Qu’est-ce qu’un matériau isolant – Types d’isolation – Définition

Types d’isolation – Catégorisation des matériaux d’isolation

Pour les matériaux d’isolation, trois catégories générales peuvent être définies. Ces catégories sont basées sur la composition chimique du matériau de base à partir duquel le matériau isolant est produit.

En outre, il existe une brève description de ces types de matériaux d’isolation.

Matériaux d’isolation inorganiques

Comme le montre la figure, les matériaux inorganiques peuvent être classés en conséquence:

• Matériaux fibreux
  • Laine de verre
  • Laine de roche
• Matériaux cellulaires
  • Silicate de calcium
  • Verre cellulaire

Matériaux d’isolation organique

Les matériaux d’isolation organique traités dans cette section sont tous dérivés d’une charge pétrochimique ou renouvelable (biosourcée). Presque tous les matériaux isolants pétrochimiques sont sous forme de polymères. Comme le montre la figure, tous les matériaux d’isolation pétrochimiques sont cellulaires. Un matériau est cellulaire lorsque la structure du matériau est constituée de pores ou de cellules. D’autre part, de nombreuses plantes contiennent des fibres pour leur résistance, donc presque tous les matériaux d’isolation biosourcés sont fibreux (à l’exception du liège expansé, qui est cellulaire).

Les matériaux d’isolation organiques peuvent être classés en conséquence:

• Matériaux pétrochimiques (dérivés du pétrole / charbon)
  • Polystyrène expansé (EPS)
  • Polystyrène extrudé (XPS)
  • Polyuréthane (PUR)
  • Mousse phénolique
  • Mousse de polyisocyanurate (PIR)
• Matériaux renouvelables (d’origine végétale / animale)
  • Cellulose
  • Liège
  • Woodfibre
  • Fibre de chanvre
  • Laine de lin
  • Laine de mouton
  • Isolation en coton

Autres matériaux d’isolation

• Verre cellulaire
• Aérogel
• Panneaux à vide

Exemple d’isolation – Polystyrène

Généralement, le polystyrène est un polymère aromatique synthétique fabriqué à partir du monomère styrène, qui est dérivé du benzène et de l’éthylène, tous deux produits pétroliers. Le polystyrène peut être solide ou moussé. Le polystyrène est un thermoplastique incolore et transparent, qui est couramment utilisé pour fabriquer des panneaux de mousse ou des panneaux de lamelles et un type d’isolant en vrac constitué de petites perles de polystyrène. Les mousses de polystyrène contiennent 95 à 98% d’air. Les mousses de polystyrène sont de bons isolants thermiques et sont donc souvent utilisées comme matériaux d’isolation des bâtiments, comme dans les coffrages isolants en béton et les systèmes de construction à panneaux structurels isolés. Polystyrène expansé (EPS) et extrudé (XPS)sont tous deux fabriqués à partir de polystyrène, mais l’EPS est composé de petites perles en plastique qui sont fusionnées ensemble et XPS commence comme un matériau fondu qui est pressé sous une forme en feuilles. Le XPS est le plus couramment utilisé comme isolant en panneau de mousse.

Le polystyrène expansé (EPS) est une mousse à cellules fermées rigide et résistante. Les applications de construction et de construction représentent environ les deux tiers de la demande de polystyrène expansé. Il est utilisé pour l’isolation des murs (cavités), des toits et des sols en béton. En raison de ses propriétés techniques telles que son faible poids, sa rigidité et sa formabilité, le polystyrène expansé peut être utilisé dans une large gamme d’applications, par exemple des plateaux, des assiettes et des caisses à poisson.

Bien que le polystyrène expansé et extrudé ait une structure à cellules fermées, il est perméable aux molécules d’eau et ne peut pas être considéré comme un pare-vapeur. Dans le polystyrène expansé, il existe des interstices entre les pastilles à cellules fermées expansées qui forment un réseau ouvert de canaux entre les pastilles liées. Si l’eau gèle en glace, elle se dilate et peut provoquer la rupture des pastilles de polystyrène de la mousse.

Exemple d’isolation – Panneaux d’isolation sous vide

La plupart des matériaux sont limitées par la conductivité thermique de l’air (pris au piège dans les cellules), qui est d’ environ environ 0,025 W / m ∙ K . Mais une diminution de la pression entraîne une diminution de sa conductivité thermique. Un panneau d’isolation sous vide (VIP) réduit ce problème. Ce panneau est une forme d’isolation thermique constituée d’une enceinte étanche aux gaz entourant un noyau rigide. L’air de ce panneau est évacué. Il faut noter que le vieillissement a un effet négatif sur les panneaux. En effet, l’enveloppe des panneaux n’est pas totalement étanche à l’air et donc sa conductivité thermique augmente légèrement. Ces panneaux peuvent être utilisés pour l’isolation thermique de presque tous les éléments de l’enveloppe du bâtiment.

Exemple – Perte de chaleur à travers un mur

Les murs constituent une source majeure de perte de chaleur dans une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers un mur de 3 mx 10 m (A = 30 m ² ). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L ₁ ) et il est fait de briques avec une conductivité thermique de k ₁ = 1,0 W / mK (mauvais isolant thermique). Supposons que les températures intérieure et extérieure sont de 22 ° C et -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur sont h ₁ = 10 W / m ² K et h ₂ = 30 W / m ²K, respectivement. A noter que ces coefficients de convection dépendent fortement notamment des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

1. Calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur non isolé.
2. Supposons maintenant une isolation thermique sur le côté extérieur de ce mur. Utilisez une isolation en polystyrène expansé de 10 cm d’épaisseur (L ₂ ) avec une conductivité thermique de k ₂ = 0,03 W / mK et calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers cette paroi composite.

Solution:

Comme cela a été écrit, de nombreux processus de transfert de chaleur impliquent des systèmes composites et impliquent même une combinaison de conduction et de convection . Avec ces systèmes composites, il est souvent commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton du refroidissement :

Le coefficient global de transfert de chaleur est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

1. mur nu

En supposant un transfert de chaleur unidimensionnel à travers la paroi plane et sans tenir compte du rayonnement, le coefficient de transfert de chaleur global peut être calculé comme suit:

Le coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

q _perte = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177 W

2. mur composite avec isolation thermique

En supposant un transfert de chaleur unidimensionnel à travers la paroi composite plane, aucune résistance de contact thermique et sans tenir compte du rayonnement, le coefficient de transfert de chaleur global peut être calculé comme suit:

Le coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,03 + 1/30) = 0,276 W / m ² K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 0,276 [W / m ² K] x 30 [K] = 8,28 W / m ²

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

q _perte = q. A = 8,28 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 248 W

Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution importante des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la prochaine couche d’isolant thermique ne provoque pas de telles économies. Cela peut être mieux vu de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les murs composites . Le taux de transfert thermique constant entre deux surfaces est égal à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.