Lexique

Ouvrage de référence sur les ponts thermiques

Vous trouverez ici un résumé clair des termes techniques utilisés dans le domaine de l'isolation thermique des bâtiments.

Le lexique explique les principaux termes relatifs aux propriétés physiques des nœuds de construction. Des thèmes tels que la perte thermique et la perte d'énergie, le transfert de chaleur et les variations de température seront expliqués à continuation.

Les besoins thermiques annuels d'un bâtiment sont la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer un bâtiment. Cela ne tient pas encore compte d'éléments tels que les pertes de rendement des installations et les pertes liées au transport. Il s'agit donc d'une valeur qui agit sur une partie de la consommation d'énergie.

Calcul du besoin thermique annuel

Q_h;nd= ( Q_H;ht - η_H;gn ⋅ Q_H;gn)

Q_h;nd: besoin thermique en MJ
Q_H;ht: perte thermique totale pour le calcul du besoin thermique
η_H;gn: facteur d'utilisation pour le gain de chaleur
Q_H;gn: gain thermique total pour le calcul des besoins thermiques

La perte thermique totale pour le calcul des besoins thermiques est déterminée par la perte thermique par transmission et la perte thermique par ventilation. Une partie du gain thermique par production de chaleur interne et par gain de chaleur solaire peut être utilisée utilement.

L'énergie primaire est décrite comme « l'énergie qui n'est pas soumise à un processus de transformation ou de conversion ».

Lors de la détermination de la consommation d'énergie annuelle, il est tenu compte de la « production » et de l'extraction d'énergie, ainsi que du transport et de la consommation même d'énergie. Cela signifie que l'on étudie le bâtiment et l'efficacité des installations dans le bâtiment, mais aussi ce qu'il se passe à l'extérieur du bâtiment.

La consommation d'énergie primaire donne une valeur pour la consommation d'énergie totale. Il s'agit d'une valeur qui peut être utilisée pour une comparaison honnête des consommations d'énergie.

Limite de la consommation d'énergie primaire. Les besoins thermiques sont la quantité de chaleur dégagée à l'endroit des corps d'émission de chaleur (radiateurs/chauffage par le sol/convecteur/...). La consommation d'énergie primaire considère aussi, outre le rendement (rendement système et rendement de génération) de l'installation, la consommation d'énergie hors de la parcelle.

Le coefficient de transfert de chaleur par transmission décrit la perte thermique via l'enveloppe du bâtiment. Pour déterminer les pertes thermiques, on calcule la perte thermique via les surfaces, en tenant en outre compte de la perte thermique via les noeuds constructifs.

Le coefficient de transfert total de chaleur par transmission est déterminé selon la norme NBN 62-002 :

H_T= H_D + H_{g +} H_U

Où :

H_D : coefficient de transfert de chaleur par transmission directement vers l'extérieur, en W/K
H_g : coefficient de transfert de chaleur par transmission via le sol et les caves non chauffées et les vides sanitaires en contact avec le sol, en W/K
H_U : coefficient de transfert de chaleur par transmission vers l'extérieur via les espaces non chauffés contigus, en W/K.

Le coefficient de transfert de chaleur par transmission peut également être formulé comme suit :

H_T= H_{D,construction} + H_{g,construction}+ H_{U,construction}+ H_D,junctions + H_g,junctions+ H_U,junctions

H_T= H_{T,construction} + H_T,junctions

Où :

H_{T,construction} : coefficient de transfert de chaleur par transmission via les parois de la surface de perte
H_T,junctions : coefficient de transfert de chaleur par transmission dans les noeuds constructifs

Le rayonnement solaire qui entre dans le bâtiment réchauffe celui-ci. Ce gain thermique réduit les besoins thermiques en hiver. En été, le gain thermique entraîne une surchauffe du bâtiment ; la chaleur n'est pas souhaitée dans ce cas. Le rayonnement solaire peut entrer dans le bâtiment via les parties transparentes (fenêtres) mais aussi via les éléments de construction fermés.

La quantité de chaleur qui pénètre dans un bâtiment peut être limitée de différentes manières. On pense à des vitrages solaires ou à des stores, mais on peut également envisager la réalisation de parties de façade en porte-à-faux, comme un balcon.

Le flux thermique (watt) décrit le transport d'énergie (joule) par unité de temps (s). Le transport thermique est causé par le mouvement des atomes et des molécules, qui dépend de la température. Le transport thermique s'effectue donc toujours d'une température élevée vers une température inférieure.

La résistance thermique représente la qualité thermique d'une couche de matériaux. La résistance thermique est représentée comme le flux thermique (W) par m² de surface pour une différence de température de 1 K.

La résistance thermique d'une couche de matériaux est calculée par l'épaisseur de la couche de matériaux à diviser par le coefficient de conductivité thermique du matériau :

R = \frac{d}{λ} [\frac{m^{2} K}{W}]

Où :

λ : coefficient de conductivité thermique en W/mK ;
d : épaisseur du matériau en m

Dans le cas d'une construction avec plusieurs couches de matériaux, la résistance thermique des couches de matériaux est déterminée conjointement comme suit :

R = \frac{d_{1}}{λ_{1}} + \frac{d_{2}}{λ_{2}} + \dots + \frac{d_{n}}{λ}

La résistance thermique de la construction totale (RT) sans correction de la valeur U est déterminée comme suit :

R_{T} = R_{s i} + \sum_{i} (R_{i}) + R_{s e}

Waarbij:

R_si : résistance de transfert thermique à la surface intérieure, en (m²K)/W
R_se : résistance de transfert thermique à la surface extérieure, en (m²K)/W
R_i : résistance de transfert thermique de chaque couche de construction

Le coefficient de transmission de chaleur d'un élément de construction est donné par :

U_{T} = \frac{1}{R_{T}}

Des corrections doivent en principe être appliquées pour tenir compte des effets des situations ou des cas suivants :

Intervalles d'air ou creux dans les couches d'isolation
Fixations mécaniques qui transpercent les couches d'isolation
Dépôt sur toitures inversées

La valeur U corrigée (U_c), est définie comme suit :
U_c = U + ΔU

Où : ΔU = ΔU_g + ΔU_f + ΔU_r

Et où :

ΔU_g : terme de correction pour les intervalles d'air et les creux
ΔU_f : terme de correction pour les fixations mécaniques
ΔU_r : terme de correction pour les toitures inversées

Détermination de la courbe de température dans une paroi où la courbe de température est déterminée par l'épaisseur et la résistance thermique des couches de matériaux. En outre, les résistances de transfert (Rsi et Rse) à hauteur des couches d'air des deux côtés de la construction sont importantes. Il est indiqué, à droite de l'illustration, comment la courbe de température des couches de matériaux peut être déterminée.

Le coefficient de transmission de chaleur décrit la perte thermique via les raccords. Une distinction est ici faite entre les noeuds constructifs linéaires (par exemple un raccord de balcon) et les noeuds constructifs ponctuels (par exemple une poutre métallique).

Un noeud constructif linéaire occasionne une perte thermique supplémentaire dans le raccord de deux éléments de construction. La perte thermique via des noeuds de construction linéaires est déterminée par la valeur Ψ (W/mK) des raccords et la longueur (l) des détails du raccord. Le noeud constructif ponctuel X reflète la perte thermique supplémentaire dans un raccord ponctuel. La perte thermique via des noeuds de construction ponctuels est déterminée par la valeur X (W/K) des raccords et par le nombre de raccords.

Les valeurs Ψ et X sont déterminées par la qualité de la construction, les dimensions et valeurs U des éléments de construction. Les valeurs Ψ et X ne peuvent pas être calculées manuellement. Ces valeurs doivent être déterminées en utilisant un logiciel de calcul validé.

Représentation sous la forme d'une coupe des pertes énergétiques dans une paroi traversée par une dalle de balcon. À droite se trouve la construction avec les flux thermiques ascendants représentés sous la forme de flèches. À gauche sont représentées les pertes énergétiques ascendantes dans cette coupe, également indiquées sous la forme d'une formule. On entend par l la longueur de la construction perpendiculaire sur le dessin.

La figure montre l'effet de la valeur psi avec une dalle de sol continue (raccord de balcon ininterrompu). En pratique, le flux thermique passant par la dalle du balcon refroidit également la paroi au-dessus et en dessous du raccord de balcon. Les flèches à droite sur le dessin montrent la voie prise par les flux thermiques. Là où les flux thermiques sont horizontaux (en bleu) dans le cas d'une paroi continue, les flux thermiques des noeuds constructifs sont tri-dimensionnels (en jaune). Cela montre clairement pourquoi la détermination de la valeur psi est considérablement plus complexe que celle de la valeur U.

La température du point de rosée est la température à laquelle l'humidité du local ne peut plus être absorbée par l'air. Aucune humidité supplémentaire entrante ne peut plus être absorbée, ce qui forme de la condensation. Dans ce cas, l'humidité relative est de 100 %.

Lorsque la surface d'une partie de la construction est froide, il peut y avoir formation de moisissures. Cela se produit lorsque la température de surface de la partie de construction est au moins aussi froide que l'air dans les environs directs et présente une humidité de l'air de 80 %. La température à laquelle cela se produit est appelée la température de formation de moisissures θ_s.

La consommation et les économies d'énergie sont au centre des préoccupations depuis plusieurs années maintenant. Comme la résistance thermique des constructions est de plus en plus élevée, l'on s'intéresse également de plus en plus à la qualité thermique des différents éléments. La proportion de la perte de chaleur dans les noeuds constructifs est en effet plus importante lorsque la résistance thermique est élevée que lorsque les bâtiments sont mal isolés.

Pour obtenir un bâtiment peu énergivore, on a souvent recours au principe du Trias Energetica. Le Trias Energetica part du principe que l'on cherche d'abord à réduire les besoins énergétiques (étape l). Cela peut être réalisé grâce à une bonne qualité thermique de l'enveloppe du bâtiment et en utilisant le soleil. Des sources d'énergie renouvelables sont autant que possible utilisées (étape 2), et ce, par exemple en produisant les besoins électriques à l'aide de panneaux photovoltaïques, en produisant l'eau chaude à l'aide de panneaux solaires ou en utilisant la chaleur des eaux souterraines ou du sol pour le chauffage. Les besoins énergétiques restants qui ne sont pas assurés par l'étape 2 doivent être produits le plus efficacement possible ; c'est l'étape 3 de Trias Energetica.

Le Trias Energetica et le principe sont illustrés schématiquement ci-dessous :

Étape 1 : limiter les besoins énergétiques
Étape 2 : utiliser des sources durables
Étape 3 : utiliser efficacement les sources non durables