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Les paramètres du confort thermique sont les températures de l’air ambiant et des parois, la température ressentie, mais également l'humidité et la vitesse de l'air qui accélèrent les échanges thermiques par convection au niveau de la peau.
L’inertie thermique d’un matériau est sa capacité à accumuler de l’énergie calorifique lors d’un apport de chaleur pour la restituer ensuite.
Le pouvoir isolant des matériaux permet de gérer le confort d’hiver de la plupart des solutions constructives. Mais le niveau d’ensoleillement et la faible inertie des constructions peuvent entraîner des variations de températures inconfortables en demi-saison et une température intérieure excessive en été nécessitant une climatisation.
Lorsque la diffusivité du matériau est faible, c'est-à-dire lorsque la vitesse à laquelle il se refroidit ou se réchauffe lors d’une variation de température est lente, ce dernier agit comme climatiseur naturel.
La résistance thermique mesure la capacité d’un matériau à ralentir la progression de l’énergie calorifique qui la traverse. Elle dépend de la conductivité thermique du matériau et de son épaisseur.
La notion de confort thermique est donc liée à la température des parois intérieures et à leur niveau de variations thermiques. Ainsi on peut résumer le confort thermique au fait d’avoir des parois intérieures avec une température de confort stable en toutes saisons ainsi que le jour et la nuit.
Le coefficient de conductivité thermique λ
Le coefficient de conductivité thermique λ exprime la quantité de chaleur transmise par seconde à travers un matériau homogène d’une surface de 1 m2 et de 1 ml d’épaisseur pour une différence de température entre les parois de 1 K (Kelvin). Son unité est le Watt/m.K qui détermine la conductivité thermique utile.
Le coefficient de conductivité thermique λ diminue avec la densité du matériau.
Plus la valeur du coefficient de conductivité λ est petite, plus le matériau est isolant.
La résistance thermique R
La résistance thermique R d’un matériau homogène est le rapport entre son épaisseur e et le coefficient de conductivité λ : R = e/λ . Son unité est le m2.K/Watt.
Dans le cas d’un mur maçonné en béton cellulaire, puis enduit à l’intérieur et à l’extérieur, la résistance thermique totale de la paroi correspond à la somme des résistances thermiques des matériaux qui la composent et de la résistance équivalente d’une éventuelle lame d’air non ventilée.
Les valeurs des résistances thermiques R des parois varient en fonction de la direction du flux de chaleur ou du passage de l’air.
Les coefficients de déperdition thermique U et Ψ
La déperdition thermique se situe au niveau de la surface de la paroi (coefficient U) et au niveau de ponts thermiques (coefficient Ψ) qui sont les parties de l’enveloppe du bâtiment où la résistance thermique est sensiblement modifiée soit par la présence dans la paroi de matériaux rompant l’uniformité, soit par la variation d’épaisseur des composants de la paroi, soit par la liaison entre parois dont l’épaisseur et le matériau diffèrent (attaches métalliques traversant un isolant, menuiseries...)
Le coefficient de déperdition surfacique d’une paroi exprime la quantité de chaleur passant par seconde à travers 1 m2 de matériau stable pour une différence de température entre les deux ambiances de 1 K (Kelvin). Son unité est le Watt/m2.K . Le calcul tient compte de la totalité des résistances thermiques des matériaux, de la lame d’air éventuelle ainsi que des résistances superficielles intérieures et extérieures.
Le calcul des coefficients de déperdition thermique de l’enveloppe du bâtiment (pondérés par un coefficient dépendant de la zone climatique du lieu de construction) permet de définir les valeurs d’isolation à ajouter pour respecter la Réglementation Thermique.
Plus la valeur des coefficients de déperdition U et Ψ est petite, plus la paroi est isolante.
Performances thermiques : comparaison des principaux systèmes constructifs
Monomur en béton cellulaire HL2R λ = 0,09 Watt/m.K _ Joints horizontaux minces de mortier-colle et joints verticaux secs | |||||||||
Blocs 400 kg/m3 épaisseur |
longueur
|
hauteur
|
Mur non enduit |
Mur total enduit 2 faces enduit = 0,5 cm x 2 |
Mur total enduit 2 faces + plaque de plâtre BA13 et lame d'air | ||||
e (cm) | L (cm) | H (cm) | R (m2..K/Watt) | U(W/m2.K) | R + 0,15 | U + BA13 | |||
25 | 62,5 | 25 | 2,58 | 2,80 | 0,36 | 2,95 | 0,34 | ||
30 | 62,5 | 25 | 3,09 | 3,31 | 0,30 | 3,46 | 0,29 | ||
36,5 | 62,5 | 25 | 3,87 | 4,09 | 0,25 | 4,24 | 0,24 | ||
50 | 62,5 | 25 | 5,30 | 5,52 | 0,19 | 5,67 | 0,18 | ||
Bloc béton creux de 20 cm doublé intérieurement d'un complexe isolant 1+8 cm | |||||||||
30 |
|
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| 2,40 | 0,42 |
|
| ||
Monomur en briques de terre cuite | |||||||||
37 |
|
|
| 2,87 | 0,33 |
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Grâce aux milliers de bulles d’air qui le constituent et sont réparties uniformément dans la masse, le béton cellulaire est un matériau isolant homogène contrairement aux autres matériaux de construction qui nécessitent l’ajout d’un isolant pour réduire les déperditions thermiques.
Le béton cellulaire exploite le pouvoir isolant de l’air maintenu parfaitement immobile et le principe de l’allongement du parcours thermique: le transfert des calories à travers la paroi étant très lent, le monomur constitue un véritable régulateur thermique naturel.
En outre, la pose à joint mince, l'intégration des réseaux à l'intérieur du matériau et la suppression des ponts thermiques permettent de réduire les déperditions caloriques et courants d'air indésirables.
Isolation par l'intérieur et isolation répartie: comparaison
Saison | Isolation par l'intérieur | Isolation répartie |
Hiver |
extérieure car faible inertie du matériau.
|
extérieure grâce à la forte inertie du monomur.
|
½saison |
durant les nuits fraîches
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et la restitue la nuit.
voire inutile. |
Eté |
|
|
En hiver, la forte résistance thermique du béton cellulaire isole la construction comme un système à isolation rapportée tout en amortissant considérablement les flux de chaleur vers l'extérieur.
En ½ saison, le monomur emmagasine les apports gratuits de soleil pour les restituer lorsque le logement en a besoin. Des économies sont alors réalisées.
En été, l’isolation répartie élimine les inconvénients liés à l’isolation rapportée qui conserve la chaleur à l’intérieur de l’habitation comme elle le fait en hiver. Le monomur permet ainsi de conserver une température intérieure plus fraîche la journée en absorbant les calories qui seront évacuées la nuit par la ventilation nocturne.
Les éléments permettant d'apprécier le comportement d'une paroi en béton cellulaire sur un cycle de 24 heures montrent que pour un monomur d'une densité de 400 kg/m3 et d'une épaisseur de 30 cm, seules 3,42% des calories pénètrent.
Ainsi, selon les essais réalisés dans des conditions extrêmes de fluctuation de la température extérieure, la température intérieure ne varie que de 1°C à 2° C au cours de la journée.
Il a été ainsi mesuré qu'avec une amplitude journalière de température extérieure de 15°C à 35°C, la température intérieure varie de 24,5°C à 25,5°C.
Par ailleurs, on constate que quelle que soit l'amplitude des variations de température entre le jour et la nuit, le déphasage entre apport et restitution de la chaleur est de 13 heures.