Bases de Transferts de Chaleur

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Métiers de la Transition et de

L’Efficacité Énergétique

Bases de Transferts de Chaleur

(Ressource R 1.03)

Travaux dirigés

BUT 1ère année

2024 / 2025

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Table des matières

Bases de Transferts de Chaleur        1

1        Introduction aux transferts de chaleur        3

1.1        Identification des flux de chaleur        3

1.2        Détermination des flux de chaleur dans un local chauffé        5

2        Conduction        6

2.1        Conduction à travers un mur        6

2.2        Profil de température dans un simple, double et triple vitrage        6

2.3        Résistance thermique de conduction d’une fenêtre        7

2.4        Conduction pure dans un mur composé        8

2.5        Mesure de conductivité        8

2.6        Énergie stockée dans un mur isolé par l’intérieur et par l’extérieur        9

3        Convection        11

3.1        Prise en compte de la convection dans le calcul d’un flux de chaleur à travers une paroi        11

4        Transfert de chaleur global        12

4.1        Effet du vent sur le coefficient de transmission surfacique d’une paroi        12

4.2        Bilan thermique de nuit d’une paroi        12

4.3        Bilan global d’un local chauffé        13

5        Rayonnement thermique        16

5.1        Courbes d’émittances monochromatiques        16

5.2        Emittance d’une source de chaleur supposée être un CN        17

5.3        Source de chaleur de forme parallélépipédique        17

5.4        Emittance de sources de chaleur supposées être un Corps gris        17

5.5        Rayonnement solaire        18

5.6        Etude thermique d’un satellite        19

1. Introduction aux transferts de chaleur

1. Identification des flux de chaleur

Pour chacun des exemples suivants, représenter les flux de chaleur, leur sens, et indiquer s’il s’agit de conduction, de convection ou de rayonnement :

Exemple 1 : panneau solaire à eau chaude

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Détail de l’absorbeur

Exemple 2 : transferts de chaleur dans un bâtiment[pic 7]

1. Détermination des flux de chaleur dans un local chauffé

Sur ce schéma, l’ensemble des températures à considérer a été représenté.

Le système étudié est une pièce d’un bâtiment chauffé à 21 °C par une journée d’hiver, ensoleillée. Le système de chauffage est un radiateur électrique. A l’extérieur, l’air est à 0 °C.

On suppose qu’il n’y a pas d’évolution des températures en fonction du temps.

1. Dresser la liste de tous les flux de chaleur que l’on doit prendre en compte pour mener une étude thermique et représenter sur le schéma suivant.
2. A partir de la liste des flux, quelle est la condition pour que la température intérieure du local étudié reste constante à 21 °C. Donner cette condition sous forme d’équation

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1. Conduction

1. Conduction à travers un mur

On envisage la conduction en régime permanent dans un mur extérieur de surface S = 15 m².

La température de la surface intérieure est de 20 °C et la température de la surface extérieure de –10 °C. Le mur est isolé par l’intérieur.

On considère un mur composé de deux couches :

• Une couche de 15 cm de béton  λ = 1,75 W.m-1.K-1
• Une couche de 20 cm de fibre de bois côté intérieur λ = 0,036 W.m-1.K-1

Pour ce mur, on demande de :

1. Faire un schéma du mur.
2. Calculer le flux total traversant le mur ainsi que la densité de flux correspondante.
3. Tracer la répartition des températures dans ce mur.
4. Déterminer, dans le mur, la température à 2cm en partant de l’extérieur ?
5. Déterminer l’épaisseur de béton qu’il faudrait pour obtenir la résistance thermique si le mur est composé uniquement de béton.

1. Profil de température dans un simple, double et triple vitrage

On considère, pour une surface de 1 m², les 3 cas suivants :

Cas 1 : un simple vitrage composé d’1 vitre de 6 mm d’épaisseur de conductivité thermique. λverre = 0,75 W.m-1.K-1.

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