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Chaleur

Introduction

La protection solaire en toute saison reste l'un des domaines les plus importants de la physique du bâtiment. Afin de préserver ceux qui vivent dans les bâtiments d'une perte de chaleur inestimable, mais également de pièces surchauffées, les bâtiments doivent être conçus avec le plus grand soin. Ce chapitre traite de la protection solaire hivernale et explique les caractéristiques les plus importantes en matière de protection solaire (pour la protection solaire estivale, voir le chapitre Soleil et lumière).

Concepts, symboles, unités

Symbole

Désignation

Signification

Unité

λ

Valeur lambda

Conductibilité thermique (caractéristique des matériaux)

W/mK

U

Valeur U

Coefficient de transmission thermique sur les surfaces (composant)

W/m²K

Ψ

Valeur Psi

Coefficient de transmission thermique linéique (ponts thermiques linéaires)

W/mK

x

Valeur Chi

Coefficient de transmission thermique par points (ponts thermiques par points)

W/K

RT

Valeur RT

Résistance thermique

m²K/W

Rₛᵢ

Valeur Rsi

Pertes de chaleur internes

m²K/W

Rₛₑ

Valeur Rse

Pertes de chaleur surface externe

m²K/W

ε

Epsilon

Émissivité des surfaces

Sigma

Opérateur mathématique pour total

Δ

Delta

Opérateur mathématique pour écart

Mécanismes du transfert de chaleur

La chaleur ou la quantité de chaleur est d'un point de vue physique, une forme d'énergie. Elle ne doit pas être confondue avec la « chaleur » familière d'un corps qui a une certaine température. La chaleur est indiquée en Joule. Afin que la chaleur puisse se déplacer dans des solides, liquides ou gaz, un gradient de température est requis. De la même façon que l'eau s'écoule toujours de la montagne, la chaleur passe toujours du chaud au froid. Le flux thermique désigne la quantité de chaleur transférée par unité de temps, il est exprimé en Joule par seconde = Watt. On appelle densité du flux thermique le flux thermique qui circule par une surface définie, elle est indiquée en watt par m2.

La température est décrite par l'échelle Celsius, définie par les points clés 0 °C (point de congélation de l'eau) et 100 °C (point d'ébullition de l'eau). La température la plus basse se situe à -273,15 °C, il n'y a pas dans l'univers de températures plus basses. C'est là que l'échelle Kelvin atteint son point zéro. La température 0 °C correspond à 273,15 K. Une différence de température dans les deux unités – Kelvin et degré Celsius – a respectivement la même valeur numérique. Si la chaleur se déplace d'un point plus chaud à un point plus froid, cela s'effectue en principe de trois manières : par conduction thermique, par convection et par rayonnement thermique.

Transmission thermique

Transport d'énergie au niveau de l'atome de particules en particules, sans que la matière elle-même se déplace, c'est-à-dire en matière fixe.

Convection

Transport d'énergie avec de la matière mobile (dans des liquides ou gaz)

Rayonnement thermique

Transport d'énergie par rayonnement électromagnétique, indépendamment de la matière, également sur de longues distances (fonctionne également dans le vide)

Au quotidien, les trois mécanismes de transport se produisent souvent ensemble : Un élément chauffant émet un rayonnement thermique, il chauffe par la conduction thermique dans l'air environnant et celle-ci, à son tour répartit la chaleur par convection dans la pièce.

Pour les éléments chauffants, la conduction thermique constitue l'effet dominant. Avec les métaux, la chaleur est renvoyée par le mouvement des électrons de conduction libres dans d'autres matières solides par transfert de l'énergie vibratoire, d'atome en atome et dans les gaz par transfert d'énergie, lors de la collision des molécules ou atomes.

Les métaux sont notamment de très bons conducteurs thermiques. La capacité d'une substance à transmettre de la chaleur est décrite par la caractéristique des matériaux de conductibilité thermique λ. La valeur λ d'une substance indique la quantité de chaleur en Watt qui traverse 1m2 de taille et 1 m d'épaisseur de cette substance, c'est-à- dire par un cube d'1 m3 de volume, en présence d'une différence de température des deux surfaces, d'1 Kelvin. Ceci s'applique : Plus le nombre est grand, plus la quantité de chaleur transmise par unité de temps est importante ou inversement : Plus la valeur est petite, mieux le matériau remplit sa fonction d'isolant thermique. L'unité de conductibilité thermique est W/m2K.

Conductibilités thermiques λ selon la norme SN EN ISO 10077-2*

Matériau

Conductibilités thermiques λ

Aluminium (alliages de silicium)

160 W/mK

Acier

50 W/mK

Acier inoxydable (austénitique)

17 W/mK

Verre au silicate de sodium

1,0 W/mK

Bois dur

0,18 W/mK

PVC rigide

0,17 W/mK

Bois tendre

0,13 W/mK

*L'utilisation de rapports d'essai avec des mesures de conductibilités thermiques est autorisée pour des calculs thermiques techniques, uniquement en l'absence de valeurs de tableau ou de données de normes de produit ou d'agréments techniques. Les mesures doivent avoir été effectuées par un organisme accrédité, selon des règles clairement définies. Pour que la valeur soit représentative pour le matériau spécifique, une valeur nominale doit être calculée à partir des valeurs de mesure d'au moins trois essais différents, sur une évaluation statistique.

La convection est liée à un transport de matière : Une matière chaude se déplace d'un endroit à température plus élevée à un endroit à température plus basse. Étant donné que des particules sont mobiles dans l'espace uniquement dans des liquides ou gaz, la convection se produit uniquement à ce niveau.

Le rayonnement thermique est émis par chaque corps, en fonction de sa température et de son émissivité. En tant que rayonnement électromécanique, le rayonnement thermique n'a besoin d'aucune matière pour se déplacer et peut se répandre également dans le vide. Toutefois, selon la longueur d'onde, chaque matériau n'est pas perméable au rayonnement électromagnétique (Chapitre Soleil et lumière).

L'émissivité ε indique la quantité de rayonnement thermique émise par un corps, par rapport à un dispositif de chauffage par rayonnement idéal, un corps noir. La valeur dépend de la texture de la surface, est sans dimension et se situe entre 0 et 1 (0 et 100 %). Un miroir a une émissivité presque nulle, pour une surface noire mate la valeur s'approche de très près de la valeur maximale de 1.

Émissivités ε des surfaces selon la norme SN EN ISO 10077-2*

Description

Émissivité courante

Surface en aluminium non traitée

0,1

Surface en aluminium légèrement oxydée

0,3

Surfaces métalliques générales (y compris galvanisé)

0,3

Surfaces anodisées, peintes ou laquées

0,9**

Verre au silicate de sodium sans revêtement (selon la norme SN EN 572)

0,837

Verres à revêtement

0,10 à 0,01

*L'utilisation de rapports d'essai à émissivité inférieure à 0,9 est autorisée pour des calculs thermiques techniques, uniquement en l'absence de valeurs de tableau. Les valeurs nominales doivent être vérifiées et exploitées statistiquement par un organisme accrédité au moins sur trois essais différents.
**La valeur change en fonction de la couleur/surface

Transmission de chaleur

Sur un verre isolant simple sans revêtement d'isolation thermique et rempli de gaz rare, la perte en énergie est d'environ 1/3 par conduction thermique et convection et d'environ 2/3 par rayonnement.

Sur un verre à isolation thermique moderne, le rayonnement par revêtements d'isolation thermique, est réduit à un minimum. Des gaz rares faiblement conducteurs et un espacement optimal entre les plaques réduisent la conduction thermique et la convection.

Coefficients de transmission thermique

L'émissivité (faible E) constitue le paramètre décisif pour le calcul de la valeur U. L'émissivité permet de caractériser le rayonnement thermique d'une surface par rapport à ce que l'on appelle un « Corps noir », défini avec précision. Plus l'émissivit εn d'un revêtement est faible, plus l'isolation thermique du verre isolant est efficace.

Pour pouvoir interpréter correctement l'ensemble des bâtiments, des caractéristiques individuelles de matériaux et des indications pour l'ensemble du bâtiment, par exemple les structures de paroi, plafond, vitrages, fenêtres ou façades, sont requises. Ces valeurs caractéristiques de composants décrivent, dans des contraintes définies, toutes les pertes de chaleur par le composant, à l'aide d'une seule valeur numérique. Pour déterminer cette valeur, tous les mécanismes de transmission de chaleur sont pris en compte, également les opérations effectuées sur les surfaces extérieures.

Le coefficient de transmission thermique U d'un composant indique le flux thermique en Watt pe du via le composant, pour une différence de température de 1 K entre air ambiant et air extérieur par mètre carré de surface. Plus la valeur U est petite, meilleure est l'action isolante du matériau. L'unité de coefficient de transmission thermique U surfacique est W/m2K.

Pour des composants en couches de matière homogènes, par exemple une paroi, la norme internationale SN EN ISO 6946 définit la procédure de calcul des coefficients de transmission thermique U. Dans ce cadre, le parcours de la chaleur de la pièce à l'air extérieur est divisé en trois étapes de perte de chaleur, auxquelles une résistance est exercée par le composant.

  • Transfert de chaleur de l'air ambiant aux surfaces intérieures de composant (rayonnement thermique principal et convection) résistance de chaleur Rsi
  • Transmission thermique à l'intérieur du composant (conduction thermique) de résistance thermique R, dépendant des conductibilités thermiques et des épaisseurs de chaque couche.
  • Transfert de chaleur des surfaces extérieures de composants à l'air extérieur (rayonnement thermique principal et convection) résistance de chaleur Rse
     

La résistance thermique totale R par le composant est obtenue en additionnant ces trois opérations en série T :
RT =Rsi +R+Rse

Les résistances de contact Rsi et Rse aux surfaces de composant sont définies dans la norme, sur des tableaux (si = surface interne, se = surface externe).

La valeur U des composants en couches de matière homogènes, correspond à la valeur réciproque de la somme de ces trois résistances. U = 1/RT

Les verres isolants, portes et fenêtres ainsi que les murs-rideaux sont exclus des dispositions ISO 6946. En raison de leur complexité, ils sont gérés thermiquement dans des normes distinctes (Chapitre Verre, fenêtre et façade).

Ponts thermiques

La perdition de chaleur ne se produit pas uniquement via des composants de surface, mais également via des ponts thermiques. Il s'agit de zones dans l'enveloppe du bâtiment, qui doivent être prises en compte en cas de forte perte de chaleur. Étant donné que la température de surface intérieure dans la zone de ponts thermiques baisse, le risque de formation de condensation d'eau et de moisissure y est plus élevée. Cela n'est pas inquiétant uniquement en termes d'hygiène. En cas d'effets d'humidité et de moisissure à long terme, la structure est également endommagée.

Il existe des ponts thermiques induits par géométrie, par exemple les angles de bâtiment ou les raccords de plafond, induits par matériau, par exemple les poteaux en acier sur les parois ou combinés, par exemple au niveau de la jonction de fenêtre à la paroi ou également dans la zone de transition entre le verre et le cadre de fenêtre. Éant donné que ces ponts thermiques ne sont pas généralement étendus en surface mais sur la longueur, ils sont considérés du point de vue de la longueur. Cependant, sur une enveloppe du bâtiment thermique, des ponts thermiques tridimensionnels, par points, peuvent également apparaître.

Les pertes de chaleur par ponts thermiques linéaires sont indiquées à l'aide du coefficient de transmission thermique Ψ (majuscule grecque Psi). Plus la valeur de Ψ est petite, moins le pont thermique contribue aux pertes totales de chaleur. L'unité du coefficient de transmission thermique linéaire Ψ correspond à W/mK.

Les pertes de chaleur par ponts thermiques par points sont représentées par le coefficient de transmission thermique x (majuscule grecque Chi), l'unité étant W/K. Toutefois, la perte de chaleur par ponts thermiques par points ponctuels est généralement négligeable. En cas d'accumulation, par exemple sur les raccords vissés de façades-poteaux-traverses, l'influence thermique ne doit cependant pas être négligée (Chapitre Verre, fenêtre et façade).

Grâce aux bâtiments mieux isolés, les pertes via les ponts thermiques pèsent de plus en plus fortement dans la balance. Lors de l'évaluation des bâtiments, les ponts thermiques doivent être appliqués soit sous forme de forfait soit faire l'objet d'un calcul détaillé. La construction des bâtiments doit être réalisée de telle sorte que les pertes en énergie par ponts thermiques soient réduites.

Les différents ponts thermiques qui apparaissent dans les constructions de fenêtres et façades sont déjà inclus dans les valeurs des fenêtres (Uw) ou façades (Ucw) et ne doivent pas être à nouveau pris en compte lors de la conception de bâtiment (chapitre Verre, fenêtre et façade). Les ponts thermiques qui apparaissent lors de l'installation de fenêtres ou d'éléments de façade dans la zone de transition à la paroi, ne figurent cependant pas dans ces valeurs caractéristiques de composants.

Le risque de condensation par ponts thermiques est également décrit par une valeur caractéristique. Le facteur de température f caractérise, indépendamment des conditions de température respectives, la température de surface intérieure la plus faible (Chapitre Humidité et climat).

Information : S'agissant de la chaleur circulant via les « ponts », en physique du bâtiment, on parle toujours uniquement de ponts thermiques et non de ponts de froid. Le froid, c'est-à-dire les températures de surface intérieures plus faibles résultent de l'augmentation du flux thermique vers l'extérieur et non de l'infiltration du froid de l'extérieur vers l'intérieur.

Verre, fenêtre et façade

L'isolation thermique des vitrages, fenêtres et façades s'est considérablement améliorée ces dernières années. En particulier, les triples vitrages de protection solaire très performants ont rendu possible la construction de maisons à faible consommation énergétique, à énergie passive et positive. Pour un niveau d'isolation le plus uniforme possible, afin d'éviter des dommages préprogrammés dans l'enveloppe de bâtiment thermique, des profils de cadres et de façades améliorés et une installation optimisée sur le plan thermique, restent toutefois indispensables.

Les vitrages, fenêtres et façades sont des éléments de conception complexe, dont les coefficients de transmission thermique ne sont pas déterminés simplement par une installation en série de résistances. Les flux thermiques ne circulent pas uniquement verticalement par des surfaces de composants planes. Ils sont dirigés dans plusieurs directions par des cavités intérieures avec flux de convection et de rayonnement, ponts thermiques et matériaux de forme géométrique. Ces effets sont représentés de manière arithmétique uniquement avec des programmes de calcul d'éléments finis. À cet effet, dans les normes, un simple procédé de relevé de tableau ou un procédé de détermination métrologique est également indiqué. De façon générale, les éléments suivants s'appliquent : Plus la méthode est facile, plus la valeur obtenue est défavorable.

Normes pertinentes pour les propriétés thermiques de verre, fenêtre et façade

Coefficient de transmission thermique U de

Caractéristiques

Index

Détermination selon la norme

Vitrages avec surfaces planes et parallèles, également Double vitrage

Ug

g = glass (verre)

Norme SN EN 673 ou Norme SN EN 674

Fenêtres, portes et clôtures

Uw

w = window (fenêtre)

Norme SN EN ISO 10077 ou Norme SN EN ISO 12567

Murs-rideaux

Ucw

cw = curtain wall (mur-rideau)

Norme SN EN ISO 12631

Le coefficient de transmission thermique Ug des vitrages

Au centre intact d'un verre isolant, la chaleur de l'air ambiant traverse d'abord la vitre intérieure qui se réchauffe ainsi. Par émission de rayonnement thermique, cette vitre diffuse sa chaleur à la vitre extérieure (sur le triple vitrage d'abord au centre puis à la vitre extérieure). En outre, la chaleur est transmise de l'intérieur, via la charge de gaz dans l'espace intercalaire par conduction et convection. La vitre extérieure perd l'énergie entrante principalement par émission de rayonnement thermique et par convection vers l'air extérieur. Par ce flux thermique continu, une perdition de chaleur se crée, qui doit être remplacée par le chauffage des pièces.

La valeur Ug du double vitrage est affectée par les trois coefficients représentés sur la figure.

Les revêtements d'isolation thermique auront plus d'effet sur Ug (faibles couches E). Par leur faible émissivité, ils empêchent l'émission de chaleur vers l'extérieur. Par rapport au verre isolant, sans revêtement, rempli d'air, la valeur Ug est ainsi réduite de moitié.

Par rapport au verre isolant rempli d'air, les gaz rares réduisent la conduction dans l'espace intercalaire et contribuent ainsi toutefois à optimiser (=réduire) la valeur Ug. Tel est le cas, pour le type de gaz et le degré de remplissage d'air que le fabricant de verre isolant détermine dans sa description de système (procédure précise voir Norme du produit pour double vitrage norme SN EN 1279-5). Selon le type de gaz, un espace intercalaire optimal est défini, pour lequel l'impact de la convection est réduit et la valeur Ug atteint sa valeur la plus faible. 

Bien évidemment, la valeur Ug d'un double vitrage peut toujours être améliorée par la superposition de plusieurs intercalaires. Toutefois la valeur optimale est déjà atteinte avec les triples vitrages actuels, très puissants. Les verres isolants n'apportent, par rapport aux efforts, qu'une faible amélioration et présentent cependant ailleurs des inconvénients (poids, charges de climat, degré global de transmission d'énergie).

En principe la valeur Ug peut être calculée selon la norme SN EN 673 ou mesurée selon la norme SN EN 674. En troisième possibilité, elle peut être lue dans la norme SN EN ISO 10077-1 à partir d'un tableau, selon la structure, SZR et le type de gaz. Le calcul selon la norme SN EN 673 constitue la procédure actuellement utilisée. La valeur Ug doit être indiquée avec une décimale et utilisée pour le calcul suivant.

Pour le calcul du coefficient de transmission thermique Ug, les indications suivantes sont requises

  1. Émissivité des surfaces de verre par rapport au SZR
  2. Le type de charge de gaz dans SZR
  3. Le degré de remplissage de gaz dans SZR
  4. La largeur de l'espace intercalaire

Pour un double vitrage thermo-isolant (revêtement avec une émissivité de 3 % de remplissage de gaz argon, dans l'espace intercalaire avec un degré de remplissage de gaz nominal de 90  %), on obtient pour ce calcul une valeur Ug de 1,1 W/m2K.

Le pont thermique, par la liaison conductrice, dans le joint périphérique du vitrage isolant ne se reflète pas dans la valeur Ug, il est pris en compte seulement lors
de la détermination de Uw ou Ucw.

Le coefficient global de transmission d'énergie constitue une autre caractéristique importante des vitrages g (valeur g). La valeur g n'a pas de dimension. Elle est importante pour déterminer les gains solaires, c'est-à-dire pour l'apport d'énergie gratuit par le rayonnement solaire, de l'extérieur vers l'intérieur. Cela
est très apprécié l'hiver, cependant l'été cela peut entraîner une surchauffe des pièces (Chapitre Soleil et lumière).

Il convient de souligner une spécificité de la valeur Ug : Les valeurs Ug sont indiquées conformément aux exigences de la norme, pour l'installation verticale.
Pour les vitrages inclinés, l'impact de convection est supérieur, c'est pourquoi la valeur Ug augmente lorsque l'inclinaison croît. Sur le marquage CE ou dans la déclaration de performance, la valeur Ug est toujours indiquée pour l'installation verticale. Sur demande, la valeur réelle Ug d'un vitrage monté selon un certain angle, peut être calculée par le fournisseur de verre.

Le coefficient de transmission thermique Uw des fenêtres

Les pertes de chaleur aux fenêtres proviennent de flux thermiques traversant les surfaces de profil de cadre et le vitrage. À cela s'ajoute, au point d'intersection du cadre et du verre, la perte via un pont thermique géométrique et induit par matériau. Le flux thermique qui augmente dans cette zone est déterminé principalement par le matériau du joint périphérique du verre isolant et en même temps par la profondeur de la feuillure (Chapitre Intercalaires thermiques améliorés (bords chauds)).

Plusieurs méthodes permettent de déterminer le coefficient de transmission thermique Uw. Les approches suivantes (méthodes 1 à 3) sont autorisées conformément à la norme du produit pour les fenêtres, norme SN EN 14351-1, comme base pour le marquage CE et la déclaration de performance :

Méthode 1 : La valeur Uw d'une fenêtre verticale ayant comme dimension 1,23 x 1,48 m peut être lue, pour une certaine valeur de vitrage Ug et une valeur de profil de cadre Uf, directement à partir des tableaux F.1 à F.4, à l'Annexe F de la norme SN EN ISO 10077-1.

Cette valeur représentant une forte simplification, on retient la pire des hypothèses. Les valeurs pouvant être obtenues ne sont donc pas particulièrement avantageuses. (Cela s'applique généralement à toutes les approches simplifiées avec des tableaux et des diagrammes de lecture de valeurs).

Pourcentage de surface de cadre

30%

20%

Intercalaire classique en aluminium ou acier

Tableau F.1

Tableau F.2

Intercalaires thermiques améliorés

Tableau F.3

Tableau F.4

Méthode 2 : Calcul de la valeur Uw conformément à la norme SN EN ISO 10077-1 à partir des trois grandeurs d'entrée Ug, Uf et Ψg, pondérées à l'aide de la formule totale, selon leur pourcentage surfacique ou leur longueur :

A désigne respectivement les surfaces du verre (Ag), du cadre (Af) et de l'ensemble de la fenêtre (Aw). À cet effet, Ag ne représente pas la surface totale de la plaque de verre, mais la partie visible. De même, Lg ne représente pas la circonférence de la vitre totale mais la longueur visible du bord en verre.

Il existe également à nouveau plusieurs possibilités pour déterminer les trois grandeurs d'entrée Ug, Uf et Ψg selon la devise « Table-Mesure-Calcul » :

Coefficient de transmission thermique de Caractéristiques Index Approche
Vitrage Ug g = glass (verre) voir Le coefficient de transmission thermique Ug des vitrages
Cadre Uf f = frame (cadre) Lecture à partir des tableaux et diagrammes de la norme SN EN ISO 10077-1
Calcul détaillé selon la norme SN EN ISO 10077-2
Mesure avec procédure de bloc de chauffage selon la norme SN EN 12412-2
Pont thermique Zone de transition Entre le verre et lecadre Ψg   Lecture à partir des tableaux de la norme SN EN ISO 10077-1
  Calcul détaillé selon la norme SN EN ISO 10077-2

 

À cet effet, la norme SN EN ISO 10077-1 cite comme procédure privilégiée de détermination de Uf et Ψg, le calcul numérique à deux dimensions selon la Partie 2 de cette norme, avec des programmes de calcul appropriés. La complexité de ces calculs FEM n'est cependant pas négligeable. La lecture à partir de tableaux ou de diagrammes ne doit être envisagée uniquement en l'absence d'autres indications.

Méthode 3 : Mesure de la valeur Uw avec la procédure de bloc de chauffage selon la norme SN EN ISO 12567-1/2. Cette mesure permet d'obtenir une valeur unique saisissant tous les impacts de cadre, vitrage et ponts thermiques. Toutefois, cette valeur ne contient en aucun cas une information sur chacune des qualités thermiques des composants de fenêtre, vitrage, cadre et ponts thermiques. Aucune valeur individuelle Uw ne peut donc être calculée pour d'autres dimensions..

En principe, la valeur Uw doit être indiquée avec deux points de déclaration de valeur, c'est-à-dire pour des valeurs ≥1,0 W/m2K avec une virgule (par exemple, Uw=1,3 W/m2K), et à partir des valeurs inférieures à 1,0  W/m2K avec deux virgules (par exemple, Uw = 0,85 W/ m2K).

Une particularité de la valeur Uw, son format dépendant (taille, rapport largeur à longueur) et agencement (un vantail, deux vantaux avec lucarne etc.).

En raison de la comparabilité, à des fins de normalisation, une fenêtre à un seul battant, ayant pour dimension 1,23 x 1,48 m, a été définie comme standard pour le marquage CE. Cette fenêtre standard est représentative de la plupart des conceptions de fenêtre (à l'exception des fenêtres à vantaux et fenêtre à vantaux avec lucarne).

En principe, chaque fenêtre n'est cependant pas à un vantail et n'a pas comme masse 1,23 x 1,48 m, des valeurs individuelles Uw peuvent donc être également exigées pour chaque fenêtre, par les concepteurs, pour le calcul précis des pertes de chaleur des bâtiments. Cependant toute indication mixte pour un objet n'est toutefois pas autorisée (soit toutes les fenêtres avec précision soit toutes avec la valeur de la fenêtre standard).

Le traitement thermique des fenêtres à croisillons est expliqué avec plus de précisions au Chapitre Traitement thermique des fenêtres à croisillons.

Le coefficient de transmission thermique Ucw des façades

Comme les fenêtres, les façades, sur la base d'une norme du produit (la norme du produit pour les murs-rideaux SN EN 13830) peuvent également être revêtues du marquage CE. Sur le marquage CE, le coefficient de transmission thermique Ucw du mur-rideau, avec d'autres caractéristiques de performance, doit être indiqué. Parmi les différents types de murs-rideaux, on peut citer les façades à éléments, les constructions poteaux-traverses, les vitrages secs, les constructions en verre collées, les façades ventilées etc.

Ce qui permet de déterminer la valeur Uw de la fenêtre, SN EN ISO 10077, correspond pour les façades à la norme SN EN ISO 12631 « Performance thermique des murs-rideaux – Calcul du coefficient de transmission thermique ».

Cette norme définit comment sont déterminés les coefficients de transmission thermique pour les murs-rideaux en panneaux vitrés et/ou opaques, intégrés ou reliés au cadre.

À partir du remplissage au niveau de l'indice, des valeurs U Ψ, on peut voir que la question des murs-rideaux est complexe.

f     Cadre – frame

g    Vitrage – glazing

f,g   Cadre/Vitrage

m    Poteau– mullion

m,f  Poteau/Cadre

m,g Poteau/Vitrage

p     Panneau opaque – paneau

t     Traverse – transom

t,f   Traverse/Cadre

t,g  Traverse/Vitrage

w    Fenêtre – window

cw  Murs-rideaux – curtain wall

Dans cette norme de calcul, deux procédures sont décrites, les deux visant à Ucw :

a) Un processus d'évaluation simplifié oû le transfert de chaleur est calculé à l'aide de simulation par ordinateur, via l'ensemble de la structure, poteau, traverse et remplissages compris.

b) Un processus d'évaluation de chacun des composants, où un élément représentatif est divisé en portions de surface, avec différentes propriétés thermiques.

Dans la procédure a), toutes les surfaces à l'exception des remplissages (verre et panneau) sont regroupées dans la valeur U d'un joint surfacique UTJ ou dans la valeur Psi ΨTJ d'un joint linéaire respectivement avec l'index TJ pour « Joints entre remplissages ». Ucw est obtenu à partir des valeurs U pour verre, panneau et joint.

Dans la procédure b, le coefficient de transmission thermique Ucw de l'ensemble de la façade comme valeur moyenne, est obtenu à partir des coefficients de transmission thermique de chacune des zones, respectivement pondéré avec leur coefficient surfacique plus les divers ponts thermiques linéaires, en tenant compte de leurs longueurs, selon l'équation suivante :

Où

Ug / Up

représente alors le coefficient de transmission thermique du vitrage et du panneau

Uf / Um / Ut

le coefficient de transmission thermique du cadre, du poteau et delatraverse.

Ψf,g / Ψm,g / Ψt,g / Ψp

le coefficient de transmission thermique linéaire suite aux effets thermiques combinés du vitrage ou du panneau et du cadre ou du poteau ou de la traverse.

Ψm,f / Ψt,f

le coefficient de transmission thermique linéaire suite aux effets thermiques combinés des poteaux/cadres et traverses/cadres

La surface du mur/rideau Acw est calculée selon l'équation suivante :

Acw = Ag + Ap + Af + Am + At

Où   

Acw la surface du mur-rideau

Ag   la surface totale du vitrage

Ag   la surface totale du panneau

Ag   la surface totale du cadre

Ag   la surface totale du poteau

Ag   la surface totale de la traverse

De la même façon que les fenêtres, la valeur Ug du vitrage est évaluée selon la norme SN EN 673. La valeur Up des panneaux opaques doit être déterminée selon la norme SN EN ISO 6946. Les valeurs Uf des cadres peuvent être déterminées, par exemple selon la norme SN EN ISO 10077-1 ou -2.

Les coefficients de transmission thermique linéaire des vitrages Ψg peuvent être prélevés des tableaux cités en annexe de la norme, ou calculés avec précision selon la norme SN EN ISO 10077-2.

Origine des données de saisie pour le calcul de Ucw

Valeurs du coefficient de transmission thermique

Origine

Ug

Norme SN EN 673, SN EN 674

Uf

Norme SN EN 12412-2, norme SN EN ISO 10077-1, norme SN EN ISO 10077-2

Um / Ut

Norme SN EN 12412-2, norme SN EN ISO 10077-2 (et Annexe C)

Ψg et Ψp et Ψm,f/Ψt,f

Annexe B, norme SN EN ISO 10077-2

Up

Norme SN EN ISO 6946

Parallèlement aux deux procédures de calcul, de même que pour les fenêtres, un contrôle des éléments de façade selon la norme SN EN ISO 12567-1 (mesure selon la procédure de bloc de chauffage) est autorisé.

Intercalaires thermiques améliorés (bords chauds)

L'isolation thermique des fenêtres et façades a été considérablement améliorée ces dernières années. Les revêtements d'isolation thermique et les remplissages de gaz signifient pour le verre isolant une formidable avancée technologique. Les structures de cadre ont été également développées sur le plan thermique. Les ponts thermiques de structure du verre sur le cadre ou le profil de façade sont donc inévitablement d'une importance capitale. L'impact de ce point faible thermique apparaît d'autant plus clairement en fonction du degré d'isolation de la structure du cadre et du vitrage.

Les intercalaires classiques de verre isolant en aluminium ou acier sont à l'origine de pertes thermiques nettement plus élevées dans cette zone et donc en toute conséquence de valeurs Uw et Ucw moins bonnes que celles des nouveaux systèmes d'assemblage périphériques optimisés. Ces « systèmes de bord chaud » réduisent le flux thermique dans la zone de transition du verre au cadre et empêchent ainsi une baisse excessive de la température de surface sur le bord intérieur du verre.

Tel que le représente déjà la section 3.1.5.2, pour une valeur Uw de fenêtres, le transfert de chaleur plus grand se mesure par les coefficients de transmission thermique linéaires Ψg. Ne s'agissant pas d'une caractéristique de matériau mais de la description d'une opération physique, la valeur Ψg dépend à la fois des conductibilités thermiques du joint périphérique du verre isolant utilisé et du niveau d'isolation du cadre utilisé, du verre isolant, ainsi que de la profondeur de la feuillure dans le cadre. Il n'existe donc pas simplement une seule valeur Ψg pour un système d'intercalaire défini. Même en connaissant le vitrage, aucune valeur ne peut être indiquée pour la grandeur Ψg. Ce n'est que lorsque toutes les pièces sont assemblées que la valeur Ψg peut être déterminée. Il existe en principe trois types :

  • Lecture à partir des tableaux SN EN ISO 10077-1 pour Uw ou SN EN ISO 12631 pour Ucw
  • Calcul détaillé selon la norme SN EN ISO 10077-2
  • Utilisation des valeurs représentatives Ψg pour fenêtres ou profils de façade

Pour simplifier la lecture de tableau, les deux normes SN EN ISO 10077-1 ou SN EN ISO 12631, mettent à disposition des tableaux respectivement avec des valeurs Ψ pour des « intercalaires types en aluminium ou acier » ou des « intercalaires dont les propriétés thermiques ont été améliorées ».

Afin que l'utilisateur puisse déterminer lequel des deux tableaux est approprié, les deux normes définissent de la même façon, ce qu'on entend par écarteur optimisé d'un point de vue thermique. Notons que les valeurs Ψg pour les vitrages fixes sur les façades-poteaux-traverses, en raison de la construction, se situent bien au-dessus des valeurs pour le bord de verre sur les vantaux.

Le calcul détaillé pour les fenêtres et façades s'effectue selon la procédure numérique décrite dans la norme SN EN ISO 10077-2. Un logiciel approprié est requis à cette fin. Si le système d'intercalaire utilisé est modifié, toutes les valeurs doivent être à nouveau calculées.

Traitement thermique des fenêtres à croisillons

Dans le passé, l'impact des croisillons sur les coefficients de transmission thermique des fenêtres a été souvent négligé. Même si les croisillons dans l'espace intercalaire ne doivent pas être contigus aux surfaces de verre (risque de bris de verre), ils peuvent cependant former des ponts thermiques linéaires et ainsi affecter défavorablement le coefficient de transmission thermique des fenêtres.

Depuis le 01/12/2010, conformément à la norme de produit SN EN 14351-1 pour le marquage CE des fenêtres avec croisillons, les majorations suivantes doivent être appliquées sur la valeur Uw :

Pour ces majorations, on ne précise pas s'il s'agit de croisillons classiques en aluminium ou de versions améliorées du point de vue thermique, en plastique et la longueur totale de croisillons. Aucune distinction établie non plus pour les différents types de croisillon. Pour les majorations, le fait que pour sur le triple vitrage les croisillons se trouvent uniquement sur un ou deux intercalaires, importe également peu. S'agissant d'une grossière simplification, les majorations sont dans de nombreux cas excessivement élevées.

Suite à une étude détaillée du sujet, dans un projet de recherche, il a donc été proposé de représenter l'effet du pont thermique des croisillons comme pour le bord de verre, avec des coefficients de transmission thermique linéaires Ψgb, en fonction de la longueur de croisillon réellement installée et d'enregistrer ces valeurs forfaitaires lgbgb, sous forme de tableau sur l'Annexe de la norme SN EN ISO 10077-1.

Le projet de norme publié en octobre 2016 comporte désormais deux tableaux avec des valeurs Ψgb pour les croisillons dans l'espace intercalaire, l'un pour les croisillons métalliques et l'un pour les croisillons en plastique.

Pour le calcul de la valeur Uw d'une fenêtre à croisillons, la formule totale comprend l'impact du croisillon.

Par rapport à une fenêtre identique sans croisillon, la majoration liée au croisillon est calculée comme suit :

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