Calcul des charges thermiques

Ani AMBARTSUMIAN ©

Objet : méthode  de  calcul  du  coefficient  de  transfert  thermique (U) et du flux thermique (image001)  pour  des constructions simples telles que des éléments homogènes (des constructions constituées de plusieurs couches de matériaux posées les unes contre les autres). Exemple qui illustre l’application concrète de ce calcul.

les-couches-dune-paroi

Le  coefficient  de  transfert  thermique  d’une  paroi U, [W/(image005 ·K)]caractérise  la quantité de chaleur traversant une  paroi, de  l’intérieur vers l’extérieur, en  régime permanent,  par unité  de temps, par unité  de  surface  et  par  unité  de  différence  de  température entre les ambiances situées de part et d’autre de ladite paroi.

La  valeur U d’éléments  de  construction sera calculée selon la formule suivante:

image007

Où :

R ‑  résistance  thermique, en (image005·K)/W ;

image009image011 ‑ épaisseur de la couche du matériau correspondant, en m ;

image013 …image015  ‑ conductivité  thermique  du  matériau  correspondant, en W/(m · K) (voir: Tableau de conductivité thermique des principaux matériaux de construction ou Tableau de conductivité thermique des matériaux);

image017‑ résistance thermique de couches d‘air, en (image005·K)/W (Une lame d’air est dite confinée, lorsque l’espace vide est séparé de l’espace environnant.)

resistance-thermique-de-couches-dair

Tabl.1 Résistance thermique image017  des lames d’air confinées dans des plafonds, parois et planchers

image021 , image023  ‑ coefficients de transfert de chaleur surfacique, en W/(m2· K) ;

La  résistance  thermique  superficielle   est  l’inverse  du coefficient de transfert de chaleur surfacique h. On applique les valeurs suivantes :

) ; )

Donc, on peut réduire la formule du coefficient U:

Avec

On peut appliquer la règle suivante: Plus  la  valeur  U  est  petite,  meilleure est l’isolation.

Le flux thermique correspond au transfert thermique  qui s’écoule par unité de temps entre les deux milieux.

On calcule le flux thermique  , [W]  ou [J/s] selon la formule suivante :

Où :

U – coefficient de transmission thermique, en W/( ·K);

S – surface du matériau, en ;

 – température « Intérieur », en °C;

 – température « Extérieur », en °C;


Exemple du calcul des charges thermiques d’une paroi (mur extérieur)

À  l’aide  d’un  exemple  ci-dessous,  vous allez voir comment  se  calcule  le   coefficient  de  transfert  thermique (U) et le flux thermique () pour un mur extérieur.

Exemple : Calculer le coefficient de transfert thermique (U) et le flux thermique () de la paroi suivante, sachant qu’elle est composée de cinq matières (matériaux) en série. Surface totale de la paroi 1 . Température « Extérieur » : 10°C. Température « Intérieur » : 20°C.

Les données des matériaux de construction :

1. Crépi intérieur       d = 0.015 m

2. Brique terre cuite    d = 0.15 m

3. Laine de pierre        d = 0.16 m

4. Brique terre cuite    d = 0.12 m

5. Crépi extérieur        d = 0.02 m

Solution de l’exemple :

Le coefficient de transfert thermique est défini par la relation :

La  résistance  thermique  superficielle est :

On cherche la conductivité  thermique  des  matériaux à l’aide des tableaux.

;

;

;

On peut alors calculer la résistance thermique du mur :

Donc, le coefficient de transfert thermique est :

Le flux thermique est défini par la relation :

Les résultats :  ;  .


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