Exemple – Perte de chaleur à travers un mur
Une source majeure de perte de chaleur d’une maison est à travers les murs. Calculez la vitesse de flux thermique à travers un mur de 3 m x 10 m de surface (A = 30 m2). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L1) et il est fait de briques avec une conductivité thermique de k1 = 1,0 W / m. K (isolant thermique médiocre). Supposons que les températures intérieure et extérieure soient de 22 ° C et de -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur soient respectivement h1 = 10 W / m2K et h2 = 30 W / m2K. A noter que, ces coefficients de convection dépendent fortement notamment des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).
- Calculez le flux de chaleur (perte de chaleur) à travers cette paroi non isolée.
- Supposons maintenant une isolation thermique du côté extérieur de ce mur. Utilisez un isolant en laine de verre de 10 cm d’épaisseur (L2) avec une conductivité thermique de k2 = 0,023 W / m.K et calculer le flux de chaleur (perte de chaleur) à travers cette paroi composite.
Solution:
Comme cela a été écrit, de nombreux processus de transfert de chaleur impliquent des systèmes composites et impliquent même une combinaison de conduction et de convection. Avec ces systèmes composites, il est souvent pratique de travailler avec un coefficient de transfert de chaleur global, appelé facteur U. Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de refroidissement de Newton:
Le coefficient de transfert de chaleur global est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.
- paroi nue
En supposant un transfert de chaleur unidimensionnel à travers la paroi plane et sans tenir compte du rayonnement, le coefficient de transfert de chaleur global peut être calculé comme suit:
Le coefficient de transfert de chaleur global est alors:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 1/30) = 3.53 W/m2K
Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme suit:
q = 3,53 x 30 = 105,9 W /m2
La perte de chaleur totale à travers cette paroi sera:
qloss = q. A = 105,9 x 30 = 3177W
- paroi composite avec isolation thermique
En supposant un transfert de chaleur unidimensionnel à travers la paroi composite plane, aucune résistance de contact thermique et sans tenir compte du rayonnement, le coefficient de transfert de chaleur global peut être calculé comme suit::
Le coefficient de transfert thermique global est alors:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 0.1/0.023 + 1/30) = 0.216 W / m2K
Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme suit:
q = 0,216 x 30 = 6,48 W / m2
La perte de chaleur totale à travers cette paroi sera:
qloss = q. A = 6,48 x 30 = 194 W
Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution significative des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la couche suivante d’isolant thermique ne provoque pas d’économies aussi élevées. Cela peut être mieux vu à partir de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les parois composites. La vitesse de transfert de chaleur stable entre deux surfaces est égale à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.
