Numéro de référence ISO 23993:2008(F)
INTERNATIONALE 23993
Première édition 2008-02-01
Version corrigée 2009-10-01
Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles —
Détermination de la conductivité thermique utile
Thermal insulation products for building equipment and industrial installations — Determination of design thermal conductivity
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Version française parue en 2009
Sommaire
PageAvant-propos... iv
Introduction ... vi
1 Domaine d'application... 1
2 Références normatives ... 1
3 Termes et définitions... 1
4 Symboles ... 2
5 Détermination de la conductivité thermique déclarée ... 2
6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique ... 3
7 Conversion des données disponibles ... 3
7.1 Généralités ... 3
7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température... 4
7.3 Facteur de conversion de l'humidité ... 4
7.4 Facteur de conversion du vieillissement ... 5
7.5 Facteur de conversion de la compression... 5
7.6 Facteur de conversion de la convection ... 5
7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur... 5
7.8 Facteur de conversion des joints réguliers ... 6
7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à l'isolation, par exemple les écarteurs... 6
Annexe A (normative) Facteurs de conversion ... 8
Annexe B (informative) Exemples de détermination de la conductivité thermique utile... 20
Annexe C (informative) Valeurs approximatives des facteurs de conversion... 23
Bibliographie ... 31
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 23993 a été élaborée par le comité technique CEN/TC 89, Performance thermique des bâtiments et des composants du bâtiment, du Comité européen de normalisation (CEN) en collaboration avec le comité technique ISO/TC 163, Performance thermique et utilisation de l'énergie en environnement bâti, sous-comité SC 2, Méthodes de calcul, conformément à l'Accord de coopération technique entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
La présente Norme internationale fait partie d'une série de normes sur les méthodes de calcul relatives à la conception et à l'évaluation des performances thermiques de l'équipement des bâtiments et des installations industrielles.
La présente version corrigée de l'ISO 23993:2008 comprend les corrections suivantes, ainsi que quelques modifications rédactionnelles mineures.
Article 4: Les deux lignes suivantes ont été ajoutées au tableau:
N nombre d'écarteurs par mètre carré —
∆λsq conductivité thermique par écarteur et par mètre carré W/(m.K)
7.9.2.2: Les calculs ont été modifiés comme suit (c'est-à-dire en substituant ∆λsq, correspondant à la conductivité thermique par écarteur et par mètre carré, à ∆λ , ce qui revient à supprimer «écarteurs/m2» des unités):
Écarteurs en acier en forme de barre plate
30 mm × 3 mm ∆λsq = 0,003 5 W/(m·K) 40 mm × 4 mm ∆λsq = 0,006 0 W/(m·K) 50 mm × 5 mm ∆λsq= 0,008 5 W/(m·K)
Une nouvelle Équation (6) a été insérée pour préciser la relation existant entre ∆λ et ∆λsq, et l'Équation (6) existante a été renumérotée en Équation (7).
A.4.1 (deux fois) et A.4.2 (deux fois): Le terme «spécifique» a été ajouté à la définition de W, pour donner
«résistance spécifique au flux d'air».
Annexe B: Les titres supplémentaires «B.1 Matériaux isolants» et «B.2 Conditions» et des phrases d'introduction ont été ajoutés. La phrase «Détermination des facteurs de conversion et de ∆λ» a été convertie en titre et une phrase d'introduction a été ajoutée.
Tableau C.1: La ligne verticale qui sépare les désignations «Fibre calcium-magnésium-silicate», «Silicate de calcium» et «Isolants microporeux», dans la première colonne, du sous-titre «Isolation», à leur droite, a été déplacée vers la gauche de sorte à s'aligner correctement avec le bord droit de la première colonne (comme c'est le cas, par exemple, avec la désignation «Laine minérale» au début du tableau).
Tableau C.1 (quatre fois): «Résistance aux flux d'air» a été remplacé par «Résistivité au flux d'air».
Introduction
La détermination de valeurs utiles de conductivité thermique pour calculer la performance thermique des systèmes d'isolation pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs potentiels influant sur les propriétés thermiques des produits isolants utilisés, en raison des conditions opératoires de tout système individuel d'isolation.
Ces facteurs influents peuvent être:
⎯ la non linéarité de la courbe de conductivité thermique dans la plage de températures à laquelle l'isolant peut être utilisé;
⎯ l'effet de l'épaisseur;
⎯ l'effet de l'humidité à l'intérieur de l'isolant;
⎯ les effets du vieillissement, autres que ceux déjà pris en compte dans la valeur déclarée;
⎯ les effets relatifs à une installation particulière comme une installation à couche simple ou multiple.
Dans la présente Norme internationale, les facteurs de conversion, F, nécessaires dans différentes applications pour différents types de produits isolant, sont indiqués, ainsi que les principes et les équations générales et certaines informations permettant de déterminer les valeurs utiles pour le calcul de la performance thermique des systèmes d'isolation. Les facteurs de conversion valables pour les produits isolants généralement utilisés sont indiqués dans les annexes. Ils sont bien déterminés dans certains cas et pour certains matériaux. Lorsque l'expérience fait défaut et que les facteurs de conversion ne peuvent pas être déterminés précisément, ils sont fournis sous forme «d'estimation dirigée» pour que les résultats du calcul soient prudents, c'est-à-dire que le transfert thermique calculé sera supérieur au transfert thermique réel lorsque le calcul aura été effectué conformément à la présente Norme internationale.
Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles — Détermination
de la conductivité thermique utile
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale indique des méthodes de calcul de la conductivité thermique utile à partir de la conductivité thermique déclarée pour le calcul de la performance énergétique des équipements de bâtiments et des installations industrielles.
Ces méthodes s'appliquent pour des températures de service comprises entre −200 °C et +800 °C.
Les facteurs de conversion, déterminés pour les différentes influences, sont valables pour les plages de température indiquées dans les articles ou les annexes correspondants.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7345, Isolation thermique — Grandeurs physiques et définitions
ISO 8497, Isolation thermique — Détermination des propriétés relatives au transfert de chaleur en régime stationnaire dans les isolants thermiques pour conduites
ISO 9053, Acoustique — Matériaux pour applications acoustiques — Détermination de la résistance à l'écoulement de l'air
ISO 9229, Isolation thermique — Vocabulaire
ISO 13787, Produits isolants thermiques pour l'équipement du bâtiment et les installations industrielles — Détermination de la conductivité thermique déclarée
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7345, l'ISO 9229 ainsi que les suivants s'appliquent.
3.1
conductivité thermique déclarée
valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou d'un produit utilisé pour les équipements de bâtiment et les installations industrielles:
⎯ fondée sur des données mesurées dans des conditions de référence de température et d'humidité;
⎯ fournie comme valeur limite, selon la méthode de détermination de l'ISO 13787;
⎯ correspondant à une durée de vie prévue raisonnable dans des conditions normales
3.2
conductivité thermique utile
valeur de la conductivité thermique d'un matériau ou produit isolant, dans des conditions extérieures et intérieures spécifiques, pouvant être considérée comme typique de la performance de ce matériau ou produit lorsque celui-ci est incorporé à un équipement de bâtiment ou une installation industrielle
4 Symboles
Symbole Quantité Unité
aC coefficient de compressibilité m3/(kg.K)
D diamètre intérieur de la couche m
d épaisseur de la couche m
dg épaisseur du système incluant la lame d'air m
F facteur de conversion global de la conductivité thermique —
Fa facteur de conversion du vieillissement —
FC facteur de conversion de la compression —
Fc facteur de conversion de la convection —
Fd facteur de conversion de l'épaisseur —
fd coefficient de conversion de l'épaisseur —
Fj facteur de joint —
Fm facteur de conversion de l'humidité —
fψ facteur de conversion de l'humidité volume par volume m3/m3
F∆θ facteur de conversion de l'écart de température —
N nombre d'écarteurs par mètre carré —
u teneur en humidité masse par masse kg/kg
θ température Celsius °C
λd conductivité thermique déclarée W/(m.K)
λ conductivité thermique utile W/(m.K)
λ conductivité thermique intégrée W/(m.K)
∆λ conductivité thermique supplémentaire issue des ponts thermiques,
comme les écarteurs, qui sont des parties intégrantes de l'isolation W/(m.K)
∆λsq conductivité thermique par écarteur et par mètre carré W/(m.K)
ρ masse volumique apparente kg/m3
ψ teneur en humidité volume par volume m3/m3
5 Détermination de la conductivité thermique déclarée
La conductivité thermique déclarée doit être déterminée conformément à l'ISO 13787.
Le produit doit être décrit par ses caractéristiques, avec une indication claire des matériaux, du type de revêtement le cas échéant, de la structure, de l'agent d'expansion, de l'épaisseur et de tout autre paramètre ayant une influence potentielle sur la conductivité thermique.
La conductivité thermique déclarée doit être déterminée soit à une épaisseur assez importante pour négliger l'effet d'épaisseur soit, pour les épaisseurs plus petites, en s'appuyant sur des mesurages effectués à ces épaisseurs.
6 Détermination de la valeur utile de la conductivité thermique
La valeur utile de conductivité thermique doit être déterminée à partir de la conductivité thermique déclarée pour l'ensemble des conditions correspondant aux conditions de l'application envisagée. Les influences possibles sont:
a) la température de service moyenne, avec les températures superficielles chaude et froide;
b) la teneur en humidité moyenne prévue lorsque le matériau est en équilibre avec une atmosphère définie (température et humidité relative);
c) l'effet de vieillissement selon l'application, s'il n'est pas pris en compte dans la valeur déclarée;
d) la compression appliquée dans l'application;
e) l'effet de convection dans le matériau;
f) l'effet de l'épaisseur;
g) l'effet de joint ouvert;
h) les ponts thermiques liés à l'isolant (ponts thermiques faisant partie intégrante du système d'isolation, par exemple les écarteurs) qui sont pris en compte par un terme ∆λ.
La valeur utile de conductivité thermique doit être obtenue
⎯ soit à partir d'une conductivité thermique convertie aux conditions de l'application avec l'Équation (1):
dF ∆
λ λ= + λ (1)
où le terme supplémentaire ∆λ, s'obtient selon 7.9 et le facteur de conversion global, F, s'obtient par:
∆ m a C c d j
F=F θ F F F F F F (2)
⎯ soit à partir des valeurs mesurées dans les conditions de l'application.
NOTE Des valeurs approximatives de F peuvent être trouvées dans l'Annexe informative C.
7 Conversion des données disponibles
7.1 Généralités
Les valeurs des différents facteurs de conversion pour certains matériaux isolants et certaines conditions de service sont fournies dans l'Annexe A. Les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées selon les méthodes d'essai appropriées, par exemple de l'EN 12667 ou l'ISO 8497, peuvent être utilisées à la place des valeurs de l'Annexe A. Si le matériau ne correspond pas aux conditions pour lesquelles les facteurs sont indiqués dans l'Annexe A, les facteurs de conversion dérivés des valeurs mesurées doivent alors être utilisés.
7.2 Facteur de conversion pour l'écart de température
Si la conductivité thermique utile est requise à la même température moyenne de référence, et avec les mêmes les températures superficielles chaude et froide que pour la conductivité thermique déclarée, aucune conversion n'est nécessaire (F∆θ = 1).
Dans le cas d'un mesurage de la conductivité thermique avec le testeur de conduits (ISO 8497), aucune conversion n'est nécessaire lorsque le mesurage est effectué avec le plein écart de température ∆θ.
Si la conductivité thermique utile doit être déterminée à une autre température qu'une de celles données pour les conductivités thermiques déclarées fournies sous forme de tableau de valeurs à diverses températures, l'interpolation entre les valeurs du tableau doit être basée sur l'utilisation d'une équation optimale telle qu'une régression polynomiale, d'un ordre suffisant pour fournir un coefficient de corrélation, r W 0,98.
Si la conductivité thermique utile est nécessaire à la même température moyenne de référence, mais pour un écart de température superficielle chaude et froide différent de celui utilisé pour déterminer la conductivité thermique déclarée, le facteur de conversion F∆θ doit être déterminé selon la procédure figurant en A.1 de l'Annexe A.
Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec le plein écart de température, F∆θ = 1. Si le mesurage de la conductivité thermique a été effectué avec un ∆θ ne dépassant pas 50 K, la procédure de non linéarité s'applique.
Si la conductivité thermique utile est nécessaire à une température moyenne différente de celle de la conductivité thermique déclarée et avec un écart de température différent, les procédures indiquées précédemment doivent être successivement appliquées. À titre d'alternative, l'influence de la non linéarité de la courbe de conductivité thermique peut être prise en compte en intégrant la courbe mesurée telle que fournie par l'Équation (3).
( )
2 2 1 1
1 d
= −
∫
θθλ λ θ θ
θ θ (3)
Le facteur de conversion de l'écart de température s'obtient par:
∆ ( ) F θ λ
=λ θ (4)
où λ θ( ) est la valeur lue sur la courbe à la température de référence.
7.3 Facteur de conversion de l'humidité
Le facteur de conversion Fm pour la teneur en humidité relative au volume doit être déterminé de la manière suivante:
2 1
( )
m ef
F = ψ ψ ψ− (5)
où
fψ est le coefficient de conversion de la teneur en humidité volume par volume;
ψ1 est la teneur en humidité volume par volume pour la détermination de la valeur de conductivité thermique déclarée;
ψ2 est la teneur en humidité volume par volume pour l'application réelle.
La teneur en humidité dans une application donnée doit être déterminée
⎯ soit par des mesurages effectués dans les conditions de l'application prévue,
⎯ soit par des calculs théoriques selon des méthodes éprouvées comme celles de l'ISO 15758, basées sur les valeurs mesurées selon l'ISO 12572, à condition que les suppositions sur lesquelles elles se fondent soient justes.
NOTE Une méthode d'essai possible pour déterminer la teneur en humidité figure dans l'EN 12088. Si cela est nécessaire pour l'application, la période de temps indiquée dans l'EN 12088 peut être allongée.
Certaines valeurs du coefficient fψsont fournies en A.2 de l'Annexe A.
7.4 Facteur de conversion du vieillissement
Le vieillissement dépend du type de matériau, des revêtements, des structures, de l'agent d'expansion, de la température et de l'épaisseur du matériau. Pour un matériau donné, l'effet de vieillissement peut être obtenu à partir de modèles théoriques validés par des données expérimentales (voir la procédure dans la norme produit, le cas échéant).
Aucune conversion n'est nécessaire si la conductivité ou la résistance thermique déclarée tient déjà compte du vieillissement ou si l'effet du vieillissement a été déterminé dans des conditions qui ne diffèrent pas beaucoup de l'ensemble des conditions d'utilisation.
Si l'ensemble de conditions relatives aux conductivités thermiques utiles diffère de celui dans lequel l'effet de vieillissement de la conductivité thermique déclarée a été déterminé, un essai de vieillissement doit être effectué, avec l'ensemble des conditions des conductivités thermiques utiles.
Si un facteur de conversion Fa est utilisé, il doit permettre de calculer la valeur de la propriété thermique après un vieillissement correspondant à une durée égale à au moins la moitié de la durée de vie du produit, pour l'application concernée.
NOTE 1 La durée de vie pour l'équipement de bâtiments est souvent considérée comme égale à 50 ans.
NOTE 2 Aucun coefficient de conversion n'est indiqué dans la présente Norme internationale pour en déduire le facteur de vieillissement Fa.
Aucun facteur de conversion de vieillissement ne doit être utilisé pour la laine minérale, la fibre céramique, la fibre calcium-magnésium-silicate, le silicate de calcium, la mousse élastomérique souple et le verre cellulaire.
7.5 Facteur de conversion de la compression
Pour les produits isolants compressibles, la masse volumique apparente peut varier lorsque le produit est soumis à une charge. L'effet sur la conductivité thermique doit être pris en compte par le facteur FC, qui doit être calculé comme indiqué en A.3.
7.6 Facteur de conversion de la convection
L'effet de la convection dans le cas de couches isolantes verticales doit être pris en compte par le facteur de conversion Fc.
Le facteur Fc doit être calculé comme indiqué en A.4.
7.7 Facteur de conversion de l'effet d'épaisseur
Pour les matériaux isolants perméables au rayonnement, la conductivité thermique varie lorsque l'on augmente l'épaisseur. Si la conductivité thermique utile est nécessaire à d'autres épaisseurs que celles de la conductivité thermique déclarée, le facteur Fd doit être déterminé comme indiqué en A.5.
7.8 Facteur de conversion des joints réguliers
L'effet des joints sur la conductivité thermique utile doit être traité avec le facteur de conversion Fj, qui doit être calculé comme indiqué en A.6.
Le facteur de conversion Fj doit être appliqué, si la conductivité thermique a été mesurée conformément à l'ISO 8497, avec un testeur de conduits ayant moins de joints que l'application réelle.
7.9 Conductivité thermique supplémentaire pour les ponts thermiques réguliers liés à l'isolation, par exemple les écarteurs
7.9.1 Généralités
Les composants de la couche d'isolation qui sont des ponts thermiques régulièrement espacés et liés à l'isolation, comme les écarteurs, sont pris en compte en ajoutant ∆λ à la conductivité thermique corrigée λd du produit isolant installé, selon l'Équation (1).
Les ponts thermiques liés à l'isolation dépendant de l'installation et irrégulièrement espacés, par exemple les montages des conduits, les supports, les armatures et les plaques frontales, sont des ponts thermiques à considérer comme des pertes thermiques supplémentaires, par exemple tels que décrits dans l'ISO 12241.
7.9.2 Écarteurs
7.9.2.1 Écarteurs pour enveloppes métalliques de conduits
La conductivité thermique supplémentaire dépend de plusieurs variables. Les valeurs indiquées ci-après sont approximatives et s'appliquent aux épaisseurs de couches isolantes habituellement comprises entre 100 mm et 300 mm et aux systèmes d'isolation classiques de protection contre la chaleur.
NOTE 1 La Référence [9] dans la Bibliographie indique des procédures possibles pour les systèmes d'isolation spécifiques.
Additions à la conductivité thermique
pour les écarteurs en acier ∆λ = 0,010 W/(m·K) pour les écarteurs en acier austénitique ∆λ = 0,004 W/(m·K) pour les écarteurs en céramique ∆λ = 0,003 W/(m·K)
NOTE 2 Ces valeurs peuvent être utilisées dans la plage de 50 mm à 200 mm, voir Référence [10].
7.9.2.2 Écarteurs pour enveloppes métalliques sur parois planes Écarteurs en acier en forme de barre plate
30 mm × 3 mm ∆λsq = 0,003 5 W/(m·K) 40 mm × 4 mm ∆λsq = 0,006 0 W/(m·K) 50 mm × 5 mm ∆λsq= 0,008 5 W/(m·K)
Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les écarteurs pour enveloppes métalliques sur parois planes dépendent du nombre d'écarteurs par mètre carré (m2). L'addition totale est calculée par:
N sq
λ λ
∆ = ∆ (6)
où
N est le nombre d'écarteurs par mètre carré (m2);
∆λsq est la conductivité thermique par écarteur par mètre carré.
7.9.3 Fixations mécaniques pénétrant dans une couche isolante
Les additions ∆λ à la conductivité thermique pour prendre en compte les fixations dépendent du nombre de fixations par m2ainsi que de la géométrie. L'addition totale est calculée par:
∆λ=n∆λi (7)
où ∆λi est la conductivité supplémentaire issue des fixations i (i = 1 … n).
Pour les fixations en acier, diamètre 4 mm, 9 fixations/m2: ∆λ = 0, 006 W/(m⋅K)
Pour les fixations en acier austénitique, diamètre 4 mm, 9 fixations/m2: ∆λ = 0, 004 W/(m⋅K)
Annexe A (normative)
Facteurs de conversion
A.1 Facteurs de conversions relatifs à l'effet de non linéarité de la courbe conductivité thermique — température
Lorsque l'on n'utilise pas de valeurs directement intégrées de conductivité thermique ou de calcul basé sur une expression polynomiale de la conductivité thermique, l'effet de non linéarité de la courbe conductivité thermique — température pour les matériaux isolants doit être pris en compte en utilisant le facteur de conversion de l'écart de température F∆θ fourni dans le Tableau A.1.
Tableau A.1 — Facteur de conversion relatif à l'écart de température F∆θ Masse volumique apparente Écart de températurea
K Type de produit
kg/m3
100 250 450 Laine minérale
feutre panneau
feutre lamellaire
50 à 70 80 à 120 130 à 150
> 160 30 à 40 50 à 60
1,04 1,02 1,0 1,0 1,02 1,01
1,08 1,05 1,02 1,0 1,10 1,08
1,12 1,1 1,05 1,02 1,15 1,12 Laine de verre
feutre panneau feutre lamellaire
30 à 45 50 à 75
30
1,03 1,01 1,0
1,06 1,04 1,08
1,10 1,07
— Calcium-magnésium
silicate feutre panneau
80 à 110 1,02 1,06 1,10
Verre cellulaire 120 à 200 1,02 1,04 1,06
Perlite 60 à 80 1,01 1,02 1,05
Silicate de calcium 100 à 200 1,01 1,02 1,05
Isolant microporeux 300 1,0 1,01 1,02
En cas de courbe linéaire, F∆θ = 1.
Si la courbe conductivité thermique-température présente un point d'inflexion, la valeur intégrée doit être utilisée.
a Une interpolation linéaire peut être effectuée.
A.2 Facteur de conversion relatif à l'humidité
Le coefficient de conversion pour l'humidité est fourni dans le Tableau A.2, pour la plage de teneurs en humidité dans la colonne 2. Il correspond à l'humidité restant dans le produit.
L'effet du transfert de masse par l'eau à l'état liquide et par la vapeur d'eau n'est pas couvert par ces données.
Tableau A.2 — Coefficients de conversion relatifs à l'humidité Type de produit Teneur en humidité
ψ m3/m3
Coefficient de conversion fψ
m3/m3 Laine minérale
Polystyrène expansé Polystyrène extrudé
Mousse élastomérique souple Mousse en polyuréthanne Mousse phénolique Mousse PVC Liège
Verre cellulaire
Panneaux de perlite rigides, fibres et liants
< 0,15
< 0,10
< 0,10
< 0,15
< 0,15
< 0,15
< 0,1
< 0,1 0,0 0 à 0,04
4 4 2,5 3,5 6 5 8 6,0 0,00
0,8
Certains des coefficients de conversion figurant dans le Tableau A.2 proviennent de l'ISO 10456:2007. Ils s'appliquent pour la plage de température de 0 °C à 30 °C. Ils doivent être revérifiés lorsqu'ils sont utilisés pour d'autre températures, en tenant compte du fait que l'eau gèle en dessous de 0 °C. Aucun facteur de conversion de l'humidité ne doit être utilisé lorsque la température de référence de l'isolant dépasse 100 °C.
A.3 Facteur de conversion relatif à la compression
Pour les produits plats, le rapport de compression pour les applications planes s'obtient par:
1 2
C d
= d (A.1)
où
d1 est l'épaisseur nominale;
d2 est l'épaisseur en compression.
Figure A.1 — Compression des produits plats
Pour les produits plats compressibles utilisés comme isolants pour tuyauteries, le rapport de compression s'obtient par:
2
D d
C D d
= +
+ (A.2)
où
d est l'épaisseur de la couche;
D est le diamètre intérieur de la couche.
Figure A.2 — Compression de l'isolant pour tuyauterie Le facteur FC (par exemple pour de la laine minérale) doit être déterminé par:
( ) ( )
C 1 10 6 C m 5 50 1
F = − − ⎡⎣a θ − ρ− ⎤⎦ρ C− (A.3)
où
aC est fourni dans le Tableau A.3 comme fonction de la masse volumique;
ρ est la masse volumique apparente du produit isolant;
θm est la température moyenne;
C est le rapport de compression fourni par l'Équation (A.1) ou (A.2).
Tableau A.3 — Coefficient aCpour la laine minérale dans la plage de température de 50 °C à 600 °C Masse volumique apparente
ρ kg/m3
Coefficient aC m3/(kg⋅K)
30 55 45 35 60 20 80 11 100 9
A.4 Facteur de conversion relatif à la convection à l'intérieur du matériau
A.4.1 Introduction
Pour les couches verticales en matériau perméable à l'air, par exemple la laine minérale, la convection doit être évaluée par la méthode suivante. Si la résistivité au flux d'air mesurée conformément à l'ISO 9053 est supérieure à 50 kPa⋅s/m2, l'effet de la convection est négligeable pour la plupart des applications.
En fonction de la méthode d'installation, trois cas différents peuvent être identifiés (voir Figure A.3).
a) isolant remplissant tout l'espace
b) lame d'air d'un côté de l'isolant
c) lame d'air des deux côtés de l'isolant
Légende 1 isolation 2 lame d'air
Figure A.3 — Différent types de systèmes d'isolation (assemblages)
En s'appuyant sur des calculs par ordinateur et des travaux expérimentaux, des équations et des graphiques ont été développés pour le calcul de la valeur de Fc.
Les données entrantes sont:
⎯ l'épaisseur de l'isolant, d, en mètres;
⎯ l'épaisseur totale, comprenant la lame d'air intérieure potentielle, l'isolant et la lame d'air extérieure potentielle, dg, en mètres;
⎯ la température moyenne de l'isolant, en °C;
⎯ l'écart de température entre les surfaces délimitant le système, en K;
⎯ la conductivité thermique de l'isolant à la température moyenne (supposée égale à la valeur du Tableau A.4);
⎯ la hauteur du système d'isolation, H, en mètres.
Les paramètres suivants sont définis:
BA paramètre prenant en compte le type de système d'isolation;
BV paramètre prenant en compte l'ajout possible d'une feuille utilisée comme barrière anti-convection;
W résistance spécifique au flux d'air de la couche d'isolation thermique, en Pa⋅s/m, mesurée conformément à l'ISO 9053;
r résistivité au flux d'air du matériau isolant thermique, en Pa⋅s/m2.
Tableau A.4 — Paramètres utilisés dans les graphiques pour déterminer l'effet de convection en fonction de la résistance au flux d'air de l'isolant
Température côté chaud
Température moyenne
Conductivité thermique Désignation
de la courbe
dans les graphiques °C °C W/(m⋅K)
1 180 100 0,050
2 440 230 0,075
3 580 300 0,100
La résistance spécifique au flux d'air est fournie par l'Équation (A.4):
W =r d (A.4)
et le facteur de conversion relatif à la convection est fourni par l'Équation (A.5):
( * )
( )
c A V g
1 1 2 1
Nu d
F B B d
= + −
+ + (A.5)
où
Nu* est le nombre de Nusselt modifié indiqué dans les Figures A.4 à A.6;
BA est fourni par le Tableau A.5;
BV est fourni par le Tableau A.6.
Figure A.4 — Nombre de Nusselt modifié pour l'épaisseur totale dg = 0,20 m du système d'isolation Paramètres de calcul:
H/dg = 10 dg = 0,20 m d = 0,5 dg x = W en Pa⋅s/m y = Nu*
Utiliser la courbe 1, 2 ou 3 selon les conditions de température fournies dans le Tableau A.4.
Figure A.5 — Nombre de Nusselt modifié pour l'épaisseur totale dg = 0,30 m du système d'isolation Paramètres de calcul:
H/dg = 10 dg = 0,30 m d = 0,5 dg x = W en Pa⋅s/m y = Nu*
Utiliser la courbe 1, 2 ou 3 selon les conditions de température fournies dans le Tableau A.4.
Figure A.6 — Nombre de Nusselt modifié pour l'épaisseur totale dg = 0,60 m du système d'isolation Paramètres:
H/dg = 10 dg = 0,60 m d = 0,5 dg x = W en Pa·s/m y = Nu*
Utiliser la courbe 1, 2 ou 3 selon les conditions de température fournies dans le Tableau A.4.
Tableau A.5 — Valeurs du paramètre BA pour l'évaluation de l'effet de convection sur les applications d'isolation en service
Assemblage Description Figure
Coefficient d'évaluation
BA
1 Espace mort
Isolation sans revêtement, avec les deux surfaces de l'isolant contiguës à un espace vide
0
2 Suivant le contour
Isolation suivant le contour de l'élément, avec des vides d'air limités localement
1
3 Lame d'air
Isolation du côté chaud ou froid ajustée
2 à 3
4 Espace vide comblé
Isolation des côtés chaud et froid ajustée
4 à 6
Tableau A.6 — Valeurs du paramètre BV pour l'évaluation des applications possibles avec des feuilles supplémentaires
Variante No. Description Figure
Coefficient d'évaluation
BV 1 Feuille comme barrière anti-convection
entre les couches
Légende:
1 feuille
5 à 7
2 Feuille sur l'isolant revêtu ou isolant parfaitement ajusté (collé en plein)
Légende:
1 feuille
9 à 10
3 Pas de feuille 0
A.4.2 Calcul du facteur de convection relatif à la convection
A.4.2.1 Généralités
La résistance spécifique au flux d'air de la couche isolante, W, doit être calculée sur la base de sa résistivité au flux d'air et de son épaisseur avec l'Équation (A.4).
L'une des Figures A.4, A.5 ou A.6 doit être choisie sur la base de l'épaisseur d'isolation du système total, dg. Basé sur la valeur de résistance spécifique au flux d'air, W, (axe horizontal) et la courbe de température moyenne de référence correspondant au côté chaud et aux températures moyennes de référence, le nombre de Nusselt modifié Nu* doit être lu à partir de la courbe correspondante. Si les données entrantes figurent entre deux schémas, une interpolation doit être effectuée.
Connaissant le système d'isolation et l'existence possible d'une barrière au mouvement de l'air, par exemple une feuille, les valeurs de BA doivent être choisies à partir du Tableau A.5 et la valeur de BV à partir du Tableau A.6.
Avec ces données entrantes, la valeur de Fc doit être calculée selon l'Équation (A.5).
A.4.2.2 Exemple de calcul sans pare-vent
Une couche verticale de laine minérale avec la conductivité thermique du Tableau A.4 a une épaisseur de 0,1 m. Elle fait partie d'un système avec une lame d'air intérieure et extérieure ayant une épaisseur totale de 0,2 m. La hauteur du système est de 2 m.
La résistivité à l'air de la laine minérale r est de 20 000 Pa⋅s/m2.
La température moyenne de référence dans la couche d'isolation est de 300 °C, le côté chaud étant à 580 °C et le côté froid à 20 °C.
Il n'y a pas de pare-vent.
Les symboles et le choix des tableaux et des graphiques sont les suivants:
d = 0,10 m dg = 0,20 m H = 2 m
r = 20 000 Pa.s/m2 L'Équation (A.4) donne:
W = r d = 20 000 × 0,10 = 2 000 Pa⋅s/m
À la Figure A.4, en utilisant W = 2 000 Pa⋅s/m et la courbe 3, le nombre de Nusselt modifié résultant est 1,11.
Le Tableau A.5 donne BA = 0 et le Tableau A.6 donne BV = 0.
L'Équation (A.5) donne:
( )
(
,)
c
1 11 1 2 0,10
1 1 0,11 1,11
1 0 0 0,20
F − × ×
= + = + =
+ + ×
A.4.2.3 Exemple de calcul avec un pare-vent
En utilisant les mêmes données entrantes mais en appliquant une feuille à titre de pare-vent directement sur la couche isolante, un même calcul peut être effectué avec BV = 9 selon le Tableau A.6.
L'Équation (A.5) donne:
( )
(
,)
c
1 11 1 2 0,10
1 1 0,011 1,01
1 0 9 0,20
F − × ×
= + = + =
+ + ×
A.4.2.4 Autre exemple de calcul sans pare-vent
L'exemple suivant illustre l'effet de l'épaisseur et de la hauteur de l'isolant.
Données entrantes:
d = 0,20 m dg = 0,30 m H = 3 m
r = 20 000 Pa.s/m2 L'Équation (A.4) donne:
W = r d = 20 000 × 0,2 = 4 000 Pa⋅s/m
À la Figure A.5, en utilisant W = 4 000 Pa⋅s/m et la courbe 3, le nombre de Nusselt modifié résultant est 1,2.
Le Tableau A.5 donne BA = 0 et le Tableau A.6 donne BV = 0.
L'Équation (A.5) donne:
( )
(
,)
,,c
1 2 1 2 0 20
1 1 0,267 1,267
1 0 0 0 30
F − × ×
= + = + =
+ + ×
A.4.2.5 Autre exemple de calcul avec un pare-vent
Pour l'illustrer l'effet important de l'application d'une feuille comme pare-vent, le même calcul donne BV = 10, selon le Tableau A.6.
( )
( )
c
1,2 1 2 0,20
1 1 0,024 1,024
1 0 10 0,30
F − × ×
= + = + =
+ + ×
A.5 Facteur de conversion de l'épaisseur
(
2)
d 1 d 2 1
F d
d f d d
= + − (A.6)
où
d1 est l'épaisseur pour laquelle la conductivité thermique a été déterminée;
d2 est l'épaisseur de la couche isolante dans les conditions utiles;
fd est le coefficient selon le Tableau A.7.
Tableau A.7 — Coefficient de conversion de l'épaisseur fd pour les matériaux isolants perméables au rayonnement infrarouge (plage de température de 20 °C à 60 °C)
Masse volumiquea Épaisseur
ρ d1
mm kg/m3
20 40 60 80 100 20
40 60 80 100 120
0,92 0,93 0,94 0,96 0,98 0,99
0,93 0,94 0,96 0,98 0,99 0,99
0,94 0,96 0,98 0,99 0,99 1,0
0,96 0,98 0,99 0,99 1,0 1,0
0,98 0,99 0,99 1,0 1,0 1,0
a Ces coefficients de conversion d'épaisseur s'appliquent uniquement à la plage de masse volumique indiquée pour la laine minérale et les matériaux isolants avec de petits pores ou de petites cellules uniquement. Les matériaux avec des pores grossiers, comme la perlite, ou les autres types de pore sont encore perméables au rayonnement infrarouge, même à des masses volumiques plus élevées.
A.6 Facteur de conversion relatif aux ouvertures de joints réguliers
L'effet des ouvertures de joints réguliers issu des différentes expansions thermiques de l'isolant et du support (acier) doit être pris en compte par les facteurs suivants:
pour un isolant à simple couche: Fj = 1,10 pour un isolant à deux couches: Fj = 1,05 pour un isolant à trois couches ou plus: Fj = 1,00
L'application de ces trois facteurs est une démarche prudente.
Annexe B (informative)
Exemples de détermination de la conductivité thermique utile
B.1 Matériaux isolants
Trois matériaux isolants avec différentes conductivités thermiques sont pris en considération pour la même application.
Produit isolant n° 1: Nappe grillagée en laine minérale
Masse volumique ρ: 80 kg/m3
Tableau B.1 — Conductivité thermique déclarée basée sur des mesurages
avec l'appareil à plaque chaude gardée selon l'EN 12667 ou l'ISO 8302 pour une épaisseur de 50 mm
Température, en °C 50 100 150 200 250 300 400 500
Conductivité thermique, en W/(m⋅K) 0,038 0,045 0,053 0,062 0,075 0,090 0,125 0,16
Produit isolant n° 2: Feutre lamellaire en laine minérale
Masse volumique ρ: 60 kg/m3
Tableau B.2 — Conductivité thermique déclarée basée sur des mesurages
avec l'appareil à plaque chaude gardée selon l'EN 12667 ou l'ISO 8302 pour une épaisseur de 60 mm
Température, en °C 50 100 150 200 250 300 400 500
Conductivité thermique, en W/(m⋅K) 0,043 0,053 0,064 0,079 0,098 0,116 0,168 0,238
Produit isolant n° 3: Coquille en laine minérale
Masse volumique ρ: 90 kg/m3
Tableau B.3 — Conductivité thermique déclarée basée sur des mesurages selon la méthode du conduit d'essai de l'ISO 8497 pour une épaisseur de 100 mm
Température, en °C 50 100 150 200 250 300
Conductivité thermique, en W/(m⋅K) 0,036 0,044 0,054 0,066 0,080 0,097
B.2 Conditions
Les calculs sont effectués pour les condiitons suivantes.
Application: Isolation d'un conduit d'un diamètre DI de 108 mm Température de service θi: 260 °C
Construction de l'isolation:
Nombre de couches: une
Épaisseur: 100 mm
Tableau B.4 — Isolation avec ou sans écarteur Écarteur pour matériau isolant
Nappe grillagée Feutres lamellaires Coquille
Oui Non Non Revêtement: tôles de métal galvanisé
B.3 Détermination des facteurs de conversion et de ∆ λ
Les facteurs de conversion et ∆λ pour les trois matériaux sont calculés de la manière suivante.
a) Détermination de la température moyenne de référence de l'isolant:
Température superficielle estimée θs = 40 °C
Température moyenne m i s 260 40 150 C
2 2
θ =θ θ+ = + = °
b) Détermination des paramètres pour le calcul des facteurs de conversion:
F∆θ: écart de température ∆θ = 260 − 40 = 220 K Fm: aucune conversion d'humidité requise u2 = u1 Fa: aucune conversion de vieillissement requise
FC: rapport de compression p 2 108 200 1,48 108 100
D d
C D d
+ +
= = =
+ +
Fc: aucune conversion de convection requise
Fd: coefficient fd pour le facteur de conversion d'épaisseur selon le Tableau A.7:
nappe grillagée: fd = 0,985 feutre lamellaire: fd = 0,98 coquille: fd = 1,0
Fj: selon le Tableau B.5 pour matériau isolant à une couche
Tableau B.5 — Facteurs de conversion pour l'application Facteurs de conversion
Matériau isolant
F∆θ Fm Fa FC Fc Fd Fj F
Nappe grillagée 1,05 1,0 1,0 0,94 1,0 1,01 1,1 1,10 Feutre lamellaire 1,08 1,0 1,0 0,90 1,0 1,01 1,1 1,08
Coquille 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
c) ∆λ = 0,010 W/(m⋅K) pour une augmentation de la conductivité thermique due aux écarteurs selon 7.9 pour une nappe grillagée.
Conductivité thermique déclarée λd à une température moyenne de 150 °C selon les Tableaux B.1, B.2 et B.3.
nappe grillagée: 0,053 W/(m⋅K) feutre lamellaire: 0,064 W/(m⋅K) coquille: 0,054 W/(m⋅K)
Le Tableau B.6 indique les résultats pour les exemples cités ci-dessus.
Tableau B.6 — Conductivité thermique utile de l'isolant
Produit isolant Conductivité thermique utile λ
Nappe grillagée Feutre lamellaire Coquille
λ = 0,053 × 1,10 + 0,010 = 0,0683 W/(m⋅K) λ = 0,064 × 1,08 + 0 = 0,0691 W/(m⋅K) λ = 0,054 × 1,0 + 0 = 0,054 W/(m⋅K)
Annexe C (informative)
Valeurs approximatives des facteurs de conversion
Le Tableau C.1 donne des valeurs pour le facteur de conversion global F dans un certain nombre de situations classiques. Ces valeurs peuvent être utilisées si une valeur utile précise pour l'équipement ou des installations de bâtiment n'est pas nécessaire. L'application de ces valeurs peut être décidée d'un commun accord entre les parties impliquées ou peut être recommandée au niveau national.
Tableau C.1 — Valeurs approximatives du facteur de convertion global F Conduit horizontal/vertical Mur horizontal/vertical, remplissage de cavité sans lame d'air ou avec barrière anti-convection verticaleiMur vertical; lame d'air d'un côté, pas de barrière anti-convectioniMur vertical sans barrière anti-convectioni; lame d'air inévitable du côté chaud ion on erciale isolation Isolation inérale ratio d/DN= 1 Résistivité au flux d'air 30 kPa·s/m2 Température moyenne Température moyenne Température moyenne Température moyenne couches 50 °C300 °Ccouches 50 °C300 °Ccouches 50 °C300 °Ccouches 50 °C300 °C unea 1,10 1,05 unea 1,10 1,20 unea 1,20 1,25 unea 1,80 1,40 deuxb — 1,05 deuxb — 1,15 deuxb — 1,25 deuxb — 1,60 plusieursc — 1,00 plusieursc — 1,10 plusieursc — 1,30 plusieursc — 1,60 ratio d/DN= 0,5 Résistivité au flux d'air 50 kPa·s/m2 Température moyenne Température moyenne Température moyenne couches 50 °C300 °Ccouches 50 °C300 °Ccouches 50 °C300 °C unea 1,10 1,10 unea 1,15 1,20 unea 1,40 1,30 deuxb — 1,10 deuxb — 1,20 deuxb — 1,40 plusieursc — 1,05 plusieursc — 1,20 plusieursc — 1,35 Résistivité au flux d'air 70 kPa·s/m2 Température moyenne Température moyenne couches 50 °C300 °C couches 50 °C300 °C unea 1,15 1,20 unea 1,30 1,30 deuxb— 1,20 deuxb— 1,30
x ication ement) plusieursc— 1,15 plusieursc— 1,25
Tableau C.1 (suite) Conduit horizontal/vertical Mur horizontal/vertical, remplissage de cavité sans lame d'air ou avec barrière anti-convection verticaleiMur vertical; lame d'air d'un côté, pas de barrière anti-convectioniMur vertical sans barrière anti-convectioni; lame d'air inévitable du côté chaud Application Présentation commerciale de l'isolation Coquille 1,00 ratio d/DN= 1 Température moyenne Température moyenne couches 50 °C150 °C
couches 50 °C150 °C une 1,10 1,10 une d 1,10 1,15 deux 1,05 1,05 deux a 1,05 1,10 ratio d/DN= 0,5 Température moyenne couches 50 °C150 °C une 1,10 1,10
feutre lamellaire deux 1,05 1,10 Fibre calcium- magnésium- silicateIsolation Résistivité au flux d'air 70 kPa·s/m2 Température moyenne Température moyenneTempérature moyenne couches 250 °C500 °C couches 50 °C300 °C couches 50 °C300 °C une a 1,10 1,20 une a 1,15 1,20 une a 1,30 1,30 deux b 1,05 1,15 deux b— 1,20 deux b— 1,30
Coquille et panneau (pour applications planes seulement) 1,00 plusieurs c 1,00 1,10 plusieurs c— 1,15 plusieurs c— 1,25
