ISO 10211:2007
(Main)Thermal bridges in building construction - Heat flows and surface temperatures - Detailed calculations
Thermal bridges in building construction - Heat flows and surface temperatures - Detailed calculations
ISO 10211:2007 sets out the specifications for a three-dimensional and a two-dimensional geometrical model of a thermal bridge for the numerical calculation of: heat flows, in order to assess the overall heat loss from a building or part of it; minimum surface temperatures, in order to assess the risk of surface condensation. These specifications include the geometrical boundaries and subdivisions of the model, the thermal boundary conditions, and the thermal values and relationships to be used. ISO 10211:2007 is based upon the following assumptions: all physical properties are independent of temperature; there are no heat sources within the building element. ISO 10211:2007 can also be used for the derivation of linear and point thermal transmittances and of surface temperature factors.
Ponts thermiques dans les bâtiments — Flux thermiques et températures superficielles — Calculs détaillés
L'ISO 10211:2007 établit les spécifications sur les modèles géométriques tridimensionnels et bidimensionnels d'un pont thermique, pour le calcul numérique des flux thermiques, afin d'évaluer la déperdition thermique globale d'un bâtiment ou d'une partie de bâtiment, et des températures superficielles minimales, afin d'évaluer le risque de condensation superficielle. Ces spécifications incluent les limites du modèle géométrique et ses subdivisions, les conditions aux limites et les valeurs thermiques qui lui sont liées à utiliser. L'ISO 10211:2007 est basée sur les suppositions suivantes: toutes les propriétés physiques sont indépendantes de la température, et absence de source de chaleur à l'intérieur de l'élément de construction. L'ISO 10211:2007 peut aussi être utilisée pour la détermination des coefficients linéiques ou ponctuels de transmission thermique, ainsi que pour les facteurs de température superficielle.
General Information
Relations
Frequently Asked Questions
ISO 10211:2007 is a standard published by the International Organization for Standardization (ISO). Its full title is "Thermal bridges in building construction - Heat flows and surface temperatures - Detailed calculations". This standard covers: ISO 10211:2007 sets out the specifications for a three-dimensional and a two-dimensional geometrical model of a thermal bridge for the numerical calculation of: heat flows, in order to assess the overall heat loss from a building or part of it; minimum surface temperatures, in order to assess the risk of surface condensation. These specifications include the geometrical boundaries and subdivisions of the model, the thermal boundary conditions, and the thermal values and relationships to be used. ISO 10211:2007 is based upon the following assumptions: all physical properties are independent of temperature; there are no heat sources within the building element. ISO 10211:2007 can also be used for the derivation of linear and point thermal transmittances and of surface temperature factors.
ISO 10211:2007 sets out the specifications for a three-dimensional and a two-dimensional geometrical model of a thermal bridge for the numerical calculation of: heat flows, in order to assess the overall heat loss from a building or part of it; minimum surface temperatures, in order to assess the risk of surface condensation. These specifications include the geometrical boundaries and subdivisions of the model, the thermal boundary conditions, and the thermal values and relationships to be used. ISO 10211:2007 is based upon the following assumptions: all physical properties are independent of temperature; there are no heat sources within the building element. ISO 10211:2007 can also be used for the derivation of linear and point thermal transmittances and of surface temperature factors.
ISO 10211:2007 is classified under the following ICS (International Classification for Standards) categories: 91.120.10 - Thermal insulation of buildings. The ICS classification helps identify the subject area and facilitates finding related standards.
ISO 10211:2007 has the following relationships with other standards: It is inter standard links to ISO/IEC 9805-1:1994, ISO 3175-1:2017, ISO 10211:2017, ISO 10211-1:1995, ISO 10211-2:2001, ISO 10211-1:1995/Cor 1:2002. Understanding these relationships helps ensure you are using the most current and applicable version of the standard.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10211
First edition
2007-12-15
Thermal bridges in building
construction — Heat flows and surface
temperatures — Detailed calculations
Ponts thermiques dans les bâtiments — Flux thermiques et
températures superficielles — Calculs détaillés
Reference number
©
ISO 2007
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Web www.iso.org
Published in Switzerland
ii © ISO 2007 – All rights reserved
Contents Page
Foreword. v
Introduction . vi
1 Scope .1
2 Normative references .1
3 Terms, definitions, symbols, units and subscripts.2
3.1 Terms and definitions .2
3.2 Symbols and units.6
3.3 Subscripts .7
4 Principles.7
5 Modelling of the construction .7
5.1 Dimension systems .7
5.2 Rules for modelling .7
5.3 Conditions for simplifying the geometrical model.13
6 Input data.17
6.1 General.17
6.2 Thermal conductivities of materials .18
6.3 Surface resistances.18
6.4 Boundary temperatures .18
6.5 Thermal conductivity of quasi-homogeneous layers .18
6.6 Equivalent thermal conductivity of air cavities .18
6.7 Determining the temperature in an adjacent unheated room .19
7 Calculation method.19
7.1 Solution technique.19
7.2 Calculation rules.19
8 Determination of thermal coupling coefficients and heat flow rate from 3-D calculations .20
8.1 Two boundary temperatures, unpartitioned model.20
8.2 Two boundary temperatures, partitioned model.20
8.3 More than two boundary temperatures .21
9 Calculations using linear and point thermal transmittances from 3-D calculations .21
9.1 Calculation of thermal coupling coefficient.21
9.2 Calculation of linear and point thermal transmittances .22
10 Determination of thermal coupling coefficient, heat flow rate and linear thermal
transmittance from 2-D calculations.23
10.1 Two boundary temperatures .23
10.2 More than two boundary temperatures .23
10.3 Determination of the linear thermal transmittance .23
10.4 Determination of the linear thermal transmittance for wall/floor junctions.24
10.5 Determination of the external periodic heat transfer coefficient for ground floors .25
11 Determination of the temperature at the internal surface .26
11.1 Determination of the temperature at the internal surface from 3-D calculations .26
11.2 Determination of the temperature at the internal surface from 2-D calculations .27
12 Input and output data .28
12.1 Input data.28
12.2 Output data.28
Annex A (normative) Validation of calculation methods .30
Annex B (informative) Examples of the determination of the linear and
point thermal transmittances. 37
Annex C (informative) Determination of values of thermal coupling coefficient and temperature
weighting factor for more than two boundary temperatures . 40
Bibliography . 45
iv © ISO 2007 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 10211 was prepared by Technical Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use in the
built environment, Subcommittee SC 2, Calculation methods.
This first edition of ISO 10211 cancels and replaces ISO 10211-1:1995 and ISO 10211-2:2001, which have
been technically revised.
The principal changes are as follows:
⎯ this first edition of ISO 10211 merges the title and general contents of ISO 10211-1:1995 and
ISO 10211-2:2001 into a single document;
⎯ Clause 3 indicates that ISO 10211 now uses only temperature factor, and not temperature difference
ratio;
⎯ 5.2.2 specifies that cut-off planes are to be located at the larger of 1 m and three times the thickness of
the flanking element;
⎯ 5.2.4 contains a revised version of Table 1 to correct error for three-dimensional calculations and to clarify
intentions;
⎯ 5.2.7 specifies that acceptable criterion is either on heat flow or on surface temperature; the heat flow
criterion has been changed from 2 % to 1 %;
⎯ 6.3 specifies that surface resistance values are to be obtained from ISO 6946 for heat flow calculations
and from ISO 13788 for condensation calculations; the contents of Annexes E and G of
ISO 10211-1:1995 have been deleted in favour of references to ISO 13788;
⎯ 6.6 specifies that data for air cavities is obtained from ISO 6946, EN 673 or ISO 10077-2; the contents of
Annex B of ISO 10211-1:1995 have been deleted in favour of these references;
⎯ 10.4 contains text formerly in ISO 13370, revised to specify that linear thermal transmittance values for
wall/floor junctions are the difference between the numerical result and the result from using ISO 13370
(a more consistent definition);
⎯ Annex A contains corrections to results for case 3; the conformity criterion for case 3 has been changed
from 2 % of heat flow to 1 %; a new case 4 has been added;
⎯ Annex C contains a corrected procedure;
⎯ all remaining annexes from ISO 10211-1:1995 and ISO 10211-2:2001 have been deleted.
Introduction
Thermal bridges, which in general occur at any junction between building components or where the building
structure changes composition, have two consequences compared with those of the unbridged structure:
a) a change in heat flow rate, and
b) a change in internal surface temperature.
Although similar calculation procedures are used, the procedures are not identical for the calculation of heat
flows and of surface temperatures.
A thermal bridge usually gives rise to three-dimensional or two-dimensional heat flows, which can be precisely
determined using detailed numerical calculation methods as described in this International Standard.
In many applications, numerical calculations based on a two-dimensional representation of the heat flows
provide results of adequate accuracy, especially when the constructional element is uniform in one direction.
A discussion of other methods for assessing the effect of thermal bridges is provided in ISO 14683.
ISO 10211 was originally published in two parts, dealing with three-dimensional and two-dimensional
calculations separately.
vi © ISO 2007 – All rights reserved
INTERNATIONAL STANDARD ISO 10211:2007(E)
Thermal bridges in building construction — Heat flows and
surface temperatures — Detailed calculations
1 Scope
This International Standard sets out the specifications for a three-dimensional and a two-dimensional
geometrical model of a thermal bridge for the numerical calculation of:
⎯ heat flows, in order to assess the overall heat loss from a building or part of it;
⎯ minimum surface temperatures, in order to assess the risk of surface condensation.
These specifications include the geometrical boundaries and subdivisions of the model, the thermal boundary
conditions, and the thermal values and relationships to be used.
This International Standard is based upon the following assumptions:
⎯ all physical properties are independent of temperature;
⎯ there are no heat sources within the building element.
This International Standard can also be used for the derivation of linear and point thermal transmittances and
of surface temperature factors.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 6946, Building components and building elements — Thermal resistance and thermal transmittance —
Calculation method
ISO 7345, Thermal insulation — Physical quantities and definitions
ISO 13370:2007, Thermal performance of buildings — Heat transfer via the ground — Calculation methods
ISO 13788, Hygrothermal performance of building components and building elements — Internal surface
temperature to avoid critical surface humidity and interstitial condensation — Calculation methods
3 Terms, definitions, symbols, units and subscripts
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7345 and the following apply.
3.1.1
thermal bridge
part of the building envelope where the otherwise uniform thermal resistance is significantly changed by full or
partial penetration of the building envelope by materials with a different thermal conductivity, and/or a change
in thickness of the fabric, and/or a difference between internal and external areas, such as occur at
wall/floor/ceiling junctions
3.1.2
linear thermal bridge
thermal bridge with a uniform cross-section along one of the three orthogonal axes
3.1.3
point thermal bridge
localized thermal bridge whose influence can be represented by a point thermal transmittance
3.1.4
three-dimensional geometrical model
3-D geometrical model
geometrical model, deduced from building plans, such that for each of the orthogonal axes the cross-section
perpendicular to that axis changes within the boundary of the model
See Figure 1.
3.1.5
three-dimensional flanking element
3-D flanking element
part of a 3-D geometrical model which, when considered in isolation, can be represented by a 2-D geometrical
model
See Figures 1 and 2.
3.1.6
three-dimensional central element
3-D central element
part of a 3-D geometrical model which is not a 3-D flanking element
See Figure 1.
NOTE A central element is represented by a 3-D geometrical model.
3.1.7
two-dimensional geometrical model
2-D geometrical model
geometrical model, deduced from building plans, such that for one of the orthogonal axes the cross-section
perpendicular to that axis does not change within the boundaries of the model
See Figure 2.
NOTE A 2-D geometrical model is used for two-dimensional calculations.
3.1.8
two-dimensional flanking element
2-D flanking element
part of a 2-D geometrical model which, when considered in isolation, consists of plane, parallel material layers
2 © ISO 2007 – All rights reserved
3.1.9
two-dimensional central element
2-D central element
part of a 2-D geometrical model which is not a 2-D flanking element
3.1.10
construction planes
planes in the 3-D or 2-D geometrical model which separate different materials, and/or the geometrical model
from the remainder of the construction, and/or the flanking elements from the central element
See Figure 3.
3.1.11
cut-off planes
construction planes that are boundaries to the 3-D or 2-D geometrical model by separating the model from the
remainder of the construction
See Figure 3.
3.1.12
auxiliary planes
planes which, in addition to the construction planes, divide the geometrical model into a number of cells
3.1.13
quasi-homogeneous layer
layer which consists of two or more materials with different thermal conductivities, but which can be
considered as a homogeneous layer with an effective thermal conductivity
See Figure 4.
3.1.14
temperature factor at the internal surface
difference between internal surface temperature and external temperature, divided by the difference between
internal temperature and external temperature, calculated with a surface resistance R at the internal surface
si
3.1.15
temperature weighting factor
weighting factor which states the respective influence of the temperatures of the different thermal
environments upon the surface temperature at the point under consideration
3.1.16
external boundary temperature
external air temperature, assuming that the air temperature and the radiant temperature seen by the surface
are equal
3.1.17
internal boundary temperature
operative temperature, taken for the purposes of this International Standard as the arithmetic mean value of
internal air temperature and mean radiant temperature of all surfaces surrounding the internal environment
3.1.18
thermal coupling coefficient
heat flow rate per temperature difference between two environments which are thermally connected by the
construction under consideration
3.1.19
linear thermal transmittance
heat flow rate in the steady state divided by length and by the temperature difference between the
environments on either side of a thermal bridge
NOTE The linear thermal transmittance is a quantity describing the influence of a linear thermal bridge on the total
heat flow.
3.1.20
point thermal transmittance
heat flow rate in the steady state divided by the temperature difference between the environments on either
side of a thermal bridge
NOTE The point thermal transmittance is a quantity describing the influence of a point thermal bridge on the total
heat flow.
Key
F1, F2, F3, F4, F5 3-D flanking elements C 3-D central element
NOTE 3-D Flanking elements have constant cross-sections perpendicular to at least one axis; the 3-D central
element is the remaining part.
Figure 1 — 3-D geometrical model with five 3-D flanking elements and one 3-D central element
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Key
F2, F3, F4, F5 3-D flanking elements C 3-D central element
NOTE F2 to F5 refer to Figure 1.
Figure 2 — Cross-sections of the 3-D flanking elements in a 3-D geometrical model
treated as 2-D geometrical models
Key
C construction planes perpendicular to the x-axis
x
C construction planes perpendicular to the y-axis
y
C construction planes perpendicular to the z-axis
z
NOTE Cut-off planes are indicated with enlarged arrows; planes that separate flanking elements from central element
are encircled.
Figure 3 — Example of a 3-D geometrical model showing construction planes
Figure 4 — Example of a minor point thermal bridge giving rise to three-dimensional heat flow,
incorporated into a quasi-homogeneous layer
3.2 Symbols and units
Symbol Quantity Unit
A area m
B′ characteristic dimension of floor m
b width m
d thickness m
f temperature factor at the internal surface _
Rsi
g temperature weighting factor _
h height m
L thermal coupling coefficient from two-dimensional calculation W/(m·K)
2D
L thermal coupling coefficient from three-dimensional calculation W/K
3D
l length m
q density of heat flow rate W/m
R thermal resistance m ·K/W
R external surface resistance m ·K/W
se
R internal surface resistance m ·K/W
si
T thermodynamic temperature K
U thermal transmittance W/(m ·K)
V volume m
w wall thickness m
Φ heat flow rate W
λ thermal conductivity W/(m·K)
θ Celsius temperature °C
∆θ temperature difference K
χ point thermal transmittance W/K
Ψ linear thermal transmittance W/(m·K)
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3.3 Subscripts
Subscript Definition
e external
i internal
min minimum
s surface
4 Principles
The temperature distribution within, and the heat flow through, a construction can be calculated if the
boundary conditions and constructional details are known. For this purpose, the geometrical model is divided
into a number of adjacent material cells, each with a homogeneous thermal conductivity. The criteria which
shall be met when constructing the model are given in Clause 5.
In Clause 6, instructions are given for the determination of the values of thermal conductivity and boundary
conditions.
The temperature distribution is determined either by means of an iterative calculation or by a direct solution
technique, after which the temperature distribution within the material cells is determined by interpolation. The
calculation rules and the method of determining the temperature distribution are described in Clause 7.
The results of the calculations can be used to determine linear thermal transmittances, point thermal
transmittances and internal surface temperatures. The equations for doing so are provided in Clauses 9, 10
and 11.
Specific procedures for window frames are given in ISO 10077-2.
5 Modelling of the construction
5.1 Dimension systems
Lengths may be measured using internal dimensions, overall internal dimensions or external dimensions,
provided that the same system is used consistently for all parts of a building.
NOTE For further information on dimension systems, see ISO 13789.
5.2 Rules for modelling
5.2.1 General
It is not usually feasible to model a complete building using a single geometrical model. In most cases, the
building may be partitioned into several parts (including the subsoil, where appropriate) by using cut-off
planes. This partitioning shall be performed in such a way that all differences are avoided in the results of
calculation between the partitioned building and the building when treated as a whole. This partitioning into
several geometrical models is achieved by choosing suitable cut-off planes.
5.2.2 Cut-off planes for a 3-D geometrical model for calculation of total heat flow and/or surface
temperatures
The geometrical model includes the central element(s), the flanking elements and, where appropriate, the
subsoil. The geometrical model is delimited by cut-off planes.
Cut-off planes shall be positioned as follows:
⎯ at a symmetry plane if this is less than d from the central element (see Figure 5);
min
⎯ at least d from the central element if there is no nearer symmetry plane (see Figure 6);
min
⎯ in the ground, in accordance with 5.2.4,
where d is the greater of 1 m and three times the thickness of the flanking element concerned.
min
A geometrical model can contain more than one thermal bridge. In such cases, cut-off planes need to be
situated at least d from each thermal bridge, or need to be at a symmetry plane (see Figure 6).
min
Dimensions in millimetres
a
Arrows indicate the symmetry planes.
Figure 5 — Symmetry planes which can be used as cut-off planes
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Dimensions in millimetres
a) b)
Key
1 1 000 mm or at a symmetry plane
A thermal bridge at the corner of the internal room
B thermal bridge around the window in the external wall
NOTE Thermal bridge B does not fulfil the condition of being at least d (= 1 m) from a cut-off plane [Figure 6 a)].
min
This is corrected by extending the model in two directions [Figure 6 b)].
Figure 6 — 3-D geometrical model containing two thermal bridges
5.2.3 Cut-off planes for a 2-D geometrical model
The same rules as given in 5.2.2 apply to a 2-D geometrical model. Examples are shown in Figures 7 and 8.
In Figure 8, the left-hand drawing may be used if the thermal bridge is symmetrical.
Key
d minimum thickness
min
Figure 7 — Location of cut-off planes at least d from the central element in a 2-D geometrical model
min
Key
d minimum thickness
min
l fixed distance
W
Figure 8 — Example of a construction with linear thermal bridges at fixed distances, l , showing
W
symmetry planes which can be used as cut-off planes
5.2.4 Cut-off planes in the ground
Where the calculation involves heat transfer via the ground (foundations, ground floors, basements), the cut-
off planes in the ground shall be positioned as indicated in Table 1.
10 © ISO 2007 – All rights reserved
Table 1 — Location of cut-off planes in the ground
Distance to central element
Purpose of the calculation
Direction
Heat flow and surface
Surface temperatures only
a
temperatures
b
Horizontal distance to vertical plane, inside the building at least three times wall thickness 0,5 × floor dimension
c, d
Horizontal distance to vertical plane, outside the building at least three times wall thickness 2,5 × floor width
c
Vertical distance to horizontal plane below ground level at least 3 m 2,5 × floor width
Vertical distance to horizontal plane below floor level
c
(applies only if the level of the floor under consideration is at least 1 m 2,5 × floor width
more than 2 m below the ground level)
a
See Figures 9 and 10.
b
In a 3-D geometrical model, the floor dimensions (length and width) inside the building are to be considered separately in each
direction (see Figure 9).
c
In a 3-D geometrical model, the distance outside the building and below ground is to be based on the smaller dimension (width) of
the floor (see Figure 9).
d
If vertical symmetry planes are known, for example as a result of adjacent buildings, they can be used as cut-off planes.
For two-dimensional calculations, there is a vertical symmetry plane in the middle of the floor (so that one half
of the building is modelled). For three-dimensional calculations on a rectangular building, vertical adiabatic
boundaries are taken in the ground mid-way across the floor in each direction (so that one quarter of the
building is modelled). For non-rectangular buildings, it is necessary either to model the complete building
(together with the ground on all sides), or to convert the problem to a two-dimensional one using a building of
infinite length and of width equal to the characteristic dimension of the floor, B′ (see ISO 13370).
EXAMPLE For the floor illustrated in Figure 9, B′ = bc/(b + c).
All cut-off planes shall be adiabatic boundaries.
5.2.5 Periodic heat flows via the ground
Similar criteria to those in 5.2.4 apply to time-dependent numerical calculations for the determination of
periodic heat transfer coefficients (as defined in ISO 13370), except that adiabatic cut-off planes may be taken
at positions equal to twice the periodic penetration depth measured from the edge of the floor in any direction
(if these dimensions are less than those specified in 5.2.4). For further details, see 10.5.
5.2.6 Adjustments to dimensions
Adjustments to the dimensions of the geometrical model with respect to the actual geometry are allowed if
they have no significant influence on the result of the calculation; this can be assumed if the conditions in
5.3.2 are satisfied.
Key
b, c dimensions of floor
NOTE The floor dimensions are b × c, with c > b
Figure 9 — Illustration of cut-off planes for 3-D geometrical model which includes the ground
Key
b width of floor
Figure 10 — Illustration of cut-off planes for 2-D geometrical model which includes the ground
12 © ISO 2007 – All rights reserved
5.2.7 Auxiliary planes
The number of auxiliary planes in the model shall be such that at least one of the following criteria is met:
⎯ doubling the number of subdivisions does not change the calculated heat flow through by more than 1 %,
or
⎯ doubling the number of subdivisions does not change the temperature factor at the inside surface, f , by
Rsi
more than 0,005.
NOTE 1 Requirements for validation of calculation methods are given in A.2.
NOTE 2 A satisfactory sub-division of the geometrical model will usually be obtained by arranging for the sub-divisions
to be smallest within any central element, and gradually increasing in size to larger sub-divisions near cut-off planes.
5.2.8 Quasi-homogeneous layers and materials
In a geometrical model, materials with different thermal conductivities may be replaced by a material with a
single thermal conductivity if the conditions in 5.3.3 are satisfied.
NOTE Examples are joints in masonry, wall-ties in thermally insulated cavities, screws in wooden laths, roof tiles and
the associated air cavity and tile battens.
5.3 Conditions for simplifying the geometrical model
5.3.1 General
Calculation results obtained from a geometrical model with no simplifications shall have precedence over
those obtained from a geometrical model with simplifications.
NOTE This is important when the results of a calculation are close to any required value.
The adjustments described in 5.3.2 can be made.
5.3.2 Conditions for adjusting dimensions to simplify the geometrical model
Adjustment to the dimensions may be made only to materials with thermal conductivity less than 3 W/(m·K),
as described below.
a) Change in the location of the surface of a block of material adjacent to the internal or external surface of
the geometrical model (see Figure 11): for the location of surfaces which are not flat, the local adjustment
perpendicular to the mean location of the internal or external surface, d , shall not exceed
c
dR= λ (1)
cc
where
R is equal to 0,03 m ·K/W;
c
λ is the thermal conductivity of the material in question.
EXAMPLE Inclined surfaces, rounded edges and profiled surfaces such as roof tiles.
Key
1 wall socket
d local adjustment perpendicular to the mean location of the internal or external surface
c
Figure 11 — Change in the location of the internal or external surface
b) Change in the interface of two regions of different material:
⎯ the relocation of the interface shall take place in a direction perpendicular to the internal surface;
⎯ the relocation of the interface shall be such that the material with the lower thermal conductivity is
replaced by the material with the higher thermal conductivity (see Figure 12).
EXAMPLE Recesses for sealing strips, kit joints, adjusting blocks, wall sockets, inclined surfaces and other
connecting details.
Combination Simplifications
Material block Thermal conductivity a b c d
1 λ λ > λ λ > λ λ < λ λ < λ
1 1 2 1 3 1 3 1 2
2 λ
3 λ λ > λ λ > λ λ < λ
3 3 2 3 2 3 2
Figure 12 — Four possibilities for relocating the interface between three material blocks,
depending on the ratio of their thermal conductivities, λ
14 © ISO 2007 – All rights reserved
c) Neglecting thin layers:
⎯ non-metallic layers with a thickness of not more than 1 mm may be ignored;
⎯ thin metallic layers may be ignored if it is established that they have an negligible effect on the heat
transfer.
EXAMPLE Thin membranes which resist the passage of moisture, water vapour or wind-driven air.
d) Neglecting appendages attached to the outside surface: components of the building which have been
attached to the outside surface (i.e. attached at discrete points) may be neglected.
EXAMPLE Rainwater gutters and discharge pipes.
5.3.3 Conditions for using quasi-homogeneous material layers to simplify the geometrical model
5.3.3.1 All calculations
The following conditions for incorporating minor linear and point thermal bridges into a quasi-homogeneous
layer apply in all cases:
⎯ the layers of material in question are located in a part of the construction which, after simplification,
becomes a flanking element;
⎯ the thermal conductivity of the quasi-homogeneous layer after simplification is not more than 1,5 times
the lowest thermal conductivity of the materials present in the layer before simplification.
5.3.3.2 Calculations performed to obtain the thermal coupling coefficient L or L
3D 2D
The effective thermal conductivity of the quasi-homogeneous layer, λ′, shall be calculated in accordance with
Equation (2) or (3):
d
λ′= (2)
d
A j
−−RR −
si se
∑
L λ
3D j
d
λ′= (3)
d
l
j
tb
−−RR −
si se ∑
L λ
2D j
where
d is the thickness of the thermally inhomogeneous layer;
A is the area of the building component;
l is the length of a linear thermal bridge;
tb
L is the thermal coupling coefficient of the building component determined by a 3-D calculation;
3D
L is the thermal coupling coefficient of the building component determined by a 2-D calculation;
2D
d is the thickness of any homogeneous layer which is part of the building element;
j
λ are the thermal conductivities of these homogeneous layers.
j
NOTE The use of Equation (2) or (3) is appropriate if a number of identical minor thermal bridges are present
(wall-ties, joints in masonry, hollow blocks, etc.). The calculation of the thermal coupling coefficient can be restricted to a
basic area that is representative of the inhomogeneous layer. For instance, a cavity wall with four wall-ties per square
metre can be represented by a basic area of 0,25 m with one wall-tie.
5.3.3.3 Calculations performed to obtain the internal surface temperature or the linear thermal
transmittance, Ψ, or the point thermal transmittance, χ
See Clause 9 for calculations using linear and point thermal transmittances from 3-D calculations.
The effective thermal conductivity of the quasi-homogeneous layer, λ′, may be taken as
AAλ++. λ
()
11 nn
λ′= (4)
AA++.
()
1 n
where
λ , . λ are the thermal conductivities of the constituent materials;
1 n
A . A are the areas of the constituent materials measured in the plane of the layer,
1 n
provided that
⎯ the thermal bridges in the layer under consideration are at, or nearly at, right angles to the internal or
external surface of the building element and penetrate the layer over its entire thickness;
⎯ the thermal resistance (surface to surface) of the building element after simplification is at least
1,5 (m ·K)/W;
⎯ the conditions of at least one of the groups stated in Table 2 are met (see Figure 13).
Table 2 — Specific conditions for incorporating linear or point thermal bridges
into a quasi-homogeneous layer
b c e f g h
λ A R R λ d
tb tb o t,i i i
a
Group
2 2 2
W/(m·K) m m ·K/W m ·K/W W/(m·K) m
d
1 u 1,5 u 0,05 × l u 0,5 — — —
tb
−6
2 > 3 u 30 × 10 u 0,5 — — —
−6
3 > 3 u 30 × 10 > 0,5 W 0,5 — —
−6
4 > 3 u 30 × 10 > 0,5 < 0,5 W 0,5 W 0,1
NOTE 1 Group 1 includes linear thermal bridges. Examples are joints in masonry, wooden battens in air cavities or in insulated
cavities of minor thickness.
NOTE 2 Group 2 includes such items as wall-ties, insofar as they are fitted in masonry or concrete or are located in an air cavity, as
well as nails and screws in layers of material or strips with the indicated maximum thermal resistance.
NOTE 3 Groups 3 and 4 include such items as cavity ties, insofar as they penetrate an insulation layer which has a higher thermal
resistance than that indicated for group 2. The inner leaf therefore needs to have thermal properties that Iimit the influence of the
thermal bridge on the internal surface temperature, e.g. if the inner leaf has a sufficient thermal resistance (group 3) or the thermal
conductivity of the inner leaf is such that the heat flow through the cavity ties is adequately distributed over the internal surface; most
masonry or concrete inner leaves are examples of group 4.
a
See Figure 13.
b
λ is the thermal conductivity of the thermal bridge to be incorporated into the quasi-homogeneous layer.
tb
c
A is the area of the cross-section of the thermal bridge.
tb
d
l is the length of a linear thermal bridge.
tb
e
R is the thermal resistance of the layer without the presence of the point thermal bridge.
f
R is the total thermal resistance of the layers between the quasi-homogeneous layer considered and the internal surface.
t,i
g
λ is the thermal conductivity of the material layer between the quasi-homogeneous layer considered and the internal surface with
i
the highest value of λ ⋅ d .
ii
h
d is the thickness of the same layer.
i
16 © ISO 2007 – All rights reserved
a) Group 1 b) Group 2
c) Group 3 d) Group 4
For key of symbols, see Table 2.
Figure 13 — Specific conditions for incorporating linear and point thermal bridges in
a quasi-homogeneous layer for the groups given in Table 2
6 Input data
6.1 General
Use values as described in this clause unless non-standard values are justified for a particular situation.
NOTE Non-standard values can be justified by local conditions (e.g. established temperature distributions in the
ground) or by specific material properties (e.g. the effect of a low emissivity coating on the surface resistance).
6.2 Thermal conductivities of materials
The design values of thermal conductivities of building materials and products should either be calculated in
accordance with ISO 10456, or taken from tabulated values such as in ISO 10456.
The thermal conductivity of soil can be taken as 2,0 W/(m·K).
NOTE Other values for the thermal conductivity of the soil can be used if information on the local soil condition is
available (see ISO 13370).
6.3 Surface resistances
For the calculation of heat flow rates, surface resistances shall be in accordance with ISO 6946, depending on
the direction of heat flow. However, the value of R corresponding to horizontal heat flow may be used for all
si
surfaces when
a) the direction of heat flow is uncertain or is liable to vary, or
b) a whole building is being modelled in a single calculation.
For the calculation of internal surface temperatures for the purposes of evaluating condensation risk, surface
resistances shall be in accordance with ISO 13788.
6.4 Boundary temperatures
Table 3 gives the boundary temperatures which shall be used.
Table 3 — Boundary temperatures
Location Boundary temperature
Internal Internal boundary temperature
Internal in unheated rooms See 6.7
External External boundary temperature
At the distance below ground level
Soil (horizontal cut-off plane) given in Table 1: adiabatic boundary
condition
6.5 Thermal conductivity of quasi-homogeneous layers
The thermal conductivity of quasi-homogeneous layers shall be calculated in accordance with Equations (2),
(3) and (4).
6.6 Equivalent thermal conductivity of air cavities
An air cavity shall be considered as a homogeneous conductive material with a thermal conductivity λ .
g
If the thermal resistance of an air layer or cavity is known, its equivalent thermal conductivity, λ , is obtained
g
from
d
g
λ = (5)
g
R
g
18 © ISO 2007 – All rights reserved
where
d is the thickness of the air layer;
g
R is the thermal resistance in the main direction of heat flow.
g
Thermal resistances of air layers and cavities bounded by opaque materials shall be obtained by the
procedure in ISO 6946.
For the thermal resistance of air layers in multiple glazing, see EN 673. Information about the treatment of
cavities in window frames is given in ISO 10077-2.
Air cavities with dimensions of more than 0,5 m along each one of the orthogonal axis shall be treated as
rooms (see 6.7).
6.7 Determining the temperature in an adjacent unheated room
If sufficient information is available, the temperature in an adjacent unheated room may be calculated in
accordance with ISO 13789.
If the temperature in an adjacent unheated room is unknown and cannot be calculated in accordance with
ISO 13789 because the necessary information is not available, the heat flows and internal surface
temperatures cannot be calculated. However, all required coupling coefficients and temperature weighting
factors can be calculated and presented in accordance with Annex C.
7 Calculation method
7.1 Solution technique
The geometrical model is divided into a number of cells, each with a characteristic point (called a node). By
applying the laws of energy conservation (div q = 0) and Fourier (q = − λ grad θ) and taking into account the
boundary conditions, a system of equations is obtained which is a function of the temperatures at the nodes.
The solution of this system, either by a direct solution technique or by an iterative method, provides the node
temperatures from which the temperature field can be determined. From the temperature distribution, the heat
flows can be calculated by applying Fourier’s law.
Calculation methods shall be verified in accordance with the requirements of Annex A.
7.2 Calculation rules
7.2.1 Heat flows between material cells and adjacent environment
The density of heat flow rate, q, perpendicular to the interface between a material cell and the adjacent
environment shall satisfy
θ − θ
( )
s
q = (6)
R
s
where
θ is the internal or external reference temperature;
θ is the temperature at the internal or external surface;
s
R is the internal or external surface resistance.
s
7.2.2 Heat flows at cut-off planes
The cut-off planes shall be adiabatic (i.e. zero heat flow).
7.2.3 Solution of the equations
The equations shall be solved
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10211
Première édition
2007-12-15
Ponts thermiques dans les bâtiments —
Flux thermiques et températures
superficielles — Calculs détaillés
Thermal bridges in building construction — Heat flows and surface
temperatures — Detailed calculations
Numéro de référence
©
ISO 2007
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Publié en Suisse
ii © ISO 2007 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos. v
Introduction . vii
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles, unités et indices. 2
3.1 Termes et définitions. 2
3.2 Symboles et unités . 6
3.3 Indices. 7
4 Principes. 7
5 Modélisation de la construction. 7
5.1 Systèmes de dimension. 7
5.2 Règles de modélisation. 7
5.3 Conditions de simplification du modèle géométrique. 13
6 Données d'entrée. 18
6.1 Généralités . 18
6.2 Conductivité thermique des matériaux .19
6.3 Résistances superficielles. 19
6.4 Températures aux limites . 19
6.5 Conductivité thermique des couches quasi homogènes. 19
6.6 Conductivité thermique équivalente des cavités d'air. 19
6.7 Détermination de la température dans une pièce adjacente non chauffée . 20
7 Méthode de calcul. 20
7.1 Technique de résolution . 20
7.2 Règles de calcul. 20
8 Détermination des coefficients de couplage thermique et des flux thermiques issus des
calculs 3-D . 21
8.1 Deux températures aux limites, modèle non partitionné. 21
8.2 Deux températures aux limites, modèle partitionné . 21
8.3 Plus de deux températures aux limites . 22
9 Calculs utilisant les coefficients ponctuel et linéique de transmission thermique à partir
de calculs 3-D. 23
9.1 Calcul du coefficient de couplage thermique . 23
9.2 Calcul des coefficients linéique et ponctuel de transmission thermique. 23
10 Détermination du coefficient de couplage thermique, du flux thermique et du coefficient
linéique de transmission thermique à partir de calculs 2-D. 24
10.1 Deux températures aux limites. 24
10.2 Plus de deux températures aux limites . 24
10.3 Détermination du coefficient linéique de transmission thermique . 24
10.4 Détermination du coefficient linéique de transmission thermique pour les jonctions paroi-
plancher . 25
10.5 Détermination du coefficient de transfert thermique périodique extérieur pour les
rez-de-chaussée. 27
11 Détermination de la température à la surface intérieure . 28
11.1 Détermination de la température à la surface intérieure à partir de calculs 3-D . 28
11.2 Détermination de la température à la surface intérieure à partir de calculs 2-D . 29
12 Données d'entrée et de sortie. 29
12.1 Données d'entrée . 29
12.2 Données de sortie . 30
Annexe A (normative) Validation des méthodes de calcul . 32
Annexe B (informative) Exemples de détermination des coefficients linéiques et ponctuels de
transmission thermique . 39
Annexe C (informative) Détermination des valeurs du coefficient de couplage thermique et du
facteur de pondération de la température pour plus de deux températures aux limites . 42
Bibliographie . 47
iv © ISO 2007 – Tous droits réservés
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 10211 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 163, Performance thermique et utilisation de
l'énergie en environnement bâti, sous-comité SC 2, Méthodes de calcul.
Cette première édition annule et remplace l'ISO 10211-1:1995 et l'ISO 10211-2:2001, qui ont fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications suivantes ont été apportées:
⎯ le titre et les généralités de l'ISO 10211-1 et de l'ISO 10211-2 on été réunis en un seul document;
⎯ l'Article 3 précise que l'ISO 10211 n'utilise plus que le facteur de température, et non le rapport de
différence de température;
⎯ le paragraphe 5.2.2 spécifie que les plans de coupe sont à localiser à 1 m ou à trois fois l'épaisseur de
l'élément latéral, la valeur la plus grande étant retenue;
⎯ le paragraphe 5.2.4 contient une version révisée du Tableau 1 pour corriger l'erreur relative aux calculs
tridimensionnels et pour clarifier les objectifs;
⎯ le paragraphe 5.2.7 spécifie que le critère acceptable porte soit sur le flux thermique, soit sur la
température superficielle; le critère de flux thermique passe de 2 % à 1 %.
⎯ le paragraphe 6.3 spécifie que les valeurs de résistance superficielle doivent provenir de l'ISO 6946 pour
les calculs de flux thermique, et de l'ISO 13788 pour les calculs de condensation; les anciennes
Annexes E et G de l'ISO 10211-1:1995 ont été supprimées et remplacées par des références à
l'ISO 13788;
⎯ le paragraphe 6.6 spécifie que les données relatives aux cavités proviennent de l'ISO 6946, de l'EN 673
ou de l'ISO 10077-2; l'ancienne Annexe B de l'ISO 10211-1:1995 a été supprimée et remplacée par ces
références;
⎯ le paragraphe 10.4 contient du texte qui se trouvait dans l'ISO 13370, révisé afin de spécifier que les
valeurs du coefficient linéique de transmission thermique pour les jonctions paroi/plancher correspondent
à la différence entre le résultat numérique et le résultat obtenu en utilisant l'ISO 13370 (définition plus
cohérente).
⎯ l'Annexe A contient des corrections pour les résultats du cas n° 3; le critère de conformité du cas n° 3
passe de 2 % du flux thermique à 1 %; un nouveau cas n° 4 a été ajouté;
⎯ l'Annexe C contient une procédure corrigée;
⎯ les annexes restantes de l'ISO 10211-1:1995 et de l'ISO 10211-2:2001 ont été supprimées.
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Introduction
Les ponts thermiques, qui surviennent en général à toute jonction entre des composants de bâtiment ou
lorsque la composition de la structure du bâtiment change, ont deux conséquences par rapport à ceux d'une
structure dépourvue de pont thermique:
a) une modification du flux thermique, et
b) une modification de la température superficielle intérieure.
Bien que des procédures de calcul similaires soient utilisées, celles-ci ne sont pas identiques pour le calcul
des flux de chaleur et pour le calcul des températures superficielles.
En général, un pont thermique occasionne des flux thermiques tridimensionnels ou bidimensionnels, qui
peuvent être déterminés avec précision en utilisant les méthodes détaillées de calcul numérique décrites dans
la présente Norme internationale.
Dans beaucoup d'applications, les calculs numériques, qui sont basés sur une représentation
bidimensionnelle des flux thermiques, donnent des résultats de précision satisfaisante, particulièrement
lorsque la paroi de bâtiment est uniforme dans une direction.
Pour une discussion sur d'autres méthodes permettant d'évaluer l'effet des ponts thermiques, voir l'ISO 14683.
L'ISO 10211 était initialement divisée en deux parties, traitant respectivement des calculs tridimensionnels et
bidimensionnels.
NORME INTERNATIONALE ISO 10211:2007(F)
Ponts thermiques dans les bâtiments — Flux thermiques et
températures superficielles — Calculs détaillés
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale établit les spécifications sur les modèles géométriques tridimensionnels et
bidimensionnels d'un pont thermique, pour le calcul numérique
⎯ des flux thermiques, afin d'évaluer la déperdition thermique globale d'un bâtiment ou d'une partie de
bâtiment,
⎯ des températures superficielles minimales, afin d'évaluer le risque de condensation superficielle.
Ces spécifications incluent les limites du modèle géométrique et ses subdivisions, les conditions aux limites et
les valeurs thermiques qui lui sont liées à utiliser.
La présente Norme internationale est basée sur les suppositions suivantes:
⎯ toutes les propriétés physiques sont indépendantes de la température;
⎯ absence de source de chaleur à l'intérieur de l'élément de construction.
La présente Norme internationale peut aussi être utilisée pour la détermination des coefficients linéiques ou
ponctuels de transmission thermique, ainsi que pour les facteurs de température superficielle.
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 6946, Composants et parois de bâtiments — Résistance thermique et coefficient de transmission
thermique — Méthode de calcul
ISO 7345, Isolation thermique — Grandeurs physiques et définitions
ISO 13370, Performance thermique des bâtiments — Transfert de chaleur par le sol — Méthodes de calcul
ISO 13788, Performance hygrothermique des composants et parois de bâtiments — Température de surface
permettant d'éviter l'humidité superficielle critique et la condensation dans la masse — Méthodes de calcul
3 Termes, définitions, symboles, unités et indices
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 7345 ainsi que les
suivants s'appliquent.
3.1.1
pont thermique
partie de l'enveloppe d'un bâtiment où la résistance thermique, par ailleurs uniforme, est modifiée de façon
sensible par la pénétration totale ou partielle de l'enveloppe du bâtiment par des matériaux ayant une
conductivité thermique différente, et/ou par un changement dans l'épaisseur de la structure, et/ou par une
différence entre les surfaces intérieure et extérieure, comme il s'en produit aux jonctions
parois/plancher/plafond
3.1.2
pont thermique linéique
pont thermique ayant une coupe uniforme le long d'un des trois axes orthogonaux
3.1.3
pont thermique ponctuel
pont thermique localisé dont l'influence peut être représentée par un coefficient ponctuel de transmission
thermique
3.1.4
modèle géométrique tridimensionnel
modèle géométrique 3-D
modèle géométrique, déduit des plans d'architecture, tel que pour chacun des axes orthogonaux, la coupe
perpendiculaire à cet axe change d'une limite à l'autre du modèle
Voir Figure 1.
3.1.5
élément latéral tridimensionnel
élément latéral 3-D
partie du modèle géométrique 3-D qui, considérée séparément, peut être représentée par un modèle
géométrique 2-D
Voir Figures 1 et 2.
3.1.6
élément central tridimensionnel
élément central 3-D
partie d'un modèle géométrique 3-D qui n'est pas un élément latéral 3-D
Voir Figure 1.
NOTE Un élément central est représenté par un modèle géométrique 3-D.
3.1.7
modèle géométrique bidimensionnel
modèle géométrique 2-D
modèle géométrique déduit des plans d'architecture, tel que pour un des axes orthogonaux, la coupe
perpendiculaire à cet axe ne change pas dans les limites du modèle
Voir Figure 2.
NOTE Un modèle géométrique 2-D est utilisé pour les calculs bidimensionnels.
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3.1.8
élément latéral bidimensionnel
élément latéral 2-D
partie d'un modèle géométrique 2-D qui, considérée séparément, est constituée de couches de matériaux
planes et parallèles
3.1.9
élément central bidimensionnel
élément central 2-D
partie d'un modèle géométrique 2-D qui n'est pas un élément latéral 2-D
3.1.10
plan de construction
plan dans le modèle géométrique 3-D ou 2-D qui sépare différents matériaux, et/ou le modèle géométrique du
reste de la construction, et/ou les éléments latéraux de l'élément central
Voir Figure 3.
3.1.11
plan de coupe
plan de construction qui est une limite du modèle géométrique 3-D ou 2-D, en séparant le modèle du reste de
la construction
Voir Figure 3.
3.1.12
plan auxiliaire
plan qui, en plus des plans de construction, divise le modèle géométrique en un certain nombre de cellules
3.1.13
couche quasi homogène
couche qui consiste en deux matériaux ou plus ayant des conductivités thermiques différentes, mais qui peut
être considérée comme une couche homogène avec une conductivité thermique équivalente
Voir Figure 4.
3.1.14
facteur de température à la surface intérieure
différence entre la température de la face intérieure et la température de l'air extérieur, divisée par la
différence entre la température de l'air intérieur et la température de l'air extérieur, calculée avec une
résistance superficielle intérieure, R
si
3.1.15
facteur de pondération de la température
facteur de pondération qui fixe l'influence relative des températures d'air des ambiances thermiques
adjacentes sur la température superficielle au point étudié
3.1.16
température aux limites extérieure
température de l'air extérieur, en supposant que la température de l'air est égale à la température radiante, vu
par la surface
3.1.17
température aux limites intérieure
température opérative, choisie pour les besoins de la présente Norme internationale, comme valeur
arithmétique moyenne de la température de l'air intérieur et de la température radiante moyenne de toutes les
surfaces entourant l'ambiance intérieure
3.1.18
coefficient de couplage thermique
flux thermique par écart de température entre deux ambiances qui sont thermiquement reliées par l'ouvrage
considéré
3.1.19
coefficient linéique de transmission thermique
flux thermique en régime stationnaire divisé par la longueur et par la différence de température entre les
ambiances de chaque côté d'un pont thermique
NOTE Le coefficient linéique de transmission thermique est la quantité exprimant l'influence d'un pont thermique
linéique sur le flux thermique total.
3.1.20
coefficient ponctuel de transmission thermique
flux thermique en régime stationnaire divisé par la différence de température entre les ambiances de chaque
côté d'un pont thermique
NOTE Le coefficient linéique de transmission thermique est la quantité exprimant l'influence d'un pont thermique
ponctuel sur le flux thermique total.
Légende
F1, F2, F3, F4, F5 éléments latéraux 3-D C élément central 3-D
NOTE Les éléments latéraux 3-D ont des coupes transversales constantes perpendiculaires à au moins un axe.
L'élément central 3-D est la partie restante.
Figure 1 — Modèle géométrique 3-D avec cinq éléments latéraux 3-D et un élément central 3-D
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Légende
F2, F3, F4, F5 éléments latéraux 3-D
NOTE F2 à F5 font référence à la Figure 1.
Figure 2 — Coupes transversales aux éléments latéraux 3-D d'un modèle géométrique 3-D
traitées comme des modèles géométriques 2-D
Légende
C plans de construction perpendiculaires à l'axe x
x
C plans de construction perpendiculaires à l'axe y
y
C plans de construction perpendiculaires à l'axe z
z
NOTE Les plans de coupe sont indiqués par des flèches agrandies; les plans séparant les éléments latéraux de
l'élément central sont entourés.
Figure 3 — Exemple de modèle géométrique 3-D montrant les plans de construction
Figure 4 — Exemple de pont thermique ponctuel mineur provoquant une augmentation
du flux de chaleur tridimensionnel et qui est incorporé dans une couche quasi homogène
3.2 Symboles et unités
Symbole Grandeur Unité
A surface m
B' dimension caractéristique du plancher m
b largeur m
d épaisseur m
f facteur de température à la surface intérieure —
Rsi
g facteur de pondération de la température —
h hauteur m
L coefficient de couplage thermique du calcul bidimensionnel W/(m⋅K)
2D
L coefficient de couplage thermique du calcul tridimensionnel W/K
3D
l longueur m
q densité du flux thermique W/m
R résistance thermique m ⋅K/W
R résistance superficielle extérieure m ⋅K/W
se
R résistance superficielle intérieure m ⋅K/W
si
T température thermodynamique K
U coefficient de transmission thermique W/(m ⋅K)
V volume m
w épaisseur de la paroi m
Φ flux thermique W
λ conductivité thermique W/(m⋅K)
θ température en degrés Celsius °C
∆θ différence de température K
χ coefficient ponctuel de transmission thermique W/K
Ψ coefficient linéique de transmission thermique W/(m⋅K)
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3.3 Indices
Indice Définition
e extérieur
i intérieur
min minimal
s superficiel
4 Principes
La répartition de la température dans une construction et le flux thermique qui la traverse peuvent être
calculés si les conditions aux limites et les dispositions constructives sont connues. À cet effet, le modèle
géométrique est divisé en un certain nombre de cellules de matériau adjacentes, chacune ayant une
conductivité thermique homogène. Les critères qui doivent être respectés lors de la préparation du modèle
sont donnés dans l'Article 5.
Dans l'Article 6, des instructions sont données pour déterminer les valeurs de conductivité thermique et les
conditions aux limites.
La répartition de la température est déterminée soit au moyen d'un calcul itératif, soit par une technique de
résolution directe, après quoi la répartition de la température dans les cellules du matériau est déterminée par
interpolation. Les règles de calcul et la méthode de détermination de la répartition de température sont
exposées dans l'Article 7.
Les résultats des calculs peuvent être utilisés pour déterminer les coefficients linéique et ponctuel de
transmission thermique et les températures superficielles intérieures. Les équations prévues à cet effet
figurent dans les Articles 9, 10 et 11.
Les procédures spécifiques aux encadrements de fenêtre sont indiquées dans l'ISO 10077-2.
5 Modélisation de la construction
5.1 Systèmes de dimension
Les longueurs peuvent être mesurées en utilisant soit les dimensions intérieures, soit les dimensions
extérieures, à condition que le même système soit effectivement utilisé pour toutes les parties du bâtiment.
NOTE Pour plus d'informations sur les systèmes de dimension, voir l'ISO 13789.
5.2 Règles de modélisation
5.2.1 Généralités
Il n'est généralement pas réalisable de modéliser un bâtiment complet en utilisant un seul modèle
géométrique. Dans la plupart des cas, le bâtiment peut être divisé en plusieurs parties (y compris le sol des
fondations, le cas échéant) à l'aide des plans de coupe. Cette partition doit être effectuée de telle manière
qu'aucune différence n'existe entre le résultat du calcul sur les parties séparées du bâtiment et le bâtiment
traité dans son ensemble. Cette partition en plusieurs modèles géométriques est obtenue en choisissant des
plans de coupe appropriés.
5.2.2 Plans de coupe du modèle géométrique 3-D pour le calcul du flux thermique total et/ou des
températures superficielles
Le modèle géométrique se compose de l'(des) élément(s) central (centraux) et des éléments latéraux et, si
nécessaire, du sous-sol. Le modèle géométrique est limité par les plans de coupe.
Les plans de coupe doivent être choisis comme suit:
⎯ sur un plan de symétrie, si celui-ci est à moins de d de l'élément central (voir Figure 5);
min
⎯ à au moins d de l'élément central, s'il n'existe pas de plan de symétrie à proximité (voir Figure 6);
min
⎯ dans le sol, conformément à 5.2.4;
où d est égal à 1 m ou à trois fois l'épaisseur de l'élément latéral considéré, la valeur la plus grande étant
min
retenue.
Un modèle géométrique peut contenir plus d'un pont thermique. Dans ce cas, les plans de coupe doivent être
situés à au moins d de chaque pont thermique, ou être sur un plan de symétrie (voir Figure 6).
min
Dimensions en millimètres
a
Les flèches indiquent les plans de symétrie.
Figure 5 — Plans de symétrie pouvant être utilisés comme plans de coupe
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Dimensions en millimètres
a) b)
Légende
1 1 000 mm ou sur un plan de symétrie
A pont thermique à l'angle de la pièce intérieure
B pont thermique autour de la fenêtre dans le mur extérieur
NOTE Le pont thermique B ne remplit pas la condition d'être au moins à d (= 1 m) d'un plan de coupe [Figure 6 a)].
min
Cela est corrigé en étendant le modèle dans deux directions [Figure 6 b)].
Figure 6 — Modèle géométrique 3-D contenant deux ponts thermiques
5.2.3 Plans de coupe pour un modèle géométrique 2-D
Pour les modèles géométriques 2-D, les mêmes règles que celles données en 5.2.2 s'appliquent. Des
exemples sont donnés par les Figures 7 et 8. Dans la Figure 8, le schéma de gauche peut être utilisé si le
pont thermique est symétrique.
Légende
d épaisseur minimale
min
Figure 7 — Plans de coupe situés à au moins d de l'élément central
min
dans un modèle géométrique 2-D
Légende
d épaisseur minimale
min
l distance fixée
W
Figure 8 — Exemple de construction avec des ponts thermiques linéiques à des distances fixées, l ,
W
montrant des plans de symétrie pouvant être utilisés comme plans de coupe
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5.2.4 Plans de coupe dans le sol
Si le calcul tient compte du transfert thermique par le sol (fondations, rez-de-chaussée, sous-sols), les plans
de coupe dans le sol doivent être situés tel qu'indiqué dans le Tableau 1.
Tableau 1 — Emplacement des plans de coupe dans le sol
Distance par rapport à l'élément central
Objet du calcul
Direction
Températures superficielles Flux thermique et températures
a
uniquement superficielles
b
Distance horizontale à un plan vertical, au moins trois fois l'épaisseur 0,5 × dimension du plancher
à l'intérieur du bâtiment de la paroi
c, d
Distance horizontale à un plan vertical, au moins trois fois l'épaisseur 2,5 × largeur du plancher
à l'extérieur du bâtiment de la paroi
c
Distance verticale à un plan horizontal, au moins 3 m 2,5 × largeur du plancher
en dessous du niveau du sol
c
Distance verticale à un plan horizontal, au moins 1 m 2,5 × largeur du plancher
en dessous du niveau du plancher
(cette valeur ne s'applique que si le
niveau du plancher considéré est à plus
de 2 m en dessous du niveau du sol)
a
Voir Figures 9 et 10.
b
Dans un modèle géométrique 3-D, les dimensions du plancher (longueur et largeur) à l'intérieur du bâtiment doivent être
considérées séparément, dans chaque direction. Voir Figure 9.
c
Dans un modèle géométrique 3-D, la distance extérieure au bâtiment et en dessous du niveau du sol doit être basée sur la plus
petite dimension du plancher (largeur). Voir Figure 9.
d
Si les plans de symétrie verticaux sont connus, résultant par exemple des bâtiments adjacents, ils peuvent être utilisés comme
plans de coupe.
Pour les calculs bidimensionnels, il existe un plan de symétrie vertical situé au milieu du plancher (afin de
modéliser une moitié du bâtiment). Pour les calculs tridimensionnels sur un bâtiment rectangulaire, les limites
adiabatiques verticales sont prises dans le sol, à mi-parcours en traversant le plancher, dans chaque direction
(afin de modéliser un quart du bâtiment). Pour les bâtiments non rectangulaires, il est nécessaire soit de
modéliser tout le bâtiment (y compris le sol de tous les côtés), soit de convertir le problème en un problème
bidimensionnel, en utilisant un bâtiment de longueur infinie et de largeur égale à la dimension caractéristique
du plancher, B' (voir l'ISO 13370).
EXEMPLE Pour le plancher illustré par la Figure 9, B' = bc/(b + c).
Tous les plans de coupe doivent être des limites adiabatiques.
Légende
b,c dimensions du plancher
NOTE Les dimensions du plancher sont b × c, avec c > b.
Figure 9 — Illustration des plans de coupe pour les modèles géométriques 3-D, incluant le sol
Légende
b épaisseur du plancher
Figure 10 — Illustration des plans de coupe pour les modèles géométriques 2-D, incluant le sol
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5.2.5 Flux thermiques périodiques par le sol
Les mêmes critères qu'en 5.2.4 s'appliquent aux calculs numériques dynamiques pour la détermination des
coefficients de couplage thermique périodique (définis dans l'ISO 13370), à l'exception des plans de coupe
adiabatiques, qui peuvent être pris à des positions égales à deux fois la profondeur de pénétration périodique,
mesurée à partir de la périphérie du plancher, dans toute direction (si ces dimensions sont inférieures à celles
spécifiées en 5.2.4). Pour plus de détails, voir 10.5.
5.2.6 Ajustements dimensionnels
Des ajustements dimensionnels du modèle géométrique par rapport à la géométrie spécifiée dans le plan
d'architecture ne sont admis que s'ils n'ont pas d'influence notable sur le résultat du calcul; c'est ce que l'on
peut supposer si les conditions de 5.3.2 sont remplies.
5.2.7 Plans auxiliaires
Le nombre de plans auxiliaires dans le modèle doit être tel qu'au moins un des critères suivants soit rempli:
⎯ en doublant le nombre de divisions, on ne change pas le flux thermique calculé de plus de 1 %, ou
⎯ en doublant le nombre de divisions, on ne change pas le facteur de température de la surface intérieure,
f , de plus de 0,005.
Rsi
NOTE 1 Les exigences de validation des méthodes de calcul sont fournies en A.2.
NOTE 2 Une division satisfaisante du modèle géométrique sera généralement obtenue en attribuant les plus petites
divisions à tout élément central, et en augmentant progressivement leur taille à mesure que l'on se rapproche des plans
de coupe.
5.2.8 Couches et matériaux quasi homogènes
Dans un modèle géométrique, il est possible de remplacer des matériaux ayant des conductivités thermiques
différentes par un matériau ayant une seule conductivité thermique, si les conditions indiquées en 5.3.3 sont
remplies.
NOTE Citons, comme exemples, les joints de maçonnerie, les ancrages dans les cavités thermiquement isolées, les
vis dans les lattes en bois, les toitures en tuiles avec la lame d'air et les liteaux associés.
5.3 Conditions de simplification du modèle géométrique
5.3.1 Généralités
Les résultats de calculs obtenus à partir d'un modèle géométrique sans simplifications ont priorité sur ceux
obtenus à partir d'un modèle géométrique simplifié.
NOTE Cela est important quand les résultats d'un calcul donnent des valeurs proches d'une valeur exigée.
Les ajustements décrits en 5.3.2 peuvent être effectués.
5.3.2 Conditions d'ajustement dimensionnel pour simplifier le modèle géométrique
L'ajustement des dimensions ne peut être fait que pour des matériaux ayant des conductivités thermiques
inférieures à 3 W/(m⋅K), comme décrit ci-dessous.
a) Changement dans l'emplacement de la surface d'un bloc de matériau adjacent à la surface intérieure ou
extérieure du modèle géométrique (voir Figure 11): pour l'emplacement des surfaces non planes,
l'ajustement local perpendiculaire à la position moyenne de la surface intérieure ou extérieure, d , ne doit
c
pas excéder
d = R λ (1)
c c
où
R est égal à 0,03 m ⋅K/W;
c
λ est la conductivité thermique du matériau en question.
EXEMPLE Les surfaces inclinées, les angles arrondis et les profilés de surface, comme les tuiles de toiture.
b) Changement à l'interface de deux parties ayant des matériaux différents:
⎯ le déplacement de l'interface doit se faire dans le sens perpendiculaire à la surface intérieure;
⎯ le déplacement de l'interface doit se faire de telle sorte que le matériau ayant la plus faible
conductivité thermique soit remplacé par le matériau ayant la plus grande conductivité thermique
(voir Figure 12).
EXEMPLE Les rainures pour les bandes d'étanchéité, les joints en kit, les blocs d'ajustage, les prises murales,
les surfaces inclinées et autres détails de liaison.
c) Omission des couches minces:
⎯ les couches non métalliques d'une épaisseur inférieure ou égale à 1 mm peuvent être ignorées;
⎯ les couches métalliques minces peuvent être ignorées s'il est établi qu'elles ont une incidence
négligeable sur le transfert thermique.
EXEMPLE Les barrières non métalliques qui résistent au passage de l'humidité ou de la vapeur d'eau.
d) Omission des éléments fixés en saillie sur la surface extérieure: les composants de bâtiment qui ont été
fixés à la surface extérieure (par exemple fixés en des points discrets) peuvent être ignorés.
EXEMPLE Les gouttières et les tuyaux de descente d'eau de pluie.
Légende
1 prise murale
d ajustement local perpendiculaire à la position moyenne de la surface extérieure ou intérieure
c
Figure 11 — Changement dans l'emplacement de la surface extérieure ou intérieure
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Combinaison Simplifications
Bloc de Conductivité
a b c d
matériau thermique
1 λ λ > λ λ > λ λ < λ λ < λ
1 1 2 1 3 1 3 1 2
2 λ — — — —
3 λ — λ > λ λ > λ λ < λ
3 3 2 3 2 3 2
Figure 12 — Quatre possibilités pour replacer l'interface entre trois blocs de matériaux,
en fonction du rapport de leur conductivité thermique, λ
5.3.3 Conditions d'emploi des couches de matériau quasi homogène pour simplifier le modèle
géométrique
5.3.3.1 Tous calculs
Les conditions suivantes pour l'incorporation des ponts thermiques linéiques et ponctuels mineurs, dans une
couche quasi homogène, s'appliquent dans tous les cas:
⎯ les couches de matériau en question sont situées dans une partie de la construction qui, après
simplification, devient un élément latéral;
⎯ la conductivité thermique de la couche quasi homogène après simplification n'est pas supérieure
à 1,5 fois la plus faible conductivité thermique des matériaux présents dans la couche avant simplification.
5.3.3.2 Calculs du coefficient de couplage thermique L ou L
3D 2D
La conductivité thermique équivalente de la couche quasi homogène, λ′, doit être calculée conformément aux
Équations (2) et (3):
d
λ′ = (2)
d
A
j
−−RR −
si se ∑
L λ
3D j
d
λ′ = (3)
d
l
j
tb
−−RR −
si se ∑
L λ
2D j
où
d est l'épaisseur de la couche thermiquement non homogène;
A est la surface du composant de bâtiment;
l est la longueur du pont thermique linéique;
tb
L est le coefficient de couplage thermique du composant de bâtiment, déterminé par un calcul 3-D;
3D
L est le coefficient de couplage thermique du composant de bâtiment, déterminé par un calcul 2-D;
2D
d correspond aux épaisseurs des couches homogènes de l'élément de bâtiment;
j
λ correspond aux conductivités thermiques de ces couches homogènes.
j
NOTE L'utilisation des Équations (2) ou (3) convient en présence d'un grand nombre de ponts thermiques mineurs
identiques (ancrages muraux, joints de maçonnerie, blocs creux, etc.). Le calcul du coefficient de couplage thermique peut
être limité à une surface de base représentative de la couche non homogène. Par exemple, un mur creux
avec quatre ancrages par mètre carré peut être représenté par une surface de base de 0,25 m avec un ancrage.
5.3.3.3 Calcul de la température superficielle intérieure, du coefficient linéique de transmission
thermique, Ψ, et du coefficient ponctuel de transmission thermique, χ
Voir l'Article 9 pour des calculs utilisant les coefficients ponctuel et linéique de transmission thermique issus
de calculs 3-D.
La conductivité thermique équivalente de la couche quasi homogène, λ′, peut être prise égale à:
AAλ++. λ
()
11 nn
′
λ = (4)
AA++.
()
1 n
où
λ , . λ sont les conductivités thermiques des matériaux constituants;
1 n
A , . A sont les surfaces des matériaux constituants, mesurées dans le plan de la couche;
1 n
à condition que:
⎯ les ponts thermiques dans la couche considérée soient perpendiculaires ou presque à la surface
intérieure ou extérieure des parois de bâtiment et pénètrent la couche dans toute son épaisseur;
⎯ la résistance thermique (de surface à surface) de la paroi de bâtiment, après simplification, soit
d'au moins 1,5 (m ⋅K)/W;
⎯ les conditions d'au moins un des groupes indiqués dans le Tableau 2 soient remplies (voir Figure 13).
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Tableau 2 — Conditions spécifiques à l'incorporation d'un pont thermique linéique ou ponctuel
dans une couche quasi homogène
b c e f g h
λ A R R λ d
tb tb o t,i i i
a
Groupe
2 2 2
W/(m⋅K) m m ⋅K/W m ⋅K/W W/(m⋅K) m
d
1 u 1,5 u 0,05 × l u 0,5 — — —
tb
−6
2 > 3 u 30 × 10 u 0,5 — — —
−6
3 > 3 u 30 × 10 > 0,5 W 0,5 — —
−6
4 > 3 u 30 × 10 > 0,5 < 0,5 W 0,5 W 0,1
NOTE 1 Le groupe 1 comprend les ponts thermiques linéiques. Par exemple les joints de maçonnerie, les lattes de bois dans les
lames d'air ou les cavités isolées de moindre épaisseur.
NOTE 2 Le groupe 2 comprend des dispositifs comme les ancrages muraux, dans la mesure où ils sont fixés dans la maçonnerie
ou le béton ou sont placés dans une cavité d'air, ainsi que les clous et vis dans les couches de matériaux ou bandes ayant la résistance
thermique maximale indiquée.
NOTE 3 Les groupes 3 et 4 comprennent des dispositifs comme les ancrages dans les cavités, dans la mesure où ils pénètrent
une couche isolante ayant une résistance thermique supérieure à celle indiquée pour le groupe 2. La couche intérieure doit alors avoir
des propriétés thermiques qui limitent suffisamment l'influence du pont thermique sur la température superficielle intérieure. Cela peut
être le cas si la couche intérieure a une résistance thermique suffisante (groupe 3) ou une conductivité thermique telle que le flux
thermique à travers les ancrages dans les cavités est correctement réparti sur la surface intérieure; la plupart des couches intérieures
de maçonnerie ou de béton sont des exemples du groupe 4.
a
Voir Figure 13.
b
λ est la conductivité thermique du pont thermique à introduire dans la couche quasi homogène.
tb
c
A est la surface de la section du pont thermique.
tb
d
I est la longueur du pont thermique linéique.
tb
e
R est la résistance thermique de la couche en l'absence de pont thermique ponctuel.
f
R est la résistance thermique totale des couches entre la couche quasi homogène considérée et la surface intérieure.
t,i
g
λ est la conductivité thermique de la couche de matériau située entre la couche quasi homogène considérée et la surface
i
intérieure avec la plus grande valeur de λ fois d .
i i
h
d est l'épaisseur de cette même couche.
i
a) Groupe 1 b) Groupe 2
c) Groupe 3 d) Groupe 4
Pour la légende des symboles, voir le Tableau 2.
Figure 13 — Conditions spécifiques à l'incorporation des ponts thermiques linéiques et ponctuels
dans une couche quasi homogène des groupes donnés au Tableau 2
6 Données d'entrée
6.1 Généralités
Utiliser les valeurs données dans le présent article, à moins que des valeurs non normalisées soient justifiées
pour une situation particulière.
NOTE Des valeurs non normalisées peuvent être justifiées par les conditions locales (par exemple distributions de
températures établies dans le sol) ou par des propriétés spécifiques d'un matériau (par exemple l'effet d'un revêtement de
basse émissivité sur la résistance superficielle).
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6.2 Conductivité thermique des matériaux
Il convient de calculer les valeurs utiles de conductivité thermique des produits et matériaux de construction
conformément à l'ISO 10456, ou de les tirer de valeurs tabulées comme celles de l'ISO 10456.
La conductivité thermique du sol peut être prise égale à 2,0 W/(m⋅K).
NOTE D'autres valeurs de conductivité thermique du sol peuvent être utilisées si une information sur les conditions
locales du sol est disponible (voir l'ISO 13370).
6.3 Résistances superficielles
...










Questions, Comments and Discussion
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