Pont thermique

Articles randomisés pouvant vous intéresser :

Un pont thermique, aussi appelé pont froid, pont thermique ou dérivation thermique, est une zone ou un composant d’un objet qui a une conductivité thermique supérieure à celle des matériaux environnants, créant un chemin de moindre résistance pour le transfert thermique. Les ponts thermiques entraînent une réduction globale de la résistance thermique de l’objet. Ce terme est souvent utilisé dans le contexte de l’enveloppe thermique d’un bâtiment où les ponts thermiques entraînent un transfert de chaleur dans ou hors de l’espace conditionné.

Les ponts thermiques dans les bâtiments peuvent avoir une incidence sur la quantité d’énergie nécessaire pour chauffer et refroidir un espace, causer de la condensation (humidité) dans l’enveloppe du bâtiment et causer un inconfort thermique. Dans les climats plus froids (comme au Royaume-Uni), les ponts thermiques peuvent entraîner des pertes de chaleur supplémentaires et nécessiter une énergie supplémentaire pour les atténuer.

Il existe des stratégies pour réduire ou prévenir les ponts thermiques, par exemple en limitant le nombre d’éléments de construction qui vont de l’espace non conditionné à l’espace conditionné et en appliquant des matériaux isolants continus pour créer des ruptures thermiques.

Concept

Le transfert de chaleur s’effectue par trois mécanismes : convection, rayonnement et conduction. Un pont thermique est un exemple de transfert de chaleur par conduction. Le taux de transfert de chaleur dépend de la conductivité thermique du matériau et de la différence de température de chaque côté du pont thermique. Lorsqu’il y a une différence de température, le flux de chaleur suivra le chemin le moins résistant à travers le matériau ayant la conductivité thermique la plus élevée et la résistance thermique la plus faible ; ce chemin est un pont thermique. Le pont thermique décrit une situation dans un bâtiment où il y a une connexion directe entre l’extérieur et l’intérieur à travers un ou plusieurs éléments qui possèdent une conductivité thermique plus élevée que le reste de l’enveloppe du bâtiment.

Identification des ponts thermiques

La thermographie infrarouge passive (IRT) de l’Organisation internationale de normalisation (ISO) permet d’effectuer des levés de ponts thermiques dans les bâtiments. La thermographie infrarouge des bâtiments peut permettre des signatures thermiques qui indiquent des fuites de chaleur. L’IRT détecte les anomalies thermiques liées au mouvement des fluides à travers les éléments du bâtiment, en mettant en évidence les variations des propriétés thermiques des matériaux qui provoquent un changement important de température. L’effet d’ombre portée, une situation dans laquelle l’environnement environnant projette une ombre sur la façade du bâtiment, peut entraîner des problèmes potentiels de précision des mesures en raison d’une exposition incohérente au soleil. Une autre méthode d’analyse, le filtrage itératif (FI), peut être utilisée pour résoudre ce problème.

Dans toutes les inspections thermographiques de bâtiments, l’interprétation des images thermiques est effectuée par un opérateur humain, impliquant un haut niveau de subjectivité et d’expertise de l’opérateur. Les approches d’analyse automatisées, telles que les technologies de balayage laser, peuvent fournir des images thermiques sur les surfaces de modèles CAO tridimensionnels et des informations métriques pour les analyses thermographiques. Les données de température de surface dans les modèles 3D permettent d’identifier et de mesurer les irrégularités thermiques des ponts thermiques et les fuites d’isolation. L’imagerie thermique peut également être acquise à l’aide de véhicules aériens sans pilote (UAV) qui fusionnent les données thermiques de plusieurs caméras et plates-formes. Le drone utilise une caméra infrarouge pour générer une image de champ thermique des valeurs de température enregistrées, où chaque pixel représente l’énergie radiative émise par la surface du bâtiment.

Pontage thermique dans la construction

Souvent, le pont thermique est utilisé en référence à l’enveloppe thermique d’un bâtiment, qui est une couche du système d’enveloppe du bâtiment qui résiste au flux thermique entre l’environnement intérieur conditionné et l’environnement extérieur non conditionné. La chaleur sera transférée à travers l’enveloppe thermique d’un bâtiment à des vitesses différentes selon les matériaux présents dans l’enveloppe. Le transfert de chaleur sera plus important aux emplacements des ponts thermiques que là où il y a de l’isolant parce qu’il y a moins de résistance thermique. En hiver, lorsque la température extérieure est généralement inférieure à la température intérieure, la chaleur s’écoule vers l’extérieur et circule plus rapidement par les ponts thermiques. L’emplacement d’un pont thermique, la température de surface à l’intérieur de l’enveloppe du bâtiment sera inférieure à celle de la zone environnante. En été, lorsque la température extérieure est généralement plus élevée que la température intérieure, la chaleur s’écoule vers l’intérieur et plus rapidement par les ponts thermiques. Cela entraîne des pertes de chaleur en hiver et des gains de chaleur en été pour les espaces climatisés dans les bâtiments.

Malgré les exigences d’isolation spécifiées par diverses réglementations nationales, le pontage thermique dans l’enveloppe d’un bâtiment reste un point faible dans l’industrie de la construction. De plus, dans de nombreux pays, les pratiques de conception des bâtiments mettent en œuvre les mesures d’isolation partielle prévues par la réglementation. Par conséquent, les pertes thermiques sont plus importantes dans la pratique qu’on ne le prévoit à l’étape de la conception.

Un assemblage tel qu’un mur extérieur ou un plafond isolé est généralement classé selon un facteur U, en W/m2-K, qui reflète le taux global de transfert de chaleur par unité de surface pour tous les matériaux d’un assemblage, et non seulement pour la couche isolante. Le transfert de chaleur par l’intermédiaire de ponts thermiques réduit la résistance thermique globale d’un assemblage, ce qui entraîne une augmentation du facteur U.

Les ponts thermiques peuvent se produire à plusieurs endroits dans l’enveloppe d’un bâtiment ; le plus souvent, ils se produisent aux jonctions entre deux ou plusieurs éléments du bâtiment. Les endroits les plus courants sont les suivants :

  • Les jonctions de plancher à mur ou de balcon à mur, y compris les balcons sur dalle et les balcons en béton ou les terrasses extérieures qui prolongent la dalle de plancher à travers l’enveloppe du bâtiment
  • Les jonctions toit/plafond-mur, en particulier lorsque la profondeur totale de l’isolation du plafond n’est pas toujours atteinte
  • Jonction fenêtre-mur
  • Jonction porte-mur
  • Jonction mur à mur
  • Éléments en bois, en acier ou en béton, comme les montants et les solives, incorporés dans les murs extérieurs, les plafonds ou les constructions de toit
  • Luminaires encastrés qui pénètrent dans les plafonds isolés
  • Fenêtres et portes, en particulier composants de cadres
  • Zones présentant des fentes dans l’isolant ou une mauvaise installation de l’isolant
  • Liens métalliques dans les murs creux en maçonnerie

Les éléments structuraux restent un point faible dans la construction, ce qui conduit généralement à des ponts thermiques qui entraînent des pertes de chaleur élevées et des températures de surface basses dans une pièce.

Bâtiments en maçonnerie

Bien qu’il existe des ponts thermiques dans divers types d’enceintes de bâtiments, les murs en maçonnerie subissent une augmentation significative des facteurs U causés par les ponts thermiques. La comparaison des conductivités thermiques entre différents matériaux de construction permet d’évaluer la performance par rapport aux autres options de conception. Les matériaux de brique, qui sont habituellement utilisés pour les enceintes de façade, ont généralement une conductivité thermique plus élevée que le bois, selon la densité de la brique et le type de bois. Le béton, qui peut être utilisé pour les planchers et les poutres de bordure dans les bâtiments de maçonnerie sont des ponts thermiques courants, en particulier dans les angles. Selon la composition physique du béton, la conductivité thermique peut être supérieure à celle de la brique. En plus du transfert de chaleur, si l’environnement intérieur n’est pas suffisamment ventilé, le pontage thermique peut faire en sorte que la brique absorbe l’eau de pluie et l’humidité dans le mur, ce qui peut entraîner la formation de moisissures et la détérioration de l’enveloppe du bâtiment.

Mur rideau

Tout comme les murs en maçonnerie, les murs rideaux peuvent présenter des facteurs U considérablement plus élevés en raison du pontage thermique. Les cadres des murs-rideaux sont souvent construits avec de l’aluminium hautement conducteur, qui a une conductivité thermique typique supérieure à 200 W/m-K. En comparaison, les éléments de charpente en bois se situent généralement entre 0,68 et 1,25 W/m-K. Le cadre en aluminium de la plupart des murs-rideaux s’étend de l’extérieur du bâtiment jusqu’à l’intérieur, créant des ponts thermiques.

Impacts des ponts thermiques

Le pontage thermique peut entraîner une augmentation de l’énergie nécessaire pour chauffer ou refroidir un espace climatisé en raison de la perte de chaleur en hiver et du gain de chaleur en été. À l’intérieur, près des ponts thermiques, les occupants peuvent ressentir un inconfort thermique en raison de la différence de température. De plus, lorsque la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est importante et qu’il y a de l’air chaud et humide à l’intérieur, comme en hiver, il y a un risque de condensation dans l’enveloppe du bâtiment en raison de la température plus froide sur la surface intérieure aux emplacements des ponts thermiques. La condensation peut entraîner la formation de moisissures et, par conséquent, une mauvaise qualité de l’air intérieur et une dégradation de l’isolation, ce qui réduit le rendement de l’isolation et fait en sorte que l’isolation ne fonctionne pas de façon uniforme dans l’enveloppe thermique

Méthodes de conception pour réduire les ponts thermiques

Il existe plusieurs méthodes qui ont fait leurs preuves pour réduire ou éliminer les ponts thermiques, selon la cause, l’emplacement et le type de construction. L’objectif de ces méthodes est soit de créer une rupture de pont thermique où un élément de construction s’étendrait de l’extérieur à l’intérieur, soit de réduire le nombre d’éléments de construction s’étendant de l’extérieur à l’intérieur. Ces stratégies comprennent :

  • Couche d’isolation thermique continue dans l’enveloppe thermique, telle qu’une couche d’isolation en panneaux de mousse rigide
  • Recouvrement de l’isolation lorsqu’une continuité directe n’est pas possible
  • Assemblages de murs doubles et décalés
  • Panneaux structuraux isolés (PIS) et coffrages isolants pour béton (CIB)
  • Réduire le facteur d’ossature en éliminant les éléments d’ossature inutiles, tels que ceux mis en œuvre avec une ossature avancée
  • Poutrelles à talon surélevées aux jonctions murs-toit pour augmenter la profondeur d’isolation
  • Installation d’isolation de qualité sans vides ni isolation comprimée
  • Installation de fenêtres à double ou triple vitrage avec remplissage au gaz et revêtement à faible émissivité
  • Installation de fenêtres avec des cadres à rupture de pont thermique en matériau à faible conductivité thermique

Méthodes d’analyse et défis

En raison de leurs impacts importants sur le transfert de chaleur, il est important de modéliser correctement les impacts des ponts thermiques pour estimer la consommation globale d’énergie. Les ponts thermiques sont caractérisés par un transfert de chaleur multidimensionnel et ne peuvent donc pas être adéquatement approximés par des modèles de calcul unidimensionnels (1D) à l’état d’équilibre généralement utilisés pour estimer le rendement thermique des bâtiments dans la plupart des outils de simulation énergétique des bâtiments. Les modèles de transfert de chaleur en régime permanent sont basés sur un simple flux de chaleur où la chaleur est entraînée par une différence de température qui ne fluctue pas dans le temps, de sorte que le flux de chaleur est toujours dans un sens. Ce type de modèle 1D peut sous-estimer considérablement le transfert de chaleur à travers l’enveloppe lorsque des ponts thermiques sont présents, ce qui réduit la consommation d’énergie prévue du bâtiment.

Les solutions actuellement disponibles sont de permettre des capacités de transfert de chaleur bidimensionnelles (2D) et tridimensionnelles (3D) dans les logiciels de modélisation ou, plus couramment, d’utiliser une méthode qui traduit le transfert de chaleur multidimensionnel en un composant 1D équivalent à utiliser dans un logiciel de simulation de bâtiment. Cette dernière méthode peut être réalisée par la méthode de la paroi équivalente dans laquelle un assemblage dynamique complexe, tel qu’une paroi avec un pont thermique, est représenté par un assemblage 1D multicouche qui a des caractéristiques thermiques équivalentes.

Laisser votre commentaire

treize + douze =