Les coefficients en Thermique du Bâtiment (U, R, Y etc...)

jeudi 13 février 2014
par  EcoEnergieTech
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Grâce à cet article vous allez comprendre l’ensemble des coefficients utilisés en thermique, comment ils sont utilisés et ce qu’ils signifient. Une introduction aux calculs de déperditions est ensuite faite (symboles et indices).
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L’ensemble des coefficients et explications sont issus de la Norme NF EN ISO 7345.. La présente Norme internationale définit les grandeurs physiques utilisées dans le domaine de l’isolation thermique, et donne les unités et symboles correspondants.Vous pouvez l’obtenir ici : Boutique Afnor


 

1/Définitions, Grandeurs physiques :

D’après Norme NF EN ISO 7345

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-Local : volume totalement séparé de l’extérieur (ou d’autres volumes) par des parois fixes ou mobiles ;

-Espace chauffé : local ou volume fermé chauffé à une température > 12 °C en période d’occupation ;

-Paroi opaque isolée : paroi opaque dont le U est strictement inférieur 0,5 W/m².°C. Au delà, la paroi n’est pas considérée comme isolée ;

-Paroi transparente ou translucide : paroi dont le facteur de transmission lumineux est égal ou supérieur à 0,05. Sinon, la paroi est dite opaque ;

-Paroi verticale ou horizontale : paroi verticale = si angle >= 60 ° avec le sol sinon elle est horizontale.

-Isolation répartie : isolation assurée exclusivement par l’épaisseur de la partie porteuse de la paroi (blocs en béton cellulaire)

-Maçonnerie courante : maçonnerie couramment utilisée (à base de béton ou de terre cuite) de conductivité thermique >= 0,7 W/m.°C.

-Occupation discontinue : 2 conditions à réunir :
- bâtiment ou partie de bâtiment non destiné à l’hébergement des personnes ;
- chaque jour, la température normale d’occupation peut ne pas être maintenue pendant une période continue d’au moins 10 h.

-Le flux thermique (Phi) en W ou puissance thermique (P) en W : Quantité de chaleur transmise (ou fournie) à un système (Q en Joules) divisée par le temps (t). Cf : 0.Qu’est ce que la chaleur ? Comment se comporte t’elle dans le bâtiment ?.


 

2/Coefficients, intrinsèque :

Tous les coefficients qui suivent correspondent au flux thermique, intrinsèque à la paroi, qui sera dérivé par unité de surface, longueur, épaisseur etc... et par différence de température int/ext (le flux thermique prend son origine par un delta T) :

D’après norme NF EN ISO 7345

-Conductivité thermique en W/m.°C (Lambda) : flux thermique en W (ou la quantité de chaleur Q en Joules divisé par des secondes) qui va traverser par conduction (d’où "conductivité") 1 m d’épaisseur de matériau d’1 m² de surface pour une différence d’1 °C entre les deux faces de ce matériau. Ce coefficient quantifie la performance d’un matériau. Plus la conductivité sera faible et plus le matériau sera isolant (matériau peu conducteur).

Explication : par exemple pour 1 m² de mur d’1 m d’épaisseur et pour une différence d’1°C entre l’intérieur et l’extérieur d’un local (19°C ext et 20°C int) il y aura 1 W (= flux thermique, quantité de chaleur) qui va le traverser (en 1 sec). Si on prend ce m² de mur et qu’il fait 2 m d’épaisseur, il y aura 2 W qui seront transmis (en 1 sec) etc...

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Les conductivités thermiques des matériaux sont des valeurs mesurées (normalisées, mesurées à 10°C). C’est une caractéristique constante, intrinsèque et propre à chaque matériau. Elle permet d’évaluer l’aptitude du matériau en question à plus ou moins laisser passer un flux de chaleur.

-Le coefficient de déperdition par transmission H, en W/°C (= U multiplié par la surface) : flux thermique cédé par transmission entre l’espace chauffé et l’extérieur par unité de différence de température entre ces deux ambiances.

Explication : autrement dit, pour une différence de 1°C entre l’intérieur et l’extérieur, il y aura 1 W (quantité de chaleur ou énergie en Joule par seconde) qui sera transmis à l’extérieur (déperdition de chaleur par transmission = 1 W). Ici, on s’affranchit de la surface.

-Le coefficient de transmission thermique surfacique U, en W/m².°C :
Flux thermique en régime stationnaire par unité de surface, pour une différence de température d’1 °C entre les milieux situés de part et d’autres d’un système. Ce coefficient permet de juger de la performance thermique d’une paroi. Plus ce coefficient sera petit et plus la paroi sera isolante (la paroi transmets moins).

Explication : autrement dit, si on prend un mur d’1 m² d’une maison et qu’à l’intérieur il fait 20°C et à l’extérieur 19°C. La différence de température (delta T) entre les deux milieux créer un régime instationnaire. La chaleur voudra aller vers le milieu le plus froid pour créer un équilibre thermique (afin que les deux ambiances soient à la même température). Ce coefficient traduit donc la quantité de chaleur (flux thermique) traversant 1 m² de paroi opaque par unité de différence de température entre les deux milieux. Donc, pour 1 m² de paroi et pour 1°C entre l’int et l’ext, il y aura 1 W de chaleur qui sera transmis à l’ext (en 1 sec).

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-Le coefficient de transmission linéique Y, en W/m.°C :
Flux thermique en régime stationnaire par unité de longueur, pour une différence de température d’1 °C entre les milieux situés de part et d’autres d’un système.

Explication : si on prend un mur et un plancher, entre les deux il y aura une "arrête" de jonction. Cette jonction aura une longueur en mL. Ce coefficient traduit la quantité de chaleur qui va traverser cette jonction. Donc pour 1 mL de jonction et pour une différence de 1°C entre le milieu int/ext, il y aura 1 W de chaleur qui sera transmis à l’extérieur (en 1 sec).

-Le coefficient de transmission ponctuel X, en W/°C :
Flux thermique en régime stationnaire ramené à un point, pour une différence de température d’1°C entre les milieux situés de part et d’autre d’un système.

Explication : sil s’agit de la quantité de chaleur transmise (par sec) via un point par différence de température entre l’int et l’ext. Par exemple, à la jonction de deux murs et un plancher, il y aura 1 W qui sera transmis (en 1 sec) pour 1°C de différence de température entre l’int et l’ext.

-Le coefficient de transmission surfacique "équivalent" d’une paroi Ue, en W/m².°C :
Coefficient 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 m².°C/W :
Inverse du flux thermique. C’est la capacité d’une paroi à résister à la déperdition de chaleur. Plus la résistance sera grande et plus la paroi sera isolante (elle résistera à la déperdition de chaleur).


 3/ En superficie de la paroi, extrinsèque :

D’après norme NF EN ISO 7345

-Coefficient d’échange thermique superficiel entre une ambiance intérieure ou extérieure, hi et he, W/m².°C :

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Le coefficient d’échange thermique superficiel entre une ambiance intérieure (hi en W/m².°C) et une paroi est la somme des flux thermiques transmis entre une ambiance intérieure et la face intérieure d’une paroi, par convection et par rayonnement par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 °C entre la température de la résultante sèche de l’ambiance et la température de surface. L’inverse de ce coefficient correspond à la résistance superficielle Rsi.

Le coefficient d’échange thermique superficiel entre une paroi et une ambiance extérieure (he en W/m².°C) est la somme des quantités de chaleur transmise entre la face extérieure d’une paroi et une ambiance extérieure, par convection et par rayonnement, par unité de surface de la paroi, et pour un écart de 1 °C entre la température de la résultante sèche de l’ambiance et la température de surface.
L’inverse de ce coefficient correspond à la résistance superficielle Rse.

Les différences de valeur entre Rsi et Rse ne proviennent pas de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur mais bien des mouvements d’air plus importants à l’extérieur qu’à l’intérieur, ce qui influence le transfert de chaleur par convection. Les valeurs des résistances thermiques d’échange superficiel Ri et Re sont données dans un tableau extrait de la réglementation thermique.


 4/ Symboles, Grandeurs, Unités :

D’après norme NF EN ISO 7345

- U : Coefficient de transmission surfacique en W/(m².°C)
- Y (ψ) : Coefficient de transmission linéique en W/(m.°C)
- χ : Coefficient de transmission ponctuel en W/°C
- R : Résistance thermique en m².°C/W
- A : Surface en m²
- l, L : Longueur, largeur, linéaire en m
- H : Coefficient de déperdition par transmission en W/°C
- T : Température en °C ou K
- b : Coefficient de réduction de la température
- D : Coefficient de déperdition en W/°C
- Q : Débit d’air entrant en m3/h
- q : Débit d’air entrant par mètre carré de paroi en (m3/h)/m²
- SH : Surface habitable en m²
- a : Coefficient de référence en W/(m².K) ou W/(m.K)


 5/ Indices :

D’après norme NF EN ISO 7345

- e : Extérieur, équivalent
- i : Intérieur
- s : Superficiel
- T, t : Total
- D : Direct
- S : Sol
- U, u : Non chauffé
- iu : Intérieur vers local non chauffé
- ue : Local non chauffé vers extérieur
- V : Par renouvellement d’air
- bât : Relatif à l’enveloppe du bâtiment
- bât-réf : Valeur de référence relative à l’enveloppe du bâtiment

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