Cours physique chaleur 2 - univ-biskra.dz

Master I: Architecture et Environnement

Matière: Sciences Pour L’architectureLO

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COURS N° 01Deuxième partie E

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PHYSIQUE DE LA CHALEUR

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PHYS IQUE DE LA CHAL EURCOURS N° 01

2 L fl d h l2. Le flux de chaleur

Modes de transfert de chaleurConvection

lissa

MEL Kha

llle

HAM

par: M

elép

aré p

Pré

(Tiré du cours de Xitier Nicola)




Qv = A × hc × T

transfert de chaleur est fonction du coefficient de convection, hc (en W/m2K)

m2 ×W/m2K × K = W. lissa

Q /

L'ampleur de HC dépend de la position de la surface, la direction du flux de chaleur et la vitesse du fluide Par exemple: M

EL Kha

l

vitesse du fluide. Par exemple:• pour les surfaces verticales (flux de chaleur horizontale): hc = 3W/m2K

l f h i t l lle HAM

• pour les surfaces horizontales

par: M

elép

aré p

‐Flux de chaleur vers le haut (air au plafond, le plancher à l'air ambiant) 4.3W/m2K‐ Flux de chaleur vers le bas (de l'air au sol au plafond à l'air ambiant) 1.5W/m2K

Pré

Flux de chaleur vers le bas (de l air au sol, au plafond à l air ambiant) 1.5W/m K

(l'air chaud monte, le transfert de chaleur vers le haut est plus fort)




lissa

Dans ce qui a précédé le débit d'air est due au transfert dechaleur uniquement Si la surface est exposée au vent ou M

EL Kha

l

chaleur uniquement. Si la surface est exposée au vent, oumécaniquement à un mouvements d'air générés (convectionforcée), alors le coefficient de convection sera beaucoup plus lle

HAM

) p pélevé:

par: M

el

hc = 5.8 + 4.1 v où v est la vitesse d'air en m / s.

éparé p

Pré



Modes de transfert de chaleurRadiation

(rayonnement)

Le transfert de chaleur par rayonnement se produit entre deux corps non en contact, lissa

p y p p ,ayant une température différente. C'est d'ailleurs le seul mode naturel depropagation de chaleur au travers du vide. Contrairement à la convection, ce n'estpas l'air qui transporte l'énergie mais les rayons de chaleur M

EL Kha

l

pas l air qui transporte l énergie mais les rayons de chaleur.

Tous les matériaux rayonnent sans arrêt de l'énergie dans toutes les directions, à la lle HAM

suite du mouvement continuel de vibration de leurs molécules situées en surface.Alors que le rayonnement solaire comporte essentiellement des radiations decourtes longueurs d'onde émises à très hautes températures, le rayonnement pa

r: M

el

g p , ythermique terrestre que nous ressentons comme échange radiatif de chaleur estprincipalement constitué de grandes longueurs d'onde et de l'infrarouge lointain,émises à une température bien inférieure ép

aré p

émises à une température bien inférieure.

Pré




(rayonnement)

Comportement d’un corps récepteur lissa

Principes : tout corps récepteur reçoit un rayonnement de flux incident qui sedécompose:

MEL Kha

l

p• En un flux réfléchi (réflexion sur la surface S)• En un flux transmis (transmission à travers l’épaisseur e)• En un flux absorbé (absorption dans l’épaisseur e) lle

HAM

En un flux absorbé (absorption dans l épaisseur e)

par: M

elép

aré p

Pré




(rayonnement)

On définit alors trois rapports (sans dimension) :

Comportement d’un corps récepteur

lissa

Le facteur d’absorption ou absorptivité ou absorbance : α = φa / φi

Le facteur de réflexion ou réflectivité ou réflectance : ρ = φr / φi

MEL Kha

l

ρ φ / φ

Le facteur de transmission ou transmittivité ou transmittance : τ = φt / φi

lle HAM

par: M

elép

aré p

Pré




(rayonnement)

Comme: φ i φ φ φ tφ i φ φ φ t


lissa

Comme:

On a donc :

φ i = φ r + φ a + φ tφ i = φ r + φ a + φ t

α + ρ + τ = 1 MEL Kha

l

On peut donc définir pour un corps un α, ρ et τ pour chaque longueur d’onde ou pour bl d l d’ d

α + ρ + τ = 1

lle HAM

un ensemble de longueurs d’ondes.

ρ

par: M

el

α éparé p

α

Pré

τ




(rayonnement)ρ

α

τ


lissa

Par exemple, pour un verre de 3 mm recevant le rayonnement solaire, toute longueurs d’ondes confondues, (donc du point de vue de l’énergie) on a :

MEL Kha

l

α = 0,06 ρ = 0,07 τ = 0,87Si on regarde le verre du point de vue de la lumière (en ne considérant que le rayonnement visible), on a : lle

HAM

y ),α = 0,01 ρ = 0,08 τ = 0,91

Si τ est important, le corps est transparent

par: M

el

Si τ = 0 le corps est opaque

Si α est important, le corps est absorbant éparé p

Si ρ est important, le corps est réfléchissant

On définit un corps noir (théorique, absorbe totalement le rayonnement incident)

Pré

p ( q , y )

quand α = 1


2 Le flux de chaleur2. Le flux de chaleur


(rayonnement)

lissa

MEL Kha

llle

HAM

par: M

elép

aré p

Pré


2 Le flux de chaleur2. Le flux de chaleur


(rayonnement)

lissa

MEL Kha

llle

HAM

par: M

elép

aré p

Pré




(rayonnement)

Chaque point P d’une surface émet un rayonnement.

Comportement d’un corps émetteur

lissa

q p yLe corps émet une densité de flux (W / m2) que l’on nommeémittance énergétique H.

MEL Kha

l

L’émittance énergétique totale d’un corps quelconque dépend du facteur d’émission ou émissivité ( ε sans dimension)

lle HAM

Il a été démontré (et c’est étonnant !) que l’émissivité d’un corps est égale à sonabsorptivité:

ε = α par: M

el

ε = α

éparé p

Pré




(rayonnement)

Comportement d’un corps émetteur

lissa

MEL Kha

llle

HAM

par: M

elép

aré p

Pré

(Tiré du cours de Xitier Nicola)




(rayonnement)

lissa

Le calcul de l'échange de chaleur rayonnante est compliqué, mais il est assez simple pour l'effet qui est plus important pour les bâtiments: le rayonnement solaire. Si la d ité d fl d t i id t t (dé é t l b l G) M

EL Kha

l

densité du flux de rayonnement incident est connu (dénommé rayonnement global, G) alors le taux de chaleur radiante (solaire) entrée (input) serait:

lle HAM

Qs = A × G × α m2 ×W/m2 × sans unité = W

par: M

elép

aré p

Pré

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