Règles de l’art en science du bâtiment durable - Chapitre 3 – Les principes physiques PDF

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Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 1  Les principes physiques Introduction – C’est la compréhension des principes physiques reliés aux phénomènes de mouvement d’air, de chaleur et d’humidité, et de leurs effets qui permettra de concevoir des assemblages d’enveloppe du bâtiment pouvant adéquatement contribuer au contrôle de l’environnement intérieur tout en nécessitant le moins d'énergie possible. – Les mouvements de chaleur, d’air et d’humidité ne se produisent pas indépendamment les uns des autres. Ils se produisent simultanément, selon un mode dynamique. Bien que des simplifications puissent être faites, il est important de garder ceci à l’esprit pour comprendre le comportement de systèmes d’enveloppe exposés à des conditions réelles. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 2  Caractéristiques de l’air ambiant La chaleur – Selon le «Petit Robert», en termes de physique, la chaleur se définit comme un «phénomène physique (énergie cinétique de translation, rotation et vibration moléculaires dans une substance) qui se transmet (par conduction, convection et rayonnement) et dont l’augmentation se traduit par l’élévation de température, des effets électriques, de la dilatation, des changements d’état (fusion, sublimation, évaporation)». – Pour résumer de façon simplifiée, la chaleur d’une substance ou d’un corps correspond à l’état d’agitation de ses molécules : plus ses molécules sont agitées, plus il est chaud. – En ce qui a trait au bâtiment, à son enveloppe et à ses occupants, la chaleur se définit sous deux formes : chaleur sensible et chaleur latente. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 3  Chaleur sensible Quand on chauffe l'eau de θ1 = 25 °C à θ2 = 70 °C, on remarque que la température monte au fur et à mesure que de la chaleur y est ajoutée sans que l'état de l'eau change. La hausse de chaleur est appelée chaleur sensible. De la même manière, quand de la chaleur est enlevée d un objet et que sa température baisse, la chaleur retirée est également appelée chaleur sensible. La chaleur qui provoque une modification de la température d'un objet sans modifier son état est appelée chaleur sensible. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 4  Chaleur latente Tous les corps purs sont capables de modifier leur état. Les solides peuvent devenir des liquides (glace en eau) et les liquides peuvent devenir des gaz (eau en vapeur), mais ces transformations nécessitent I'ajout ou le retrait de chaleur. La chaleur qui provoque ces transformations est appelée chaleur latente. Cependant la chaleur latente n'affecte pas la température d'une substance (par exemple, l'eau reste à 100 "C quand elle bout). La chaleur ajoutée pour maintenir I 'eau en ébullition est la chaleur latente. La chaleur qui provoque un changement d'état sans modifier la température est appelée chaleur latente. Une substance peut changer d'état physique de plusieurs façons, il existe donc plusieurs chaleurs latentes : chaleur latente de liquéfaction : quantité de chaleur pour passer de l'état solide à l'état liquide ; chaleur latente de vaporisation : quantité de chaleur pour passer de l'état liquide à l'état gazeux; chaleur latente de condensation : quantité de chaleur pour passer de l'état gazeux à l'état liquide ; chaleur latente de solidification : quantité de chaleur pour passer de l'état liquide à l'état solide. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 5  Caractéristiques de l’air ambiant RAPPEL : Les phases et changements de phase Solide à liquide: énergie absorbée (molécules dispersées) Gaz à liquide: Énergie relâchée (molécules regroupées) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 6  Caractéristiques de l’air ambiant La température – La température est la grandeur physique mesurée qui indique le degré de chaleur d’un corps ou d’une substance. – On mesure la température à l’aide d’un thermomètre à liquide, le plus souvent du mercure ou de l’alcool, d’un thermomètre digital ou d’un psychromètre. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 7  Caractéristiques de l’air ambiant La température – La température ambiante peut aussi être nommée température du bulbe sec (DB, de l’anglais «Dry Bulb») puisqu’on utilise la température du thermomètre ordinaire du psychromètre. – À l’opposé, on nomme température du bulbe humide (WB, de l’anglais «Wet Bulb») la température du thermomètre recouvert d’une gaze humide. – La température du bulbe humide est toujours inférieure à la température du bulbe sec si l’air ambiant n’est pas saturé. Dans le cas où l’air ambiant est saturé, le taux d’humidité relative est de 100 % et les deux températures seront identiques. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 8  Caractéristiques de l’air ambiant L’humidité – Le terme «humidité» fait instinctivement référence à une teneur en vapeur d’eau. Une représentation quantitative de l’humidité est l’humidité spécifique, ou teneur en vapeur d’eau (w, de l’anglais «water»). L’humidité spécifique correspond au poids de l’eau (sous forme de vapeur) contenue dans une unité de poids d’air sec. – La pression de vapeur partielle est une autre représentation quantitative de l’humidité dans l’air. Il s’agit de la pression due à la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant à ce moment. – La pression de vapeur à saturation est la pression lorsque l’air est saturé ou que l’humidité relative est de 100 %. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 9  Caractéristiques de l’air ambiant L’humidité – Il faut savoir qu’à température et pression données, il y a une quantité maximale de vapeur d’eau qu’une masse d’air sec donnée peut contenir. – Lorsque la masse d’air contient sa quantité maximale d’humidité, on dit qu’elle a atteint l’état de saturation : elle ne peut contenir plus d’humidité et tout apport d’humidité supplémentaire résultera en de la condensation. – La quantité maximale de vapeur d’eau qu’une masse d’air donnée peut contenir varie avec sa température: Plus sa température est élevée, plus elle peut contenir d’humidité. Par conséquent, si on abaisse la température d’une masse d’air saturée, il y aura condensation de l’humidité en surplus par rapport à la quantité maximale d’humidité pour l’état de saturation de la masse d’air à la nouvelle température. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 10  Caractéristiques de l’air ambiant L’humidité – L’humidité relative est une autre façon d’exprimer la teneur en eau d’une masse d’air donnée. Donnée sous forme de pourcentage, l’humidité relative (HR) est le rapport entre la pression de la vapeur d’eau contenue dans l’air et la pression de la vapeur d’eau à saturation de la masse d’air. – Le point de rosée (DP, de l’anglais «dew point»), est la température à laquelle une masse d’air donnée serait à l’état de saturation pour la quantité de vapeur d’eau qu’elle contient. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 11  Caractéristique de l’air ambiant L’humidité Température ambiante : 22°C Humidité relative [%] Point de rosée [°C] 100 22 90 20 80 18 70 16 60 14 50 11 40 8 30 3 20 -2 10 -10 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 12  Caractéristiques de l’air ambiant L’humidité – Il est possible de représenter graphiquement les caractéristiques de l’air humide grâce à l’abaque psychométrique. – Pour utiliser l’abaque psychrométrique, il faut connaître un minimum de deux valeurs pour placer un point sur l’abaque, et ainsi trouver les autres données. – L’abaque psychrométrique sert aussi à analyser les conséquences d’interventions comme le chauffage ou le refroidissement, l’humidification ou la déshumidification, l’infiltration d’air ou le mélange contrôlé de l’air ambiant. – Dans le domaine du bâtiment, les données de l’abaque sont surtout utilisées pour analyser la propagation de vapeur d’eau à travers les différents assemblages de mur et évaluer les risques de condensation. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 13  Caractéristiques de l’air ambiant L’abaque psychométrique – Ts (DB) : Température du bulbe sec (°C) – Tr (DP) : Température du point de rosée (°C) – Th (WB) : Température du bulbe humide (°C) – HA (W) : L’humidité absolue (g d’eau/g d’air sec) – HR : L’humidité relative (%) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 14  Caractéristiques de l’air ambiant L’abaque psychométrique Ex: Ts /DB: 22 °C HR: 34% On peut trouver: Tr /DP Th /WB HA/W (kgeau /kgair sec) (°C) (°C) 5.5 13 5.7 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 15  Condensation L’air chaud peut contenir plus de vapeur d’eau que 17 g l’air froid! Contenu en humidité (g eau/kg air) Courbe de saturation – HR 100 % 7g 94 % RH 2.2 g 1.6 g 53 % RH -5° 8° 22° Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 16  Condensation (charte psychrométrique) 40 % HR ≤ 8° C 22° C 40 % RH - Ralentir le mouvement de vapeur d’eau - pare-air/vapeur 8° 22° Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 17  L’air chaud peut contenir plus de quantité de vapeur d’eau que l’air froid Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 18  Réduire le risque de condensation 40 % RH: 8° C 35 % RH: 6° Point de rosée (22° C): fuites Température intérieure : 22° C 30 % RH: 3.5° 25 % RH: 1° d’air Revêtement Isolant rigide Isolant rigide 4 Isolant rigide 2 non-isolant pouces (R-20) pouces (R-10) 1 pouce (R5) R19 R19 R20 R19 Temp. Extérieur - 5° C - 4° 2° 22° 6° - 10° C - 9° - 1° 21° 4° Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 19  Effets du niveau d’humidité relative sur la prolifération de divers contaminants et sur la santé des occupants Zone Optimale Batéries Virus Champignons Mites Infections des voies respiratoires Rhinites allergiques et asthme Interactions chimiques Production d’Ozone Source: Guide pratique Novoclimat, GPNC) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 20  Le mouvement de l’humidité – L’enveloppe du bâtiment, des fondations à la toiture, est soumise à des mouvements d’humidité à longueur d’année. L’humidité peut se présenter sous différentes formes : solide (glace ou givre), liquide (eau) ou gazeuse (vapeur d'eau). L’humidité peut provenir de l'extérieur, de l'intérieur ou du sol. – L’humidité, sous toutes ses formes et d’où qu’elle provienne, est sans aucun doute la principale cause des dommages observés aux composantes de l’enveloppe du bâtiment. – L’humidité et ses mouvements à travers l’enveloppe du bâtiment ne peuvent pas être éliminés complètement. C’est pourquoi il faut s’assurer de gérer la quantité d’humidité qui pénètre dans l’enveloppe du bâtiment de même que le temps qu’elle prend pour en ressortir, de façon à ne pas entraîner la détérioration des matériaux. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 21  Le mouvement de l’humidité – Les mouvements d’humidité à travers l’enveloppe du bâtiment se manifestent principalement par : La pénétration de la pluie : Infiltration d’humidité par les discontinuités du parement extérieur et par les éléments qui le traversent, comme les fenêtres, les portes, les conduits. Les fuites d’air : Transport d’humidité par les ouvertures dans ou aux jonctions entre les matériaux de l’enveloppe du bâtiment. La diffusion de la vapeur d’eau : Mouvement d’humidité au niveau moléculaire à travers les matériaux de construction. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 22  Le mouvement de l’humidité La pénétration de la pluie – L’infiltration d’eau dans l’enveloppe du bâtiment est un problème fréquent et elle constitue la principale cause des problèmes liés à l’accumulation d’humidité. – Les causes les plus communes sont conséquentes à une mauvaise conception des détails, à la méconnaissance des propriétés des matériaux ou encore à une mauvaise exécution, par un manque de contrôle de la qualité et/ou par un manque d’entretien. – Pour que l’eau s’infiltre dans un mur, il faut la présence simultanée des trois éléments suivants : 1 la présence d’eau à la surface du mur; 2 un orifice par lequel l’eau peut s’infiltrer; 3 une force pour faire pénétrer l’eau à travers les orifices. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 23  Le mouvement de l’humidité La pénétration de la pluie – Un des moyens de contrer la pénétration de la pluie consiste à minimiser ou à composer avec les forces qui poussent ou aspirent vers l’intérieur l’eau ayant atteint la surface extérieure du mur, soit: l’énergie cinétique; la gravité; les différences de pression d’air; la tension superficielle; la capillarité. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 24  Le mouvement de l’humidité L’énergie cinétique : – Les gouttes d’eau sont en mouvement parce qu’elles tombent et également parce qu’elles sont poussées par le vent. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 25  Le mouvement de l’humidité La différence de pression d’air : – Si la pression que subit la paroi extérieure du mur est supérieure à celle qui s’exerce sur l’intérieur du mur, l’eau pourra être poussée de l’extérieur vers l’intérieur à travers les ouvertures du mur. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 26  Le mouvement de l’humidité La gravité : – Sous la force de la gravité terrestre, tout corps ou substance est dirigé vers le bas. L’eau s’infiltrera par toute ouverture présente sur son parcours en descendant le long de la paroi murale. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 27  Le mouvement de l’humidité La tension superficielle: – Est causée par la force d’attraction des molécules d’eau entre elles. Lorsque l’eau est en contact avec une surface dont la tension superficielle est plus faible que la sienne, les molécules resteront groupées et on pourra observer la formation de gouttes. – Par contre, cette tension superficielle n’est pas assez forte à elle seule pour faire pénétrer l’eau dans l’assemblage mural. Elle doit être combinée à au moins une autre force. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 28  Le mouvement de l’humidité La tension superficielle: – Plusieurs matériaux de construction ont une tension superficielle plus élevée que celle de l’eau, particulièrement les matériaux rugueux comme la brique. – D’autres matériaux, comme le silicone ou le polyéthylène, ont une tension superficielle plus faible que celle de l’eau, qui forme alors des gouttes à leur surface. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 29  Le mouvement de l’humidité La capillarité: – Est une force par laquelle l’eau est aspirée dans les petites fissures et cavités des murs ou encore dans les pores des matériaux. Cette aspiration est en fait créée par la tension superficielle, c'est-à-dire la force d’attraction entre les molécules d’eau et les molécules à la surface des craques ou pores. – L’absorption d’humidité dans des matériaux dont une extrémité est en contact avec l’eau est un exemple de l’action capillaire. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 30  Le mouvement de l’humidité La diffusion de la vapeur d’eau – La diffusion est le processus selon lequel les molécules de vapeur d’eau migrent à travers un matériau. Le taux de diffusion de vapeur d’eau à travers un assemblage dépend de : la résistance à la diffusion de vapeur d’eau des matériaux constituant l’assemblage (perméance à la vapeur d’eau). la différence de pression de vapeur de part et d’autre d’un ensemble de construction. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 31  Le mouvement de l’humidité La « perméance à la vapeur d’eau » – La perméance à la vapeur d’eau «M» d’un matériau permet de caractériser sa capacité à laisser passer la vapeur d’eau. Elle correspond à la quantité de vapeur d’eau, habituellement en nanogrammes, transmise à travers la surface d’un matériau par seconde, mètre carré et pascal (ng/s m2 Pa). – La perméance à la vapeur d’eau considère l’épaisseur spécifique des matériaux (ng/s m2 Pa) alors que la perméabilité considère une épaisseur d’un mètre de matériau (ng/s m Pa). – Matériau pare-vapeur: max. 60 ng/(Pa*s*m2 ); (CCQ 2010) se trouve du coté chaud – la pression de vapeur de chaque côté du matériel pare-vapeur dépend de la température et la quantité d’humidité dans l’air Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 32  Le mouvement de l’air La « perméabilité à l’air » – La « perméabilité à l’air » réfère à la capacité d’un matériau ou d’un assemblage de laisser passer l’air. Elle est définie par le nombre de litres d’air qui traverse 1 m2 du matériau ou de l’assemblage à chaque seconde lorsque soumis à un différentiel de pression d’air spécifique. – S’exprime donc en L/s m2 à un différentiel de pression d’air de référence. – Exemple : Membrane de polyéthylène 6 mil : non mesurable peut être Pare air et pare vapeur Membrane d’oléfine filée-liée : 0,002 Membrane bitumineuse autoadhésive : 0,0002 Panneau de fibres imprégné d’asphalte (13mm ou ½ po) : 0,83 Panneau de gypse (13mm ou ½ po) : 0,01 Panneau de contreplaqué (9,5mm ou 5/16 po) : non mesurable Polystyrène expansé (25mm ou 1 po) : 0,12 Polystyrène extrudé (25mm ou 1 po) : non mesurable * Matériau par air: 0,02 L/sec/m2 @ 75 Pa. ; (CCQ 2015) système par air 0.2L/sec/m² Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 33  Le mouvement de l’air Les mouvements d’air et humidité – Bien que plusieurs matériaux de construction soient très peu perméables à l’air, il est très difficile d’éliminer entièrement les discontinuités. Le différentiel de pression d’air est la force motrice qui fera que l’air tendra à se déplacer d’un endroit à l’autre. Les caractéristiques de perméabilité à l’air du séparateur détermineront la quantité d’air et d’humidité qui pourra passer d’un environnement à l’autre Par conséquent, il est pratiquement inévitable que des mouvements d’air se produisent à travers les assemblages d’enveloppe du bâtiment. Ceux-ci ont un impact important sur le rendement des murs qui sera différent selon qu’il s’agit d’exfiltration ou d’infiltration. Exfiltration = chaleur + humidité intérieur s’échappant vers l’extérieur Infiltration = entrée d’air froid à l’intérieur + courants d’air Exfiltration et infiltration = pertes d’énergie + coûts de chauffage excessifs Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 34  Le mouvement de l’air Le «différentiel de pression d’air» – Dans le domaine du bâtiment, le différentiel de pression d’air réfère à la différence de pression d’air nette entre deux ou plusieurs environnements. – Ce différentiel peut être positif ou négatif. – On peut aussi rencontrer des zones de pression positive et des zones de pression négative au même moment dans un bâtiment donné. – L’environnement extérieur sert de référence de base, mais les espaces contigus peuvent aussi être considérés les uns par rapport aux autres. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 35  Le mouvement de l’air Bâtiment en pression positive – Lorsqu’un bâtiment est en pression positive, cela signifie que la pression d’air de l’environnement intérieur est supérieure à la pression d’air extérieure. Une pression de bâtiment positive favorise le mouvement de l’air de l’intérieur vers l’extérieur. C’est «l’exfiltration». Bâtiment en pression négative – Lorsqu’un bâtiment est en pression négative, cela signifie que la pression d’air de l’environnement intérieur est inférieure à la pression d’air extérieure. Une pression de bâtiment négative favorise le mouvement de l’air extérieur vers l’intérieur. C’est «l’infiltration». Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 36  Le mouvement de l’air Régime de pression d’un bâtiment – Dans un même bâtiment, on peut retrouver des zones dont la pression d’air sera différente par rapport aux zones adjacentes. Les différences de pressions peuvent être causées par la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur, le vent, les appareils à combustion et les systèmes mécaniques. – Le régime de pressions d’air d’un bâtiment peut donner des informations sur la distribution des ouvertures dans le bâtiment. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 37  Le mouvement de l’air Les variations de pressions d’air – Alors que les conditions de température et d’humidité relative de part et d’autre de l’enveloppe varient relativement lentement, les pressions d’air peuvent varier extrêmement rapidement. Ces variations de pression d’air peuvent être induites entre autres par : L’effet du vent ; L’effet de la température ; L’effet de tirage des cheminées ; L’effet de la ventilation mécanique. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 38  Le mouvement de l’air L’effet du vent – Lorsque le vent frappe la façade d’un bâtiment, sa force de déplacement se transforme en poussée sur le bâtiment. Cela crée une hausse de pression d’air sur la façade exposée au vent, forçant l’air extérieur à pénétrer l’enveloppe du bâtiment. – Aux endroits où le vent est dévié sur les côtés ou au-dessus du bâtiment, il se produira plutôt un effet de succion sur l’enveloppe du bâtiment. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 39  Le mouvement de l’air – En hiver, I'air intérieur est plus Effet de la température chaud que I’air extérieur et a donc une densité plus faible que celle de l'air extérieur. Cette différence de densité engendre une différence de pression à travers l'enveloppe. – La température intérieure crée également un effet de tirage qui résulte en des phénomènes d'infiltration d'air dans les parties basses d'un édifice et d'autres d'exfiltration dans les parties les plus élevées. – À la transition entre les deux portions du bâtiment il y a une zone où la différence de pression est très faible, appelé le plan de pression neutre. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 40  Le mouvement de l’air L’effet de tirage des cheminées Les gaz de combustion sont très chauds et possèdent de ce fait une basse densité. Pour cette raison, ils s'élèvent très rapidement dans la cheminée et tendent à dépressuriser I'air intérieur de l’édifice. Cet effet se traduit par un phénomène général d’infiltration d’air à travers toutes les parties de l'enveloppe Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 41  Le mouvement de l’air L’effet de la ventilation mécanique Les pressions à I'intérieur d’un bâtiment sont influencées par tout déséquilibre de I'air admis et expulsé par les systèmes de ventilation et de climatisation. Une admission excessive d'air peut engendrer une pressurisation de l'édifice, associée à un phénomène d'exfiltration d'air. Un excès dans I'expulsion d'air, au contraire, peut être source d'infiltration. D’où la nécessité d’équilibrer le système de ventilation. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 42  Pare air vs. Pare vapeur PARE VAPEUR PARE AIR Résister à la diffusion de la vapeur Resister au mouvements de l’air à d’eau à travers l’enveloppe travers l’enveloppe Joints chevauchés 100 mm (4 po) min. Être continu sur toute l’enveloppe Durable Être durable Installé du côté chaud Être flexible (mouvements dê la structure) Unités: ng/(Pa*s*m2); plus la valeur est grande plus le matériau laisse passer la Pas être affecter par la présence d’eau vapeur d’eau Peut être installé du côté intérieur ou extérieur de l’assemblage Matériau, max. 0,02 L/(s*m2) Matériau, max. 60 ng/(Pa*s*m2) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 43  Perméance à la vapeur d’eau/air de divers matériaux Source: Code national du bâtiment du Canada 2010 Annexe A (A-9.25.1.2.) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 44  Le mouvement de l’air L’apport d’air frais – Si l’on construit une enveloppe très étanche à l’air, il faudra prévoir un moyen d’évacuation d’air mécanique tout en s’assurant qu’une quantité adéquate d’air de remplacement soit fournie par le système mécanique pour éviter les infiltrations d’air au travers l’enveloppe. VRC Les poumons du bâtiment Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 45  Le mouvement de l’air La quantification des fuites d’air – Les infiltrations d’air dans un bâtiment sont dues à des différences de pression engendrées soient par le vent, soit par l’écart entre les températures intérieures et extérieures, et sont rendues possibles par les défauts d’étanchéité de l’enveloppe. – Différentes méthodes peuvent être utilisées pour évaluer l’étanchéité à l’air de l’enveloppe d’un bâtiment. – Une méthode consiste à un essai d’infiltrométrie. Il s’agit de créer un différentiel de pression d’air (ΔP) à travers la portion de l’assemblage mise à l’essai et de mesurer le débit d’air nécessaire pour maintenir ce différentiel de pression. Plus le débit d’air requis pour maintenir le ΔP est fort, plus la portion de l’enveloppe à l’essai est «trouée». – La norme CAN ULC S742 est utilisée pour évaluer la performance des SYSTÈMES Pare-air en laboratoire et leur assigné une classification Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 46  Essai d’infiltrométrie Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 47  Essai d’infiltrométrie (équipement) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 48  Essai d’infiltrométrie Mesures: - Différentiel de pression de 50 Pa entre l’intérieur et l’extérieur - Débit d’air (CFM ou l/sm2) - Le volume intérieur CAH50= CFM50* 60/volume intérieur Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 49  Interprétations des résultats de l’essai d’infiltrométrie 5 5 4,5 4 3,5 CAH50 3 2,5 2,5 1,7 2 1,5 0,8 1 0,5 0 4"x4" 8"x8" 10"x10" 14"x14" Ouverture Équivalente 1 po2 d’ouverture consomme entre $1.75 et $3.50 d’électricité en chauffage annuellement Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 50  Norme CAN ULC S742 Classification des systèmes pare-air Norme CAN ULC S741 Matériel pare-air Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 51  Fin du cours # 2 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 52  Le mouvement de chaleur – Il y a toujours un mouvement de chaleur entre deux éléments ayant des températures différentes ou à travers un matériau dont les surfaces sont exposées à des températures différentes. Cet échange se produit toujours de l’élément le plus chaud vers le plus froid et se poursuit jusqu’à l’équilibre, c’est-à-dire jusqu’à ce que les deux éléments atteignent la même température. CHAUD FROID Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 53  Le mouvement de chaleur Le «Gradient de température» : Lorsque les températures sont différentes de chaque côté d’un matériau ou d’un assemblage, la température n’est pas la même à travers toute son épaisseur. – Le gradient de température est plus prononcé à travers le matériau isolant. Ceci s’explique par le fait que le matériau isolant ne laisse pas bien passer la chaleur. – La surface exposée au côté froid restera donc plus froide, et celle exposée au côté chaud plus chaude. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 54  Le mouvement de chaleur Mouvement statique ou dynamique – Le mouvement de chaleur peut se produire selon un mode statique ou dynamique. – Dans le mode statique, les températures, et par conséquent le taux de transfert de chaleur, ont atteint un état d’équilibre qui ne varie pas dans le temps. – Dans le mode dynamique, les températures et le taux de transfert de chaleur varient dans le temps. Il y aura donc des variations du gradient de température dans le temps. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 55  Le mouvement de chaleur Processus statique de mouvement de chaleur Au départ, la température à l’intérieur du congélateur est la même que la température ambiante de la boucherie et il n’y a pas de gradient de température à travers les murs du congélateur. On branche le congélateur et le congélateur atteint éventuellement sa température d’opération, -10C. Le système atteint l’état d’équilibre et il y a un gradient de température à travers les murs du congélateur. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 56  Le mouvement de chaleur Processus dynamique de mouvement de chaleur On maintient habituellement une température constante à l’intérieur d’un bâtiment. Par contre, la température extérieure variera tout au long de la journée. Cela implique que le système ne sera jamais vraiment en état d’équilibre et que le gradient de température variera, selon l’ensoleillement et la température extérieure. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 57  Le mouvement de chaleur Mouvements de chaleur à travers l’enveloppe d’un bâtiment CONVECTION : un corps qui se déplace emmène la chaleur qu'il contient. La quantité de chaleur ainsi transportée peut être importante, notamment dans le cas d'un changement de phase ; RAYONNEMENT : tous les corps émettent de la lumière, en fonction de leur température, et se font eux-mêmes chauffer par la lumière qu'ils reçoivent. La chaleur se propage par les ondes ultraviolets, infrarouges ou par la lumière visible. CONDUCTION : la chaleur passe d'un corps à un autre, par contact ; Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 58  Le mouvement de chaleur (convection) La transmission de la chaleur peut s’effectuer par le mouvement d’un fluide comme l’eau ou l’air Augmentation du volume de la masse de gaz composant l’air qui amène un changement de masse volumique. Dans un environnement où il y a de l’air plus frais et plus lourd, celui-ci aura tendance à aller vers le bas alors que l’air chaud ira vers le haut Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 59  Exemples de convection L’air circulant dans un thermos L’air circulant via une cage d’escalier L’air circulant à travers une plinthe électrique Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 60  Convection à l’intérieur d’une cavité murale L’air refroidi descend L’air réchauffé monte Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 61  Le mouvement de chaleur (convection) Bien installer les isolants fibreux pour éliminer l’écoulement de chaleur par convection Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 62  Le mouvement de chaleur (convection) Fenêtres L’espace d’air entre les vitrages d’une fenêtre permet l’écoulement de la chaleur par convection. Comment atténuer cet effet? En remplissant l’espace avec un gaz inerte (argon ou krypton), ce qui ralentit l’effet de convection. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 63  Le mouvement de chaleur (convection) Comment éviter ce problème avec panneaux isolants rigide? Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 64  Le mouvement de chaleur Le rayonnement – Toute matière émet du rayonnement à sa surface lorsque sa température est au-dessus du zéro absolu (0 K ou -273.16C). Ce rayonnement est émis sous forme de photons ou ondes, de différentes longueurs d’onde. – Il y aura un échange d’énergie entre des corps ayant des températures différentes, toujours du corps le plus chaud vers le corps le plus froid. Il s’agit d’un transfert direct d’énergie qui ne requiert pas l’aide d’un médium comme l’air ou l’eau, ni de contact. – La quantité de rayonnement que deux corps s’échangeront dépendra de la différence de température entre les deux corps, de la distance entre eux, de l’aire des surfaces exposées et de l’angle d’exposition entre ces surfaces. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 65  Exemples de rayonnement Le soleil Une ampoule électrique Une lampe chauffante Un grille-pain Les poêles à combustion et les foyers Les planchers radiants Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 66  Le mouvement de chaleur Le rayonnement et les occupants Dans le bâtiment, les échanges par rayonnement ont aussi un impact sur le confort des occupants. Lorsque la surface d’une fenêtre est froide, les occupants, dont le corps est chaud, perdront leur chaleur vers la fenêtre même si la température de l’air intérieur ambiant est élevée. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 67  Le mouvement de chaleur (rayonnement) Processus de transmission de la chaleur sous forme d’ondes Ondes ultraviolet Ondes infrarouges Lumière visible Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 68  Le mouvement de chaleur (rayonnement) La chaleur radiante se propage en ligne droite, comme la lumière, dans toutes les directions. Elle traverse les corps transparents*. Elle est réfléchie par les surfaces brillantes. Elle est arrêtée et emmagasinée (absorbée) par les corps opaques. Elle réchauffe les objets qu’elle touche sans réchauffer l’air à travers lequel elle voyage. * Selon la longueur d’onde Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 69  Le mouvement de chaleur (rayonnement) Fenêtres Le vitrage clair d’une fenêtre laisse passer les ondes de chaleur radiante vers l’intérieur (hausse de la demande de climatisation l’été) et vers l’extérieur (pertes de chaleur l’hiver). Comment atténuer cet effet? En appliquant une pellicule à faible émissivité (low-e) sur ou entre les vitrages. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 70  Le mouvement de chaleur Masse thermique Le plancher de béton d’une maison emmagasinera la chaleur du soleil pendant la journée. Pendant la nuit, alors qu’il n’y a plus de source de chaleur et qu’il fait plus froid, le plancher réémettra dans la maison la chaleur qu’il aura accumulée. Au matin, et jusqu’à ce qu’il ait absorbé beaucoup de chaleur, le plancher donnera une impression de fraîcheur. Ainsi, la masse thermique peut servir à la fois d’apport «passif» de chauffage solaire et de climatisation. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 71  Le mouvement de chaleur (rayonnement) Matériaux réfléchissants Ces matériaux réfléchissent les ondes de chaleur radiante. Ils doivent être les plus lustrés possible. Pour bénéficier de l’effet réfléchissant, ces matériaux doivent être parés d’un espace d’air fermé (permet d’éviter au maximum la convection). Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 72 Le mouvement de chaleur (rayonnement) Matériaux réfléchissants Ces matériaux réfléchissent les ondes de chaleur radiante Ils doivent être les plus lustrés possible Pour bénéficier de l’effet réfléchissant, ces matériaux doivent être parés d’un espace d’air fermé (permet d’éviter au maximum la convection). Source : Agence de l’Efficacité Énergétique du Québec Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 73  Le mouvement de chaleur (rayonnement) Matériaux réfléchissants CCQ 2010 Lame d’air entre matériaux non réfléchissants 20mm = R-1.02 Lame d’air entre matériaux réfléchissants d’un seul côté 20mm = R-2.32 Lame d’air entre deux matériaux réfléchissants 20mm = R-3.46 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 74  Le mouvement de chaleur (rayonnement) Matériaux réfléchissants Peut aider à réduire les coûts de climatisation pendant la période de climatisation Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 75  Le mouvement de chaleur La conduction Le mouvement de chaleur par conduction est un échange d'énergie direct entre deux corps en contact qui ne sont pas à la même température. Le mouvement de chaleur par conduction est proportionnel à la conductivité du matériau et au différentiel de température entre les deux surfaces du matériau. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 76  Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques – Lorsque les éléments d’un assemblage de mur extérieur ayant une résistance au passage de la chaleur plus faible que celle des autres composantes sont exposés aux conditions intérieures et extérieures, ils constituent des points faibles qu’on appelle ponts thermiques. – Les ponts thermiques peuvent résulter de l’utilisation d’un matériau très conducteur, d’une méthode de construction inappropriée ou d’un assemblage inadéquat. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 77  Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques Les éléments du bâtiment constituant un pont thermique doivent/devraient être recouverts de matériaux isolants. Le matériau isolant doit couvrir les éléments constituant un pont thermique : – par l’extérieur; – par l’intérieur; ou – par une combinaison des deux. L’acier est plus Pas d’isolant sur la structure Isolant sur la structure par l’extérieur conducteur que le bois Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 78  Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques Isolant continue a l’extérieur et Isolant continue a l’extérieur et ossature vide isolant dans cavité ossature Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques 79 Diapo n°: 79 Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques (avantage d’isoler dans la cavité) Courbe bleue Courb verte Contribution d’un isolant en nattes installé dans la cavité à la résistance thermique globale de l'assemblage (60 % de la résistance thermique nominale pour les ossatures de 2x4 et 55 à 60 % pour les ossatures de 2x6) Ajout d’un isolant en nattes R-12 dans la cavité : + R-7.5 à la résistance thermique de l’assemblage Ajout d’un isolant en nattes R-20 dans la cavité : + R-9 à la résistance thermique de l’assemblage Ajout d’un isolant en nattes R-22.5 dans la cavité : +R-10 à la résistance thermique de l’assemblage Ajout d’un isolant en nattes R-24 dans la cavité : + R-11 à la résistance Source : Thermal Bridging in Exterior Insulated Steel Stud Assemblies, Volume 2012: Morrison & Hershfield thermique de l’assemblage Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 80 Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques (avantage d’isoler dans la cavité) OSSATURE EN ACIER AVEC ISOLANT EN FIBRES MINÉRALES ET PANNEAU MÉTALLIQUE FIXÉ À L’AIDE DE SUPPORTS EN ALUMINIUM ISOLÉS THERMIQUEMENT ET D’UN RAIL VERTICAL Valeur R-20eff requise pour la Zone 5 Valeur R-23eff requise pour la Zone 6 Isolant continu de 6 à 7 pouces requis dans une ossature à cavité vide pour obtenir une valeur R-20eff ou R-23eff Réduction de 3 pouces de l'épaisseur de l'isolant extérieur en installant un isolant en nattes R-20 dans la cavité de l’ossature Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 81 Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques (avantage d’isoler dans la cavité) RATIO ISOLATION EXTÉRIEUR PAR RAPPORT ISOLATION TOTAL NOMINAL POUR ÉVITER RISQUE DE CONDENSATION INCLUANT FUITES D’AIR Humidité Relative Intérieur T extérieur (⁰C) Pas de pare-vapeur du côté intérieur PV sur le revêtement intermédiaire entre les 2 isolants Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 82  Le mouvement de chaleur (conduction) Isolant continu et système de fixation pour revêtement rigide PAS EFFICACE BON Attache et rail : Liernes verticales en z Liernes horizontales en z Liernes de croisement en z acier inoxydable/galvanisé MEILLEUR OPTIMAL Attache et rail : attaches en T en aluminium Attaches isolées Attaches en fibre de verre Vis longues à travers thermiquement l’isolant Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 83  Le mouvement de chaleur (conduction) Isolant continu et système de fixation pour revêtement rigide 5 pouces Isolant extérieur (R-20) R-20 R-11 R-13.1 R-15.4 R-14.3 R-16.4 R-17.5 R-22.7 Source : Thermal Bridging in Exterior Insulated Steel Stud Assemblies; Volume 2011; Morrison & Hershfield Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 84 Le mouvement de chaleur (conduction) Isolant continu et système de fixation pour revêtement rigide https://isoclips.com/isoclip-structural-calculator/ Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 85  Le mouvement de chaleur (conduction) Isolant continu et système de fixation pour revêtement rigide Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques 86 Diapo n°: 86 Le mouvement de chaleur (conduction) Isolant continu et système de fixation pour revêtement rigide IMPACT DU TYPE DE FIXATION DES REVÊTEMENTS SUR LA RÉSISTANCE THERMIQUE DE L'ISOLANT EXTÉRIEUR EFFICACE PAS BON MEILLEUR OPTIMAL 75% 95% 50% Source : Cladding Attachment Solutions For Exterior-Insulated Commercial Walls: RDH, avril 2018 V4 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 87 Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques murs opaques (avantage d’isoler dans la cavité) Nouveau Code énergétique Québec Reffective 20.4/23 50 % d’efficacité de l’isolant 75 % d’efficacité de 95 % d’efficacité de l’isolant extérieur l’isolant extérieur Extérieur (visses en acier inoxydable) Ossature d’acier 2x6 @ 16 po c.-à-c., revêtement de gypse extérieur ½” et gypse intérieur ½” (R-4.2/ po pour isolant extérieur) R-20 R-20 R-20 R-20 Barres Z horizontales et 8 po à 10 Attaches isolées et 5.5 po à 6.5 Longues vis et 4.5 po à 5 po d’isolant Cavité vide po d’isolant extérieur po d’isolant extérieur extérieur avec haute résistance à la Reffective ~3.1 compression Attaches isolées et 3 po à 4 Longues vis et 2.25 po à 3 po d’isolant Ajout d’un isolant R-20 dans la Barres Z horizontales et 4 po à 5.5 po d’isolant extérieur po d’isolant extérieur extérieur avec haute résistance à la cavité compression (+ R-8.5 effective dans la cavité R-11.6 effective assemblage) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 88 Les isolants ayant une résistance à la compression élevée permet de fixer le revêtement à travers l’Isolant a l’aide de longues visses Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 89  Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques aux jonctions Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 90  Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: parapet Bris thermique structurel Parapet isolé au pourtour Ψ = 0.076 W/m·K Ψ = 0.209 W/m·K Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 91  Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: jonction mur et mur de fondation Scénario A Scénario B Ψ=0.36 (W/mk) Ψ=0.05 (W/mk) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 92  Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: bandes de dalles de plancher Cornières d’appui continues ~40-50 % de perte de la valeur R Dalle isolé avec pont thermique Dalle isolé sans pont thermique Support à maçonnerie Cornières d’appui sur plaques déportées seulement ~15 %-20 % de perte de valeur R Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 93  Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: balcons BALCONS Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 94 Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: balcons Bris thermiques aux dalles de balcon en porte-à-faux ▪ Dalle en porte-à-faux avec bris thermique structurel ▪ Porte alignée avec bris thermique Ψ = 0.39 à 0.74 W/m·K Rendement modéré Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 95 Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: balcons Dalles de balcon avec supports intermittents ▪ Dalle supportée par connexions intermittentes Ψ = 0.046 W/m·K χ = 0.012 W/K Rendement efficace Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 96 Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: jonctions fenêtres Scénario A Scénario B Ψ=0.27 (W/mk) Ψ=0.07 (W/mk) *Isolant R20 cavité plus R8.4 côté extérieur Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 97 Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: fenêtres Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 98  Ponts thermiques Alignement des fenêtres Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 99  Ponts thermiques Alignement des fenêtres Principe de continuité de la barrière thermique à la jonction avec les fenêtres Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 100  Le mouvement de chaleur (conduction) Fenêtres La résistance thermique d’un vitrage simple est relativement faible. L’écoulement de la chaleur par conduction est considérable. Comment atténuer cet effet? En superposant un 2ème vitrage hermétique et espacé du 1er vitrage (verre thermos). Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 101  Le mouvement de chaleur (conduction) Pont thermique: pénétrations Bris thermique structural SCHOCK Bris thermique balcons LENTON Bris thermique structural FABREEKA Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 102 Le mouvement de chaleur (conduction) L’importance d’adresser les ponts thermiques Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 103 Le mouvement de chaleur (conduction) L’importance d’adresser les ponts thermiques EX. : RÉSISTANCE THERMIQUE D’UN ASSEMBLAGE DE MUR Valeur R totale de Valeur R effective totale de Valeur R effective totale de l’assemblage de murs l’assemblage de murs (CNÉB 2017) RSI totale l’assemblage de murs (CNÉB 2015) RSI effective RSI effective dépréciée Prise en compte de la transmission Total dedetoutes Addition les résistances la résistance thermique des Le transfert thermique par les éléments thermique Le transfert thermique à travers lespar les jonctions éléments de matériaux alignés avec la Prise en cavité isolée. compte de la transmission d’ossature est considéré dans le calcul entre les composants, par exemple entre thermiques de tous les structure et de la transmission à La résistanceàthermique decavité thermique la façade est à travers les éléments de la résistance thermique. de le mur et la dalle de plancher, les matériaux travers la grandement surestimée. La résistance thermique de la façade est travers structure les jonctions fondations et le toit, :est mur et dalle, considéré dans surestimée. murle et murdede calcul fondation,thermique. la résistance mur et Exemple : RSI = 7,45 parapet, coins,thermique La résistance bord de de fenêtre au la façade R42 Exemple : RSIeff = 4,50 mur... calculée s’approche de la résistance R-42 R-26 R26 thermique réelle du mur. R-13 Exemple : RSIeff dépréciée = 2,30 R13 Source : Document de travail TEQ Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 104  GUIDE SUR LES PONTS THERMIQUES ET SOLUTIONS D’ENVELOPPES DU BÂTIMENT DE BC HOUSING https://www.bchousing.org/research-centre/library/residential-design-construction/building-envelope-thermal-bridging-guide Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 105 GUIDE SUR LES PONTS THERMIQUES ET SOLUTIONS D’ENVELOPPES DU BÂTIMENT DE BC HOUSING  = 0.088 W/m K  = 0.080 W/m K Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 106  GUIDE SUR LES PONTS THERMIQUES ET SOLUTIONS D’ENVELOPPE DU BÂTIMENT DE BC HOUSING BETB Application sur Internet https://thermalenvelope.ca/ Rechercher et comparer des détails et des assemblages Calculatrice thermique intégrée Outils de collaboration Ressources éducatives Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 107 AUTRES GUIDES Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 108 Le mouvement de chaleur (conduction) Ponts thermiques Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 109  Materiaux Isolants & Calculs de la Resistance Thermique Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 110  Le mouvement de chaleur La conduction PIus un matériau est dense, plus les molécules sont rapprochées, plus l’agitation moléculaire peut se transmettre d'une molécule à l'autre et plus l'échange de chaleur par conduction est intense. C'est ce qui explique l'intérêt des matériaux légers utilisés en isolation thermique. Cette capacité d'un corps à favoriser le transfert de chaleur est la conductivité thermique (λ). Elle se définit par le flux de chaleur par mètre carré, traversant un mètre d'épaisseur d'un matériau homogène pour une différence de température d'un degré entre les deux faces du matériau: 𝑞 𝑒 𝒌= ∗ 𝐴 ∆𝑇 Où : k = conductivité thermique en watts par mètre-degrés Celsius (W/m-°C) q = flux thermique de chaleur en watts (W) A = surface du matériau en mètres carrés (m2) e = épaisseur du matériau en mètres (m) Δ T = différence de température en degrés Celsius (°C) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 111  La résistance thermique d’un matériau La « résistance thermique » – Dans le domaine de la construction, on réfère souvent au concept de la résistance thermique (valeur RSI) qui est exprimée en m2 K/W. Cette dernière est la capacité d’un corps à s’opposer au transfert de la chaleur. – RSI = 1 x épaisseur spécifique. k SI – K = conductivité thermique – Exemples de valeurs RSI : Bloc de béton 140 mm : RSI = 0,19 Brique d’argile 100 mm : RSI = 0,07 Polystyrène extrudé 50 mm : RSI = 1,75 Contreplaqué 16 mm : RSI = 0,14 Gypse 13 mm : RSI = 0,08 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 112  La résistance thermique d’un matériau (RSI vs R) La « résistance thermique » – Même si c’est le système métrique (SI) qui est utilisé au Canada, les valeurs données pour les matériaux de construction en Amérique du Nord sont encore souvent en unités du système impérial, dans lequel la «Valeur R» est exprimée en : ft2 °F hr/Btu. – Il est donc important de bien vérifier les unités de la valeur donnée! Pour convertir valeur R en RSI : R = RSI x 5,678 et de RSI à la valeur R : RSI = R / 5,678 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 113  Matériaux isolants (conductivité thermique) Tous les matériaux ont une conductivité thermique 𝒌, (W/m°C) et une résistance thermique (RSI ou R) en m2 °C/W pour une épaisseur donnée (béton, bois, brique, gypse, etc.) Certains matériaux sont spécialement conçus pour résister à l’écoulement de la chaleur par conduction; (isolant en fibre de verre , polystyrène et autres). 𝐤 = 𝟏. 𝟎𝟓 𝒌 =0.16 𝒌 =0.15 𝐤 = 𝟎. 𝟏𝟏 𝒌 =0.04 𝒌 =0.03 R-0.35 (2.5”) R-0.44 R-0.61 R-1.23/po R-3,5/po R-5/po RSI-0.06 (63 mm) RSI-0.08 RSI-0.11 RSI-0.22 RSI-0.62 RSI-0.88 Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 114  Le coefficient de transmission de la chaleur U Coefficient de transmission de chaleur «U» – On réfère aussi souvent à un coefficient de transmission de chaleur «U» plutôt qu’une Valeur RSI. Ce coefficient indique la quantité de chaleur qui traverse un mètre carré de surface d’un assemblage d’une épaisseur particulière en une seconde, lorsque la différence de température de l’air entre les deux côtés de la surface est d’un kelvin. – Elle est donc équivalente à la conductance CSI. On utilise le plus souvent le coefficient «U» pour exprimer la conductance globale d’un assemblage comportant des matériaux différents et des éléments d’ossature. – Le coefficient U est exprimé en watt par mètre carré par kelvin (U = W/m2 K), soit l'inverse de la résistance thermique «RSI». Aux États- Unis, la Valeur «U» est exprimée en Btu/hr ft2 °F. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 115  Calcul de la résistance thermique Calcul de la résistance thermique : La valeur «RSI» – La résistance thermique des matériaux individuels est mesurée à l’aide d’essais faits en laboratoire qui sont relativement simples à réaliser. On peut aussi mesurer la résistance thermique d’assemblages, mais ces essais sont beaucoup plus complexes. – Pour les assemblages, on peut calculer résistance effective a selon des méthodes de calculs ASHRAE, par essais en laboratoire ou par modélisation. – La méthode de calcul à utiliser sera différente selon qu’il s’agit d’assemblages avec des couches homogènes ou non. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 116  Matériaux isolants Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 117  Les matériaux isolants Types: Vrac Matelas Panneaux rigides Panneaux semi-rigides Giclés Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 118 Les matériaux isolants Isolants en matelas Fibre de verre Fibre de roche Les isolants en matelas (aussi appelés isolants en natte) sont constitués d’une masse de fibres minérales, soit de verre ou de roche, liées ensemble. Disponibles dans différentes densités, selon le produit et l’utilisation prévue. Fabriqués dans des longueurs, largeurs et épaisseurs modulaires. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 119  Les matériaux isolants Isolants de fibres de verre (Nattes: R-12 à R-40) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 120  Les matériaux isolants Isolants de fibres de roche (nattes : R-12 à R-40) Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 121  Les matériaux isolants Isolants de fibres de verre en rouleaux (R-3.8/po) Bâtiment métallique Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 122 Les matériaux isolants Isolants en vrac Fibre de verre Fibre de roche Fibre cellulosique Ces isolants sont distribués en vrac et on les installe manuellement ou par soufflage. Ils sont utilisés dans les combles et les cavités murales. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 123  Les matériaux isolants Isolants en vrac (murs) Fibres de verre Cellulose Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 124  Les matériaux isolants Isolants en vrac (toit) R-12 (4.5") à R-80 (28.5") Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 125 Les matériaux isolants Isolants en panneaux Fibre de roche Fibre de verre Les isolants semi-rigides et rigides sont fabriqués en panneaux modulaires et sont disponibles en différentes dimensions standards avec épaisseurs variables. Ils sont utilisés notamment à l’extérieur des murs à charpente, sur les murs de fondation et pour les toitures plates. Règles de l’art en science du bâtiment durable Chapitre 3 – Les principes physiques Diapo n°: 126  Les matériaux isolants Isolants giclés (ou injectés)