Réglementation Thermique 2005 Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Sommaire. Calcul des caractéristiques thermiques des parois opaques

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Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Sommaire I Règles Th-U Fascicule 4/5 Parois opaques Calcul des caractéristiques thermiques des parois opaques SOMMAIRE Chapitre I : Introduction Références

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Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Sommaire I Règles Th-U Fascicule 4/5 Parois opaques Calcul des caractéristiques thermiques des parois opaques SOMMAIRE Chapitre I : Introduction Références normatives Défi nitions, symboles et indices Conventions Caractéristiques thermiques utiles Résistances superfi cielles... 4 Chapitre II : Méthodes de calcul Résistance thermique R Résistance superfi cielle Couches thermiquement homogènes Couches thermiquement hétérogènes Coeffi cient de transmission surfacique U Parois donnant sur l extérieur ou sur un local non chauffé Parois en contact avec le sol Parois donnant sur vide sanitaire ou sur un sous-sol non chauffé Chapitre III : Valeurs par défaut Murs en maçonnerie courante (R) Éléments en briques et blocs de terre cuite Blocs en béton Murs en béton cellulaire (R, U p ) Résistance thermique des murs en béton cellulaire Coeffi cient de transmission surfacique des murs en béton cellulaire Planchers à entrevous béton ou terre cuite (R) Planchers à entrevous en terre cuite Planchers à entrevous en béton Planchers à entrevous polystyrène (R) Entrevous découpés Entrevous moulés Entrevous comportant un revêtement en sous-face Dalles alvéolées à base de granulats courants (R) Planchers bas sur vide sanitaire (U e ) Planchers bas sur terre-plein (U e ) Autres parois Éléments à base de plâtre pour cloisons et contre-murs Panneaux de particules de bois extrudé Remplissage d une lame d air avec un matériau en vrac Étalement sur un plancher haut d un matériau en vrac Matériaux projetés Panneaux fi bragglo Produits réfl échissants Ponts thermiques intégrés courants (ψ, χ) Ponts thermiques intégrés courants présents dans les systèmes de doublage intérieur des murs Ponts thermiques intégrés courants présents dans les parois légères à ossature bois Ponts thermiques intégrés courants présents dans les parois acier... 74 Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre I : Introduction 1 Chapitre I Introduction Ce fascicule décrit les principes de calcul des caractéristiques thermiques des parois opaques, et de leurs composants et contient des valeurs par défaut pré-calculées conformément aux normes correspondantes. Le coeffi cient surfacique moyen de la paroi opaque, déterminé selon ce fascicule, sert notamment : à la vérifi cation de la caractéristique de la paroi opaque par rapport aux caractéristiques thermiques minimales correspondantes fi xées la réglementation thermique en vigueur ; et/ou au calcul de U bât (coeffi cient moyen des déperditions par les parois du bâtiment) ; la surface de la paroi opaque à prendre en compte est précisée dans le fascicule «Coeffi cient U bât» ; et/ou à la comparaison des produits entre eux. NF EN ISO 6946 Composants et parois de bâtiments Résistance thermique et coeffi cient de transmission thermique Méthode de calcul. NF EN ISO Performance thermique des bâtiments Transfert de chaleur par le sol Méthodes de calcul. NF EN ISO Ponts thermiques dans le bâtiment Flux de chaleur et températures superfi cielles Partie 1 : Méthode générale de calcul. NF EN ISO Ponts thermiques dans le bâtiment Flux de chaleur et températures superfi cielles Partie 2 : Ponts thermiques linéaires. Les deux parties 1 et 2 de la norme NF EN ISO 10211, sont en cours de regroupement. 1.1 Références normatives Le calcul des caractéristiques thermiques des éléments d enveloppe du bâtiment s appuie principalement sur les travaux de la normalisation européenne. NF EN ISO 7345 Isolation thermique Grandeurs physiques et défi nitions. EN ISO Performance thermique des bâtiments Coeffi cient de déperdition par transmission Méthode de calcul. EN ISO NF EN Isolation thermique Matériaux et produits pour le bâtiment Détermination des valeurs thermiques déclarées et utiles. Matériaux et produits pour le bâtiment Propriétés hygrothermiques Valeurs utiles tabulées. Les deux normes EN ISO et NF EN sont en cours de regroupement. ISO 8302 NF EN ISO 8990 Isolation thermique Détermination de la résistance thermique et des propriétés connexes en régime stationnaire Méthode de la plaque chaude gardée. Isolation thermique Détermination des propriétés de transmission thermique en régime stationnaire Méthodes à la boîte chaude gardée et calibrée. 2 Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre I : Introduction 1.2 Définitions, symboles et indices a - Définitions Dans le présent document, les défi nitions de la norme NF EN ISO 7345 et les défi nitions suivantes s appliquent : - Local : Un local est un volume totalement séparé de l extérieur ou d autres volumes par des parois fi xes ou mobiles. - Espace chauffé : Local ou volume fermé chauffé à une température supérieure à 12 C en période d occupation. - Dimensions intérieures : Dimensions mesurées de l intérieur des locaux déterminés selon le fascicule «Coeffi cient U bât». - Paroi opaque isolée : Paroi opaque dont le coeffi cient de transmission thermique U n excède pas 0,5 W/(m 2.K). - Paroi transparente ou translucide : Paroi dont le facteur de transmission lumineux (hors protection mobile éventuelle) est égal ou supérieur à 0,05. Dans le cas contraire elle est dite opaque. - Paroi verticale ou horizontale : Une paroi est dite verticale lorsque l angle de cette paroi avec le plan horizontal est supérieur ou égal à 60 degrés, elle est dite horizontale lorsque cet angle est inférieur à 60 degrés. - Plancher bas : Paroi horizontale donnant sur un local chauffé uniquement sur sa face supérieure. - Plancher intermédiaire : Paroi horizontale donnant, sur ses faces inférieures et supérieures, sur des locaux chauffés. - Plancher haut : Paroi horizontale donnant sur un local chauffé uniquement sur sa face inférieure. - Liaisons périphériques : Liaisons situées au pourtour d une paroi donnée. - Liaisons intermédiaires : Liaisons situées à l intérieur du pourtour d une paroi donnée. - Flux thermique φ en W : Quantité de chaleur transmise à (ou fournie) par un système, divisée par le temps. - Densité surfacique (ou linéique) du flux thermique ϕ, en W/m 2 (ou W/m) : Flux thermique par unité de surface (ou par unité de longueur). - Conductivité thermique λ, en W/(m.K) : Flux thermique par m 2, traversant un mètre d épaisseur de matériau pour une différence de température d un kelvin entre les deux faces de ce matériau. - Coefficient de déperdition par transmission H, en W/K : Flux thermique cédé par transmission entre l espace chauffé et l extérieur, pour une différence de température d un kelvin entre les deux ambiances. Les températures intérieure et extérieure sont supposées uniformes. - Coefficient de transmission surfacique U, en W/(m 2.K) : Flux thermique en régime stationnaire par unité de surface, pour une différence de température d un kelvin entre les milieux situés de part et d autre d un système. - Coefficient de transmission linéique ψ, en W/(m.K) : Flux thermique en régime stationnaire par unité de longueur, pour une différence de température d un kelvin entre les milieux situés de part et d autre d un système. - Coefficient de transmission surfacique «équivalent» d une paroi U e, en W/(m 2.K) : Coeffi cient de transmission surfacique tenant compte à la fois des caractéristiques intrinsèques de la paroi et de son environnement (vide sanitaire, sous-sol non chauffé, sol). - Résistance thermique R, en (m 2.K)/W : Inverse du fl ux thermique à travers un m 2 d un système pour une différence de température d un kelvin entre les deux faces de ce système. - Résistance thermique totale R T, en (m 2.K)/W : Somme de la résistance thermique R d une paroi et des résistances thermiques superfi cielles côtés intérieur et extérieur. - Résistance superficielle R s, en m 2.K/W : Inverse du fl ux thermique passant par m 2 de paroi, de l ambiance à la paroi pour une différence de température d un kelvin entre celles-ci. - Isolation répartie : Isolation assurée exclusivement par l épaisseur de la partie porteuse de la paroi (ex : blocs à perforations verticales en terre cuite, blocs en béton cellulaire). - Conductivité thermique «équivalente» en W/(m.K) : Rapport de l épaisseur d une paroi sur sa résistance thermique. - Maçonnerie courante : Maçonnerie couramment utilisée (à base de béton ou de terre cuite) de conductivité thermique équivalente λ e 0,7 W/(m.K). - Couche thermiquement homogène : Couche d épaisseur constante ayant des propriétés thermiques uniformes ou considérées comme telles : - les couches à hétérogénéités faibles et régulières peuvent être assimilées à une couche thermiquement homogène (ex. : murs en maçonnerie) ; - un plancher à entrevous non isolant peut être assimilé à une couche thermiquement homogène ; - une lame d air d épaisseur constante est considérée comme une couche thermiquement homogène. - Partie courante d une paroi : Partie constituée d une ou de plusieurs couches superposées, thermiquement homogènes. - Pont thermique intégré : Élément intégré dans la paroi donnant lieu à des déperditions thermiques supplémentaires par rapport à la partie courante. - Dimension caractéristique d une paroi : Aire de la paroi divisée par son demi-périmètre, en mètre. - Épaisseur «équivalente» d un système : Épaisseur d un matériau thermiquement homogène, ayant la même résistance thermique que ce système, en mètre. Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre I : Introduction 3 b - Symboles Symbole Grandeur Unité U Coefficient de transmission surfacique W/(m 2.K) ψ Coefficient de transmission linéique W/(m.K) χ Coefficient de transmission ponctuel W/K R Résistance thermique m 2.K/W A Surface m 2 l, L Longueur, largeur, linéaire m λ Conductivité thermique W/(m.K) ΔT Différence de température K b Coefficient de réduction de la température h Coefficient d échange W/(m 2.K) 2D, 3D Deux dimensions, trois dimensions B Dimension caractéristique m d Épaisseur m v Vitesse m/s c - Indices e Extérieur i Intérieur s Superficiel T, t Total D Direct S Sol u Non chauffé e «Équivalent» iu Intérieur vers local non chauffé ue Local non chauffé vers extérieur a Par convection, par conduction r Par rayonnement m Moyen p Relatif à la paroi g Relatif au sol c Partie courante Isolants thermiques manufacturés Les propriétés thermiques utiles des isolants thermiques manufacturés (λ u, R u ) sont déterminées d après le tableau suivant : Propriétés thermiques W/(m.K) λ u Valeurs utiles m².k/w R u Certifiées (1) λ certifié R certifié Déclarées (2) 1,15 * λ déclaré 0,85 * R déclaré Par défaut (fascicule 2/5) λth-u RTh-U (1) ACERMI, CSTBât, valeurs dans Avis Techniques, ou équivalent. (2) Sans certifi cation associée. Tableau I L application de la minoration sur la résistance thermique prime sur la majoration de la conductivité thermique dans la mesure ou elle intègre les incertitudes sur l épaisseur Autres matériaux Les propriétés thermiques des autres matériaux servant au calcul des parois opaques sont déterminées selon le fascicule 2/5 «Matériaux», chapitre II. Cas particulier du sol La conductivité thermique du sol doit être prise égale à : a La valeur réelle du site lorsqu elle est connue. Cette valeur doit être moyennée sur une profondeur égale à la largeur du bâtiment en tenant compte de la teneur normale en eau. b La valeur correspondante tirée du tableau II si la valeur réelle n est pas connue. c 2,0 W/(m.K) en absence de toute autre information. Description Argile ou limon Sable ou gravier Roche homogène Tableau II Conductivité thermique λ W/(m.K) 1,5 2,0 3,5 1.3 Conventions Caractéristiques thermiques utiles Il s agit des caractéristiques thermiques à utiliser pour le calcul de la consommation d énergie du bâtiment et pour le dimensionnement des systèmes de chauffage. Elles permettent également de vérifi er le respect des exigences minimales de la réglementation thermique en vigueur. On entend par valeurs déclarées, celles établies conformément aux normes européennes «produits». Les caractéristiques thermiques déclarées, établies conformément aux règles Th-U ou à partir de valeurs certifi ées comme précisé ci-après, sont considérées comme des valeurs utiles Parois et éléments de parois Les propriétés thermiques utiles (R u, U u ) des parois (ou des éléments de parois) doivent être déterminées selon le présent fascicule «Parois opaques» à partir des propriétés thermiques utiles des matériaux déterminées selon les paragraphes et Les valeurs certifi ées ou fi gurant dans un document d Avis Technique priment sur les valeurs obtenues par calcul selon le présent fascicule. En cas où il existe des valeurs déclarés de la paroi (R déclaré, U déclarée ), les valeurs utiles sont déterminés comme suit : U utile = U déclarée * 1,15 R utile = R déclaré * 0,85 4 Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre I : Introduction Résistances superficielles La méthode de calcul des résistances superfi cielles est donnée au paragraphe Cependant et en absence d informations spécifi ques sur les conditions aux limites des surfaces planes, les résistances superfi cielles, intérieure (R si ) et extérieure (R se ), suivantes doivent être utilisées : Paroi donnant sur : l extérieur un passage ouvert un local ouvert (2) R si m 2.K/W R se (1) m 2.K/W R si + R se m 2.K/W Paroi verticale inclinaison 60 0,13 0,04 0,17 0,10 0,04 0,14 Paroi horizontale inclinaison 60 0,17 0,04 0,21 (1) Si la paroi donne sur un autre local non chauffé, R si s applique des deux côtés. (2) Un local est dit ouvert si le rapport de la surface totale de ses ouvertures permanentes sur l extérieur, à son volume, est égal ou supérieur à 0,005 m 2 /m 3. Ce peut être le cas, par exemple, d une circulation à l air libre, pour des raisons de sécurité contre l incendie. Tableau III La valeur de R si pour le fl ux ascendant s applique aux planchers dotés d un système de chauffage intégré et aux entrepôts frigorifi ques. Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre II : Méthodes de calcul 5 Chapitre II Méthodes de calcul Ce chapitre donne les méthodes de calcul du coeffi cient surfacique intrinsèque global U p et de la résistance thermique R d une paroi opaque quelconque et fournit les formules correspondantes. Une alternative aux méthodes de calcul décrites ci-après, est la mesure de la paroi à la boîte chaude gardée conformément à la norme NF EN ISO Toutefois, les résultats de mesure ne valent que pour l échantillon mesuré. La détermination du coeffi cient surfacique «équivalent» U e des parois en contact avec le sol ou donnant sur un vide sanitaire ou un sous-sol non chauffé, fait l objet d un calcul spécifi que détaillé aux paragraphes et Les coffres de volets roulants, intégrés dans la baie, doivent être calculés comme faisant partie de la paroi vitrée, les autres doivent être calculés comme des parois opaques. La méthode générale de calcul des coffres de volet roulant est donnée dans le fascicule 3/5 «Parois vitrées». 2.1 Résistance thermique R La résistance thermique R d une paroi est l inverse du fl ux thermique à travers un m 2 de paroi pour une différence de température d un kelvin entre les deux faces de la paroi. R s exprime en m 2.K/W et elle est fonction des caractéristiques géométriques et thermiques des matériaux constituants la paroi. À l exception des résistances superfi cielles arrondies à deux décimales, les valeurs des résistances thermiques utilisées dans les calculs intermédiaires doivent être calculées avec au moins 3 décimales Résistance superficielle a - Surfaces planes La résistance superfi cielle R s se calcule d après la formule suivante : (1) où h r est le coeffi cient d échanges par rayonnement, en W/(m².K) avec h r = ε h ro (2) 3 h ro = 4 σ T m (3) où ε h ro est l émissivité hémisphérique (corrigée) de la surface à défaut de valeurs données dans les Avis Techniques prendre : ε = 0,9 est le coeffi cient de rayonnement d un corps noir (voir tableau IV) σ est la constante de Stefan-Boltzmann (5, W/(m².K 4 )) T m est la température moyenne de la surface et des surfaces environnantes, en K est le coeffi cient d échanges par convection, en W/(m².K). h a Faces intérieures Température moyenne T m C h ro W/(m².K) 4,1 4,6 5,1 5,7 6,3 Tableau IV : Valeurs de h ro 6 Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre II : Méthodes de calcul Flux de chaleur Ascendant Horizontal Descendant h a W/(m 2.K) 5,0 2,5 0,7 Tableau V : Valeurs de h c sur les faces intérieures Faces extérieures h a = v (4) où v est la vitesse du vent à proximité de la surface en m/s. Des valeurs de la résistance superfi cielle côté extérieur R se, sont données dans le tableau suivant en fonction de la vitesse v du vent. Vitesse du vent m/s R se m 2.K/W 0,08 0,06 0,05 0,04 0,04 0,03 0,02 Tableau VI : Valeurs de R se en fonction de la vitesse du vent Note Les valeurs des résistances superfi cielles intérieures, R si et extérieures, R se, données au paragraphe ont été calculées avec une émissivité corrigée ε = 0,9 et h ro calculé à 20 C côté intérieur et à 0 C côté extérieur pour une vitesse de vent de 4 m/s. b - Surfaces non planes Les parties en saillie par rapport au plan des parois, telles que des poteaux de structure, peuvent être ignorées pour le calcul de la résistance thermique totale si elles sont constituées d un matériau dont la conductivité thermique n excède pas 2 W/(m.K). Figure 1 Si la partie saillante est constituée d un matériau de conductivité thermique supérieure à 2 W/(m.K), et n est pas isolée, la résistance superfi cielle à appliquer à l aire projetée A p de la paroi doit être corrigée dans le rapport de l aire projetée de la partie saillante à son aire développée réelle A. où R s est la résistance superfi cielle d un composant plan A p est l aire projetée de la partie saillante A est l aire développée réelle de la partie saillante Couches thermiquement homogènes Couches solides Il s agit de couches d épaisseur constante, à hétérogénéités faibles et régulières pouvant être assimilées à des couches homogènes. La résistance thermique d une couche homogène se calcule d après la formule suivante : où R i e i λ i est la résistance thermique de la couche i, en m².k/w est l épaisseur de la couche i, mesurée d après sa mise en œuvre dans la paroi, en m est la conductivité thermique utile de la couche i déterminée conformément au fascicule 2/5 «Matériaux», et au paragraphe du présent fascicule, en W/m.K. La résistance thermique d un composant de bâtiment constitué de plusieurs couches superposées, thermiquement homogènes et perpendiculaires au fl ux de chaleur, est la somme des résistances thermiques individuelles de toutes ces couches. R = Σ R i (7) Espaces d air Certains espaces d air peuvent être considérés comme des couches thermiquement homogènes. Cependant, leur résistance thermique doit faire l objet d un calcul spécifi que tenant compte des phénomènes convectifs et radiatifs. Les espaces d air sont traités comme des milieux ayant une «résistance thermique» parce que la transmission de chaleur par convection et par rayonnement y est à peu près proportionnelle à l écart de température des faces qui les limitent. Sont traitées dans ce chapitre : 1. Les lames d air qui ont une largeur et une longueur toute deux supérieures à 10 fois l épaisseur mesurée dans le sens du fl ux de chaleur. 2. Les cavités d air qui ont une longueur ou une largeur comparable à leur épaisseur. 3. Certains espaces non chauffés (combles perdus, garages, buanderies ) lorsque leur enveloppe extérieure n est pas isolée. Si l épaisseur d une lame d air varie, il convient d utiliser sa valeur moyenne pour calculer sa résistance thermique. (5) (6) Règles Th-U - Fascicule 4 : Parois opaques - Chapitre II : Méthodes de calcul 7 Un traitement spécifi que des espaces d air, rencontrés dans les vitrages isolants et dans les profi lés de menuiserie, est décrit dans le fascicule «Parois vitrées». a - Lames d air La méthode de calcul donnée ci-après s applique aux lames d air dont l épaisseur mesurée dans la direction du fl ux de chaleur n excède pas 0,3 m. En cas où cette épaisseur dépasse 0,3 m, le calcul de la déperdition doit êtr
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