| Pourcentage de dégradation thermique de l’isolation extérieure due à la stratégie de fixation d’autres revêtements |
ATTENTION : LUC GENEST EST FIÈRE DE PARTICIPER À L’ÉVOLUTION DE LA COMPRÉHENSION DES ATTACHES À MAÇONNERIE EN PROPOSANT UNE TRADUCTION DU DOCUMENTTHERMAL BRIDGING OF MASONRY VENEER CLADDINGS AND ENERGY CODE COMPLIANCE PUBLIÉ LORS DU 12ÈMME SYMPOSIUM CANADIEN SUR LA MAÇONNERIE QUI S’EST TENU À VANCOUVER EN JUIN 2013. MAIS, LUC GENEST NE PEUT ÊTRE TENU RESPONSABLE DE PROBLÈMES DÉCOULANT D’UNE MAUVAISE TRADUCTION. EN CAS DE DISPARITÉ ENTRE CE DOCUMENT ET LE DOCUMENT D’ORIGINE, VEUILLEZ VOUS RÉFÉRER À CE DERNIER.
AUTEURS:
Graham Finch1, Michael Wilson2 and James Higgins3
1 MASc, P.Eng, RDH Building Engineering Ltd. Vancouver, BC, Canada
2 M. Eng, P.Eng,.RDH Building Engineering Ltd. Vancouver, BC, Canada
3 Dipl.T, RDH Building Engineering Ltd. Vancouver, BC, Canada
RÉSUMÉ :
Les normes actuelles de l’industrie en matière d’efficacité énergétique globale des bâtiments ont donné lieu à une tendance significative vers la pose d’isolants extérieurs semi-rigides ou rigides dans l’espace aérien extérieur derrière les parements de maçonnerie extérieurs. Le respect des nouvelles normes énergétiques attire l’attention sur l’impact des ponts thermiques provoqués par les connecteurs de maçonnerie qui pénètrent dans cette isolation extérieure.
La nécessité de prendre en compte les ponts thermiques pour assurer la conformité au Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB) ou à la norme ASHRAE 90.1 est examinée dans le contexte de la conception et de la sélection des connecteurs de maçonnerie. Cet article présente les résultats d’une modélisation thermique tridimensionnelle qui quantifie l’impact réel des ponts thermiques dans les assemblages typiques de parements de maçonnerie extérieurs. Les résultats pour plusieurs types de connecteurs de maçonnerie, y compris les attaches et les cornières, sont présentés. Des variables supplémentaires dans l’analyse incluent les types de matériaux tels que l’acier inoxydable et la fibre de basalte, les différents niveaux d’isolation dans l’assemblage de mur et du type de construction de l’arrière-mur. Les résultats démontrent que l’impact des attaches de maçonnerie sur les performances thermiques est important et peut être très significatif dans de nombreuses situations. Les résultats d’une étude comparative sont également présentés pour illustrer l’impact des ponts thermiques provoqués par des assemblages de revêtement comparables non maçonnés soutenus par des barres en Z métalliques continues/intermittentes, des clips ou des vis.
Les informations présentées dans ce document intéressent les professionnels de la conception chargés d’évaluer l’efficacité énergétique globale des bâtiments et la conformité aux codes et, par conséquent, la nécessité de prendre en compte les ponts thermiques des connecteurs de maçonnerie.
INTRODUCTION
Les codes nationaux, provinciaux et municipaux du bâtiment, au Canada, font depuis un certain temps référence à la norme ASHRAE 90.1 ou au Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB, anciennement CMNÉB) pour les exigences d’efficacité énergétique des bâtiments. Ces deux normes énergétiques ont été récemment mises à jour (NECB 2011 et ASHRAE 90.1 2010) et des exigences thermiques plus strictes pour les murs (c’est-à-dire des valeurs R minimales) ont été adoptées.
Les valeurs R minimales du NECB 2011 et de l’ASHRAE 90.1 exigent que les ponts thermiques traversant l’isolation extérieure soient pris en compte. Cela signifie que la charpente structurelle, y compris les montants, les poutres, les bords des dalles, etc., doit être prise en compte dans les calculs thermiques.
Dans certaines juridictions, les codes de l’énergie peuvent être interprétés pour permettre certaines simplifications d’analyse afin de réduire le fardeau imposé aux concepteurs pour tenir compte des ponts thermiques dans l’ensemble de l’enveloppe du bâtiment. Une de ces simplifications est la possibilité pour le concepteur d’ignorer la surface d’un pont thermique si sa surface occupe moins de 1 % (ou dans certains cas jusqu’à 5 %) de la surface du mur pour les calculs de conformité au code de l’énergie. Cela signifie que les petites attaches, notamment les attaches de maçonnerie et les cornières d’étages peuvent être ignorées lors de certains contrôles de conformité au code de l’énergie. Cela peut ne pas sembler si significatif, mais comme cela sera démontré dans cet article, les connexions de support de revêtement métallique occupant moins de 0,5 % et même moins de 0,05 % de la surface des murs peuvent avoir un impact profond sur les valeurs R effectives (pouvant se situer de 10 % à plus de 50 %). Ce document présente les facteurs de réduction typiques de l’isolation extérieure et les valeurs R effectives pour soutenir ces valeurs pour les murs en maçonnerie avec divers types d’attaches appliquées au béton, à la charpente en acier et aux arrières mûrs à ossature en bois. L’influence du support de la cornière d’étage pour maçonnerie est également présentée. Enfin, les valeurs R effectives et le pourcentage d’efficacité de l’isolation extérieure pour les murs avec parement de maçonnerie sont comparés à d’autres systèmes de support de revêtement courants, notamment les barres en Z horizontales et verticales et les clips intermittents.
CONTEXTE ET EXIGENCES DU CODE DE L’ÉNERGIE POUR LES MURS AU CANADA
La connaissance et la compréhension du code du bâtiment, des normes connexes et des différentes voies de conformité énergétique sont nécessaires afin d’établir le contexte des considérations thermiques et des systèmes de support de parement de maçonnerie.
Au Canada, il existe deux codes nationaux modèles qui précisent les dispositions relatives à l’efficacité énergétique des bâtiments : le Code national du bâtiment du Canada (CNB) et le Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB), auparavant appelé Code modèle national de l’énergie pour les bâtiments (CMNÉB). Ces codes nationaux sont adoptés avec ou sans modifications par chacune des provinces et territoires. La ville de Vancouver, en Colombie-Britannique, a une version modifiée du Code du bâtiment de la Colombie-Britannique inscrite dans ses règlements municipaux de construction.
Les exigences du CNB en matière de performance thermique de l’enveloppe du bâtiment sont fournies pour les maisons unifamiliales et les bâtiments de faible hauteur (bâtiments de la partie 9). Les exigences de performance thermique pour les bâtiments plus grands (partie 3) sont fournies par le CNÉB.
La province de la Colombie-Britannique a adopté les normes ASHRAE 90.1-2004 et l’Ontario a adopté une combinaison des normes ASHRAE 90.1-1989 et 2004 pour la conformité au code de l’énergie des grands bâtiments. La ville de Vancouver, par le biais de son règlement sur la construction, a adopté la norme ASHRAE 90.1-2007. La province de la Colombie-Britannique et la ville de Vancouver participent au processus d’examen public en vue de l’adoption de la norme ASHRAE 90.1-2010 (plus NECB 2011). Les exigences de performance de l’enveloppe du bâtiment du CMNÉB de 1997 sont souvent utilisées dans les simulations énergétiques LEED et le nouveau CNÉB de 2011 est en cours d’examen en vue d’être adopté dans de nombreuses provinces.
La conformité aux dispositions relatives à l’enveloppe du bâtiment de la norme ASHRAE 90.1 nécessite le respect de certaines exigences prescriptives et obligatoires ainsi que l’une des trois voies alternatives de conformité de l’enveloppe du bâtiment. Les trois voies de conformité comprennent, par ordre décroissant de complexité et de niveau de travail requis pour démontrer la conformité du projet de construction : option prescriptive de l’enveloppe du bâtiment, option de compromis sur l’enveloppe du bâtiment ou méthode de budgétisation des coûts énergétiques. Dans toutes ces voies de conformité, la valeur R effective de chaque ensemble d’enveloppes de bâtiment doit être déterminée.
Les valeurs R nominales de l’isolation représentent la valeur R nominale du produit isolant installé et ne tiennent pas compte des pertes dues aux ponts thermiques. Le pont thermique est la perte d’énergie qui se produit à travers la charpente, les interstices, les fixations, les éléments structurels et toute autre pénétration à travers l’isolation installée. Historiquement, la plupart des codes du bâtiment ont spécifié des valeurs R nominales d’isolation afin de simplifier les exigences pour les constructeurs et les concepteurs de petits bâtiments (c’est-à-dire la partie 9). Les valeurs R effectives de l’ensemble qui pourraient être construites à l’aide de la valeur nominale d’isolation varieraient bien entendu en fonction du type de charpente et du degré de pont thermique, ce qui entraînerait une plage significative de performances thermiques réelles. Par conséquent, l’utilisation de valeurs R effectives constitue une mesure plus rationnelle de la véritable performance thermique. L’utilisation de valeurs R effectives plutôt que de valeurs R nominales dans les codes du bâtiment et de l’énergie est également de plus en plus courante, car un logiciel de calcul du flux thermique par éléments finis en deux et trois dimensions est facilement disponible et utilisé par les praticiens pour calculer les valeurs R effectives.
Les codes et normes du bâtiment et de l’énergie qui utilisent des voies de conformité efficaces et nominales pour les valeurs R comprennent : ASHRAE 90.1 (toutes les versions), le Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB) 2011 au Canada et le Code national du bâtiment du Canada (CNB) 2010. La plupart des codes de construction provinciaux qui adoptent le CNB 2010 (et les mises à jour sur l’efficacité énergétique de la partie 9.36 de 2012 adopteront également l’utilisation de valeurs R effectives). Ces codes et normes fournissent des conseils sur la façon de calculer les valeurs R effectives des assemblages d’enceintes courants. L’utilisation de valeurs R nominales d’isolation pour la conformité au code de l’enveloppe des bâtiments est toujours autorisée dans la plupart des versions actuelles des codes du bâtiment provinciaux et nationaux au Canada pour les bâtiments de la partie 9 (maisons et petits immeubles à ossature de bois). Référencés dans les codes, il existe une certaine compréhension des assemblages les plus courants qui seront construits (c’est-à-dire un isolant en natte d’une certaine valeur R entre les colombages en bois ou en acier) et donc la nécessité d’exigences d’isolation continue pour certains assemblages afin d’assurer un niveau d’isolation efficace minimum (valeur R effective).
L’isolation continue est une définition utilisée avec ASHRAE 90.1 et d’autres codes et normes énergétiques dans le but de fournir au moins une couche continue minimale d’isolation qui a une valeur R effective égale ou très proche de sa valeur R nominale (c’est-à-dire aucun pont thermique ou un pont thermique minimal). L’isolation continue est souvent spécifiée dans les codes énergétiques seule ou en conjonction avec une isolation nominale à pont thermique (c’est-à-dire entre les colombages en bois) pour obtenir des valeurs R effectives plus élevées. Cette exigence d’isolation continue est généralement satisfaite avec un isolant extérieur rigide ou semi-rigide installé à l’extérieur de la charpente. Une isolation continue pourrait également être installée à l’intérieur ou au milieu de certains assemblages, bien que ça ne répondrait pas à l’exigence de continuité au niveau des planchers dans les bâtiments à plusieurs étages.
La figure 1 résume les exigences en matière d’isolation thermique du CNÉB 2011 et de l’ASHRAE 90.1-2010 pour les murs de tous types dans les zones climatiques du Canada.
Notez que lorsque ces valeurs R minimales ne peuvent pas être respectées de manière normative, l’une des deux solutions de compromis alternatives (enveloppe du bâtiment ou le bâtiment entier) doit être suivie. Dans ces options, des composantes plus performantes telles que des fenêtres ou la toiture peuvent être utilisées pour compenser les pertes de chaleur au niveau des murs qui ne répondent pas à ces critères. Ceci est particulièrement pertinent pour ceux qui suivent les exigences du CNÉB de 2011 dans les zones climatiques plus froides (c’est-à-dire où les normes R-23 à R-27 (RSI 4,05 à 4,76) efficaces sont requises). Notez que le parement de maçonnerie traditionnel sur un arrière-mur isolé n’est pas considéré dans l’ASHRAE comme un « mur de masse », car l’isolation est à l’intérieur de la maçonnerie et la « masse » n’est pas en mesure d’influencer l’environnement chauffé. La maçonnerie massive non isolée est considérée comme un mur « de masse », mais ce n’est plus une méthode de construction courante. À titre de comparaison, les murs des bâtiments hautement isolés « net zéro » et de type habitat passif (Passivhaus) auraient généralement des valeurs R effectives comprises entre R-40 et R-50 (RSI 7,0 à 8,8) selon le type de bâtiment, la zone climatique et d’autres facteurs.
ANALYSE THERMIQUE ET DISCUSSION
Une analyse thermique tridimensionnelle de diverses attaches de maçonnerie et de supports de revêtement alternatifs a été réalisée à l’aide de HEAT3 (www.blocon.se). Le progiciel HEAT3 a été bien testé et validé par l’industrie du bâtiment et est couramment utilisé par les praticiens pour calculer les valeurs R effectives des enveloppes de bâtiments (plus en Europe qu’en Amérique du Nord en raison des exigences plus strictes du code européen de l’énergie et de l’efficacité énergétique et des programmes pour habitats passifs (Passivhaus)). La modélisation thermique tridimensionnelle permet une représentation plus précise des éléments de fixation discrets du revêtement, tels que les attaches de brique, qu’un logiciel bidimensionnel.
Le but de l’analyse est de fournir des données sur les valeurs R effectives de plusieurs options d’attaches de maçonnerie, d’évaluer l’impact thermique de configurations alternatives des cornières d’étages et de comparer la performance thermique des systèmes de maçonnerie à celle d’autres revêtements. D’après notre expérience, les valeurs R calculées à partir de HEAT 3 ont tendance à être prudentes en raison de la façon dont les résistances du film de surface sont incluses dans le modèle. Les résultats des tests en chambre d’essai et d’autres progiciels de modélisation thermique par éléments finis tridimensionnels peuvent être plus optimistes (jusqu’à 5 à 10 %) en fonction de l’arrière-mur et des résistances de contact supposées des matériaux. Lorsqu’on tient compte des pratiques de construction réelles (par exemple, les espaces d’air/d’isolation autour des attaches, les attaches et les attaches supplémentaires, etc.), les résultats conservateurs de HEAT 3 ont tendance, à notre avis, à être plus réalistes.
ATTACHES DE MAÇONNERIE
Une série de modèles thermiques ont été développés pour évaluer l’impact des ponts thermiques de différentes attaches de maçonnerie via l’isolation extérieure et différents types d’arrière-murs. Trois types d’arrière-murs, notamment : le béton (6 po), des colombages en acier de 3-5/8 po (non isolés) et des colombages en bois de 2×4 (isolés avec des nattes R-12) ont été modélisés avec différents niveaux d’isolation extérieure et suivant différentes options d’attaches à maçonnerie.
• Attache en L en acier galvanisé de 2 pouces de calibre 16g (avec et sans trous perforés pour réduire la surface en acier et la conductivité dans l’attache)
• Attache de brique en L en acier inoxydable de 2 pouces de calibre 16g (avec et sans trous perforés pour réduire la surface en acier et la conductivité dans l’attache)
• Attache de brique en acier inoxydable de 2 pouces de calibre 16g montés sur le montant (pour les cas de montants en acier et en bois uniquement)
• Attache de brique en L standard de 2 pouces de calibre 16g (pas de trous perforés)
• Attache pour cavité de maçonnerie en fibre de basalte (produit exclusif au Royaume-Uni pour les cas d’arrière-murs en béton uniquement).
Les figures 2, 3 et 4 présentent respectivement les valeurs R effectives et le pourcentage de réduction thermique pour l’isolation extérieure pour les différentes attaches sur les trois assemblages d’arrière-murs : béton de 6 pouces, poteaux en acier vides de 3-5/8 pouces et R- 12 montants en bois isolés 2×4. Les valeurs R effectives pour le centre du mur éloigné du bord de la dalle ou de la cornière d’étage de maçonnerie démontrent uniquement l’impact de l’attache de maçonnerie elle-même (espacement horizontal de 16 pouces par espacement vertical de 24 pouces). Cela équivaut à la surface du mur occupée par les attaches de maçonnerie à un taux presque négligeable de 0,04 % (calibre 16 x 2 pouces à un espacement standard de 24 pouces sur 16 pouces).
Une gamme de valeurs R d’isolation extérieure a été prise en compte, de 0 à 6 pouces par incréments nominaux R-4/pouce (c’est-à-dire de R-0 à R-24 (RSI 0 à RSI 4,23)). Les résultats pour chaque type d’attaches de maçonnerie sont cohérents, avec de légères variations dans les valeurs R absolues et des pourcentages de réduction dus aux différentes configurations de l’arrière-mur. Le type d’arrière-mur affecte le transfert thermique à travers les attaches de brique en raison de la résistance de contact des connexions, le béton étant le pire, suivi des poteaux en acier/gypse et du bois. Pour convertir les valeurs R IP en valeurs RSI métriques, divisez les valeurs dans le graphique par un facteur de 5,678.
Le choix du matériau des attaches de maçonnerie et la conception des attaches peuvent avoir un impact significatif sur la valeur R effective des murs de placage en maçonnerie ; la réduction effective peut aller de 5 % à près de 30 % selon l’épaisseur de l’isolation extérieure et de la structure de l’arrière-mur, ce qui peut être un facteur important pour la conformité au code de l’énergie.
Chacune de ces attaches à maçonnerie occupe 0,04 % de la surface totale du mur, et les règles de certains codes de l’énergie permettraient d’ignorer ces effets de pont thermique dans certains contrôles de conformité du code de l’énergie à des fins de simplification. Les résultats présentés ici démontrent que cette simplification de la conformité au code entraîne des valeurs R surestimées (jusqu’à 30 %) et ne doit pas être appliquée dans les modèles énergétiques ou pour la conception de systèmes CVAC.
En termes de sélection d’attaches de maçonnerie, l’acier inoxydable est nettement plus performant que l’acier galvanisé, avec des réductions de la valeur R réelle de l’ordre de 5 à 12 % pour l’acier inoxydable par rapport au support en béton/acier contre 15 à 28 % pour l’acier galvanisé. Ces réductions réelles sont moindres dans les charpentes en bois, de l’ordre de 5 à 9 % pour les attaches en acier inoxydable et de 10 à 18 % pour les attaches galvanisées. Ces choix ont des implications évidentes en termes de coûts ; cependant, le coût supplémentaire des attaches en acier inoxydable pourrait être compensé par l’épaisseur d’isolation supplémentaire qui pourrait être nécessaire pour atteindre un certain objectif de valeur R avec les attaches galvanisées. Pour les arrière-murs en béton, l’attache en fibre de basalte présente une réduction de la valeur R réelle de moins de 1 % en raison de la nature non conductrice de la fibre de basalte, et démontre le potentiel de ce type de technologie pour améliorer davantage la performance thermique des murs de maçonnerie. Cela serait également similaire aux produits en fibre de carbone ou en fibre de verre également disponibles sur le marché.
CORNIÈRES D’ÉTAGE POUR MAÇONNERIE
Les cornières d’étages pour maçonnerie soutiennent structurellement les parements de maçonnerie et sont généralement placées au niveau des ouvertures (c’est-à-dire au-dessus des fenêtres et des portes) et au bord des dalles de chaque étage. Bien que les cornières d’étages ne soient pas nécessairement requises à chaque étage, cette pratique de conception typique tient compte des exigences de facilité de construction, d’alignement et de tolérance. Outre les implications structurelles, l’emplacement et la conception des cornières des étagères en maçonnerie ont également un impact sur les performances thermiques globales du revêtement.
Traditionnellement, dans les bâtiments à plusieurs étages, les cornières d’étages pour maçonnerie ont été directement fixées au bord de la dalle en béton, soit soudé à des plaques d’acier encastrées dans le bord de la dalle coulée ou boulonnée à ces mêmes plaques avec des attaches adhésives/à expansion. Cela n’a pas un impact important sur la performance thermique des assemblages de murs à cavité isolés de l’intérieur (c’est-à-dire une isolation discontinue), mais ces types d’assemblages de murs ne répondront probablement pas à la plupart des exigences actuelles du code de l’énergie. Là où l’isolation extérieure est incluse et où la partie inférieure de la cornière d’appuie traverse l’isolation extérieure, la cornière d’appuie a un impact significatif sur la performance thermique globale de toute la surface du mur. En termes de surface de mur, une plaque d’acier d’une épaisseur allant jusqu’à 1⁄2″ peut représenter moins de 0,5 % de la surface de l’isolant, mais peut entraîner une dégradation de l’efficacité thermique de l’isolant de l’ordre de 30 % à 50 %, voire plus. Les codes énergétiques actuels peuvent même être interprétés comme permettant d’ignorer l’impact de pont thermique d’une cornière d’étage sur la base d’une surface de mur limitée. L’analyse présentée ici démontre l’importance de la rigueur dans l’analyse et les calculs énergétiques et confirme qu’il existe des solutions pour réduire l’important pont thermique à un pont plus gérable, mais toujours responsable d’une réduction de 15 % de la valeur R réelle.
Un article complémentaire à cette conférence rédigé par Wilson, Finch et Higgins (2013) a été préparé et traite spécifiquement plus en détail des problèmes de ponts thermiques liés aux cornières d’étage. Un résumé est fourni ici pour démontrer spécifiquement l’effet de pont thermique des cornières d’étages continues installées directement par rapport aux stratégies de support thermiquement améliorées (c’est-à-dire cornières plus petites à l’extérieur de l’isolation soutenue par intermittence par des plaques à lame (support), des supports exclusifs, des tubes HSS ou des cornières en L), et pourquoi les détails des cornières d’étage doivent être pris en compte.
Une analyse thermique est réalisée pour évaluer l’impact des cornières d’étage continues et des cornières détachées du bord de la dalle à l’aide de support. Comme le démontrent Wilson, Finch et Higgins (2013), l’utilisation de supports pour limiter les ponts thermiques, de tubes HSS (section structurale creuse), de doubles angles en L ou d’autres supports exclusifs pour soutenir les cornières d’étage à l’extérieur de l’isolation extérieure, ont tous un facteur de réduction similaire de la valeur R de l’isolation extérieure de 15 % à 17 % (pour une isolation extérieure de 4 pouces ou R-16). La figure 5 présente les résultats de l’analyse, qui compare la valeur R effective d’un mur de maçonnerie avec des attaches (en acier inoxydable et en acier galvanisées) et avec et sans l’influence de la cornière d’étage (à la fois fixée directement ou fixée à l’aide d’attaches qui coupent le pont thermique).
L’impact thermique des cornières d’étage pour maçonnerie à chaque étage peut avoir un effet profond sur l’efficacité thermique de l’assemblage mural en plus de l’impact précédemment démontré des attaches de maçonnerie (zone d’attaches en acier inoxydable massif de calibre 16 et galvanisées montrée ici à titre de démonstration). Les cornières d’étage pour maçonnerie fixées directement fonctionnent assez mal d’un point de vue thermique avec des réductions de la valeur R de l’isolation extérieure de l’ordre de 40 % à 55 % pour les épaisseurs d’isolation extérieure typiques et les attaches en acier inoxydable ou galvanisé. Les rendements dépréciés d’une isolation extérieure supplémentaire signifient qu’il est presque impossible d’atteindre des valeurs R supérieures à R-15 (RSI 2,64) dans ce scénario.
Les cornières d’étages soutenues à l’extérieur de l’isolation extérieure avec des supports intermittentes ou des supports de cornières d’étage en tube avec des attaches en acier inoxydable ou galvanisé présentent des réductions de la valeur R réelle plus gérables de l’ordre de 12 % à 22 %. Les valeurs R effectives pour les assemblages de murs avec ces détails se situent dans la plage R-15 à R-20 (RSI 2,64 à 3,52) pour 3 à 6 pouces d’isolation extérieure. Cela signifie que pour se conformer aux exigences prescriptives actuelles du code de l’énergie au Canada, généralement dans la gamme R-15 à R-20 (RSI 2,64 à 3,52) ou supérieure, l’utilisation de cornières d’étage soutenues par intermittence par des attaches thermiquement améliorées est nécessaire.
COMPARAISON DE LA MAÇONNERIE À D’AUTRES SYSTÈMES DE REVÊTEMENT
Une analyse finale est effectuée pour comparer le parement de maçonnerie à d’autres systèmes de revêtement soutenus par une isolation extérieure. Revêtements tels que panneaux métalliques, panneaux en fibrociment, stuc, les pierres de culture minces, les briques minces, etc., avec isolation extérieure sont généralement soutenues par des systèmes comprenant des traverses continues, des clips intermittents, des vis et d’autres systèmes. Ces éléments structurels pénètrent dans l’isolation extérieure et sont généralement plus grands que les attaches de maçonnerie et conçus pour supporter la gravité et les charges utiles des revêtements. Historiquement, l’utilisation de barre en Z métalliques continues était la plus courante dans la construction au Canada, mais au cours des dernières années, l’utilisation de systèmes plus efficaces thermiquement a évolué.
La figure 4 présente quatre types de support de parement de maçonnerie allant des simples attaches en acier inoxydable aux cas incluant trois types différents de support de cornières d’étage sur un arrière-mur à cavité en montants en acier. Ceux-ci sont comparés à des murs isolés par l’extérieur avec des barres en Z continues (calibre 18 horizontal et vertical), des supports intermittents de 6 pouces de long de calibre 18 et des supports de 4 pouces de long de blocs de cisaillement en fibre de verre non conducteur placés de façon intermittente avec de longues vis à travers l’isolation. L’assemblage de l’arrière-mur pour cette analyse est un mur à colombages en acier de 3-5/8 po avec une cloison de séparation avec des panneaux à mats en fibre de verre et finition intérieure en gypse. Les résultats pour les murs en béton et en blocs de béton seraient similaires et pour les murs à ossature de bois, ils seraient légèrement améliorés, comme indiqué précédemment.
Comme le démontre cette analyse comparative d’autres systèmes de support de revêtement, les parements de maçonnerie ont le potentiel d’être l’un des systèmes de revêtement les plus efficaces thermiquement, à condition qu’ils soient correctement détaillés. Par rapport à d’autres revêtements, des quantités d’isolation plus fines peuvent être utilisées pour obtenir la même valeur R effective, ce qui entraîne des économies de matériaux et d’espace et une réduction de l’épaisseur des parois. Ceci est important pour les parements de maçonnerie qui ont tendance à être plus épais que les autres revêtements. Les résultats démontrent également que là où les cibles effectives de valeur R se situent dans la plage R-15 à R-20 (RSI 2,64 à 3,52), cela peut être atteint avec 3 à 4 pouces d’isolation extérieure, alors que de nombreux autres systèmes nécessitent beaucoup plus d’isolation pour le faire, ou ne peuvent pratiquement pas répondre aux exigences en raison de l’importance des ponts thermiques.
Les ponts thermiques à travers les attaches de maçonnerie peuvent être réduits à moins de 10 % grâce à l’utilisation d’attaches efficaces en acier inoxydable (encore plus faibles en utilisant du basalte non conducteur ou de la fibre de carbone). Avec l’utilisation de supports de cornières d’étages qui sépare la cornière du support, des réductions des valeurs R réels de l’ordre de 16 % à 20 % (cornières d’étages et attaches combinés) sont attendues. C’est nettement mieux que les réductions de 50 à 80 % que l’on peut constater avec des barres en Z continues. Même certaines stratégies de fixation de revêtement par gravité/charges utiles optimisées thermiquement présentent des réductions de la valeur R réelle plus importantes (c’est-à-dire supérieures à 20 %) que les parements de maçonnerie. Tout cela conforte le fait que la maçonnerie peut être l’un des revêtements muraux les plus efficaces thermiquement.
CONCLUSION
Les valeurs R effectives de plusieurs types d’attaches de maçonnerie combinées aux différents types de constructions d’arrière-murs (béton, montants en acier/panneau à mat en fibre de verre et charpente en bois) ont été modélisées à l’aide d’un logiciel informatique tridimensionnel par éléments finis. Les résultats montrent que le choix du matériau des attaches et la conception des attaches peuvent avoir un impact significatif sur la valeur R effective des murs en maçonnerie et que l’on peut s’attendre à des réductions de l’isolation extérieure de 5 % à près de 30 %. L’utilisation d’attaches à briques en acier inoxydable avec des trous/fentes perforés entraîne les réductions de la valeur R réelle plus faibles (5 % à 12 %) par rapport à l’acier galvanisé (15 % à 28 %) par rapport aux supports de montants en béton/acier et plus faibles pour les charpentes en bois. Les attaches à faible conductivité, notamment en fibre de basalte ou en fibre de carbone, peuvent potentiellement réduire la valeur R réelle de moins de 1 % (effet négligeable), mais leur utilisation est actuellement limitée au Canada.
L’impact thermique de la conception des cornières d’étages pour la maçonnerie s’est également révélé très important. Les cornières d’étage pour la maçonnerie fixée directement fonctionnent assez mal d’un point de vue thermique avec des réductions de la valeur R de l’isolation extérieure de l’ordre de 40 % à 55 % pour les épaisseurs d’isolation extérieure typiques et les attaches en acier inoxydable ou galvanisé. Les cornières d’étage soutenues à l’extérieur de l’isolation extérieure avec des supports intermittents ou des supports de cornière d’étage en tube avec des attaches en acier inoxydable ou galvanisé présentent des réductions de la valeur R réelle plus tolérables de l’ordre de 12 % à 22 %.
Pour les parements de maçonnerie, des valeurs R effectives comprises entre R-15 et R-20 (RSI 2,64 à 3,52) peuvent être obtenues avec 3 à 6 pouces d’isolation extérieure en fonction du choix des attaches de maçonnerie, à condition que les cornières d’étage soient soutenues par intermittence. Cela signifie généralement que pour se conformer aux exigences prescriptives actuelles et futures du code de l’énergie au Canada, l’utilisation de cornières d’étage soutenues par intermittence et thermiquement améliorées est nécessaire. Ces recommandations concernant l’utilisation d’attaches à briques en acier inoxydable et de cornière d’étage soutenues par intermittence (mais plus petits) peuvent avoir des implications financières potentielles. Ces coûts peuvent dans de nombreux cas être compensés par l’épaisseur d’isolation supplémentaire qui pourrait être nécessaire pour atteindre un certain objectif de valeur R pour la conformité au code de l’énergie ou un objectif de consommation d’énergie.
Il est démontré que les parements de maçonnerie ont le potentiel d’offrir de très bonnes performances d’un point de vue thermique et surpasseront de nombreux autres assemblages de revêtement isolés par l’extérieur. Les réductions typiques de la valeur R de l’isolation extérieure pour les murs en maçonnerie bien conçus seront de l’ordre de 20 %, alors que les systèmes de poutres continues auront des réductions de l’ordre de 50 % à 80 %. Même les systèmes de support de bardage thermiquement améliorés ont des difficultés à obtenir des réductions de la valeur R de l’isolation extérieure inférieures à 20 % en raison des connexions plus grandes et plus fréquentes requises pour les charges de gravité ou charges utiles. Cela signifie que moins d’isolation extérieure peut être utilisée et que des murs en maçonnerie plus minces peuvent être construits pour atteindre les mêmes performances que d’autres revêtements supportés moins efficaces thermiquement.
L’efficacité thermique et la durabilité des parements de maçonnerie construits à l’aide d’assemblages de murs isolés par l’extérieur ont toujours été bien reconnues par l’industrie ; et comme le démontre cet article, la nécessité récente d’évaluer et de traiter correctement les ponts thermiques ne nuit pas au parement de maçonnerie.
LES RÉFÉRENCES
1. ASHRAE. 2010. Norme ASHRAE 90.1 – Norme énergétique pour les bâtiments, à l’exception des bâtiments résidentiels de faible hauteur. Atlanta, Géorgie, États-Unis.
2. Blocon. CHALEUR3. Logiciel. www.blocon.se
3. Conseil national de recherches du Canada. 2011. Code national de l’énergie pour les bâtiments (Canada)
(CNÉB). Ottawa, Ontario, Canada.
4. Wilson, M., Finch, G., Higgins, J. 2013. Détails du support de conception en maçonnerie : thermique
Pontage. Actes du 12e Symposium canadien sur la maçonnerie, Vancouver, BC, Canada, du 2 au 5 juin.