Études de cas pratique

EGC

Pertes Thermiques dues aux Ponts Thermiques

Calcul des Pertes Thermiques dues aux Ponts Thermiques

Calcul des Pertes Thermiques dues aux Ponts Thermiques

Comprendre les Ponts Thermiques

Les ponts thermiques sont des zones localisées dans l'enveloppe d'un bâtiment où la résistance thermique est significativement réduite par rapport aux parties courantes des parois. Ces "points faibles" de l'isolation peuvent être dus à des interruptions de l'isolant, à des changements de matériaux, ou à des particularités géométriques. Ils entraînent des déperditions de chaleur supplémentaires, peuvent causer des problèmes de condensation et de moisissures, et réduire le confort thermique. On distingue principalement les ponts thermiques linéiques (ex: liaisons murs/planchers, murs/menuiseries) et les ponts thermiques ponctuels (ex: fixations métalliques traversant l'isolant). Leur prise en compte est essentielle pour une évaluation précise de la performance énergétique d'un bâtiment.

Données de l'étude

On étudie les déperditions thermiques d'un mur extérieur d'une pièce, en considérant les pertes par transmission à travers la paroi courante et les pertes dues aux ponts thermiques.

Caractéristiques du mur et des conditions :

  • Surface totale du mur (\(A_{\text{mur}}\)) : \(15.00 \, \text{m}^2\)
  • Coefficient de transmission thermique de la partie courante du mur (\(U_{\text{mur}}\)) : \(0.30 \, \text{W/(m}^2\text{K)}\)
  • Pont thermique linéique (jonction mur/plancher bas) :
    • Longueur (\(L_{\text{pt_lin}}\)) : \(5.00 \, \text{m}\)
    • Coefficient de transmission thermique linéique (\(\Psi\)) : \(0.60 \, \text{W/(mK)}\)
  • Ponts thermiques ponctuels (fixations métalliques traversant l'isolant) :
    • Nombre (\(N_{\text{pt_ponct}}\)) : \(10\) fixations
    • Coefficient de transmission thermique ponctuel par fixation (Χ) : \(0.02 \, \text{W/K}\)
  • Température intérieure de consigne (\(T_i\)) : \(20 \, ^\circ\text{C}\)
  • Température extérieure de base (\(T_e\)) : \(-5 \, ^\circ\text{C}\)
Schéma : Mur avec Ponts Thermiques
Mur Extérieur PT Linéique (Psi) PT Ponctuels (X) Ti Te Φmur Pertes par Ponts Thermiques

Illustration d'un mur avec un pont thermique linéique (ex: jonction avec un plancher) et des ponts thermiques ponctuels (ex: fixations).

Questions à traiter

  1. Calculer les déperditions thermiques par transmission à travers la partie courante du mur (\(\Phi_{\text{mur}}\)).
  2. Calculer les déperditions thermiques dues au pont thermique linéique (\(\Phi_{\text{pt_lin}}\)).
  3. Calculer les déperditions thermiques dues à l'ensemble des ponts thermiques ponctuels (\(\Phi_{\text{pt_ponct}}\)).
  4. Calculer les déperditions thermiques totales du mur (\(\Phi_{\text{total}}\)), en incluant les ponts thermiques.
  5. Calculer le pourcentage des déperditions totales qui est attribuable aux ponts thermiques.

Correction : Calcul des Pertes Thermiques dues aux Ponts Thermiques

Question 1 : Déperditions thermiques par transmission du mur (\(\Phi_{\text{mur}}\))

Principe :

Les déperditions thermiques par transmission à travers la partie courante d'une paroi (ici, le mur) sont calculées en multipliant le coefficient de transmission thermique de la paroi (\(U_{\text{mur}}\)) par la surface de cette paroi (\(A_{\text{mur}}\)) et par la différence de température entre l'intérieur (\(T_i\)) et l'extérieur (\(T_e\)). Cela représente la quantité de chaleur qui s'échappe à travers la surface principale du mur, sans compter les zones de ponts thermiques.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Phi_{\text{mur}} = U_{\text{mur}} \times A_{\text{mur}} \times (T_i - T_e)\]
Données spécifiques :
  • \(U_{\text{mur}} = 0.30 \, \text{W/(m}^2\text{K)}\)
  • \(A_{\text{mur}} = 15.00 \, \text{m}^2\)
  • \(T_i = 20 \, ^\circ\text{C}\)
  • \(T_e = -5 \, ^\circ\text{C}\)
Calcul :

Différence de température \(\Delta T = T_i - T_e = 20 \, ^\circ\text{C} - (-5 \, ^\circ\text{C}) = 25 \, ^\circ\text{C} = 25 \, \text{K}\).

\[ \begin{aligned} \Phi_{\text{mur}} &= 0.30 \, \text{W/(m}^2\text{K)} \times 15.00 \, \text{m}^2 \times 25 \, \text{K} \\ &= 4.5 \, \text{W/K} \times 25 \, \text{K} \\ &= 112.5 \, \text{W} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : Les déperditions thermiques par transmission à travers la partie courante du mur sont \(\Phi_{\text{mur}} = 112.5 \, \text{W}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si \(U = 0.2 \, \text{W/(m}^2\text{K)}\), \(A = 10 \, \text{m}^2\) et \(\Delta T = 30 \, \text{K}\), \(\Phi_{\text{mur}}\) est :

Question 2 : Déperditions thermiques du pont thermique linéique (\(\Phi_{\text{pt_lin}}\))

Principe :

Un pont thermique linéique est une zone de faiblesse thermique qui s'étend sur une certaine longueur (par exemple, la jonction entre un mur et un plancher). Les déperditions supplémentaires dues à ce type de pont thermique sont calculées en multipliant le coefficient de transmission thermique linéique (\(\Psi\), prononcé "psi") par la longueur du pont thermique (\(L_{\text{pt_lin}}\)) et par la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Le coefficient \(\Psi\) représente la perte de chaleur par mètre de longueur du pont thermique, pour une différence de température d'un Kelvin.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Phi_{\text{pt_lin}} = \Psi \times L_{\text{pt_lin}} \times (T_i - T_e)\]
Données spécifiques :
  • \(\Psi = 0.60 \, \text{W/(mK)}\)
  • \(L_{\text{pt_lin}} = 5.00 \, \text{m}\)
  • \(\Delta T = T_i - T_e = 25 \, \text{K}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Phi_{\text{pt_lin}} &= 0.60 \, \text{W/(mK)} \times 5.00 \, \text{m} \times 25 \, \text{K} \\ &= 3.00 \, \text{W/K} \times 25 \, \text{K} \\ &= 75.00 \, \text{W} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Les déperditions thermiques dues au pont thermique linéique sont \(\Phi_{\text{pt_lin}} = 75.00 \, \text{W}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si \(\Psi = 0.5 \, \text{W/(mK)}\), \(L = 10 \, \text{m}\) et \(\Delta T = 20 \, \text{K}\), \(\Phi_{\text{pt_lin}}\) est :

Question 3 : Déperditions thermiques des ponts thermiques ponctuels (\(\Phi_{\text{pt_ponct}}\))

Principe :

Un pont thermique ponctuel est une petite zone de faiblesse thermique, comme une fixation métallique qui traverse une couche d'isolant. Les déperditions supplémentaires dues à l'ensemble de ces ponts thermiques sont calculées en multipliant le nombre de ponts thermiques ponctuels (\(N_{\text{pt_ponct}}\)) par le coefficient de transmission thermique ponctuel de chaque pont (Χ, prononcé "khi") et par la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur. Le coefficient Χ représente la perte de chaleur par pont thermique ponctuel, pour une différence de température d'un Kelvin.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Phi_{\text{pt_ponct}} = N_{\text{pt_ponct}} \times Χ \times (T_i - T_e)\]
Données spécifiques :
  • \(N_{\text{pt_ponct}} = 10\)
  • \(Χ = 0.02 \, \text{W/K}\)
  • \(\Delta T = T_i - T_e = 25 \, \text{K}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Phi_{\text{pt_ponct}} &= 10 \times 0.02 \, \text{W/K} \times 25 \, \text{K} \\ &= 0.20 \, \text{W/K} \times 25 \, \text{K} \\ &= 5.00 \, \text{W} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Les déperditions thermiques dues à l'ensemble des ponts thermiques ponctuels sont \(\Phi_{\text{pt_ponct}} = 5.00 \, \text{W}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Si \(N = 50\), \(Χ = 0.01 \, \text{W/K}\) et \(\Delta T = 20 \, \text{K}\), \(\Phi_{\text{pt_ponct}}\) est :

Question 4 : Déperditions thermiques totales du mur (\(\Phi_{\text{total}}\))

Principe :

Les déperditions thermiques totales d'une paroi sont la somme des déperditions par transmission à travers sa partie courante et des déperditions dues à tous les ponts thermiques (linéiques et ponctuels) qui y sont associés. C'est cette valeur totale qui est utilisée pour dimensionner le système de chauffage.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\Phi_{\text{total}} = \Phi_{\text{mur}} + \Phi_{\text{pt_lin}} + \Phi_{\text{pt_ponct}}\]
Données spécifiques :
  • \(\Phi_{\text{mur}} = 112.5 \, \text{W}\)
  • \(\Phi_{\text{pt_lin}} = 75.00 \, \text{W}\)
  • \(\Phi_{\text{pt_ponct}} = 5.00 \, \text{W}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \Phi_{\text{total}} &= 112.5 \, \text{W} + 75.00 \, \text{W} + 5.00 \, \text{W} \\ &= 192.5 \, \text{W} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Les déperditions thermiques totales du mur sont \(\Phi_{\text{total}} = 192.5 \, \text{W}\).

Question 5 : Pourcentage des déperditions dues aux ponts thermiques

Principe :

Pour évaluer l'impact des ponts thermiques sur les pertes de chaleur totales du mur, on calcule le pourcentage que représentent les déperditions des ponts thermiques par rapport aux déperditions totales. Pour cela, on additionne les déperditions dues aux ponts thermiques linéiques et ponctuels, on divise cette somme par les déperditions totales du mur (incluant les ponts thermiques), puis on multiplie par 100.

Formule(s) utilisée(s) :
\[\text{Pourcentage}_{\text{PT}} = \frac{(\Phi_{\text{pt_lin}} + \Phi_{\text{pt_ponct}})}{\Phi_{\text{total}}} \times 100\]
Données spécifiques :
  • \(\Phi_{\text{pt_lin}} = 75.00 \, \text{W}\)
  • \(\Phi_{\text{pt_ponct}} = 5.00 \, \text{W}\)
  • \(\Phi_{\text{total}} = 192.5 \, \text{W}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} \text{Déperditions}_{\text{PontsThermiques}} &= 75.00 \, \text{W} + 5.00 \, \text{W} \\ &= 80.00 \, \text{W} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} \text{Pourcentage}_{\text{PT}} &= \frac{80.00 \, \text{W}}{192.5 \, \text{W}} \times 100 \\ &\approx 0.41558 \times 100 \\ &\approx 41.56 \% \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Environ \(41.6\%\) des déperditions thermiques totales du mur sont dues aux ponts thermiques.

Quiz Q5 : Si les pertes par les murs sont de 100W et les pertes par les ponts thermiques de 50W, quel est le pourcentage des pertes dues aux ponts thermiques par rapport au total ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Un pont thermique linéique est caractérisé par :

2. Les déperditions par transmission à travers une paroi courante dépendent de :

3. Pour réduire l'impact des ponts thermiques, il faut chercher à :

Glossaire

Déperdition Thermique (\(\Phi\))
Quantité de chaleur perdue par un bâtiment à travers son enveloppe ou par renouvellement d'air, exprimée en Watts (W).
Pont Thermique
Zone localisée de l'enveloppe du bâtiment où la résistance thermique est significativement réduite, causant des déperditions de chaleur accrues.
Pont Thermique Linéique
Pont thermique qui s'étend le long d'une ligne (ex: jonction mur/plancher, angle de mur).
Coefficient de Transmission Thermique Linéique (\(\Psi\))
Flux thermique supplémentaire par unité de longueur d'un pont thermique linéique, pour une différence de température de 1 Kelvin entre les ambiances de part et d'autre. Unité : \(\text{W/(mK)}\).
Pont Thermique Ponctuel
Pont thermique de petite dimension, assimilable à un point (ex: fixation métallique, percement).
Coefficient de Transmission Thermique Ponctuel (Χ)
Flux thermique supplémentaire causé par un pont thermique ponctuel, pour une différence de température de 1 Kelvin. Unité : \(\text{W/K}\).
Coefficient de Transmission Thermique Surfacique (U-value)
Quantité de chaleur qui traverse 1 m² d'une paroi en 1 seconde pour une différence de température de 1 Kelvin. Unité : \(\text{W/(m}^2\text{K)}\).
Calcul des Pertes Thermiques dues aux Ponts Thermiques - Exercice d'Application

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