Méthode équivalente pour calculer la résistance thermique de certaines composantes de l’enveloppe

Cette fiche présente aux concepteurs et entrepreneurs une méthode de calcul de la performance pour certaines composantes de l’enveloppe du bâtiment, équivalente à celle prévue par la réglementation. Cette méthode est permise par la Régie du bâtiment du Québec (RBQ) afin de faciliter la mise en application des exigences de la partie 11, Efficacité énergétique, du chapitre I, Bâtiment, du Code de construction. La RBQ reconnaîtra comme équivalentes les composantes qui atteindront les valeurs minimales de résistance thermique effective spécifiées dans cette fiche. Ces valeurs sont déterminées selon le nombre de degrés-jours de chauffage des municipalités où seront implantés les nouveaux bâtiments ou les agrandissements visés.

À la suite des commentaires d’intervenants du milieu et compte tenu du fait que la plupart des références traitant de résistance thermique font appel à la notion de résistance thermique effective, la RBQ offre une flexibilité dans l’atteinte des objectifs réglementaires. En vertu de l’article 127 de la Loi sur le bâtiment, la RBQ peut approuver, aux conditions qu’elle détermine, une méthode de conception différente de celle qui est prévue à la réglementation lorsqu'elle estime que la qualité de cette méthode est équivalente à celle recherchée par les exigences prévues.

Méthode exigée par le Code de construction: résistance thermique totale

Méthode équivalente: résistance thermique effective

Le calcul de la résistance thermique totale d'une paroi ne tient pas compte des effets de ponts thermiques. Le calcul de la résistance thermique effective en tient compte selon un certain nombre de postulats (par exemple, le pourcentage typique d'ossature) et de modèles mathématiques (par exemple, la méthode des plans isothermes). Forcément, la résistance thermique effective d'une paroi est inférieure ou égale à sa résistance thermique totale, selon les assemblages considérés.

Dans le cadre de la réglementation en vigueur, le calcul de la résistance thermique effective d'une paroi considère l'effet des principaux éléments structuraux répétitifs peu espacés (par exemple, les montants), mais ne considère pas l'effet des percements singuliers (par exemple, le passage des services électromécaniques), des fixations ponctuelles ou des éléments structuraux secondaires (par exemple, les cornières d'appui de maçonnerie).

Méthodes de calcul, tests et valeurs reconnus

Méthodes de calcul

La RBQ reconnaîtra les méthodes de calcul suivantes pour obtenir la valeur de résistance thermique effective d’une composante, selon leur applicabilité:

• la méthode proposée en annexe du Code national du bâtiment, édition 2015 (CNB 2015) 
• la méthode décrite au manuel de l’ASHRAE Handbook - Fundamentals, édition 2017, dans le cas de compositions de nature plus complexe.

Tests

Finalement, les valeurs de résistance thermique d’assemblages complets, obtenues lors de tests réalisés conformément aux normes précisées à la réglementation, seront également reconnues lorsque l’application qui sera faite de ces assemblages respectera intégralement les conditions décrites aux tests.

Valeurs reconnues

Un bâtiment conçu et construit en respectant les valeurs de résistance thermique effective minimales spécifiées aux tableaux 1 ou 2 ci-dessous sera considéré comme répondant aux exigences des articles 11.2.2.1. 1), 11.2.3.1. et 11.2.3.2. de la partie 11, Efficacité énergétique, du chapitre I, Bâtiment, du Code de construction. Il ne sera donc pas nécessaire d’acheminer une demande de mesure différente ou équivalente à la RBQ. Les documents ayant servi à établir les valeurs de résistance thermiques utilisées pour les calculs ainsi que les calculs devront toutefois être disponibles sur demande.

La reconnaissance de la valeur de résistance thermique effective ne dispense cependant pas de l’obligation de respecter les exigences décrites, entre autres, aux sections 9.25 Contrôle du transfert de chaleur, des fuites d’air et de la condensation et 9.27 Revêtement extérieur. Une mise en œuvre des isolants de manière à assurer une valeur isolante sensiblement uniforme pour l’ensemble de la surface à isoler, telle que décrite au paragraphe 9.25.2.3. 1), et la présence d’un système d’étanchéité offrant une protection ininterrompue contre le passage de l’air, comme décrit au paragraphe 9.25.3.1. 1), assureront la performance des composantes de l’enveloppe du bâtiment, en plus de prévenir la condensation.

Cette reconnaissance de la valeur de résistance thermique effective n’est également pas une approbation du projet et ne dispense pas les professionnels et constructeurs de leurs obligations envers toutes les autres dispositions applicables de la réglementation.

Présentation d’une méthode de calcul et d’un exemple pour un assemblage à ossature de bois et métallique

Voici les méthodes de calcul de la résistance thermique pour un assemblage à ossature de bois et à ossature métallique.

Assemblage à ossature de bois

La résistance thermique effective des assemblages courants à ossature de bois doit être déterminée à l’aide de la méthode des plans isothermes (série en parallèle).

La méthode des plans isothermes (série en parallèle) permet de calculer la résistance thermique effective d’un assemblage complet en séparant les éléments qui les composent en deux catégories distinctes:

• les couches continues (en série), composées de matériaux homogènes qui recouvrent la pleine surface de l’assemblage telles que le revêtement intermédiaire ou la finition intérieure
• les couches discontinues (parallèles), composées de matériaux qui s’entrecoupent et qui ont des trajectoires parallèles de circulation de la chaleur telles que l’ossature ou la cavité isolée.

Calcul par étapes

Le calcul s’effectue selon les trois étapes suivantes:

1. Déterminer la résistance thermique des couches continues (RSI_série)
2. Consulter le tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015 et déterminer la résistance propre à chacun des matériaux posés en continu, en fonction de l’épaisseur spécifique utilisée.
3. Déterminer la résistance thermique effective des couches discontinues (RSI_parallèle)
4. Établir la résistance thermique effective de chacune des couches discontinues à l’aide de la formule du flux thermique parallèle suivante:

RSI_parallèle = résistance thermique effective en parallèle d’une couche discontinue

RSI_O = résistance thermique de l’ossature, établie à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015

RSI_C = résistance thermique de la cavité (généralement isolée) située entre les éléments d’ossature, établie à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015

% aire_O = % de surface occupé par l’ossature, établi à l’aide des valeurs du tableau 4 de l’annexe C du CNB 2010 (valeur comprise entre 0 et 100)

% aire_C = % de surface occupée par la cavité, établi à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)A., de l’annexe A du CNB 2015 (valeur comprise entre 0 et 100).

Pour les éléments de l’ossature en bois, la valeur à utiliser est généralement celle applicable au groupe d’essences épinette-pin-sapin (spruce-pin-fir), soit 0.0085 (m² x ºK/W)mm. Il s’agit de multiplier cette valeur par la profondeur de l’élément en millimètres pour obtenir la résistance thermique de l’ossature (RSI_O).

1. Déterminer la résistance thermique effective de l’assemblage complet (RSI_eff)
2. La résistance thermique effective de l’assemblage complet s’obtient en additionnant les résultats obtenus lors des deux étapes précédentes, ce qui se traduit par la formule suivante:

   RSI_eff = RSI_parallèle + RSI_série

   RSI_eff = résistance thermique effective de l’assemblage complet à utiliser afin de déterminer la conformité de cet assemblage avec les valeurs minimales prescrites

   RSI_parallèle = somme des résistances thermiques effectives des couches discontinues

   RSI_série = somme des résistances thermiques des couches continues.

Figure 3 - Représentation d’une coupe de mur type à ossature de bois

Établir les valeurs de résistance thermique des matériaux à l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015:

RSI_O = 0,0085 (m2 x ºC)/W par mm x 140 mm = RSI 1,19 (R 6,76)

RSI_C = RSI 3,34 (R 19,0)

Établir les pourcentages d’aire occupé par l’ossature et par la cavité isolée à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)A., de l’annexe A du CNB 2015:

% aire_O = 23%

% aire_C = 77%

Calculer la résistance thermique effective des couches discontinues à l’aide de la formule du flux thermique parallèle (figure 5).

3. déterminer la résistance thermique effective de l’assemblage complet. (RSI_eff) 
   
   Additionner les valeurs obtenues aux deux étapes précédentes afin de déterminer la résistance thermique effective du mur (RSI_eff):

Pour obtenir le résultat en valeur R (système impérial), il suffit de multiplier le résultat obtenu en RSI par un facteur de conversion de 5,678:

R_eff = RSI_eff x 5,678 = 4,36 x 5,678 = 24,76

La résistance thermique effective de ce mur est donc de RSI_eff = 4,36 ou R_eff = 24,8

Ne pas arrondir les valeurs: les valeurs tirées des tableaux de l’annexe A du CNB 2015 ne doivent pas être arrondies. Seul le résultat final pour la résistance thermique effective de l’assemblage complet (RSI_eff) peut être arrondi au chiffre significatif le plus près.

Assemblage à ossature métallique

Calcul par étapes

1. Déterminer la résistance thermique effective selon la méthode du flux thermique parallèle (RSI₁) 
   
   

   Contrairement à la méthode des plans isothermes, la méthode du flux thermique parallèle ne fait aucune distinction entre les couches continues et discontinues de l’assemblage. La formule générale à utiliser pour déterminer la RSI₁ est semblable à celle décrite à l’étape 2 de la méthode de calcul applicable pour l’ossature de bois. Par contre, plutôt que d’utiliser uniquement la résistance thermique des matériaux contenus dans une couche discontinue, la formule doit être appliquée à la totalité des matériaux contenus dans l’assemblage, en fonction de leur position par rapport à l’ossature et la cavité isolée, selon la formule de la figure 6.

RSI₁ = résistance thermique effective déterminée à l’aide de la méthode du flux thermique parallèle

RSI_AO = somme des résistances thermiques de tous les matériaux alignés avec l’ossature, établie à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015

RSI_AC = somme des résistances thermiques de tous les matériaux alignés avec la cavité isolée, établie à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015

% aire_AO = % de surface occupé par l’ossature, établi à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)C. de l’annexe A du CNB 2015 (valeur comprise entre 0 et 100)

% aire_AC= % de surface occupé par la cavité, établi à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)C. de l’annexe A du CNB 2015 (valeur comprise entre 0 et 100).

1. Déterminer la résistance thermique effective selon la méthode des plans isothermes (RSI₂)

   La valeur RSI₂ correspond à la résistance thermique effective de l’assemblage obtenue par la méthode des plans isothermes. Il s’agit d’appliquer les trois étapes décrites précédemment pour la méthode de calcul applicable aux assemblages à ossature de bois, mais en s’assurant d’utiliser les valeurs propres à l’ossature métallique. Il faut donc utiliser une valeur de résistance thermique de 0,0000161 (m2 x ºC)/W par millimètre pour l’acier, ainsi que les pourcentages d’aire propres à ce type d’ossature indiqués dans le tableau A-9.36.2.4. 1)C. de l’annexe A du CNB 2015.

2. Déterminer les coefficients d’ajustement (K₁ et K₂)

   Les coefficients d’ajustement K1 et K2 sont déterminés à l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)B. de l’annexe A du CNB 2015, en fonction de l’espacement prévu entre les éléments d’ossature.

3. Déterminer la résistance thermique effective de l’assemblage complet (RSI_eff) Enfin, la résistance thermique effective de l’assemblage complet permettant de déterminer la conformité de celui-ci s’obtient en insérant les résultats obtenus lors des trois étapes précédentes à l’intérieur de la formule pondérée mentionnée initialement, soit: RSI_eff = (K₁ x RSI₁) + (K₂ x RSI₂)

Exemple de calcul

Reprenons le même assemblage mural que celui présenté pour l’ossature de bois, mais avec une ossature d’acier cette fois-ci:

• lame d’air 25,4 millimètres (1 pouce)
• polystyrène expansé de type 3 laminé d’un pare-intempérie 50,8 millimètres (2 pouces)
• montant en acier de 41 x 152 millimètres (2 x 6) à 406 millimètres (16 pouces) d’entraxe
• plaque de plâtre 12,7 millimètres (½ pouces)
• revêtement extérieur en briques
• isolant en nattes de fibre minérale comprimée RSI 3,52 (R 20) dans la cavité
• pare-vapeur.

Déterminer les valeurs de résistance thermique des matériaux à l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015, puis additionner ces valeurs pour tous les matériaux:

• aligner avec l’ossature afin de déterminer la RSI_AO
• aligner avec la cavité isolée afin déterminer la RSI_AC

On obtient ainsi les valeurs suivantes:

RSI_AO = RSI 2,00 (R 11,4)

RSI_AC= RSI 5,52 (R 31,3)

Établir les pourcentages d’aires occupés par l’ossature et par la cavité isolée à l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)C de l’annexe A du CNB 2015:

% aire_AO = 0,77%

% aire_AC = 99,23%

Calculer la résistance thermique effective à l’aide de la formule du flux thermique parallèle (RSI₁).

2. Déterminer la résistance thermique effective selon la méthode des plans isothermes (RSI₂) 

   Déterminer la résistance thermique effective propre aux couches discontinues (RSI_parallèle) 

Établir les valeurs de résistance thermique des matériaux à l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)D. de l’annexe A du CNB 2015:

RSI_O = 0,0000161 (m2 x ºC)/W par mm x 152 mm = RSI 0.0024 (R 0,014)

RSI_C = RSI 3,52 (R 20,0)

Établir les pourcentages d’aire occupés par l’ossature et par la cavité isolée à l’aide des valeurs du tableau A-9.36.2.4. 1)C., de l’annexe A du CNB 2015:

% aire_O = 0,77%

% aire_C = 99,23%

Calculer la résistance thermique effective des couches discontinues à l’aide de la formule du flux thermique parallèle:

La valeur de résistance thermique effective obtenue par la méthode des plans isothermes (RSI₂) est donc de RSI 2,29 (R 13,0)

1. Puis, déterminer les coefficients d’ajustement (K₁ et K₂)

   À l’aide du tableau A-9.36.2.4. 1)B de l’annexe A du CNB 2015, on obtient les valeurs suivantes pour un assemblage d’entraxe inférieur à 500 millimètres comportant un revêtement intermédiaire isolant:

   K₁ = 0,40 et K₂ = 0,60

2. Déterminer enfin la résistance thermique effective de l’assemblage complet (RSI_eff) 

Calculer la résistance thermique effective de l’assemblage complet en insérant les valeurs déterminées lors des trois étapes précédentes à l’intérieur de la formule pondérée propre à l’ossature métallique:

RSI_eff = (K₁ x RSI₁) + (K₂ x RSI₂) = (0,40 x 5,46) + (0,60 x 2,29) = 3,56

R_eff = RSI_eff x 5,678 = 3,56 x 5,678 = 20,21

La résistance thermique effective de ce mur est donc de RSI_eff = 3,56 ou R_eff = 20,2

Ne pas arrondir les valeurs

Les valeurs tirées des tableaux de l’annexe A du CNB 2015 ne doivent pas être arrondies. Seul le résultat final pour la résistance thermique effective de l’assemblage complet (RSI_eff) peut être arrondi au chiffre significatif le plus près.