La valeur R et l'isolation - comment est-elle calculée
Qu'est-ce que c'est la valeur R ?
Dans le contexte du bâtiment et de la construction, la valeur R est une mesure de la capacité d’une barrière bidimensionnelle, telle qu’une couche d’isolation, une fenêtre ou un mur ou un plafond complet, à résister au flux de chaleur par conduction. Cette valeur est la différence de température par unité de flux thermique nécessaire pour maintenir une unité de flux thermique entre la surface la plus chaude et la surface la plus froide d’une barrière dans des conditions stables.
Cette valeur est le terme utilisé dans l’industrie du bâtiment pour désigner la résistance thermique “par unité de surface”. Elle est parfois appelée valeur RSI si les unités SI (métriques) sont utilisées. Une valeur R peut être donnée pour un matériau (par exemple, pour la mousse de polyéthylène) ou pour un assemblage de matériaux (par exemple, un mur ou une fenêtre). Dans le cas des matériaux, elle est souvent exprimée en termes de valeur R par unité de longueur (par exemple, par pouce ou mètre d’épaisseur). Les valeurs R s’additionnent pour les couches de matériaux, et plus la valeur R est élevée, meilleure est la performance.
Le facteur U ou la valeur U est le coefficient global de transfert de chaleur qui décrit la capacité d’un élément de construction à conduire la chaleur ou le taux de transfert de chaleur (en watts) à travers un mètre carré d’une structure divisé par la différence de température à travers la structure. Les éléments sont généralement des assemblages de plusieurs couches de composants tels que ceux qui constituent les murs/planchers/toits, etc. Il mesure le taux de transfert de chaleur à travers un élément de construction sur une surface donnée dans des conditions standardisées. La norme habituelle est une différence de température de 24 °C (43 °F), une humidité de 50 % et l’absence de vent[9] (un facteur U plus petit permet de mieux réduire le transfert de chaleur). Il est exprimé en watts par mètre carré kelvin (W/m2⋅K). Cela signifie que plus la valeur U est élevée, plus la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment est mauvaise. Une faible valeur U indique généralement des niveaux élevés d’isolation. Ils sont utiles car ils permettent de prédire le comportement composite d’un élément de construction entier plutôt que de se fier aux propriétés des matériaux individuels.
Définition de valeur R
=/
=
/
(K⋅m2/W) est la valeur R,
(K) est la différence de température entre la surface la plus chaude et la surface la plus froide d’une barrière,
(W/m2) est le flux de chaleur à travers la barrière.
La valeur R par unité de surface exposée d'une barrière mesure la résistance thermique absolue de la barrière.
/=
=
est la valeur R (K⋅W-1⋅m2)
est la surface exposée de la barrière (m2)
est la résistance thermique absolue (K⋅W-1)
Valeur RSI
Notez que la R est le terme utilisé dans l’industrie du bâtiment pour désigner ce qui, dans d’autres contextes, est appelé “résistance thermique” “pour une unité de surface”. Elle est parfois appelée valeur RSI si les unités SI (métriques) sont utilisées Une valeur R peut être donnée pour un matériau (par exemple pour la mousse de polyéthylène) ou pour un assemblage de matériaux (par exemple un mur ou une fenêtre). Dans le cas des matériaux, elle est souvent exprimée en termes de valeur R par unité de longueur (par exemple, par pouce d’épaisseur). Cette dernière expression peut être trompeuse dans le cas des isolants thermiques des bâtiments à faible densité, pour lesquels les valeurs R ne sont pas additives : leur valeur R par pouce n’est pas constante à mesure que le matériau s’épaissit, mais diminue généralement.
Les unités d’une valeur R ne sont généralement pas explicitement indiquées, et il est donc important de déterminer, à partir du contexte, quelles unités sont utilisées : une valeur R exprimée en unités I-P (pouce-livre) est environ 5,68 fois plus grande que lorsqu’elle est exprimée en unités SI, de sorte que, par exemple, une fenêtre qui a une valeur R-2 en unités I-P a une valeur RSI de 0,35 (puisque 2/5,68 = 0,35). Pour les valeurs R, il n’y a pas de différence entre les unités coutumières américaines et les unités impériales. En ce qui concerne la manière dont les valeurs R sont rapportées, toutes les expressions suivantes signifient la même chose : “ceci est une fenêtre R-2” ; “ceci est une fenêtre R2” ; “cette fenêtre a une valeur R de 2” ; “ceci est une fenêtre avec R = 2” (et de la même manière avec les valeurs RSI, qui incluent également la possibilité “cette fenêtre offre une résistance RSI de 0,35 au flux thermique”).
Valeur R apparente
Plus un matériau est intrinsèquement capable de conduire la chaleur, comme le montre sa conductivité thermique, plus sa valeur R est faible. En revanche, plus le matériau est épais, plus sa valeur R est élevée. Parfois, des processus de transfert de chaleur autres que la conduction (à savoir la convection et le rayonnement) contribuent de manière significative au transfert de chaleur au sein du matériau. Dans de tels cas, il est utile d’introduire une “conductivité thermique apparente”, qui capture les effets de ces trois types de processus, et de définir plus généralement la valeur R comme l’épaisseur d’un échantillon divisée par sa conductivité thermique apparente. Voici quelques équations reliant cette valeur R généralisée, également appelée valeur R apparente, à d’autres quantités :
est la valeur R apparente (K/W) dans l’épaisseur de l’échantillon,
est l’épaisseur (m) de l’échantillon (mesurée sur un chemin parallèle au flux de chaleur),
est la conductivité thermique apparente du matériau (W/(K⋅m)),
est le facteur de transmission thermique ou “valeur U” du matériau (W/K),
est la résistivité thermique apparente du matériau (K⋅m/W).
est la valeur R apparente (K/W) dans l’épaisseur de l’échantillon,
est la conductivité thermique apparente du matériau (W/(K⋅m)),
est le facteur de transmission thermique ou “valeur U” du matériau (W/K),
est la résistivité thermique apparente du matériau (K⋅m/W).Toutefois, cette généralisation a un prix car les valeurs R qui incluent des processus non conducteurs peuvent ne plus être additives et peuvent présenter une dépendance significative à la température. En particulier, pour un matériau lâche ou poreux, la valeur R par pouce dépend généralement de l’épaisseur, presque toujours de telle sorte qu’elle diminue avec l’augmentation de l’épaisseur (le polyisocyanurate (“polyiso”) étant une exception ; sa valeur R par pouce augmente avec l’épaisseur). Pour des raisons similaires, la valeur R par pouce dépend également de la température du matériau, augmentant généralement avec la diminution de la température (le polyiso faisant à nouveau exception) ; une natte de fibre de verre nominalement R-13 peut être R-14 à -12 °C (10 °F) et R-12 à 43 °C (109 °F). Néanmoins, dans la construction, il est courant de traiter les valeurs R comme indépendantes de la température. Notez qu’une valeur R peut ne pas tenir compte des processus radiatifs ou convectifs à la surface du matériau, ce qui peut être un facteur important pour certaines applications.
La valeur R est l’inverse de la transmittance thermique (facteur U) d’un matériau ou d’un assemblage. L’industrie de la construction américaine préfère toutefois utiliser les valeurs R, car elles sont additives et parce que des valeurs plus élevées signifient une meilleure isolation, ce qui n’est pas le cas pour les facteurs U.
Facteur U / Valeur U
Le facteur U ou la valeur U est le coefficient global de transfert de chaleur qui décrit la capacité d’un élément de construction à conduire la chaleur ou le taux de transfert de chaleur (en watts) à travers un mètre carré d’une structure divisé par la différence de température à travers la structure. Les éléments sont généralement des assemblages de plusieurs couches de composants tels que ceux qui constituent les murs, les planchers, les toits, etc. Elle est exprimée en watts par mètre carré kelvin W/(m2⋅K). Cela signifie que plus la valeur U est élevée, plus la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment est mauvaise. Une faible valeur U indique généralement des niveaux élevés d’isolation. Ils sont utiles car c’est un moyen de prédire le comportement composite d’un élément de construction entier plutôt que de se fier aux propriétés des matériaux individuels.
Dans la plupart des pays, les propriétés de matériaux spécifiques (comme l’isolation) sont indiquées par la conductivité thermique, parfois appelée valeur k ou valeur lambda (λ minuscule). La conductivité thermique (valeur k) est la capacité d’un matériau à conduire la chaleur ; par conséquent, plus la valeur k est faible, plus le matériau est bon pour l’isolation. Le polystyrène expansé (EPS) a une valeur k d’environ 0,033 W/(m⋅K). À titre de comparaison, l’isolation en mousse phénolique a une valeur k d’environ 0,018 W/(m⋅K), tandis que le bois varie entre 0,15 et 0,75 W/(m⋅K), et l’acier a une valeur k d’environ 50,0 W/(m⋅K). Ces chiffres varient d’un produit à l’autre, c’est pourquoi le Royaume-Uni et l’UE ont établi une norme 90/90 qui signifie que 90 % du produit sera conforme à la valeur k indiquée avec un niveau de confiance de 90 %, à condition que le chiffre cité soit indiqué comme la valeur lambda 90/90.
U est l’inverse de R avec les unités SI de W/(m2⋅K) et les unités U.S. de BTU/(h⋅°F⋅ft2).
U=1/R=/=k/L
/où est le flux thermique, est la différence de température à travers le matériau, k est le coefficient de conductivité thermique du matériau et L est son épaisseur. Dans certains contextes, U est appelé conductivité superficielle unitaire.
tog (unité) ou grade global thermique (où 1 tog = 0,1 m2-K/W), utilisé pour le classement des couettes.
Le terme facteur U est généralement utilisé aux États-Unis et au Canada pour exprimer le flux de chaleur à travers des assemblages entiers (tels que les toits, les murs et les fenêtres). Par exemple, les codes énergétiques tels que l’ASHRAE 90.1 et l’IECC prescrivent des valeurs U. Cependant, la valeur R est largement utilisée dans la pratique pour décrire la résistance thermique des produits et couches d’isolation et de la plupart des autres parties de l’enceinte du bâtiment (murs, planchers, toits). Dans d’autres régions du monde, on utilise plus couramment la valeur U/le facteur U pour les éléments de l’ensemble de l’enceinte du bâtiment, y compris les fenêtres, les portes, les murs, le toit et les dalles de sol.
Facteurs
De nombreux facteurs entrent en jeu lorsqu’on utilise les valeurs R pour calculer les pertes de chaleur d’un mur particulier. Les valeurs R des fabricants ne s’appliquent qu’à une isolation correctement installée. Le fait de comprimer deux couches de matelas dans l’épaisseur prévue pour une seule couche augmentera la valeur R, mais ne la doublera pas. (En d’autres termes, le fait de comprimer une natte de fibre de verre diminue la valeur R de la natte mais augmente la valeur R par pouce). Un autre facteur important à prendre en compte est que les montants et les fenêtres constituent une voie de conduction thermique parallèle qui n’est pas affectée par la valeur R de l’isolant. En pratique, on peut doubler la valeur R de l’isolant installé entre les éléments de l’ossature et obtenir une réduction de moins de 50 % des pertes de chaleur. Lorsqu’elle est installée entre les montants du mur, même une isolation murale parfaite n’élimine que la conduction à travers l’isolant, mais laisse intacte la perte de chaleur par conduction à travers des matériaux tels que les fenêtres en verre et les montants. L’isolation installée entre les montants peut réduire, mais n’élimine généralement pas, les pertes de chaleur dues aux fuites d’air à travers l’enveloppe du bâtiment. L’installation d’une couche continue d’isolant en mousse rigide sur le côté extérieur du revêtement mural interrompra le pontage thermique à travers les montants tout en réduisant le taux de fuite d’air.
Calcul de la perte de chaleur
Pour trouver la perte de chaleur moyenne par unité de surface, il suffit de diviser la différence de température par la valeur R de la couche.
Si l’intérieur d’une maison est à 20 °C et que la cavité du toit est à 10 °C, la différence de température est de 10 °C (ou 10 K). Dans l’hypothèse d’un plafond isolé selon la valeur RSI 2.0 (R = 2 m2⋅K/W), l’énergie sera perdue à un taux de 10 K / (2 K⋅m2/W) = 5 watts pour chaque mètre carré de plafond. La valeur RSI utilisée ici concerne la couche isolante proprement dite (et non l’épaisseur unitaire de l’isolant).
