ISO 13370:2007
(Main)Thermal performance of buildings — Heat transfer via the ground — Calculation methods
Thermal performance of buildings — Heat transfer via the ground — Calculation methods
ISO 13370:2007 provides methods of calculation of heat transfer coefficients and heat flow rates for building elements in thermal contact with the ground, including slab-on-ground floors, suspended floors and basements. It applies to building elements, or parts of them, below a horizontal plane in the bounding walls of the building situated for slab-on-ground floors, suspended floors and unheated basements, at the level of the inside floor surface; for heated basements, at the level of the external ground surface. ISO 13370:2007 includes calculation of the steady-state part of the heat transfer (the annual average rate of heat flow) and the part due to annual periodic variations in temperature (the seasonal variations of the heat flow rate about the annual average). These seasonal variations are obtained on a monthly basis and, except for the application to dynamic simulation programmes in Annex D, ISO 13370:2007 does not apply to shorter periods of time.
Performance thermique des bâtiments — Transfert de chaleur par le sol — Méthodes de calcul
L'ISO 13370:2007 décrit des méthodes de calcul des coefficients de transfert thermique et des flux thermiques des parois de bâtiments en contact avec le sol, comprenant les planchers sur terre-plein, les planchers sur vide sanitaire et les sous-sols. Elle s'applique aux parois, ou portions de parois, se trouvant en dessous d'un plan horizontal dans l'enveloppe extérieure du bâtiment, qui est situé au niveau de la surface du plancher intérieur, dans le cas de planchers sur terre-plein, de planchers sur vide sanitaire, et de sous-sols non chauffés, et au niveau de la surface du sol extérieur, dans le cas de sous-sols chauffés. L'ISO 13370:2007 comprend le calcul de la partie du transfert thermique correspondant au régime stationnaire (flux thermique moyen annuel), ainsi que de la partie du transfert thermique résultant des variations périodiques annuelles de la température (variations saisonnières du flux thermique autour de la moyenne annuelle). Ces variations saisonnières sont déterminées sur une base mensuelle. L'ISO 13370:2007 n'est pas applicable à des périodes de temps plus courtes, sauf pour l'application aux programmes de simulation dynamique de l'Annexe D.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13370
Second edition
2007-12-15
Thermal performance of buildings — Heat
transfer via the ground — Calculation
methods
Performance thermique des bâtiments — Transfert de chaleur par le
sol — Méthodes de calcul
Reference number
ISO 13370:2007(E)
©
ISO 2007
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ISO 13370:2007(E)
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Published in Switzerland
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ISO 13370:2007(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions, symbols and units . 2
3.1 Terms and definitions. 2
3.2 Symbols and units. 3
4 Methods of calculation. 3
5 Thermal properties . 4
5.1 Thermal properties of the ground. 4
5.2 Thermal properties of building materials. 5
5.3 Surface resistances. 5
6 Internal temperature and climatic data. 5
6.1 Internal temperature . 5
6.2 Climatic data. 5
7 Thermal transmittance and heat flow rate. 6
7.1 Thermal transmittance . 6
7.2 Thermal bridges at edge of floor. 6
7.3 Calculation of heat flow rate. 6
7.4 Effect of ground water. 6
7.5 Special cases . 7
8 Parameters used in the calculations . 7
8.1 Characteristic dimension of floor . 7
8.2 Equivalent thickness . 8
9 Calculation of thermal transmittances . 8
9.1 Slab-on-ground floor . 8
9.2 Suspended floor. 9
9.3 Heated basement . 12
9.4 Unheated basement. 14
9.5 Partly heated basement . 14
Annex A (normative) Calculation of ground heat flow rate . 15
Annex B (normative) Slab-on-ground with edge insulation . 20
Annex C (normative) Heat flow rates for individual rooms. 24
Annex D (normative) Application to dynamic simulation programmes . 25
Annex E (normative) Ventilation below suspended floors . 26
Annex F (informative) Periodic heat transfer coefficients . 29
Annex G (informative) Thermal properties of the ground. 33
Annex H (informative) The influence of flowing ground water. 35
Annex I (informative) Slab-on-ground floor with an embedded heating or cooling system . 37
Annex J (informative) Cold stores . 38
Annex K (informative) Worked examples. 39
Bibliography . 48
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ISO 13370:2007(E)
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 13370 was prepared by Technical Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use in the
built environment, Subcommittee SC 2, Calculation methods.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13370:1998), which has been technically
revised.
The following principal changes have been made to the first edition:
⎯ Clause 4 contains a revised text to clarify the intention of the initial part of the former Annex A; the rest of
the former Annex A is now contained in ISO 10211;
⎯ 7.2 no longer contains a table of linear thermal transmittances: it is now recognized, as with other thermal
bridging, that the wall/floor junction often needs to be calculated;
⎯ 9.1 provides an alternative formula for well-insulated floors;
⎯ 9.2 provides clarification for low-emissivity surfaces;
⎯ Annex A contains formulae for cooling applications;
⎯ Annex B has incorporated minor revisions to the text for edge-insulated floors;
⎯ Annex D has been revised;
⎯ Annex F (formerly Annex C) has been changed to informative status.
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ISO 13370:2007(E)
Introduction
This International Standard provides the means (in part) to assess the contribution that building products and
services make to energy conservation and to the overall energy performance of buildings.
In contrast with ISO 6946, which gives the method of calculation of the thermal transmittance of building
elements in contact with the external air, this International Standard deals with elements in thermal contact
with the ground. The division between these two International Standards is at the level of the inside floor
surface for slab-on-ground floors, suspended floors and unheated basements, and at the level of the external
ground surface for heated basements. In general, a term to allow for a thermal bridge associated with the
wall/floor junction is included when assessing the total heat loss from a building using methods such as
ISO 13789.
The calculation of heat transfer through the ground can be done by numerical calculations, which also allow
analysis of thermal bridges, including wall/floor junctions, for assessment of minimum internal surface
temperatures.
In this International Standard, methods are provided which take account of the three-dimensional nature of the
heat flow in the ground below buildings.
Thermal transmittances of floors give useful comparative values of the insulation properties of different floor
constructions, and are used in building regulations in some countries for the limitation of heat losses through
floors.
Thermal transmittance, although defined for steady-state conditions, also relates average heat flow to average
temperature difference. In the case of walls and roofs exposed to the external air, there are daily periodic
variations in heat flow into and out of storage related to daily temperature variations, but this averages out,
and the daily average heat loss can be found from the thermal transmittance and daily average inside-to-
outside temperature difference. For floors and basement walls in contact with the ground, however, the large
thermal inertia of the ground results in periodic heat flows related to the annual cycle of internal and external
temperatures. The steady-state heat flow is often a good approximation to the average heat flow over the
heating season.
In addition to the steady-state part, a detailed assessment of floor losses is obtained from annual periodic heat
transfer coefficients related to the thermal capacity of the soil, as well as its thermal conductivity, together with
the amplitude of annual variations in monthly mean temperature.
Annex D provides a method for incorporating heat transfers to and from the ground into calculations
undertaken at short time steps (e.g. one hour).
Worked examples illustrating the use of the methods in this International Standard are given in Annex K.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13370:2007(E)
Thermal performance of buildings — Heat transfer via
the ground — Calculation methods
1 Scope
This International Standard provides methods of calculation of heat transfer coefficients and heat flow rates for
building elements in thermal contact with the ground, including slab-on-ground floors, suspended floors and
basements. It applies to building elements, or parts of them, below a horizontal plane in the bounding walls of
the building situated
⎯ for slab-on-ground floors, suspended floors and unheated basements, at the level of the inside floor
surface;
NOTE In some cases, external dimension systems define the boundary at the lower surface of the floor slab.
⎯ for heated basements, at the level of the external ground surface.
This International Standard includes calculation of the steady-state part of the heat transfer (the annual
average rate of heat flow) and the part due to annual periodic variations in temperature (the seasonal
variations of the heat flow rate about the annual average). These seasonal variations are obtained on a
monthly basis and, except for the application to dynamic simulation programmes in Annex D, this International
Standard does not apply to shorter periods of time.
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 10211, Thermal bridges in building construction — Heat flows and surface temperatures — Detailed
calculations
ISO 10456, Building materials and products — Hygrothermal properties — Tabulated design values and
procedures for determining declared and design thermal values
ISO 14683, Thermal bridges in building construction — Linear thermal transmittance — Simplified methods
and default values
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ISO 13370:2007(E)
3 Terms, definitions, symbols and units
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
slab on ground
floor construction directly on the ground over its whole area
3.1.2
suspended floor
floor construction in which the lowest floor is held off the ground, resulting in an air void between the floor and
the ground
NOTE This air void, also called underfloor space or crawl space, may be ventilated or unventilated, and does not
form part of the habitable space.
3.1.3
basement
usable part of a building that is situated partly or entirely below ground level
NOTE This space may be heated or unheated.
3.1.4
equivalent thickness
〈thermal resistance〉 thickness of ground (having the thermal conductivity of the actual ground) which has the
same thermal resistance as the element under consideration
3.1.5
steady-state heat transfer coefficient
steady-state heat flow divided by temperature difference between internal and external environments
3.1.6
internal periodic heat transfer coefficient
amplitude of periodic heat flow divided by amplitude of internal temperature variation over an annual cycle
3.1.7
external periodic heat transfer coefficient
amplitude of periodic heat flow divided by amplitude of external temperature over an annual cycle
3.1.8
characteristic dimension of floor
area of floor divided by half the perimeter of floor
3.1.9
phase difference
period of time between the maximum or minimum of a cyclic temperature and the consequential maximum or
minimum heat flow rate
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ISO 13370:2007(E)
3.2 Symbols and units
The following is a list of the principal symbols used. Other symbols are defined where they are used within the
text.
Symbol Quantity Unit
2
A area of floor m
B' characteristic dimension of floor m
c specific heat capacity of unfrozen ground J/(kg·K)
d total equivalent thickness – ground below suspended floor m
g
d total equivalent thickness – slab-on-ground floor m
t
d total equivalent thickness – basement wall m
w
H steady-state ground heat transfer coefficient W/K
g
h height of floor surface above outside ground level m
P exposed perimeter of floor m
Q quantity of heat J
2
R thermal resistance m ·K/W
2
R thermal resistance of floor construction m ·K/W
f
2
R internal surface resistance m ·K/W
si
2
R external surface resistance m ·K/W
se
2
U thermal transmittance between internal and external environments W/(m ·K)
2
U thermal transmittance of basement floor W/(m ·K)
bf
2
U thermal transmittance of basement walls W/(m ·K)
bw
2
U' effective thermal transmittance for whole basement W/(m ·K)
w thickness of external walls m
z depth of basement floor below ground level m
Φ heat flow rate W
λ thermal conductivity of unfrozen ground W/(m·K)
3
ρ density of unfrozen ground kg/m
θ temperature °C
Ψ linear thermal transmittance associated with wall/floor junction W/(m·K)
g
Ψ linear thermal transmittance associated with edge insulation W/(m·K)
g,e
4 Methods of calculation
Heat transfer via the ground is characterized by:
⎯ heat flow related to the area of the floor, depending on the construction of the floor;
⎯ heat flow related to the perimeter of the floor, depending on thermal bridging at the edge of the floor;
⎯ annual periodic heat flow, also related to the perimeter of the floor, resulting from the thermal inertia of the
ground.
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ISO 13370:2007(E)
The steady-state, or annual average, part of the heat transfer shall be evaluated using one of the methods
described below.
a) A full three-dimensional numerical calculation, giving the result directly for the floor concerned:
calculations shall be done in accordance with ISO 10211. The result is applicable only for the actual floor
dimensions modelled.
b) A two-dimensional numerical calculation, using a floor that is infinitely long and has a width equal to the
characteristic dimension of the floor (floor area divided by half perimeter, see 8.1): calculations shall be
done in accordance with ISO 10211. The result is applicable to floors having the characteristic dimension
that was modelled.
NOTE The largest heat flows usually occur near the edges of the floor, and in most cases only small errors result
from converting the three-dimensional problem to a two-dimensional problem in which the width of the building is taken as
the characteristic dimension of the floor.
c) The area-related heat transfer calculated by the formulae given in this International Standard (see
Clause 9), together with the edge-related heat transfer obtained from a two-dimensional numerical
calculation in accordance with ISO 10211.
d) The area-related heat transfer calculated by the formulae given in this International Standard (see
Clause 9), together with the edge-related coefficients obtained from, for example, tables prepared in
accordance with ISO 14683.
For c) and d), the steady-state part of the heat transfer is given by Equation (1):
HA=+U PΨ (1)
gg
where Ψ is obtained by numerical calculation in method c), or from a table of values in method d).
g
In both cases, the method is applicable to a floor of any size or shape. U depends on floor size, but Ψ is
g
independent of the floor dimensions. Equation (1) is modified in the case of a heated basement (see 9.3.4)
and in the case of application of Annex B (see B.1).
For annual periodic heat flow, see 7.3 and Annex A.
5 Thermal properties
5.1 Thermal properties of the ground
The thermal properties of the ground may be specified in national regulations or other documents, and such
values may be used where appropriate. In other cases, the following apply:
a) if known, use values for the actual location, averaged over a depth equal to the width of the building and
allowing for the normal moisture content;
b) if the soil type is known or specified, use the values in Table 1;
6
3
c) otherwise, use λ = 2,0 W/(m·K) and ρc=×2,0 10 J/(m ·K).
NOTE Annex G gives information about the range of values of ground properties.
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ISO 13370:2007(E)
Table 1 — Thermal properties of the ground
Heat capacity per volume
Thermal conductivity
ρc
Category Description
λ
3
W/(m·K)
J/(m ·K)
6
1 clay or silt 1,5 3,0 x 10
6
2 sand or gravel 2,0 2,0 x 10
6
3 homogeneous rock 3,5 2,0 x 10
5.2 Thermal properties of building materials
For the thermal resistance of any building product, use the appropriate design value as defined in ISO 10456.
The thermal resistance of products used below ground level should reflect the moisture and temperature
conditions of the application.
If thermal conductivity is quoted, obtain the thermal resistance as the thickness divided by thermal conductivity.
NOTE The heat capacity of building materials used in floor constructions is small compared with that of the ground,
and is neglected.
5.3 Surface resistances
Values of surface resistance shall conform to ISO 6946.
R applies both at the top and the bottom of an underfloor space.
si
6 Internal temperature and climatic data
6.1 Internal temperature
If there are different temperatures in different rooms or spaces immediately above the floor, a spatial average
should be used. Obtain this average by weighting the temperature of each space by the area of that space in
contact with the ground.
To calculate heat flow rates, this International Standard requires:
a) annual mean internal temperature;
b) if variations in internal temperature are to be included, amplitude of variation of internal temperature from
the annual mean; this amplitude is defined as half the difference between the maximum and minimum
values of the average temperatures for each month.
6.2 Climatic data
To calculate heat flow rates, this International Standard requires:
a) annual mean external air temperature;
b) if variations in external temperature are to be included, amplitude of variation of external air temperature
from the annual mean; this amplitude is defined as half the difference between the maximum and
minimum values of the average temperatures for each month;
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ISO 13370:2007(E)
c) for suspended floors that are naturally ventilated, the average wind speed measured at a height of 10 m
above external ground level.
If the ground surface temperature is known or can be estimated, this can be used in place of the external air
temperature, in order to allow for effects of snow cover, solar gain on the ground surface and/or longwave
radiation to clear skies. In such cases, R should be excluded from all formulae.
se
7 Thermal transmittance and heat flow rate
7.1 Thermal transmittance
Thermal transmittances for floors and basements are related to the steady-state component of the heat
transfer. Methods of calculation are given in Clause 9 for the various types of floor and basement. The
formulae use the characteristic dimension of the floor and the equivalent thickness of floor insulation (see
Clause 8).
If the transmission heat loss coefficient for the ground is required, take this as equal to the steady-state
ground heat transfer coefficient, H , calculated using Equation (1).
g
7.2 Thermal bridges at edge of floor
The formulae in this International Standard are based on an isolated floor considered independently of any
interaction between floor and wall. They also assume uniform thermal properties of the soil (except for effects
solely due to edge insulation).
In practice, wall/floor junctions for slab-on-ground floors do not correspond with this ideal, giving rise to
thermal bridge effects. These shall be allowed for in calculations of the total heat loss from a building, by using
a linear thermal transmittance, Ψ .
g
NOTE The linear thermal transmittance depends on the system being used for defining building dimensions (see
ISO 13789).
The total heat loss from a building is then calculated on the basis of a separating plane
⎯ at the level of the inside floor surface for slab-on-ground floors, suspended floors and unheated
basements, or
⎯ at the level of the outside ground surface for heated basements.
NOTE In some cases, external dimension systems define the boundary at the lower surface of the floor slab.
The thermal transmittance of elements above the separating plane should be assessed in accordance with
appropriate standards, such as ISO 6946.
7.3 Calculation of heat flow rate
Heat transfer via the ground can be calculated on an annual basis using only the steady-state ground heat
transfer coefficient, or on a seasonal or monthly basis using additional periodic coefficients that take account
of the thermal inertia of the ground. The relevant equations are given in Annex A.
7.4 Effect of ground water
Ground water has a negligible effect on the heat transfer, unless it is at a shallow depth and has a high flow
rate. Such conditions are rarely encountered and in most cases no allowance should be made for the effect of
ground water.
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ISO 13370:2007(E)
When the depth of the water table below ground level and the rate of ground water flow are known, the
steady-state ground heat transfer coefficient, H , may be multiplied by a factor, G .
g w
NOTE Illustrative values of G are given in Annex H.
w
7.5 Special cases
The methods in this International Standard are also applicable to the following situations, with the
modifications described in the relevant annex:
⎯ heat flow rates for individual rooms (see Annex C);
⎯ application to dynamic simulation programmes (see Annex D).
NOTE This International Standard can also be used for slab-on-ground floors with an embedded heating system (see
Annex I) and for cold stores (see Annex J).
8 Parameters used in the calculations
8.1 Characteristic dimension of floor
To allow for the three-dimensional nature of heat flow within the ground, the formulae in this International
Standard are expressed in terms of the “characteristic dimension” of the floor, B', defined as the area of the
floor divided by half the perimeter:
A
′
B = (2)
0,5 P
NOTE For an infinitely long floor, B' is the width of the floor; for a square floor, B' is half the length of one side.
Special foundation details, e.g. edge insulation of the floor, are treated as modifying the heat flow at the
perimeter.
In the case of basements, B' is calculated from the area and perimeter of the floor of the basement, not
including the walls of the basement, and the heat flow from the basement includes an additional term related
to the perimeter and the depth of the basement floor below ground level.
In this International Standard, P is the exposed perimeter of the floor: the total length of external wall dividing
the heated building from the external environment or from an unheated space outside the insulated fabric.
Therefore,
⎯ for a complete building, P is the total perimeter of the building and A is its total ground-floor area;
⎯ to calculate the heat loss from part of a building (e.g. for each individual dwelling in a row of terraced
houses), P includes the lengths of external walls separating the heated space from the external
environment and excludes the lengths of walls separating the part under consideration from other heated
parts of the building, while A is the ground-floor area under consideration;
⎯ unheated spaces outside the insulated fabric of the building (such as porches, attached garages or
storage areas) are excluded when determining P and A (but the length of the wall between the heated
building and the unheated space is included in the perimeter; the ground heat losses are assessed as if
the unheated spaces were not present).
©
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13370
Deuxième édition
2007-12-15
Performance thermique des bâtiments —
Transfert de chaleur par le sol —
Méthodes de calcul
Thermal performance of buildings — Heat transfer via the ground —
Calculation methods
Numéro de référence
ISO 13370:2007(F)
©
ISO 2007
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ISO 13370:2007(F)
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ii © ISO 2007 – Tous droits réservés
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ISO 13370:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions, symboles et unités . 2
3.1 Termes et définitions. 2
3.2 Symboles et unités . 3
4 Méthodes de calcul. 4
5 Propriétés thermiques. 4
5.1 Propriétés thermiques du sol . 4
5.2 Propriétés thermiques des matériaux de construction . 5
5.3 Résistances superficielles. 5
6 Température intérieure et données climatiques. 5
6.1 Température intérieure. 5
6.2 Données climatiques. 6
7 Coefficient de transmission thermique et flux thermique. 6
7.1 Coefficient de transmission thermique . 6
7.2 Ponts thermiques au bord du plancher. 6
7.3 Calcul du flux thermique. 7
7.4 Effet de la nappe phréatique. 7
7.5 Cas particuliers . 7
8 Paramètres utilisés dans les calculs . 7
8.1 Dimension caractéristique du plancher . 7
8.2 Épaisseur équivalente. 8
9 Calcul des coefficients de transmission thermique. 8
9.1 Plancher sur terre-plein . 8
9.2 Plancher sur vide sanitaire . 10
9.3 Sous-sol chauffé. 12
9.4 Sous-sol non chauffé . 15
9.5 Sous-sol partiellement chauffé . 15
Annexe A (normative) Calcul du flux thermique à travers le sol . 16
Annexe B (normative) Plancher sur terre-plein avec isolation périphérique. 21
Annexe C (normative) Flux thermique local par local . 26
Annexe D (normative) Application aux programmes de simulation dynamique. 27
Annexe E (normative) Ventilation des vides sanitaires . 28
Annexe F (informative) Coefficients de transfert thermique périodique . 31
Annexe G (informative) Propriétés thermiques du sol. 35
Annexe H (informative) Influence de l'écoulement de la nappe phréatique. 37
Annexe I (informative) Plancher sur terre-plein avec système de chauffage ou de refroidissement
intégré . 39
Annexe J (informative) Entrepôts frigorifiques. 40
Annexe K (informative) Exemples d'application . 41
Bibliographie . 50
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ISO 13370:2007(F)
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 13370 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 deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13370:1998), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
Les principales modifications suivantes ont été apportées à la première édition:
⎯ l’Article 4 contient un texte révisé, précisant l’objectif qui figurait auparavant au début de l’ancienne
Annexe A; le reste de l’ancienne Annexe A est maintenant dans l’ISO 10211;
⎯ le paragraphe 7.2 ne contient plus le tableau des coefficients linéiques de transmission thermique: il est
admis dorénavant, comme pour les autres ponts thermiques, que la jonction mur/plancher nécessite
souvent d’être calculée;
⎯ le paragraphe 9.1 fournit une autre formule relative aux planchers bien isolés;
⎯ le paragraphe 9.2 fournit une explication relative aux surfaces de basse émissivité;
⎯ l’Annexe A contient des formules pour les applications de refroidissement;
⎯ l’Annexe B incorpore de légères modifications au texte sur les planchers avec isolation périphérique;
⎯ l'Annexe D a été révisée;
⎯ l'Annexe F (anciennement Annexe C) est dorénavant informative.
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ISO 13370:2007(F)
Introduction
La présente Norme internationale fournit les moyens (en partie) pour évaluer la contribution des produits et
installations de service de bâtiment aux économies d'énergie et à la performance énergétique globale des
bâtiments.
À la différence de l'ISO 6946, qui fournit la méthode de calcul du coefficient de transmission thermique des
parois de bâtiments en contact avec l'air extérieur, la présente Norme internationale traite des parois en
contact thermique avec le sol. La frontière entre ces deux Normes internationales se situe au niveau de la
surface du plancher intérieur, quand il s’agit de planchers sur terre-plein, de planchers sur vide sanitaire et de
sous-sols non chauffés, et au niveau de la surface du sol extérieur, pour les sous-sols chauffés. En général,
un terme tenant compte d’un pont thermique associé à une jonction mur/plancher est ajouté lorsqu’on calcule
les déperditions totales d’un bâtiment suivant des méthodes comme celle de l’ISO 13789.
Le transfert thermique à travers le sol peut être déterminé au moyen de calculs numériques, qui permettent
également d'analyser les ponts thermiques, y compris les jonctions mur/plancher, afin d'évaluer les
températures superficielles intérieures minimales.
La présente Norme internationale fournit des méthodes qui tiennent compte de la nature tridimensionnelle du
flux thermique dans le sol situé sous le bâtiment.
Les valeurs des coefficients de transmission thermique des planchers donnent des indications utiles pour
comparer les propriétés isolantes des différents types de plancher; elles sont employées dans les
réglementations sur le bâtiment de certains pays pour limiter les déperditions thermiques à travers les
planchers.
Le coefficient de transmission thermique, bien qu'il soit défini pour un régime stationnaire, relie également le
flux thermique moyen à l’écart écart moyen de température. Dans le cas des murs et des toitures qui sont
exposés à l'air extérieur, il se produit quotidiennement des stockages et des déstockages de chaleur
périodiques, en relation avec les variations journalières de température, mais, en moyenne, cela s'équilibre, et
la déperdition de chaleur moyenne journalière peut être déterminée à partir de la valeur du coefficient de
transmission thermique et de la moyenne journalière de l'écart entre les températures intérieure et extérieure.
Pour les planchers et les murs de sous-sol en contact avec le sol, l'importante inertie thermique du sol
occasionne cependant des flux thermiques périodiques en relation avec le cycle annuel des températures
intérieure et extérieure. Le flux thermique en régime stationnaire est souvent une bonne approximation du flux
thermique moyen pendant la période de chauffage.
Pour une évaluation détaillée des déperditions du plancher, on utilise, outre les valeurs en régime stationnaire,
des coefficients de transfert thermique périodique annuel, qui sont des fonctions de la capacité thermique du
sol et de sa conductivité thermique, ainsi que l'amplitude des variations annuelles de la température
mensuelle moyenne.
L’Annexe D fournit une méthode permettant de prendre en compte les transferts thermiques, vers et à partir
du sol, dans les calculs effectués à de courts intervalles (par exemple une heure).
L’Annexe K donne des exemples d’application illustrant l’emploi des méthodes décrites dans la présente
Norme internationale.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13370:2007(F)
Performance thermique des bâtiments — Transfert de chaleur
par le sol — Méthodes de calcul
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit des méthodes de calcul des coefficients de transfert thermique et des
flux thermiques des parois de bâtiments en contact avec le sol, comprenant les planchers sur terre-plein, les
planchers sur vide sanitaire et les sous-sols. Elle s’applique aux parois, ou portions de parois, se trouvant
au-dessous d’un plan horizontal dans l’enveloppe extérieure du bâtiment, qui est situé:
⎯ au niveau de la surface du plancher intérieur, dans le cas de planchers sur terre-plein, de planchers sur
vide sanitaire et de sous-sols non chauffés;
NOTE Pour certains cas, les dimensions extérieures définissent la limite à la surface inférieure de la dalle de
plancher.
⎯ au niveau de la surface du sol extérieur, dans le cas de sous-sols chauffés.
La présente Norme internationale comprend le calcul de la partie du transfert thermique correspondant au
régime stationnaire (flux thermique moyen annuel), ainsi que de la partie du transfert thermique résultant des
variations périodiques annuelles de la température (variations saisonnières du flux thermique autour de la
moyenne annuelle). Ces variations saisonnières sont déterminées sur une base mensuelle. La présente
Norme internationale n’est pas applicable à des périodes de temps plus courtes, sauf pour l'application aux
programmes de simulation dynamique de l'Annexe D.
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 10211, Ponts thermiques dans les bâtiments — Flux thermiques et températures superficielles — Calculs
détaillés
ISO 10456, Matériaux et produits pour le bâtiment — Propriétés hygrothermiques — Valeurs utiles tabulées et
procédures pour la détermination des valeurs thermiques déclarées et utiles
ISO 14683, Ponts thermiques dans les bâtiments — Coefficient de transmission thermique linéique —
Méthodes simplifiées et valeurs par défaut
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ISO 13370:2007(F)
3 Termes, définitions, symboles et unités
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
plancher sur terre-plein
plancher dont la totalité de la surface repose directement sur le sol
3.1.2
plancher sur vide sanitaire
plancher maintenu au-dessus du sol de façon à ménager un vide d'air entre le plancher et le sol
NOTE Ce vide d'air, également appelé espace sous plancher ou vide sanitaire, peut être ventilé ou non et ne fait pas
partie du volume habitable.
3.1.3
sous-sol
partie utilisable d’un bâtiment, située en tout ou partie sous le niveau du sol
NOTE Cet espace peut être chauffé ou non.
3.1.4
épaisseur équivalente
〈d'une résistance thermique〉 épaisseur de sol (ayant la conductivité thermique du sol concerné) qui a la
même résistance thermique que l’élément considéré
3.1.5
coefficient de transfert thermique en régime stationnaire
flux thermique en régime stationnaire divisé par la différence de température entre les ambiances intérieure et
extérieure
3.1.6
coefficient de transfert thermique périodique intérieur
amplitude du flux thermique périodique divisée par l'amplitude de la température intérieure au cours d’un
cycle annuel
3.1.7
coefficient de transfert thermique périodique extérieur
amplitude du flux thermique périodique divisée par l'amplitude de la température extérieure au cours d’un
cycle annuel
3.1.8
dimension caractéristique d’un plancher
aire du plancher divisée par son demi-périmètre
3.1.9
différence de phase
période de temps entre le maximum ou le minimum d’un cycle de température et le flux thermique maximal ou
minimal correspondant
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3.2 Symboles et unités
Les principaux symboles utilisés sont énumérés ci-après. Les autres symboles sont définis à l’endroit où ils
sont utilisés dans le texte.
Symbole Grandeur Unité
2
A aire du plancher m
B' dimension caractéristique du plancher m
c capacité thermique massique du sol non gelé J/(kg·K)
d épaisseur équivalente totale – sol sous le plancher sur vide sanitaire m
g
d épaisseur équivalente totale – plancher-dalle sur terre-plein m
t
d épaisseur équivalente totale – murs du sous-sol m
w
H coefficient de transfert thermique du sol en régime stationnaire W/K
g
h hauteur de la surface du plancher au-dessus du niveau du sol m
extérieur
P périmètre exposé du plancher m
Q quantité de chaleur J
2
R résistance thermique m ·K/W
2
R résistance thermique du plancher m ·K/W
f
2
R résistance superficielle intérieure m ·K/W
si
2
R résistance superficielle extérieure m ·K/W
se
2
U coefficient de transmission thermique entre les ambiances intérieure W/(m ·K)
et extérieure
2
U coefficient de transmission thermique du plancher d’un sous-sol W/(m ·K)
bf
2
U coefficient de transmission thermique des murs d’un sous-sol W/(m ·K)
bw
2
U′ coefficient de transmission thermique effectif pour le sous-sol entier W/(m ·K)
w épaisseur des murs extérieurs m
z profondeur du sous-sol au-dessous du niveau du sol m
Φ flux thermique W
λ conductivité thermique du sol non gelé W/(m·K)
3
ρ masse volumique du sol non gelé kg/m
θ température °C
Ψ coefficient linéique de transmission thermique associé à la jonction W/(m·K)
g
mur/plancher
Ψ coefficient linéique de transmission thermique associé à l’isolation W/(m·K)
g,e
périphérique
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4 Méthodes de calcul
Le transfert de chaleur par le sol est caractérisé par:
⎯ le flux thermique relatif à l’aire du plancher, dépendant de la construction du plancher;
⎯ le flux thermique relatif au périmètre du plancher, dépendant des ponts thermiques en périphérie du
plancher;
⎯ le flux thermique périodique annuel, également relatif au périmètre du plancher et résultant de l’inertie
thermique du sol.
La partie en régime stationnaire, ou la moyenne annuelle, du transfert thermique doit être évaluée d’après
l’une des méthodes suivantes.
a) Un calcul numérique tridimensionnel, donnant directement le résultat pour le plancher concerné. Les
calculs doivent être effectués conformément à l’ISO 10211. Le résultat s’applique uniquement aux
dimensions du plancher modélisées.
b) Un calcul numérique bidimensionnel, avec un plancher de longueur infinie et dont la largeur est égale à la
dimension caractéristique du plancher (aire du plancher divisée par son demi-périmètre, voir 8.1). Les
calculs doivent être effectués conformément à l’ISO 10211. Le résultat s’applique aux planchers dont la
dimension caractéristique a été modélisée.
NOTE En règle générale, les flux thermiques les plus importants se produisent près de la périphérie du plancher, et,
dans la plupart des cas, la conversion du problème tridimensionnel en problème bidimensionnel – où la largeur du
bâtiment est prise comme dimension caractéristique du plancher – n’engendre que des erreurs négligeables.
c) Le transfert thermique relatif à l’aire du plancher, calculé à l’aide des formules indiquées dans la présente
Norme internationale (voir Article 9), ainsi que le transfert thermique relatif à la périphérie, obtenu par
calcul bidimensionnel, conformément à l’ISO 10211.
d) Le transfert thermique relatif à l’aire du plancher, calculé à l’aide des formules indiquées dans la présente
Norme internationale (voir Article 9), ainsi que les coefficients relatifs à la périphérie, obtenus, par
exemple, à partir des tableaux conformes à l’ISO 14683.
Pour c) et d), la partie du transfert thermique en régime stationnaire s’obtient à partir de l’Équation (1):
HA=+U PΨ (1)
gg
où Ψ s'obtient par calcul numérique dans le cas c) ou à partir d'un tableau de valeurs dans le cas d).
g
Dans ces deux cas, la méthode s'applique à un plancher de n'importe quelle taille ou de n'importe quelle
forme. U dépend de la taille du plancher, mais Ψ est indépendant des dimensions du plancher.
g
L’Équation (1) est modifiée dans le cas d’un sous-sol chauffé (voir 9.3.4) et en cas d’application de l’Annexe B
(voir B.1).
Pour le flux thermique périodique annuel, voir 7.3 et Annexe A.
5 Propriétés thermiques
5.1 Propriétés thermiques du sol
Les propriétés thermiques du sol spécifiées dans les réglementations nationales, ou d’autres documents,
peuvent être utilisées le cas échéant. Dans les autres cas, les dispositions suivantes s’appliquent:
a) lorsqu'elles sont connues, utiliser les valeurs réelles du site, moyennées sur une profondeur égale à la
largeur du bâtiment en tenant compte de la teneur normale en humidité;
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b) si le type de sol est connu ou précisé, utiliser les valeurs du Tableau 1;
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c) sinon, utiliser λ = 2,0 W/(m·K) et ρ · c = 2,0 × 10 J/(m ·K).
NOTE L’Annexe G donne des informations sur la plage des valeurs des propriétés du sol.
Tableau 1 — Propriétés thermiques du sol
Capacité thermique
Conductivité thermique
volumique
Catégorie Description
λ ρc
3
W/(m·K) J/(m ·K)
6
1 argile ou limon 1,5 3,0 × 10
6
2 sable ou gravier 2,0 2,0 × 10
6
3 roche homogène 3,5 2,0 × 10
5.2 Propriétés thermiques des matériaux de construction
Pour la résistance thermique de tout produit de construction, il faut utiliser la valeur utile appropriée définie par
l'ISO 10456. Il convient que la résistance thermique des produits utilisés au-dessous du niveau du sol tienne
compte des conditions d'humidité et de température de l'application.
Si la conductivité thermique est précisée, la résistance thermique est obtenue en divisant l'épaisseur par la
conductivité thermique.
NOTE La capacité thermique des matériaux de construction utilisés dans les différents types de planchers est faible
par rapport à celle du sol et elle n’est donc pas prise en compte.
5.3 Résistances superficielles
Les valeurs de résistance superficielle doivent être conformes à l’ISO 6946.
La valeur de R s'applique aussi bien en haut qu'en bas d'un espace sous plancher.
si
6 Température intérieure et données climatiques
6.1 Température intérieure
S'il existe des écarts de température entre les différents locaux ou les espaces immédiatement au-dessus du
plancher, il convient d'utiliser une moyenne spatiale. Pour calculer cette moyenne, il faut pondérer la
température de chaque espace par l’aire de l'espace en contact avec le sol.
Le calcul des flux thermiques selon la présente Norme internationale nécessite de connaître:
a) la température intérieure moyenne annuelle;
b) si les variations de la température intérieure sont prises en compte, l'amplitude de la variation de la
température intérieure par rapport à la moyenne annuelle; cette amplitude est définie comme étant la
demi-différence entre les valeurs maximale et minimale de la température moyenne de chaque mois.
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6.2 Données climatiques
Le calcul des flux thermique selon la présente Norme internationale nécessite de connaître:
a) la température moyenne annuelle de l'air extérieur;
b) si les variations de la température extérieure sont prises en compte, l'amplitude de la variation de la
température de l'air extérieur par rapport à la moyenne annuelle; cette amplitude est définie comme étant
la demi-différence entre les valeurs maximale et minimale de la température moyenne de chaque mois;
c) pour les planchers sur vide sanitaire à ventilation naturelle, la vitesse moyenne du vent mesurée à une
hauteur de 10 m au-dessus du niveau du sol extérieur.
Si l'on connaît ou si l'on peut estimer la température superficielle du sol, on peut l'utiliser à la place de la
température de l'air extérieur, afin de tenir compte des effets de la couverture de neige, des apports solaires à
la surface du sol et/ou du rayonnement de grande longueur d'onde vers le ciel dégagé. Dans ce cas, il
convient d'exclure R de toutes les formules.
se
7 Coefficient de transmission thermique et flux thermique
7.1 Coefficient de transmission thermique
Les coefficients de transmission thermique des planchers et des sous-sols sont liés à la composante du
transfert thermique en régime stationnaire. Des méthodes de calcul sont données dans l'Article 9 pour les
différents types de plancher et de sous-sol. La formule utilise la dimension caractéristique du plancher et
l'épaisseur équivalente de l'isolation de plancher (voir Article 8).
Si le coefficient des déperditions par transmission est requis pour le sol, il doit correspondre au coefficient de
transfert thermique du sol en régime stationnaire, H , calculé à l'aide de l'Équation (1).
g
7.2 Ponts thermiques au bord du plancher
Les formules de la présente Norme internationale sont valables pour un plancher isolé, considéré
indépendamment de toute interaction entre mur et plancher. De plus il est supposé que les propriétés
thermiques du sol sont uniformes (exception faite des seuls effets de l’isolation périphérique).
En pratique, les jonctions mur/plancher pour les planchers sur terre-plein ne correspondent pas à cette
situation idéale et donnent lieu à des effets de pont thermique. Il doit en être tenu compte dans les calculs des
déperditions thermiques totales d’un bâtiment, en utilisant un coefficient linéique de transmission
thermique, Ψ .
g
NOTE Le coefficient linéique de transmission thermique dépend du système choisi pour la définition des dimensions
du bâtiment (voir l'ISO 13789).
Les déperditions thermiques totales du bâtiment sont ensuite calculées à partir d’un plan de séparation qui se
trouve
⎯ au niveau de la face interne du plancher, pour les planchers sur terre-plein, planchers sur vide sanitaire
et sous-sols non chauffés, ou
⎯ au niveau de la surface du sol extérieur, dans le cas de sous-sols chauffés.
NOTE Pour certains cas, les dimensions extérieures définissent la limite à la surface inférieure de la dalle de
plancher.
Le coefficient de transmission thermique des parois situées au-dessus du plan de séparation doit être évalué
selon des normes appropriées, telles que l’ISO 6946.
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ISO 13370:2007(F)
7.3 Calcul du flux thermique
Le flux thermique à travers le sol peut être calculé pour une période annuelle en utilisant uniquement le
coeffici
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.