé et recouvrons le dormant sur une épaisseur de 4 cm et recouvrons le linteau de 7 cm d isolant renforcé, la valeur retenue est Ψ mise en œuvre linteau bso 0.044 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 25
Calcul du pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre en appui roofmat ʎ=0.029 L appui de fenêtre sur la brique est formé par un cadre en béton de 2 cm d épaisseur et un roofmat permet la réduction du pont thermique et en contact avec la brique isolante sur la moitié de son épaisseur. Pour le pont thermique de la mise en œuvre de la fenêtre en appui, la valeur retenue est Ψ mise en œuvre appui 0.043 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 26
Calcul du pont thermique de la liaison avec un plancher bas sur terre plein Le calcul du B pour un bâtiment sur terre-plein de 120 m² avec 40 m de linéaire sur l extérieur nécessite une modélisation avec un coefficient B de 6 L = 2,5 B l =0,5 B périmètre : 40 m surface dalle : 120 m² B : 6 L = 2,5 B L : l : 15 3 m m 20+5 cm isolant ʎ=0.035 ThermoPlan S490/75 27
Pour le pont thermique de la liaison basse du mur avec un plancher bas sur terre plein, la valeur retenue est : Ψ 0.004 [W/m.K] ThermoPlan S490/75 28
Optimisation du pont thermique de la liaison avec un plancher bas sur terre plein 18 cm isolant ʎ=0.035 Selon le besoin en isolation, le pont thermique de la liaison basse du mur avec un plancher bas sur terre plein, la valeur retenue est : Ψ -0.200 [W/m.K] Fait par Romain CLARET Le 06/11/14 ThermoPlan S490/75 29