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30/05/2011 CSTB- Dpt Enveloppe & Revêtements | Div. Matériaux
PAGE 1
Les panneaux isolants sous-videLes isolants nano-poreux
Principes et Performances
Daniel QUENARDCSTB / Enveloppe et Revêtements / Physique des Matériauxdaniel.quenard@cstb.fr - 04 76 76 25 46
CEREN16 juin 2011
SOMMAIRE
Objectifs du Grenelle / RT2012
Isolation Thermique / Isolant Thermique
Les évolutions
Les Isolants Basse-Pression (« sous-vide »)
Les Isolants Nano-Poreux
Exemples de matériaux et d’applications
Les objectifs du Grenelle Bâtiment
Objectifs pour le neuf 2012 Bâtiments Basse Consommation
< 50 kWh/m².an 2020 Bâtiments à Energie Positive
Objectifs pour l’existant 2008 240 kWh/m².an) 2012 -12% (210 kWh/m².an) 2020 -38% (150 kWh/m².an ) 2050 -70 à -80% (50 à 80 kWh/m².an)
Rénovation de 400 000 logements par an dès 2013 (classe F, G)
SOURCE : Biennale de l’habitat durable Grenoble - 2 juin 2008 - de la RT 2005 au BEPOS – JC Visier, JL Chevalier - CSTB
BEPos
Bâtiments Existants :Toiture+Murs = 55 % surface
Maison Existante
Réglementation Thermique: … des progrès massifs sur le chauffage
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
épave thermique Bati existant conso 2005 conso 2012
kWhe
p /
m2 .a
n
electricité specifique
eclairage+auxiliaires
eau chaude sanitaire
chauffage
Ordres de grandeur des consommations d’énergie pour un logement
Certains travaux d’isolation sont si vite amortis qu’on peut les considérer comme des gains.
Source : Mc Kinsey
210 millions de bâtimentsEnviron 53 milliard de m²
Source : E2APT-RICS-ACE
Europe : importance de la rénovation
60%
40 %
Nouveau bâtiments : moins de 1 %
Isolation ThermiqueIsolants Thermiques
Définition de l’isolant thermique
Un isolant thermique est un matériau qui, par sa composition ou sa nature, ralentit la dissipation de l’énergie calorifique.
Un isolant thermique est caractérisé par sa conductivité thermique () et par sa résistance thermique (R).
Matériaux Nano-Poreux
0,10
0,02
0,03
0,04
1
Conductivité ThermiqueW/m.K
Isolant-NF0,065 W/mK
Air Immobile0,025 W/mK
PIV
Masse Volumique - kg/m3
Conductivité Thermique vs Masse Volumique
e
R e
U
R : Résistance Thermique (m².K/W)U : Coefficient de Transfert Thermique (W/m².K) : Conductivité Thermique (W/m.K)e : épaisseur
rsg 1
Porosité : > 95 %
g : gazs : solider : rayonnement
La Conductivité Thermique
P
TC1
0gg
: taille caractéristique des cavitésP : Pressionr : Masse VolumiqueE : Coefficient d’extinction
µm > lm
µm < lm
rgs 1
Rayonnement
E
Tr
3
3
16
Conduction Gaz
Source : Microtherm
Les évolutions technologiques
Limiter les échanges par rayonnement (15% - 50 %) - « barrières basse émissivité » : films, poudres …
Réduire la conduction par la phase gazeuse (60 % - 80 %) 1 : « gaz lourds » 2 : éliminer le gaz - basse pression 3 : réduire la mobilité du gaz - confinement
Changer la matrice solide (fibres, mousses, grains …) : (10% - 20%) - fibres « bio-sourcées » : origine végétale ou animale … - mousses, poudres, grains « bio-sourcés »
Les grandes évolutions
E
Tr
3
3
16
P
TC1
0gg
Laine de Verre
Laine de Roche
… des produits sous Avis Technique
Matériaux Fibreux
~ 100 µm
Mousses Cellulaires
Particules Opacifiantes- Graphite- Poudre Al
PU
PSE
Vitrages
Interdit
Changer de Gaz
Gaz MasseMolairekg/ mole
ConductivitéThermique
W/ m .K - 24 °C
Air 29 0.026Vapeur d'eau 18 0.0187CO2 44 0.0168CFC11 137 0.008HCFC 141b 0.010HFC 0.011n-Pentane C5H12 72 0.0135c-Pentane 0.015Ar 40 0.0179Kr 84 0.0123Xe 131 0.0055
0.000
0.004
0.008
0.012
0.016
0.020
0.024
0.028
1.0E-04 1.0E-03 1.0E-02 1.0E-01 1.0E+00 1.0E+01 1.0E+02 1.0E+03
Gas pressure p [mbar]
Th
erm
al c
on
du
ctiv
ity
[W/(
mK
)]
fumed silica / aerogel
pore diameter 10 mm
1 mm
0.1 mm
0.01 mm
0.001 mm
VIP service life
Confinement & Basse Pression
P
TC1
0gg
Réduction de la taille des pores
Pression
Con
du
cti
vit
é T
herm
iqu
e
< lm= 0.1 µm
VIP : Vacuum Insulation PanelPIV : Panneaux Isolants sous Vide
0.001 0.01 0.1 1 10 100 10000
10
20
30
40
fumed silica
glass fibres
precipitated silica
PS foam
PU foam
pext = 1 barT = 20°C
gas pressure pgas [ mbar ]
ther
mal
co
nd
uct
ivity
[ 10
-3 W
/(m
K)
]
ZAE BayernCon
du
cti
vit
é T
herm
iqu
e
Pression
Fibre de Verre Mousse PU
Mousse XPS
Silice Précipitée
Silice Pyrogénée
P
TC1
0gg
ConfinementIsolant Nano Poreux
source : www.empa.ch
~ 100 µm
~ 0.1 µm
µm > lm
µm < lm
Laine Minérale PU & PSE
GFP : Gas Filled Panel
VIP : Vacuum Insulation Panel
Aérogel
Exemples de Matériaux/Produits
< 10 mW/mK
Doc : LBNL
Doc : Microtherm
Doc : CSTB
Panneaux Isolant sous VidePIV
Source : IEA-HIPTI-Annexe 39
VIPVacuum Insulation Materials
Laine de Verre Matériau Coeur Film Etanche
MW, EPS = 35 – 40 mW/mKVIPVIP = 5 - 10 mW.mK
Isolation Thermique par l’IntérieurPanneaux Isolant sous Vide
Source : ISOVER - Vacupad
40 mm 160 mm
R (3 cm) : 2,8R (LM-10 cm) : 2,5
Aérogel de silicedans un mat fibreux
Source : ASPEN - AEROGEL
Des produits sous Avis Technique
0 20 40 60 80 100
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8 PC 10 mm PC 16 mm PC 25 mm P.R.V. 50 mm
Tra
nsm
issi
on
the
rmiq
ue
U W
/(m
2 K)
Remplissage d'aérogel (%)
0 1000 2000 3000 4000 5000
46
48
50
52
54
56
58
60
62
64
66
68
70
Inte
nsi
té a
cou
stiq
ue
gé
né
ré p
ar
la p
luie
(d
B)
Fréquence Hz
16 mm vide Li=72 dB Lia=70 dB(A) 16 mm50% Li=68dB Lia=64 dB(A) 16 mm 100% Li=67 dB Lia=64 dB(A)
Isolation ThermiquePC « diffusant »Bruit d’Impact
Aérogel dans des mats fibreux
Aerowolle / Rockwool
= 0.019 W/mK
Nanogel in Fibre Mats
Rénovation Intérieure
ZZ Wancor, Regensdorf Suissewww.zzwancor.ch
Immeuble à MunichMartin Pool Architects
VIP en isolation extérieure protégé par du PU
Conclusion
En France le chauffage reste le poste dominant (60-70%) de consommation énergétique dans le bâtiment existant (32 millions de logements) et l’amélioration de l’enveloppe peut permettre de réduire de près de 70 % cette consommation
L’isolation est une course à la réduction de la mobilité de l’air : étanchéité à l’air – grande échelle convection naturelle – cm (2 ou 3 vitrages, isolants …) agitation moléculaire – nanomètre – confinement et vide
Merci pour votre attention
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