ISO 10077-2:2012
(Main)Thermal performance of windows, doors and shutters — Calculation of thermal transmittance — Part 2: Numerical method for frames
Thermal performance of windows, doors and shutters — Calculation of thermal transmittance — Part 2: Numerical method for frames
ISO 10077-2:2011 specifies a method and gives reference input data for the calculation of the thermal transmittance of frame profiles and of the linear thermal transmittance of their junction with glazing or opaque panels. The method can also be used to evaluate the thermal resistance of shutter profiles and the thermal characteristics of roller shutter boxes and similar components (e.g. blinds). ISO 10077-2:2011 also gives criteria for the validation of numerical methods used for the calculation. ISO 10077-2:2011 does not include effects of solar radiation, heat transfer caused by air leakage or three‑dimensional heat transfer such as pin point metallic connections. Thermal bridge effects between the frame and the building structure are not included.
Performance thermique des fenêtres, portes et fermetures — Calcul du coefficient de transmission thermique — Partie 2: Méthode numérique pour les encadrements
L'ISO 10077-2:2012 donne une méthode et des données d'entrée pour le calcul du coefficient de transmission thermique des encadrements et du coefficient de transmission thermique linéique de leurs jonctions avec les vitrages ou les panneaux opaques. Cette méthode peut également être utilisée pour évaluer la résistance thermique d'encadrements de fermetures et les caractéristiques thermiques de coffres de volet roulant et de composants similaires (par exemple stores). L'ISO 10077-2:2012 fournit également des critères pour la validation des méthodes numériques utilisées dans ce calcul. L'ISO 10077-2:2012 ne couvre pas les effets du rayonnement solaire ni le transfert thermique provoqué par des infiltrations d'air ou les transferts thermiques tridimensionnels créés par exemple par des liaisons métalliques ponctuelles. Les effets des ponts thermiques entre les encadrements et la structure du bâtiment ne sont pas pris en compte.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 10077-2
Second edition
2012-03-01
Thermal performance of windows, doors
and shutters — Calculation of thermal
transmittance —
Part 2:
Numerical method for frames
Performance thermique des fenêtres, portes et fermetures — Calcul du
coefficient de transmission thermique —
Partie 2: Méthode numérique pour les encadrements
Reference number
ISO 10077-2:2012(E)
©
ISO 2012
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ISO 10077-2:2012(E)
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Published in Switzerland
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ISO 10077-2:2012(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
4 Calculation method . 2
4.1 General principle . 2
4.2 Validation of the calculation programme . 3
4.3 Determination of the thermal transmittance . 3
5 Treatment of solid sections and boundaries . 3
5.1 Solid materials . 3
5.2 Emissivity of surfaces . 3
5.3 Boundaries . 4
5.4 Roller shutter boxes . 4
5.5 Extensions of window frame profiles . 6
6 Treatment of cavities . 6
6.1 General . 6
6.2 Cavities in glazing . 6
6.3 Unventilated air cavities in frames and roller shutter boxes . 6
6.4 Ventilated air cavities and grooves .10
7 Report . 11
7.1 General . 11
7.2 Geometrical data .12
7.3 Thermal data .12
7.4 Results .12
Annex A (informative) Thermal conductivity of selected materials .13
Annex B (normative) Surface resistances .15
Annex C (normative) Determination of the thermal transmittance .17
Annex D (normative) Examples for the validation of calculation programmes .21
Annex E (informative) Wood species listed in Annex A .33
Bibliography .36
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ISO 10077-2:2012(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 10077-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 163, Thermal performance and energy use in the
built environment, Subcommittee SC 2, Calculation methods, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 89, Thermal performance of buildings and building components,
in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN (Vienna Agreement).
This International Standard is one of a series of standards on methods for the design and evaluation of the
thermal performance of building equipment and industrial installations.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 10077-2:2003), which has been technically
revised. The main changes compared to the previous edition are given in the following table:
Clause Changes
5.1 Clarified use of measured data.
5.4 Added calculation rules for roller shutter boxes and added new figure.
5.5 Added calculation rules for extensions of window frame profiles and new added figure.
Annex A Added Table A.2 — Thermal conductivity of timber species.
Annex A Added Table A.3 — Typical emissivities of metallic surfaces.
Annex B Added Table B.2 for roller shutter boxes.
C.2 Added calculation rules for the combination of frame constructions with insulating
glazing units (IGU) and Figure C.3 showing a representative metal spacer incorporated
in an IGU.
Annex D Updated Figures D.1 to D.10 for frame sections.
ISO 10077 consists of the following parts, under the general title Thermal performance of windows, doors and
shutters — Calculation of thermal transmittance:
— Part 1: General
— Part 2: Numerical method for frames
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ISO 10077-2:2012(E)
Introduction
ISO 10077 consists of two parts. The method in this part of ISO 10077 is intended to provide calculated values
of the thermal characteristics of frame profiles, suitable to be used as input data in the calculation method of
the thermal transmittance of windows, doors and shutters given in ISO 10077-1. It is an alternative to the test
method specified in EN 12412-2. In some cases, the hot box method is preferred, especially if physical and
geometrical data are not available or if the profile is a complicated geometrical shape.
Although the method in this part of ISO 10077 basically applies to vertical frame profiles, it is an acceptable
approximation for horizontal frame profiles (e.g. sill and head sections) and for products used in sloped
positions (e.g. roof windows). For calculations made with the glazing units in place, the heat flow pattern and
the temperature field within the frame are useful by-products of this calculation.
This part of ISO 10077 does not cover building façades and curtain walling. These are covered in
1)
ISO 12631 or EN 13947.
1) To be published.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 10077-2:2012(E)
Thermal performance of windows, doors and shutters —
Calculation of thermal transmittance —
Part 2:
Numerical method for frames
1 Scope
This part of ISO 10077 specifies a method and gives reference input data for the calculation of the thermal
transmittance of frame profiles and of the linear thermal transmittance of their junction with glazing or opaque panels.
The method can also be used to evaluate the thermal resistance of shutter profiles and the thermal characteristics
of roller shutter boxes and similar components (e.g. blinds).
This part of ISO 10077 also gives criteria for the validation of numerical methods used for the calculation.
This part of ISO 10077 does not include effects of solar radiation, heat transfer caused by air leakage or
three-dimensional heat transfer such as pin point metallic connections. Thermal bridge effects between the
frame and the building structure are not included.
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 7345, Thermal insulation — Physical quantities and definitions
ISO 10211, Thermal bridges in building construction — Heat flows and surface temperatures — Detailed calculations
ISO 10456: 2007, Building materials and products — Hygrothermal properties — Tabulated design values and
procedures for determining declared and design thermal values
ISO 12567-2:2005, Thermal performance of windows and doors — Determination of thermal transmittance by
hot box method — Part 2: Roof windows and other projecting windows
ISO/IEC 17025, General requirements for the competence of testing and calibration laboratories
EN 673, Glass in building — Determination of thermal transmittance (U-value) — Calculation method
EN 12519, Windows and pedestrian doors — Terminology
3 Terms, definitions and symbols
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 7345 and EN 12519 apply.
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ISO 10077-2:2012(E)
Symbol Definition Unit
2
A
area m
b
width, i.e. perpendicular to the direction of heat flow m
d depth, i.e. parallel to the direction of heat flow m
E intersurface emittance —
F view factor —
2
h
heat transfer coefficient W/(m ·K)
2D
L two-dimensional thermal conductance or thermal coupling coefficient W/(m·K)
l length m
2
q density of heat flow rate W/m
2
R
thermal resistance m ·K/W
T
thermodynamic temperature K
2
U thermal transmittance W/(m ·K)
2 4
σ Stefan-Boltzmann constant W/(m ·K )
ε emissivity —
λ
thermal conductivity W/(m·K)
Ψ linear thermal transmittance W/(m·K)
Subscripts
a convective (surface to surface)
e external (outdoor)
g glazing
eq equivalent
f frame
fr frame adjacent to roller shutter box
i internal (indoor)
p panel
r radiative
s space (air or gas space)
sb shutter box
se external surface
si internal surface
4 Calculation method
4.1 General principle
The calculation shall be carried out using a two-dimensional numerical method conforming to ISO 10211. The
elements shall be divided such that any further division does not change the calculated result significantly.
ISO 10211 gives criteria for judging whether sufficient sub-divisions have been used.
Vertical orientation of frame sections and air cavities is assumed for calculations using this part of ISO 10077
for the purposes of assigning equivalent thermal conductivity values (see 7.3); this applies irrespective of the
intended orientation of the actual window, including roof windows.
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ISO 10077-2:2012(E)
4.2 Validation of the calculation programme
To ensure the suitability of the calculation programme used, calculations shall be carried out on the examples
2D
described in Annex D. The calculated two-dimensional thermal conductance L shall not differ from the
corresponding values given in Table D.3 by more than ±3 %. This will lead to an accuracy of the thermal
transmittance, U, and the linear thermal transmittance Ψ, of about 5 %.
NOTE The ± deviations in Tables D.3 and D.4 are standard deviations from a round-robin and are not to be confused
with ±3 % specified above.
4.3 Determination of the thermal transmittance
The thermal transmittance of a frame section shall be determined with the glazing replaced by an insulating
panel according to Annex C, with the external and internal surface resistances taken from Annex B. The linear
thermal transmittance of the interaction of frame and glazing shall be determined from calculations with the
glazing in place and with the glazing replaced by an insulated panel.
NOTE 1 The interaction of the frame and the building structure is considered separately for the building as a whole. It
is not part of the thermal transmittance of the frame section.
NOTE 2 In the case of an overlap between the frame section and part of the wall, the linear thermal transmittance
could be negative.
5 Treatment of solid sections and boundaries
5.1 Solid materials
For the purpose of this part of ISO 10077, thermal conductivity values used for solid materials shall be obtained
according to one of the following:
— Table A.1 of this part of ISO 10077;
— tabulated values given in ISO 10456;
— product standards;
— technical approvals by a recognized national body;
— measurements according to an appropriate International Standard.
Measurements shall be used only if there is no tabulated data or data according to relevant product standards or
a technical approval. Measurements shall be performed at a mean temperature of 10 °C using the appropriate
method by an institute accredited (as specified in ISO/IEC 17025) to carry out those measurements, on samples
that have been conditioned at 23 °C and 50 % RH to constant mass (change in mass not more than 0,1 % over
24 h). To ensure that the thermal conductivity values are representative of the material (that is, that the value
incorporates likely variability of the material and the measurement uncertainty), one of the following methods
shall be used for obtaining the thermal conductivity value from measured data used in the calculations:
— The thermal conductivity is the declared value obtained from the measured data (at least three different
samples from different lots representing the usual product variation, with ageing taken into consideration)
according to a statistical evaluation as defined in ISO 10456: 2007, Annex C, 90 % fractile.
— If less than three samples, use the mean value multiplied by a factor of 1,25.
5.2 Emissivity of surfaces
Normally, the emissivity of surfaces bounding an air cavity shall have an emissivity of 0,9. Metallic surfaces
such as aluminium alloy frame, steel reinforcement and other metals/alloys have lower emissivity. Typical
values of the emissivity for metallic surfaces are given in Table A.3. Values less than 0,9 may be used only if
taken from Table A.3 or measured in accordance with an appropriate standard by an institute accredited (as
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ISO 10077-2:2012(E)
specified in ISO/IEC 17025) to carry out those measurements. Where based on measured values there shall
be at least three samples and the results shall be evaluated according to the statistical treatment in ISO 10456.
5.3 Boundaries
The external and internal surface resistances depend on the convective and radiative heat transfer to the external
and internal environments. If an external surface is not exposed to normal wind conditions, the convective part
may be reduced in edges or junctions between two surfaces. The surface resistances for horizontal heat flow
are given in Annex B. These values shall be used for calculations by this part of ISO 10077 irrespective of the
intended orientation of the actual window, including roof windows. Surface condensation shall be assessed
on the basis of the lowest internal surface temperature calculated using the surface resistances in Annex B.
The cutting plane of the infill and the cutting plane to neighbouring material shall be taken as adiabatic
(see Figure 3 and Annex D)
The reference temperature conditions shall be 20 °C internal and 0 °C external.
5.4 Roller shutter boxes
Calculation of the thermal transmittance of a roller shutter box shall be done with the following boundary conditions:
— the top of the roller shutter box: adiabatic;
— the bottom of the roller shutter box where it adjoins the window frame: adiabatic for a distance of 60 mm;
2
— surfaces adjacent to the internal environment: surface resistance of 0,13 m ·K/W;
2
— surfaces adjacent to the external environment: surface resistance of 0,04 m ·K/W.
The cavity within the roller shutter box shall be treated as (see Figure 1):
— if e + e ≤ 2 mm: unventilated. The equivalent thermal conductivity of an unventilated air cavity is
1 3
calculated according to 6.3. Additional hardware, e.g. brushes, gaskets etc., can be taken into account for
determination of e and e ;
1 3
— if e ≤ 35 mm: slightly ventilated. The equivalent thermal conductivity is twice that of an unventilated cavity
tot
of the same size;
— if e > 35 mm: well ventilated taking the air temperature within the cavity equal to the external air
tot
2
temperature but with a surface resistance of 0,13 m ·K/W.
The relevant height of the roller shutter box, b , used for the calculation is the projected distance between the
sb
upper and lower adiabatic boundary (see Figure 1).
The assessment may be done with insulation on either or both of the boundaries B and C indicated in Figure 1. If
that is the case, the thickness and thermal conductivity of the insulation shall be stated in the calculation report.
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ISO 10077-2:2012(E)
Dimensions in millimetres
Key
Boundaries (see Annex B):
A adiabatic boundary
B external surface resistance
C internal surface resistance
b height of the roller shutter box
sb
e , e widths of air gaps on either side of the shutter where it exits from the shutter box
1 3
e thickness of shutter
2
e e + e + e
tot 1 2 3
l frame length
fr
NOTE The window frame (boundary A) is 60 mm wide but located with respect to the roller shutter box according to the
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ISO 10077-2:2012(E)
actual situation.
Figure 1 — Schematic example for the treatment of the boundaries for roller shutter boxes
5.5 Extensions of window frame profiles
For frames with special extensions overlapping the wall or other building elements, such as Z-shaped profiles,
the extensions shall be disregarded as illustrated in Figure 2. This applies to all profiles with special extensions
(e.g. H-shape) where the extensions overlap the wall or other building elements. Other boundaries shall be
treated as defined in Figure 3.
Figure 2 — Treatment of profiles with extensions (Z-shape)
NOTE 1 This approximation is for assessment of thermal transmittance. It is not appropriate for assessment of
condensation risk.
NOTE 2 The extension of the frame profile is disregarded in the calculation of the thermal transmittance of the window
(see ISO 10077-1).
6 Treatment of cavities
6.1 General
The heat flow rate in cavities shall be represented by an equivalent thermal conductivity λ . This equivalent
eq
thermal conductivity includes the heat flow by conduction, by convection and by radiation, and depends on the
geometry of the cavity and on the adjacent materials.
6.2 Cavities in glazing
The equivalent thermal conductivity of an unventilated space between glass panes in glazing shall be determined
according to EN 673. The resulting equivalent conductivity shall be used in the whole cavity, up to the edge.
NOTE The correlations for high aspect ratio cavities used in EN 673 tend to give low values for the equivalent thermal
conductivity. More accurate correlations are given in ISO 15099.
6.3 Unventilated air cavities in frames and roller shutter boxes
6.3.1 Definition
Air cavities are unventilated if they are completely closed or connected either to the exterior or to the interior
by a slit with a width not exceeding 2 mm (see Figure 3). Otherwise, the cavity shall be treated as ventilated.
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ISO 10077-2:2012(E)
Dimensions in millimetres
Key
Boundaries (see Annex B): Cavities and grooves:
A adiabatic boundary
B external surface resistance
C internal surface resistance
D increased surface resistance
E glazing (see 6.2)
F unventilated cavity (see 6.3)
G slightly ventilated cavity or groove (see 6.4.1)
H well ventilated cavity or groove (see 6.4.2)
Figure 3 — Schematic example for the treatment of cavities and grooves
of a frame section and the treatment of the boundaries
NOTE Figure 3 illustrates a window. The same principles are applicable to roof windows, but the adiabatic part of the
boundary is different; an example of a roof window is shown in Figure D.5.
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ISO 10077-2:2012(E)
6.3.2 Unventilated rectangular cavities
6.3.2.1 Equivalent thermal conductivity
The equivalent thermal conductivity λ of the cavity in direction 1 is given by Equation (1).
eq
d
λ = (1)
eq
R
s
where
d is the dimension of the cavity in the direction of heat flow (see Figure 2);
R is the thermal resistance of the cavity, given by Equation (2):
s
1
R = (2)
s
hh+
ar
where
h is the convective heat transfer coefficient;
a
h is the radiative heat transfer coefficient.
r
Key
1 heat flow direction
b dimension perpendicular to the direction of heat flow
d dimension of cavity in the direction of heat flow
ε and ε emissivities of the surfaces
1 2
Figure 4 — Rectangular cavity
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ISO 10077-2:2012(E)
6.3.2.2 Convective heat transfer coefficient
The convective heat transfer coefficient, h , is:
a
If b < 5 mm
C
1
h = (3)
a
d
where
C =⋅0,/025 Wm()K ;
1
otherwise
C
1 1/3
h = max ;CTΔ (4)
a2
d
where
C = 0,025 W/(m·K);
1
2 4/3
C = 0,73 W/(m ·K );
2
ΔT is the maximum surface temperature difference in the cavity.
If no other information is available, use ΔT = 10 K for which
C
1
h = max;C (5)
a 3
d
where
C = 0,025 W/(m·K);
1
2
C = 1,57 W/(m ·K);
3
6.3.2.3 Radiative heat transfer coefficient
3
h = 4σTE F (6)
rm
where
-8 2 4
σ = 5,67 × 10 W/(m ·K ) is the Stefan-Boltzmann constant;
−1
11
E =+ −1 is the intersurface emittance;
εε
12
1 2
Fd=+11+ bd− b is the view factor for a rectangular section;
()
2
ε and ε are the emissivities of the surfaces indicated in Figure 4.
1 2
The values of the emissivities should be given to two decimal places. If no other information is available use
ε = 0,90 and ε = 0,90.
1 2
NOTE Emissivity data for metallic surfaces are given in Table A.3.
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ISO 10077-2:2012(E)
If no other information is available, use T = 283 K for which
m
2
hC=+11+ db − db (7)
()
r 4
2
where C = 2,11 W/(m ·K)
4
6.3.3 Unventilated non-rectangular air cavities
Non-rectangular air cavities (T-shape, L-shape, etc.) are transformed into rectangular air cavities with the same
area (A = A’) and aspect ratio (d/b = d’/b’) (see Figure 5) and then 6.3.2 is applied.
Key
A
area of the equivalent rectangular air cavity
d, b depth and width of the equivalent air cavity
A’ area of the true cavity
d’, b’ depth and width of the smallest circumscribing rectangle
Figure 5 — Transformation of non-rectangular air cavities
The transformation is given by
′
b
′
bA= (8)
′
d
′
d
dA= ′ (9)
b′
6.4 Ventilated air cavities and grooves
6.4.1 Slightly ventilated cavities and grooves with small cross-section
Grooves with small cross-sections (see Figure 6) at the external or internal surfaces of profiles and cavities
connected to the external or internal air by a slit greater than 2 mm but not exceeding 10 mm shall be considered
as slightly ventilated air cavities. The equivalent conductivity is twice that of an unventilated air cavity of the
same size according to 6.3.
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ISO 10077-2:2012(E)
Dimensions in millimetres
Key
λ equivalent thermal conductivity
eq
Figure 6 — Examples of slightly ventilated cavities and grooves with small cross-section
6.4.2 Well-ventilated cavities and grooves with large cross-section
In cases not covered by 6.3 and 6.4.1, in particular when the width b of a groove or of a slit connecting a cavity to
the environment exceeds 10 mm, it is assumed that the whole surface is exposed to the environment. Therefore,
the surface resistance R or R according to 5.2 shall be used at the developed surface; see Figure 7.
si se
In the case of a large cavity connected by a single slit and a developed surface exceeding the width of the slit
by a factor of ten, the surface resistance with reduced radiation shall be used (see Annex B).
Dimensions in millimetres
Figure 7 — Examples for well-ventilated cavities and grooves
7 Report
7.1 General
The calculation report shall include all information necessary to allow the calculation to be repeated. The
sources of all data not taken from this part of ISO 10077 shall be given in the report. The type of software tool(s)
used for the calculation shall be specified.
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ISO 10077-2:2012(E)
7.2 Geometrical data
A scale drawing of the sections (preferably using 1:1 scale) shall be included in the report. The drawing shall
give the dimensions and a description of the materials used. The minimum information to be given is:
— for metallic frames, the thickness, position, type and number of thermal breaks;
— for plastic frames, the presence and position of metal stiffening (reinforcements);
— the thickness of wooden or plastic frames, preferably indicated on a scale drawing;
— the internal and external projected frame areas, preferably indicated on a scale drawing;
— the depth and the thickness of the glazing or panel in the frame;
— for a roller shutter box, the dimensions of the roller shutter box, the position of the window frame and the
ventilation of the cavity (see 5.4).
7.3 Thermal data
7.3.1 Thermal conductivity
All materials of the frame section shall be listed together with the thermal conductivity values used for the
calculation. The data given in Annex A should preferably be used. If other sources are used, this shall be
clearly stated and reference made to the sources.
7.3.2 Emissivity
For cavities, the emissivity of the surrounding surfaces shall be stated with reference to Table A.3 where
appropriate, and supporting evidence, including references, shall be provided if values less than 0,9 are used.
7.3.3 Boundary conditions
The internal and external surface resistances and the adiabatic boundaries, together with the internal and
external air temperatur
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 10077-2
Deuxième édition
2012-03-01
Performance thermique des fenêtres,
portes et fermetures — Calcul
du coefficient de transmission
thermique —
Partie 2:
Méthode numérique pour les
encadrements
Thermal performance of windows, doors and shutters — Calculation
of thermal transmittance —
Part 2: Numerical method for frames
Numéro de référence
ISO 10077-2:2012(F)
©
ISO 2012
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ISO 10077-2:2012(F)
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l’accord écrit de l’ISO à l’adresse ci-après ou du comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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ISO 10077-2:2012(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
4 Méthode de calcul . 2
4.1 Principe général . 2
4.2 Vérification du programme de calcul utilisé . 3
4.3 Détermination du coefficient de transmission thermique . 3
5 Traitement des sections pleines et des conditions aux limites . 3
5.1 Matériaux pleins . 3
5.2 Émissivité des surfaces . 4
5.3 Conditions aux limites . 4
5.4 Coffres de volets roulants . 4
5.5 Extensions des encadrements de fenêtres . 7
6 Traitement des cavités . 7
6.1 Généralités . 7
6.2 Cavités dans les vitrages . 7
6.3 Vides d’air non ventilés dans les encadrements et les coffres de volets roulants . 7
6.4 Cavités et interstices ventilés .11
7 Rapport.12
7.1 Généralités .12
7.2 Données géométriques .13
7.3 Données thermiques .13
7.4 Résultats .13
Annexe A (informative) Conductivité thermique de matériaux courants.14
Annexe B (normative) Résistances superficielles .17
Annexe C (normative) Détermination du coefficient de transmission thermique .19
Annexe D (normative) Exemples pour la vérification des programmes de calcul utilisés .23
Annexe E (informative) Essences de bois énumérées dans l’Annexe A .36
Annex E (informative) Wood species listed in Annex A .37
Anhang E (informative) In Anhang A aufgeführten Holzarten .38
Bibliographie .41
© ISO 2012 – Tous droits réservés iii
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ISO 10077-2:2012(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 10077-2 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, en collaboration avec le comité
technique CEN/TC 89, Performance thermique des bâtiments et des composants du bâtiment, conformément
à l’Accord de coopération technique entre l’ISO et le CEN (Accord de Vienne).
La présente Norme internationale fait partie d’une série de normes relatives aux méthodes de calcul
et d’évaluation de la performance thermique des équipements de bâtiments et des installations
industrielles.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 10077-2:2003) qui a fait l’objet d’une
révision technique. Les principaux changements par rapport à l’édition précédente sont indiqués dans
le tableau suivant:
Paragraphe ou annexe Changements
5.1 Éclaircissement concernant l’utilisation des données mesu-
rées.
5.4 Ajout de règles de calcul pour les coffres de volets roulants et
ajout d’une nouvelle figure.
5.5 Ajout de règles de calcul pour les extensions des encadre-
ments de fenêtres et ajout d’une nouvelle figure.
Annexe A Ajout du Tableau A.2 — Conductivité thermique des essences
de bois.
Annexe A Ajout du Tableau A.3 — Émissivités types des surfaces métal-
liques.
Annexe B Ajout du Tableau B.2 pour les coffres de volets roulants.
C.2 Ajout de règles de calcul pour la combinaison d’encadrements
avec des vitrages isolants et ajout de la Figure C.3 illustrant
un intercalaire métallique représentatif incorporé dans un
vitrage isolant.
Annexe D Mise à jour des Figures D.1 à D.10 pour les encadrements.
L’ISO 10077 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Performance thermique des
fenêtres, portes et fermetures — Calcul du coefficient de transmission thermique:
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ISO 10077-2:2012(F)
— Partie 1: Généralités
— Partie 2: Méthode numérique pour les encadrements
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ISO 10077-2:2012(F)
Introduction
L’ISO 10077 se compose de deux parties. La méthode décrite dans la présente partie de l’ISO 10077 est
prévue pour fournir des valeurs calculées des caractéristiques thermiques d’encadrements, destinées
à être employés comme données d’entrée dans la méthode de calcul du coefficient de transmission
thermique des fenêtres, portes et fermetures décrite dans l’ISO 10077-1. C’est une alternative de la
méthode d’essai décrite dans l’EN 12412-2. Dans certains cas, la méthode à la boîte chaude est préférable,
particulièrement si les données physiques et géométriques ne sont pas disponibles ou si la forme
géométrique de l’encadrement est complexe.
Bien que la méthode de la présente partie de l’ISO 10077 s’applique fondamentalement aux montants
verticaux, c’est une approximation acceptable pour des traverses horizontales (par exemple basses et
hautes) et pour des encadrements utilisés dans des positions inclinées (par exemple fenêtres de toit).
Pour les calculs effectués avec les vitrages en place, le flux de chaleur à travers l’encadrement ainsi que
le champ de température résultant sont des résultats secondaires utiles issus de ce calcul.
La présente partie de l’ISO 10077 ne couvre ni les façades de bâtiments ni les façades-rideaux. Celles-ci
1)
sont traitées dans l’ISO 12631 ou dans l’EN 13947.
1) À publier.
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NORME INTERNATIONALE ISO 10077-2:2012(F)
Performance thermique des fenêtres, portes et fermetures —
Calcul du coefficient de transmission thermique —
Partie 2:
Méthode numérique pour les encadrements
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 10077 donne une méthode et des données d’entrée pour le calcul du coefficient
de transmission thermique des encadrements et du coefficient de transmission thermique linéique de
leurs jonctions avec les vitrages ou les panneaux opaques.
Cette méthode peut également être utilisée pour évaluer la résistance thermique d’encadrements de
fermetures et les caractéristiques thermiques de coffres de volet roulant et de composants similaires
(par exemple stores).
La présente partie de l’ISO 10077 fournit également des critères pour la validation des méthodes
numériques utilisées dans ce calcul.
La présente partie de l’ISO 10077 ne couvre pas les effets du rayonnement solaire ni le transfert thermique
provoqué par des infiltrations d’air ou les transferts thermiques tridimensionnels créés par exemple
par des liaisons métalliques ponctuelles. Les effets des ponts thermiques entre les encadrements et la
structure du bâtiment ne sont pas pris en compte.
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables
à 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 (y compris les éventuels
amendements) s’applique.
ISO 7345, Isolation thermique — Grandeurs physiques et définitions
ISO 10211, Ponts thermiques dans les bâtiments — Flux thermiques et températures superficielles —
Calculs détaillés
ISO 10456:2007, Matériaux et produits pour le bâtiment — Propriétés hygrothermiques — Valeurs utiles
tabulées et procédures pour la détermination des valeurs thermiques déclarées et utiles
ISO 12567-2:2005, Isolation thermique des fenêtres et portes — Détermination de la transmission thermique
par la méthode à la boîte chaude — Partie 2: Fenêtres de toit et autres fenêtres en saillie
ISO/CEI 17025, Exigences générales concernant la compétence des laboratoires d’étalonnages et d’essais
EN 673, Verre dans la construction — Détermination du coefficient de transmission thermique, U —
Méthode de calcul
EN 12519, Fenêtres et portes pour piétons — Terminologie
3 Termes, définitions et symboles
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 7345 et
l’EN 12519 s’appliquent.
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ISO 10077-2:2012(F)
Symbole Définition Unité
2
A surface m
b largeur perpendiculaire à la direction d’écoulement de la chaleur m
d profondeur parallèle à la direction d’écoulement de la chaleur m
E émittance entre surfaces opposées —
F facteur de forme —
2
h coefficient d’échange thermique W/(m ·K)
2D
L coefficient de couplage thermique bidimensionnel W/(m·K)
l longueur m
2
q densité de flux thermique W/m
2
R résistance thermique m ·K/W
T température thermodynamique K
2
U coefficient de transmission thermique W/(m ·K)
2 4
σ constante de Stefan-Boltzmann W/(m ·K )
ε émissivité —
λ conductivité thermique W/(m·K)
Ψ coefficient de transmission thermique linéique W/(m·K)
Indices Définition
a convectif (de surface à surface)
e extérieur
g vitrage
eq équivalent
f encadrement
fr encadrement adjacent au coffre de volet roulant
i intérieur
p panneau
r radiatif
s lame (d’air ou de gaz)
sb coffre à volet
se face extérieure
si face intérieure
4 Méthode de calcul
4.1 Principe général
Le calcul doit être effectué à l’aide d’une méthode numérique bidimensionnelle conforme à l’ISO 10211.
Les éléments doivent être divisés de sorte que toute division supplémentaire n’affecte pas sensiblement
le flux thermique calculé. L’ISO 10211 définit les critères permettant de déterminer si le nombre de
subdivisions utilisé est suffisant.
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ISO 10077-2:2012(F)
Dans la présente partie de l’ISO 10077, on suppose que les encadrements et les vides d’air sont orientés
verticalement pour la détermination des valeurs de conductivité thermique équivalente (voir 7.3); cela
s’applique quelle que soit l’orientation prévue de la fenêtre réelle, y compris les fenêtres de toit.
4.2 Vérification du programme de calcul utilisé
Afin de s’assurer que le programme de calcul utilisé est bien adapté, des calculs doivent être effectués
sur les exemples de l’Annexe D. L’écart entre le coefficient de couplage thermique bidimensionnel calculé
2D
L et les valeurs données dans le Tableau D.3 ne doit pas dépasser ± 3 %. Cela conduit à une précision
sur le coefficient de transmission thermique, U, et le coefficient de transmission thermique linéique, Ψ,
d’environ 5 %.
NOTE Les écarts (±) indiqués dans les Tableaux D.3 et D.4 sont issus d’une campagne de calcul interlaboratoires
et ne doivent pas être confondus avec la valeur de ± 3 % spécifiée ci-dessus.
4.3 Détermination du coefficient de transmission thermique
Le coefficient de transmission thermique d’un encadrement doit être déterminé en remplaçant le vitrage
par un panneau isolant conformément à l’Annexe C, avec les résistances thermiques superficielles
interne et externe reprises à partir de l’Annexe B. Le coefficient de transmission thermique linéique
de la liaison entre l’encadrement et le vitrage doit être déterminé à partir des calculs effectués avec le
vitrage en place et avec le vitrage remplacé par un panneau isolant.
NOTE 1 L’interaction entre l’encadrement et la structure du bâtiment est considérée séparément à l’échelle du
bâtiment. Elle ne fait pas partie du coefficient de transmission thermique de l’encadrement.
NOTE 2 Si l’encadrement recouvre une partie de la paroi, il se pourrait que le coefficient de transmission
thermique linéique soit négatif.
5 Traitement des sections pleines et des conditions aux limites
5.1 Matériaux pleins
Pour les besoins de la présente partie de l’ISO 10077, les valeurs de conductivité thermique utilisées
pour les matériaux pleins doivent provenir de l’une des sources suivantes:
— le Tableau A.1 de la présente partie de l’ISO 10077;
— les valeurs tabulées données dans l’ISO 10456;
— les normes de produits;
— les agréments techniques par un organisme national reconnu;
— les mesures effectuées conformément à une Norme internationale appropriée.
Les valeurs mesurées ne doivent être utilisées que dans les cas où il n’existe pas de valeurs tabulées ou
de valeurs définies par des normes de produits applicables ou par un agrément technique. Les mesures
doivent être effectuées à une température moyenne de 10 °C à l’aide de la méthode appropriée par un
organisme agréé (tel que spécifié dans l’ISO/CEI 17025), sur des échantillons qui ont été conditionnés
à une température de 23 °C et une humidité relative de 50 % à masse constante (variation de masse
inférieure ou égale à 0,1 % sur 24 h). Pour s’assurer que les valeurs de conductivité thermique sont
représentatives du matériau (à savoir que la valeur tient compte de la variabilité du matériau et
l’incertitude de mesure), il est nécessaire d’utiliser l’une des méthodes suivantes pour déterminer la
valeur de conductivité thermique à partir des valeurs mesurées utilisées dans les calculs:
— la conductivité thermique est la valeur déclarée obtenue à partir des valeurs mesurées (au moins
trois échantillons différents provenant de lots différents représentant la variation habituelle des
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ISO 10077-2:2012(F)
produits, en tenant compte du vieillissement) conformément à une évaluation statistique telle que
définie dans l’ISO 10456, Annexe C, fractile de 90 %.
— s’il y a moins de trois échantillons, utiliser la valeur moyenne multipliée par un facteur de 1,25.
5.2 Émissivité des surfaces
Par défaut, les surfaces délimitant une cavité d’air doivent avoir une émissivité de 0,9. Les surfaces
métalliques telles que les cadres en alliage d’aluminium, les renforts métalliques et autres alliages
métalliques ont une émissivité plus faible. Les valeurs courantes de l’émissivité des surfaces métalliques
sont données dans le Tableau A.3. Des valeurs inférieures à 0,9 ne peuvent être utilisées que si elles sont
prises dans le Tableau A.3 ou mesurées conformément à une norme appropriée par un organisme agréé
(tel que spécifié dans l’ISO 17025). Dans ce dernier cas, au moins trois échantillons doivent être utilisés
et les résultats doivent être traités statistiquement conformément à l’ISO 10456.
5.3 Conditions aux limites
Les résistances superficielles extérieure et intérieure dépendent des échanges thermiques convectifs
et radiatifs avec les ambiances extérieures et intérieures. Si une face extérieure n’est pas exposée aux
conditions normales de vent, la part convective peut être réduite sur les bords ou à la jonction de deux
surfaces. L’Annexe B donne les valeurs de la résistance superficielle pour un flux thermique horizontal.
Ces valeurs doivent être utilisées pour les calculs conformément à la présente partie de l’ISO 10077,
quelle que soit l’orientation prévue de la fenêtre réelle, y compris les fenêtres de toit. La condensation
superficielle doit être évaluée sur la base de la plus basse température de la surface intérieure calculée
en utilisant les résistances superficielles dans l’Annexe B.
Les plans de coupe dans l’élément de remplissage et à l’interface avec tout matériau adjacent à
l’encadrement doivent être pris comme adiabatiques (voir Figure 3 et Annexe D).
Les conditions de température de référence doivent être de 20 °C à l’intérieur et de 0 °C à l’extérieur.
5.4 Coffres de volets roulants
Le calcul du coefficient de transmission thermique d’un coffre de volet roulant doit être effectué avec les
conditions aux limites suivantes:
— en partie haute du coffre de volet roulant: adiabatique,
— en partie basse du coffre de volet roulant, à l’endroit où il est attenant à l’encadrement de fenêtre:
adiabatique sur une distance de 60 mm;
2
— surfaces adjacentes en contact avec l’ambiance intérieure: résistance superficielle de 0,13 m ·K/W;
2
— surfaces adjacentes en contact avec l’ambiance extérieure: résistance superficielle de 0,04 m ·K/W.
Le vide d’air (cavité) dans le coffre du volet roulant doit être considéré comme suit (voir Figure 1):
— si e + e ≤ 2 mm: non ventilé. La conductivité thermique équivalente d’une cavité d’air non ventilée
1 3
est calculée conformément à 6.3. Des éléments supplémentaires tels que des brosses, des joints
d’étanchéité, etc. peuvent être pris en compte pour la détermination de e et e ;
1 3
— si e ≤ 35 mm: partiellement ventilé. La conductivité thermique équivalente est égale au double de
tot
celle d’une cavité non ventilée de même taille;
— si e > 35 mm: fortement ventilé en prenant la température de l’air à l’intérieur de la cavité comme
tot
2
égale à la température de l’air extérieur mais avec une résistance superficielle de 0,13 m ·K/W.
La hauteur appropriée du coffre de volet roulant, b , utilisée pour le calcul est égale à la distance
sb
projetée entre les limites adiabatiques supérieure et inférieure (voir Figure 1).
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ISO 10077-2:2012(F)
L’évaluation peut être effectuée avec un isolant sur la limite B ou la limite C indiquées à la Figure 1 ou sur
les deux. Dans ce cas, l’épaisseur et la conductivité thermique de l’isolant doivent être indiquées dans le
rapport de calcul.
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ISO 10077-2:2012(F)
Dimensions en millimètres
Légende
Conditions aux devant limites (voir Annexe B):
A condition adiabatique
B résistance superficielle extérieure
C résistance superficielle intérieure
b hauteur du coffre de volet roulant
sb
e , e largeurs des vides d’air de part et d’autre du volet lorsqu’il sort du coffre de volet roulant
1 3
e épaisseur du volet
2
e e + e + e
tot 1 2 3
l largeur de l’encadrement
fr
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ISO 10077-2:2012(F)
NOTE L’encadrement de fenêtre (limite A) a une largeur de 60 mm, mais il est placé par rapport au coffre de
volet roulant conformément à la situation réelle.
Figure 1 — Exemple schématique pour le traitement des conditions aux limites de coffres de
volets roulants
5.5 Extensions des encadrements de fenêtres
Pour les encadrements munis d’extensions spéciales avec recouvrement du mur ou d’autres parties du
bâtiment, tels que les encadrements en forme de Z, les extensions ne doivent pas être prises en considération
comme illustré à la Figure 2. Cela s’applique à tous les encadrements munis d’extensions spéciales (par
exemple, encadrement en forme de H) lorsque les extensions recouvrent le mur ou d’autres parties du
bâtiment. Les autres conditions aux limites doivent rester identiques à celles définies à la Figure 3.
Figure 2 — Traitement des encadrements munis d’extensions (en forme de Z)
NOTE 1 Cette convention concerne l’évaluation du coefficient de transmission thermique. Elle n’est pas
appropriée pour l’évaluation du risque de condensation.
NOTE 2 L’extension de l’encadrement n’est pas prise en compte dans le calcul du coefficient de transmission
thermique de la fenêtre (voir l’ISO 10077-1).
6 Traitement des cavités
6.1 Généralités
Le flux thermique dans les cavités doit être représenté au moyen d’une conductivité thermique
équivalente λ . Cette dernière prend en compte les flux thermiques par conduction, par convection et
eq
par rayonnement et dépend de la géométrie de la cavité et des caractéristiques des matériaux présents.
6.2 Cavités dans les vitrages
La conductivité thermique équivalente d’un espace non ventilé entre deux vitres doit être déterminée
conformément à l’EN 673. La conductivité équivalente qui en résulte doit être utilisée dans l’ensemble
de la cavité, jusqu’au bord.
NOTE Les corrélations utilisées dans l’EN 673 pour des cavités de rapport de forme élevé tendent à donner des
valeurs basses de la conductivité thermique équivalente. Des corrélations plus précises sont données dans l’ISO 15099.
6.3 Vides d’air non ventilés dans les encadrements et les coffres de volets roulants
6.3.1 Définition
Les vides d’air non ventilés sont ceux complètement fermés ou reliés à l’extérieur ou l’intérieur par une
fente dont la largeur ne dépasse pas 2 mm (voir Figure 3). Dans le cas contraire, le vide d’air doit être
considéré comme ventilé.
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ISO 10077-2:2012(F)
Dimensions en millimètres
Légende
Conditions aux devant limites (voir Annexe B): cavités (vides d’air) et interstices:
A condition adiabatique
B résistance superficielle extérieure
C résistance superficielle intérieure
D résistance superficielle augmentée
E vitrage (voir 6.2)
F cavité non ventilée (voir 6.3)
G cavité ou interstice partiellement ventilé (voir 6.4.1)
H cavité ou interstice bien ventilé (voir 6.4.2)
Figure 3 — Exemple schématique pour le traitement des cavités et des interstices d’un
encadrement et le traitement des conditions aux limites
NOTE La Figure 3 illustre une fenêtre. Les mêmes principes sont applicables aux fenêtres de toit, mais la
partie adiabatique de la limite est différente: un exemple de fenêtre de toit est présenté à la Figure D.5.
8 © ISO 2012 – Tous droits réservés
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ISO 10077-2:2012(F)
6.3.2 Cavités rectangulaires non ventilées
6.3.2.1 Conductivité thermique équivalente
La conductivité thermique équivalente, λ , d’une cavité dans la direction 1 est donnée par l’Équation (1):
eq
d
λ = (1)
eq
R
s
où
d est la dimension de la cavité dans la direction du flux thermique (voir Figure 4);
R est la résistance thermique de la cavité donnée par l’Équation (2):
s
1
R = (2)
s
hh+
ar
où
h est le coefficient d’échange thermique par convection;
a
h est le coefficient d’échange thermique radiatif.
r
Légende
1 direction du flux thermique
b dimension perpendiculaire à la direction du flux thermique
d dimension de la cavité dans la direction du flux thermique
ε et ε émissivités des surfaces
1 2
Figure 4 — Cavité rectangulaire
6.3.2.2 Coefficient d’échange thermique convectif
La part convective du coefficient d’échange thermique, h , est:
a
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ISO 10077-2:2012(F)
Si b < 5 mm
C
1
h = (3)
a
d
où C = 0,025 W/(m·K);
1
autrement
C
1/3
1
h = max ;”CT (4)
a2
d
où
C = 0,025 W/(m·K);
1
2 4/3
C = 0,73 W/(m ·K );
2
ΔT est la différence maximale de température dans la cavité.
Si aucune autre information n’est disponible, utiliser ΔT = 10 K avec
C
1
h = max; C (5)
a 3
d
où
C = 0,025 W/(m·K);
1
2
C = 1,57 W/(m ·K).
3
6.3.2.3 Coefficient d’échange thermique radiatif
3
hT= 4 σ EF (6)
rm
où
−8 2 4
σ = 5,67 × 10 W/(m ·K ) est la constante de Stefan-Boltzmann;
−1
11
E =+ −1 est l’émittance entre surfaces opposées;
εε
12
2
1 d d
F =+11+ − est le facteur de forme pour une section rectangulaire;
2 b b
ε et ε représentent l’émissivité des surfaces décrites à la Figure 4.
1 2
Il convient d’arrondir les valeurs de l’émissivité à deux décimales. Si aucune autre information n’e
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.