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7/27/2019 Transfert Thermique Isolation v2
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Transfert thermique, Isolation.
1
Quelques rappels thoriques.
Transfert thermique.
Rayonnement
Conduction
Au travers du vide.
Par extension : milieu transparent
Grace la prsence de :
matire immobile
ConvectionGrace la prsence de :
matire en dplacement Convection force
Convection naturelleIsolation. Radiateur
Echangeur de chaleur
Les 3 phnomnes.
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Transfert thermique, Isolation.
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Conduction.
0 e
x
J J
Mur1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
Loi de Fourier
)( 21 PP TTe
J l
)( 21 pPth
TTR
SPuissance thermique :
l
eRth Rsistance thermique : Unit : m2KW-1
Tp1
Tp4
1 2 3 4
T2
T3
0 e1
x
e2 e3
l1 l2 l3
J J
Mur 3
Mur 22 3
3 4
Mur 11 2
JeeeTT pp
3
3
2
2
1
141
lllJ Flux par unit de surface
Unit : Wm-2 (J > 0)
Unit : W
Conductivit thermiqueUnit : Wm-1 K-1
or= 400 Wm-1K-1 air= 0.02 Wm
-1K-1
Coef. de
transmission thermique :
eUth
l Unit : Wm-2 K-1
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Transfert thermique, Isolation.
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Convection.
Tp
Tm
Fluide
Paroi
S
hJhTT mp
Loi de Newton
Phnomne complexe liant mcanique des fluides et transferts thermiques
On dfinit un coefficient dchange thermique : h
Unit : Wm-2 K-1
Tm : temprature moyenne du fluide au voisinage de la paroi
Tp : temprature de la paroi
hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur deau chaude : 5.10
4 Wm-2 K-1
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux et procds.
Bilan des pertes.
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Transfert thermique, Isolation.
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Ou isoler?
Comment isoler ?
- Par les matriaux
- Par le choix des techniques
intrieur extrieur
rpartie
le type lpaisseur
/ la densit
- Par un travail sur les ouvertures
simple vitrage
double / triple vitrage
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.La fiche technique.
Norme incendie.
Les classes A1 et A2, A2, A1fl et A2fls1 sont
attribues aux produits trs peu combustibles.S(1,2,3) pour la production de fumes (s pour
"smoke").
d(0,1,2) pour la chute de gouttes et de dbris
enflamms (d pour "drop").
Rsistance thermique
Rsistance thermique
Epaisseur de lisolant
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Qualits dun isolant.
Conductivit thermique
Etanchit l'air
Rsistance mcanique (traction et compression)
Rsistance la diffusion de vapeur d'eau
Faible absorption d'eau
Stabilit dimensionnelleComportement la chaleur
Rsistance au feu
Qualits acoustiques
Prix
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Lpaisseur, la densit.
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Transfert thermique, Isolation.
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Isolant
Sapin
Eau
Neige
Brique
Plot de ciment
Pltre
Mortier
Molasse
Verre
Acier
Aluminium
Bton
Bton cellulaire
1 10 100 1 000 10 000Conductivit par rapport l'air
Les matriaux.La conductibilit relative.
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Les diffrents critres de qualit
Applications
Matriau Pouvoirisolant
Densit
Rsistanmceaufeu
Rsistanceladiffusion
devapeurd'eau
Rsistancel'eau
Rsistance10%de
comp
ression[kPa]
Rsistancelatraction
[kPa]
tanc
hitl'air
Rsistancelachaleur
Absorptionacoustique
bruits
dechoc
Absorptionacoustique
bruits
ariens
Laine minrale lgre + -- ++ -- 0 -- -- -- + ++
Laine minrale dense ++ - ++ -- 0 0 - -- ++ ++ +
Mousse de verre + + ++ ++ ++ ++ ++ ++ ++ --
Bton cellulaire ++* ++ ++ - - ++ + + ++ --
PUR ++ - 0 - 0 + + 0 ++ - --
Ure Formaldhyde + -- + -- - -- -- -- 0
PS expans + -- + + 0 + + 0 0 - --
PS extrud ++ 0 + ++ + + ++ 0 0 - --
Fibres de bois 0 + 0 0 -- + -- - + + ++
Paille et ciment 0 ++ + 0 -- + 0 - + 0 +
Lige + + + + - + 0 + ++ + -
++ : Trs lev +: lev 0 : moyen, acceptable - : bas --: trs basCase vide: ne s'applique pas. D'aprs "Essais comparatifs", OFQC 1983.
PUR : Polyurthane
PS :Polystyrne
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Les fibres minrales.
Fibre de verre (ISOVER)
Laine de roche (ROCKWOOL, FLUMROC)Fibres obtenues par filage de verre plus ou moins pur,
lie avec une colle (baklite)
Bonne rsistance au feu
Peu hygroscopiqueAbsorption acoustique
Rsistance mcanique nulle bassedensit, moyenne haute densit
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Mousses minrales.
Mousse de verre (FOAMGLAS)
Cuisson dun cake de verre
Bonne rsistance la compression
Etanche leau et la vapeur deauCher
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Les polystyrnes.
Polystyrne expans
Usage gnral
Rsistance mcanique mdiocre
Polystyrne extrud
Usage spcifique pour toitures inverseset isolation enterre
Bonne rsistance aux intempries,notamment leau
Rsistance mcanique suprieure
Plus cher que le PS expans
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Mousses minrales.
Bton cellulaire (YTONG)
Mortier la poudre daluminium, autoclav
Pouvoir isolant (paisseur > 24cm)
Bonne rsistance mcanique
Parois et dalles homognes,lments lgers
Sensible leau, au gel si humide
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.Les fibres naturelles.
Laine, coton, cellulose, paille, coco, chanvre, bois dense
Cellulose (papier recycl) injecte
Emploi marginal, connotation cologique
Absorption acoustique
Faible rsistance au feu, lhumiditet aux agents biologiques
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Transfert thermique, Isolation.
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Les matriaux.
Fibre debois lger
Isolants ligneux
Paille agglomre
Bonne rsistance mcanique
Faible rsistance lhumidit (pourriture)
LigeBonne rsistance mcanique
Rsistance lhumidit mdiocre
Certaine rsistance au feu
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.
Pour chaque type de construction :
- plusieurs techniques
Pour chaque matriau :
- des techniques diffrentes.
Des solutions multi-formes
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation intrieure.
- Pas de modification extrieure
- Cot relativement peu lev
- Diminution
des surfaces habitables
- Problme des ponts thermiques
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation intrieure.
Lisolant est derrire une
contre-cloison maonne ou
sur ossature
Les panneaux composites
ou complexes de doublage
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation extrieure.
- Traiter un grand nombre
de ponts thermiques
- Ne pas modifier
les surfaces habitables
- Protger les murs contre
les variations climatiques
- Cout plus lev que
lisolation intrieure
- Modification de laspect extrieur
dclaration de travaux
/ permis de construire
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation extrieure.
Lenduit mince sur isolant.
- Isolant coll sur le mur
- Un enduit spcifique est pos sur lisolant.
(Polystyrne expans.)
Lenduit hydraulique sur isolant.
- Isolant coll sur le mur
- Un enduit hydraulique est projet sur lisolant.(Mortier)Les parements sur isolants.
- Isolant fix au support
- Sur lisolant est fix pierres minces, dalles
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Les grands principes : isolation rpartie.
- Gain de temps dans la mise en uvre(1 seul produit)
- Rduit les ponts thermiques
- Amliore le confort thermique
- Mono mur en terre cuite- Bloc et panneaux de bton clulaire
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Le bilan.Isolation
crpie
Isolation
intrieure
In
trieur
Paroi
double
Extrieur
Panneau
lger
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Toiture, dalle, toit-terrasse.
- Les combles perdus
- Les combles habitables
/ amnageables
- Les toitures-terrasses
Cette isolation est
la plus rentable.
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Transfert thermique, Isolation.
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Les techniques disolation.Toiture, dalle, toit-terrasse.
Toiture plate : sans protection
Toiture plate : avec protection
Toiture inverse
Dalle, planchers
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Transfert thermique, Isolation.
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Parois ventiles
Les techniques disolation.Toiture, dalle, toit-terrasse.
I
n
t
rie
u
r
E
x
t
r
ie
u
r
Int
rieu
r
Ext
rieu
r
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Transfert thermique, Isolation.
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Le pont thermiqueLa cause :
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Transfert thermique, Isolation.
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Le pont thermique
La cause :
Discontinuit dans l'isolation thermique
de l'enveloppe du btiment
Ponts thermiques gomtriques angles, coins
Ponts thermiques matriels
balcons, fixations, cadres si isolation extrieure
dalles, murs intrieurs si isolation intrieure
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Transfert thermique, Isolation.
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Le pont thermique
Les effets :
Dperditions d'nergie
Abaissement de la temprature superficielle intrieureCondensations
Moisissures (odeurs, allergies)
Taches, coulures
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Transfert thermique, Isolation.
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Le pont thermique
Les effets :
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20Epaisseur d'isolant [cm]
Dperditions[W/m] Sans pont thermique
Avec pont thermique
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Transfert thermique, Isolation.
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Chaud
Froid
Froid
Chaud
Froid
Chaud
Allonger Chauffer Diviser
Le pont thermique
Les solutions :
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Transfert thermique, Isolation.
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Le cout.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Laine de pierre
Laine de verre
Polystyrne
Polyurthane
Bois de construction
Brique thermique
Brique module
Epaisseur optimale [m]
Energtique
Financire
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Transfert thermique, Isolation.
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Le cout.
0 50 100 150 200 250 300 350
Laine de pierre
Laine de verre
Polystyrne
Polyurthane
Bois de construction
Brique thermique
Brique module
Cot [Fr/m]
Construction
Entretien
[/(1,40.m)]
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Transfert thermique, Isolation.
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Les ouvertures en gnral.
Cadre
Raccord
mur-cadre
Bord des vitrages
isolants
Vitre
Ouverture
Cadre Vitrage
Cadre : Chssis
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Transfert thermique, Isolation.
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Les ouvertures : le vitrage.
Vitrage
simple
Double
vitrage
Vitrage
isolant
Fentre
double
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Transfert thermique, Isolation.
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Les ouvertures : le vitrage, quels phnomnes ?
Conduction. Convection.
Rayonnement
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Transfert thermique, Isolation.
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Le rayonnement.4TS Puissance mise par une source :
Unit : W
Rayonnement
global g q stransmis
Rayonnement
transmis q sdirectement
Rayonnement
absorb q s
Rayonnementsolaire incident q s
Angled'incidence i
Rayonnement
rflchi q s
Transmissionsecondaire
Le rayonnement solaire sur un vitrage.
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Transfert thermique, Isolation.
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Technique .Type de vitrage Uv gp gg Fr
Vitrage simple VS 5,6 0,82 0,84 0,9
Vitrage simple VS, avec couche slective IR 4,3 0,66 0,69 0,73
Double vitrage (DV) avec air sec 2,9 0,69 0,75 0,81
Double vitrage (DV) avec argon 2,7 0,69 0,75 0,73Double fentre (2 SV) 2,7 0,69 0,75 0,81
DV avec couche slective et air sec 1,6 0,62 0,67 0,78
DV avec couche slective et argon 1,3 0,62 0,67 0,7
DV avec couche slective et xnon 0,9 0,58 0,63 0,76
Double, double vitrage DV 1,5 0,59 0,53 0,66
Triple vitrage (TV) avec air sec 2 0,62 0,7 0,74
Triple vitrage (TV) avec argon 1,9 0,62 0,7 0,71
TV avec 2 couches slectives et air sec 1,1 0,43 0,5 0,68
TV avec 2 couches slectives et argon 0,9 0,43 0,5 0,56
TV avec 2 couches slectives et xnon 0,4 0,42 0,48 0,64
Pav de verre 3 0,6 0,65 0,75
gp : coefficient de
transmission global pour
le rayonnement solaire
perpendiculaire au
vitrage
gp:idem, pour lerayonnement solaire
global, climat europen.
Fr: facteur de rflexion.
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Transfert thermique, Isolation.
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Pour aller plus loin:
Quelques notions thoriques.
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Transfert thermique, Isolation.
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La conduction.- Rsultat de la diffrence dnergie entre deux milieux en contact
- La conduction seffectue sans mouvement de matire.
TgradJ .l
J
Loi de Fourier
J Flux par unit de surface
Unit : Wm-2
Conductivit thermique
Unit : Wm-1 K-1
T Temprature
Unit : K(J > 0)
- Pour une surface S, le flux transfr (puissance thermique) est par :
SJ
Puissance thermique.Unit : W
dt
dQ
QChaleur transfre.
Unit : J
or= 400 Wm-1K-1 air= 0.02 Wm
-1K-1
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Transfert thermique, Isolation.
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Cas dun mur simple.Hypothses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface la mme temprature
- Rgime permanent et propagation unidirectionnelle
0 e
x
J J
Mur1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
xTJ
lLoi de Fourier
)( 21 PP TTe
J l
Je
TT pp l
21
)( 21 pPth
TT
R
SPuissance thermique :
leRth On dfinit la rsistance thermique par :
Unit : m2KW-1
f
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Transfert thermique, Isolation.
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Cas de murs multiples .Hypothses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface la mme temprature
- Rgime permanent et propagation unidirectionnelle
x
TJ
lLoi de Fourier
Je
TTp 1
121
l
Je
TT 2
232
l
JeTT p 3
343
l
Tp1
Tp4
1 2 3 4
T2
T3
0 e1
x
e2 e3
l1 l2 l3
J J
Jeee
TT pp
3
3
2
2
1
141
lll
JRRRTT thththpp 32141
Mur 3
Mur 22 3
3 4
Mur 11 2
T f h i I l i
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Transfert thermique, Isolation.
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Cas de murs multiples .Entre deux solides , la frontire commune peut tre :
- A contact parfait. Etude prcdente.- A contact imparfait.
Linterface se comporte comme un milieu isotrope.
- Conductivit thermique
Elle possde :
- Rsistance thermiqueC
C eRlUnit : m2KW-1
Unit : Wm-1K-1C
S
RJRTT CC)( 21
Tp1
Tp2
J J
0 e1
x
e2
T f t th i I l ti
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Transfert thermique, Isolation.
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La convection.- Etude globale.
Phnomne complexe liant mcanique des fluides et transferts thermiques
On dfinit un coefficient dchange thermique : h
Unit : Wm-2 K-1
Tp
Tm
Fluide
Paroi S
h
JhTT mp
Tm : temprature moyenne du fluide au voisinage de la paroi
Tp : temprature de la paroi
hair calme : 3 Wm-2 K-1 hvapeur deau chaude : 5.10
4 Wm-2 K-1
Loi de Newton
T f t th i I l ti
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Transfert thermique, Isolation.
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Bilan global pour un mur simple.Hypothses : - Pas de source interne de chaleur
- Toute la surface la mme temprature
- Rgime permanent et propagation unidirectionnelle
JhTTpm
111
1
Je
TT pp 2
221
l
JhTT mp 222
1
Jh
e
h
TT mm
32
2
1
21
11
l
JRRRTT CthCmm 32121Rth2RC1 RC2
0 e
x
J J
Mur1 2
Tp1
Tp2
T(x)
l
Tm1
Tm2
h1 h2
Fluide 1 Fluide 2
Conduction
ConvectionConvection
T f t th i I l ti
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Transfert thermique, Isolation.
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Le rayonnement.Flux dune source :
Source de puissance mise par une source.
Emittance dune source (monochromatique : ) :
Sd
dM ll
Unit : WPuissance mise par la source.
Transfert de chaleur par rayonnement :
4
TM
Unit : Wm-2
Unit : Wm-2
- constante de Stefan-Boltzmann : = 5,6703 . 10-8 Wm-2K-4
- : missivit (facteur dabsorption ou dmission de la surface mettrice)
coefficient sans unit (1 pour un corps noir)
- T: temprature du corps (K)
T f t th i I l ti
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Transfert thermique, Isolation.
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Corps noir 5800 K
Rayonnement solaire
aux confins de l'atmosphre
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5
Energie[kW/(m)]
0
0,5
1,0
1,5
2,0
-
-
-
Longueur d'onde [m]
visibleUV IR
Ciel serein, soleil 30
au-dessus de l'horizon
Rayonnement solaireau niveau de la mer.
-
-
Le rayonnement solaire.Sahara sud 2000
kWhm-Zermatt 1480 kWh m-
T f t th i I l ti
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Transfert thermique, Isolation.
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Le rayonnement solaire sur un vitrage.
Rayonnementglobal g q stransmis
Rayonnement
transmis q sdirectement
Rayonnement
absorb q s
Rayonnementsolaire incident q s
Angle
d'incidence i
Rayonnement
rflchi q s
Transmissionsecondaire
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