Médaille d’argent au concours de l’innovation – BATIMAT

Analyse thermique des menuiseries

Cover group : Médaille d’argent au concours de l’innovation – BATIMAT

Cover renforce un peu plus sa position de leader en matière d’innovation et propose en exclusivité l’analyse thermique automatique des menuiseries selon les normes européennes EN ISO 10077-1 et EN ISO 10077-2.

Présentation


Les règlementations en terme d’économie d’énergie nous oblige à produire des notes de calcul assurant l’efficacité et le confort de tout élément intervenant dans un bâtiment. La menuiserie extérieure n’échappe pas à ces règlementations. Toute menuiserie (porte ou fenêtre) doit être caractérisée par une valeur de référence permettant de juger de ses performances thermiques : Uw = coefficient de transmission thermique.

Cette valeur est calculée à partir des coefficients de transmission thermique des remplissages Ug ou Up, des coefficients linéiques de transmission thermique des remplissages psi ainsi que des coefficients de transmission thermique des profilés combinés Uf.

L’éditeur de châssis de Cover détermine les différentes surfaces et périmètres nécessaires au calcul de Uw. Les coefficients Ug, Up, psi et Uf peuvent être introduits manuellement ou être automatiquement calculés par Cover conformément aux normes EN 673 et EN ISO 10077-2.

C’est en ce point une innovation majeure !

En effet, jamais un logiciel de menuiserie n’a pu proposer des outils de simulation thermique et jamais un logiciel de thermique ne s’est intérressé à la menuiserie.

Exemple de note de calcul

Résolution des équations de la chaleur en régime stationnaire

Le logiciel Cover calcule le champ de température par une méthode aux éléments finis bidimensionnels de toute partie d’une construction constituée de matériaux et/ou de gaz convenablement délimitée (conditions aux limites) en tenant compte des phénomènes de conduction, de convection et de rayonnement.

La détermination des cavités d’air au sein du système est conforme aux normes EN 673 (lame d’air de vitrages multiples) et EN ISO 10077-2 (cavité d’air dans les encadrements de fenêtres).

Du champ de température sont dérivés les flux de chaleur permettant d’évaluer la déperdition thermique du modèle (pont thermique). Du flux total traversant l’encadrement est calculé le coefficient de couplage thermique L2D.

Le risque de condensation peut également être évalué à partir des températures superficielles minimales.

Le facteur de température est également calculé au point intérieur de température superficielle la plus basse.

Le logiciel Cover vérifie tous les critères de validation de programme proposés dans la norme EN ISO 10211 pour les cas bidimensionnels et peut dès lors être classé « méthode bidimensionnelle en régime permanent de haute précision ».

Triangulation automatique pour le calcul aux éléments finis

Utilisation

L’analyse thermique dans Cover trouve son utilité à différents niveaux d’utilisation :

1) Pour le concepteur de profilés :

Grâce à ce simulateur thermique, le concepteur de gamme peut dès la phase de conception tester la performance de ses profilés en jouant sur la géométrie des sections ou sur l’effet de tel ou tel isolant complémentaire.

De plus, il ne doit pas pré-calculer toutes les combinaisons possibles de profilés (Uf) puisque ce calcul sera fait en temps réel sur la version du client au fur et à mesure des combinaisons de profilés rencontrées. Il ne doit donc uniquement se soucier de son « paramétrage technique » pour la fabrication.

C’est une innovation capitale !

Petit exemple chiffré :

En imaginant une série de châssis très simple proposant 5 dormants, 5 ouvrants, 3 parcloses correspondant à 3 épaisseurs de remplissages et 1 traverse, le concepteur de gamme devait pré-étudier plus de 370 combinaisons différentes de profilés et les communiquer à chacun de ses clients.

Dans des logiciels de thermique traditionnels, le calcul d’une de ces combinaisons peut prendre au minimum 30 minutes : import du plan de coupe au format dxf ou l’import d’une image au format bmp, assignation des propriétés de chaque matériau, définition des conditions de contour, assignation des cavités,…

Dans notre exemple, cela correspond à 185 heures, soit 23 jours, soit 5 semaines. Multipliez ce chiffre par le nombre de traverse. Nous arrivons très vite à des mois entiers.

Cette solution n’est en plus pas suffisante puisque le client ne peut pas intervenir sur la combinaisons des profilés (ajout d’un aérateur d’un fournisseur externe, ajout d’un isolant supplémentaire pour accroitre les performances,…).

2) Pour le menuisier

Depuis l’éditeur de châssis, Cover calcule le coefficient de transmission thermique Uw automatiquement à partir des éléments de fabrication intervenant. Si une combinaison de profilés rencontrée sur une partie du châssis n’a jamais été calculé auparavant (Uf=0) alors Cover le calculera automatiquement conformément à la norme EN ISO 10077-2. La valeur Uf sera stockée pour les calculs futurs.

De plus, l’analyseur thermique permet d’estimer les risques de condensation et d’évaluer les ponts thermiques entre la maçonnerie et la menuiserie.

Champs de température maçonnerie-menuiserie

Le menuisier pourra donc proposer des notes de calcul, des diagrammes de flux, des courbes isothermes à ses clients ou aux architectes en très peu de manipulation sans pour autant être un thermicien chevronné.

Caractéristiques techniques

  • Grande précision (géométrie vectorielle et non issue d’une image)
  • Editeur 2D complet
  • Bibliothèque de matériaux éditable
  • Gestion des « collisions » entre les profilés
  • Triangulation automatique
  • Détection automatique des cavités selon EN ISO 10077-2
  • Détection automatique des conditions aux limites et des zones de transfert de chaleur réduit
  • Calcul automatique et itératif des lambdas équivalents des cavités
  • Calcul automatique des longueurs nécessaires au calcul de Uf
  • Calcul du flux total, de L2D et de Uf
  • Tracé des isothermes et des lignes de flux

Résultats

A ces résultats s’ajouteront bientôt les valeurs de facteur solaire été et hiver : Sw été, Sw hiver ainsi que le calcul du coefficient de transmission thermique du mur rideau Ucw.

Certification

Le logiciel Cover a réussi les tests de certifications des normes européennes suivantes :

  • EN 673 : Verre dans la construction – Détermination du coefficient de transmission thermique Ug
  • EN ISO 10211 : Ponts thermiques dans les bâtiments – Flux thermiques et températures superficielles
  • EN ISO 10077-1 : Performance thermique des fenêtres, portes et fermetures – Calcul du coefficient de transmission thermique – Partie 1 : Généralités
  • EN ISO 10077-2 : Performance thermique des fenêtres, portes et fermetures – Calcul du coefficient de transmission thermique – Partie 2 : Méthode numérique pour les profilés de menuiserie