Fiche de révision : Déperditions thermiques du bâtiment

📋 Plan du Cours

1. Déperditions et enveloppe thermique
2. Bilan des déperditions thermiques
3. Transferts par les parois opaques
4. Performance des parois vitrées
5. Ponts thermiques de l’enveloppe
6. Qualité de l’air et ventilation
7. Étanchéité et infiltrations d’air

📖 1. Déperditions et enveloppe thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Déperditions thermiques : Pertes de chaleur à travers l’enveloppe du bâtiment par transferts thermiques (conduction, convection et rayonnement) et par transferts aérauliques liés aux infiltrations d’air froid et aux fuites d’air chaud.
• Enveloppe thermique : Enveloppe thermique du bâtiment sépare l’ambiance intérieure de l’environnement extérieur, éventuellement par l’intermédiaire d’un espace non chauffé dont la température est comprise entre celles de l’extérieur et de l’intérieur.

★ À maîtriser

• Les postes de déperdition sont : les parois opaques (murs, planchers et toitures), les parois vitrées, les ponts thermiques, le renouvellement d’air hygiénique, le renouvellement d’air parasite

Compléments

• Dans le parc national de logements, les déperditions proviennent des murs à hauteur de 25 à 30 %, du plancher de 20 à 25 %, de la toiture de 7 à 10 %, des parois vitrées de 5 à 10 %, des ponts thermiques de 10 à 15 % et du renouvellement d’air de 20 à 25 %.

• En 2024, 4,7 millions de logements étaient pas ou très peu isolés (15,7 %) et 1,7 million de logements étaient très performants (5,8 %). - www.precarite-energie.org

💡 Astuce mémo

Hygiénique souhaité, parasite indésirable

📖 2. Bilan des déperditions thermiques

📝 Points essentiels

📐 Formule - Les déperditions totales du bâtiment vérifient $\varphi=\varphi_T+\varphi_R$, où $\varphi_T$ désigne les déperditions par transmission à travers les parois et $\varphi_R$ celles dues au renouvellement d’air.

📐 Formule - Les déperditions par transmission sont la somme des déperditions des parois opaques, vitrées et des ponts thermiques : $\varphi_T=\varphi_{po}+\varphi_{pv}+\varphi_{PT}$.

• Pour établir le bilan des parois, il faut identifier celles donnant sur l’extérieur ou un local non chauffé, déterminer leurs surfaces au nu intérieur et établir les coefficients $U_p$ des parois opaques et $U_w$ des parois vitrées.

📖 3. Transferts par les parois opaques

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité thermique : La conductivité thermique λ, exprimée en W/m·K, caractérise la capacité d’un matériau à conduire la chaleur.

★ À maîtriser

📌 Un matériau est réglementairement considéré comme isolant lorsque sa conductivité thermique est inférieure à 0,065 W/m·K.

📐 Formule - La résistance thermique d’une couche homogène d’épaisseur e et de conductivité λ vaut $R=\frac{e}{\lambda}$, en m²·K/W.

📐 Formule - Pour une couche homogène, le coefficient de transmission thermique est $U=\frac{\lambda}{e}=\frac{1}{R}$, en W/m²·K.

📐 Formule - Le flux thermique traversant une couche vaut $\varphi=U\,S\,\Delta\theta=H\,\Delta\theta$, où le coefficient de déperdition par transmission est $H=U\,S$.

Compléments

📐 Formule - Pour une paroi opaque multicouche séparant deux ambiances, la résistance totale vaut $R=\sum R_i+R_{si}+R_{se}$ et son coefficient de transmission est $U_p=\frac{1}{R}$.

📐 Formule - Pour une paroi composite composée de deux zones parallèles de surfaces $S_1$ et $S_2$, le coefficient équivalent est $U_p=\frac{U_1S_1+U_2S_2}{S_1+S_2}$.

📐 Formule - Pour une paroi opaque donnant sur un local non chauffé, le flux est $\varphi=b\,U_p\,S\,(\theta_{int}-\theta_{ext})$, où b est le coefficient de réduction de température.

📐 Formule - Pour une paroi en contact avec le sol ou donnant sur un vide sanitaire ou un sous-sol non chauffé, le flux vaut $\varphi=U_eS(\theta_{int}-\theta_{ext})$, où Ue est un coefficient de transmission thermique équivalent obtenu par simulation numérique.

📖 4. Performance des parois vitrées

★ À maîtriser

📐 Formule - Le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre est $U_w=\frac{U_gA_g+U_fA_f+\psi_g l_g}{A_g+A_f}$, où les termes représentent respectivement le vitrage, le cadre et leur liaison périphérique.

Compléments

• Un double vitrage comporte une lame de gaz et un triple vitrage en comporte deux.

• Les gaz cités pour les lames de vitrage sont :

  • l’air (λ = 0,025 W/m·K)
  • l’argon (λ = 0,017 W/m·K)
  • le krypton (λ = 0,009 W/m·K)

• Un traitement à faible émissivité consiste en une couche de quelques microns d’oxydes métalliques et produit un vitrage à isolation thermique renforcée (VIR).

📐 Formule - Pour une fenêtre équipée d’une protection mobile, le coefficient jour-nuit est $U_{jn}=f(U_w,U_{ws},\text{scénario d’utilisation})$; un exemple donné est $U_{jn}=\frac{U_w+U_{ws}}{2}$.

📖 5. Ponts thermiques de l’enveloppe

🔑 Notions clés & Définitions

• Pont thermique : Zone de variation locale de l’isolation qui modélise des déperditions tridimensionnelles liées aux effets de bord.

★ À maîtriser

📌 Un pont thermique linéique correspond à la liaison entre deux parois, tandis qu’un pont thermique ponctuel correspond à la liaison entre trois parois.

📐 Formule - Les déperditions d’un pont thermique linéique valent $\varphi=\psi L\Delta\theta$, où ψ est exprimé en W/m·K et L est la longueur de la liaison mesurée au nu intérieur.

📐 Formule - Les déperditions d’un pont thermique ponctuel valent $\varphi=\chi\Delta\theta$, où χ est exprimé en W/K.

Compléments

📌 Pour une liaison donnant sur un local non chauffé, le coefficient b de réduction de température multiplie les déperditions linéiques ou ponctuelles.

• Les coefficients ψ et χ des ponts thermiques sont déterminés à l’aide de logiciels de simulation, par exemple Conducteo.

• Les solutions techniques citées sont :

  • l’isolation thermique par l’extérieur
  • la planelle isolante
  • la chape flottante sur isolant
  • le rupteur de pont thermique

📖 6. Qualité de l’air et ventilation

★ À maîtriser

📌 Le renouvellement d’air hygiénique est souhaité et induit par le système de ventilation, tandis que le renouvellement d’air parasite est indésirable et provient des défauts d’étanchéité à l’air.

• Une bonne qualité de l’air intérieur repose sur la limitation des sources de pollution et le renouvellement de l’air intérieur.

📐 Formule - Pour une ventilation mécanique simple flux, les déperditions valent $\varphi_{vent}=0{,}34Q_{vent}(\theta_{int}-\theta_{ext})$ et le coefficient correspondant est $H_{vent}=0{,}34Q_{vent}$, avec Qvent en m³/h.

📐 Formule - Pour une ventilation mécanique double flux, les déperditions valent $\varphi_{vent}=0{,}34Q_{vent}(1-\eta)(\theta_{int}-\theta_{ext})$, où η est l’efficacité de récupération de chaleur de l’échangeur.

Compléments

• Les polluants gazeux intérieurs cités sont les composés organiques volatils (dont le formaldéhyde) et le radon du sol.

• Les polluants particulaires cités sont : l’amiante, les particules en suspension issues de la combustion, de la cuisson ou du ménage, les poussières

• Les polluants biologiques intérieurs cités sont :

  • les champignons
  • les algues
  • les bactéries
  • les virus
  • les acariens

📖 7. Étanchéité et infiltrations d’air

🔑 Notions clés & Définitions

• Étanchéité à l’air : Caractérise la sensibilité d’un bâtiment aux infiltrations et fuites non contrôlées de son enveloppe et se quantifie par le débit de fuite pour un écart de pression donné.

★ À maîtriser

• La différence de pression peut être due : au vent, à l’effet de tirage thermique, à la VMC

📐 Formule - L’indicateur Q4 ou I4 est le débit d’infiltration en m³/h·m² sous une différence de pression de 4 Pa; le débit réglementaire est calculé par $Q_{inf}=Q_4(S_{déperd}-S_{pl,bas})$.

📐 Formule - Les déperditions dues aux infiltrations valent $\varphi_{inf}=0{,}34Q_{inf}(\theta_{int}-\theta_{ext})$ et leur coefficient de déperdition vaut $H_{inf}=0{,}34Q_{inf}$.

Compléments

• Les défauts d’étanchéité sont principalement dus à :

  • les menuiseries extérieures
  • les passages de réseaux fluides
  • les trappes de visite

• La répartition indicative des principaux défauts est :

  • menuiseries extérieures : environ 40 %
  • équipements électriques : environ 35 %
  • traversées de parois et trappes : environ 20 %
  • liaisons structurelles : environ 5 %

• L’indicateur n50 exprime le débit sous 50 Pa en volumes par heure et se rapporte au volume intérieur du bâtiment.