Soutenance mémoire
Transferts thermiques
Différents modes de transfert
a) Conduction
Ce mode de transport de chaleur se produit au sein d’une même phase au repos ou tranquille (absence de remous) et en présence d’un gradient de température. Ce transfert de chaleur résulte d’un transfert d’énergie cinétique d’une molécule à une autre molécule voisine, alors à l’échelle microscopique. Ce mode de transfert est le seul à exister dans un solide opaque.
b) Rayonnement
Un point matériel chauffé émet un rayonnement d’ordre électromagnétique dans toutes les directions. Lorsque ce rayonnement rencontre un corps quelconque, une partie peut être réfléchie, une autre transmise à travers le corps et le reste est quantitativement absorbé sous forme de chaleur. Si on place dans une enceinte deux corps capables d’émettre un rayonnement thermique, il existe entre ces deux corps à températures différentes un échange de chaleur dû à l’absorption et à l’émission de ces rayonnements thermiques. Cet échange de chaleur est désigné habituellement sous le nom de rayonnement. Les transferts par rayonnement se poursuivent même lorsque l’équilibre thermique est atteint, mais le débit net de chaleur échangé est nul. Ce type de transport de chaleur est analogue à la propagation de la lumière et il ne nécessite aucun support matériel, contrairement aux autres modes de transfert.. Les gaz, liquides et solides sont capables d’émettre et d’absorber les rayonnements thermiques.
Ce transfert de chaleur est omniprésent dans le bâtiment, on le retrouve par exemple :
➜ Entre le soleil et les parois ;
➜ Entre les parois des pièces ;
➜ Entre les personnes ;
➜ Etc.
c) Convection
Par définition, le transfert de chaleur par convection se produit entre deux phases dont l’une est généralement au repos et l’autre en mouvement en présence d’un gradient de température. Par suite de l’existence du transfert de chaleur d’une phase à l’autre, il existe dans la phase mobile des fractions du fluide ayant des températures différentes.
La convection est ainsi un transfert de chaleur entre un fluide en mouvement et une paroi immobile. On distingue deux types de convection : la convection naturelle et la convection forcée :
● Convection naturelle : le mouvement du fluide est simplement la conséquence de la variation de la masse volumique du fluide.
● Convection forcée : le mouvement de fluide est la conséquence d’une action extérieure (ventilateur ou pompe) au fluide.
Quantification des transferts thermiques
a) Définition
Pour pouvoir dimensionner les différents équipements techniques à installer dans les installations, il faut pouvoir quantifier les échanges de chaleur suivant les modes précédents. Deux grandeurs sont ainsi comme suit :
❖ Le flux de chaleur : représente la quantité d’énergie Q [J] échangée par unité de temps t [s]appelé parfois puissance. Il est noté Φ et son unité est le Watt [W].
❖ La densité du flux de chaleur : représente le flux de chaleur ramené à l’unité de surface. Elle est notée et son unité est le [W.m⁻²].
b) Loi de Fourier
Le flux de chaleur [W/m²] transféré par conduction dans une direction donnée est proportionnel au gradient de température dans cette direction.
c) Coefficient de conductivité thermique
Le coefficient de conductivité thermique est une caractéristique physique du matériau qui exprime la capacité d’un corps à conduire la chaleur.Il est noté λ et son unité est le [W.m⁻¹.K⁻¹].
d) Résistance thermique
La résistance thermique d’un matériau exprime la capacité du matériau à s’opposer au flux de chaleur qui le traverse.
Planchers
Planchers dans les bâtiments
Les planchers sont un ouvrage horizontal constituant une séparation entre deux niveaux d’une habitation. Selon les matériaux employés et les techniques mises en œuvre, il vient :
➜ Plancher haut : son traitement peut éviter l’isolation complexe de la toiture si les combles ne sont pas habités. Dans le cas contraire, il devient un simple plancher intermédiaire.
➜ Planchers intermédiaires : ils peuvent être légers s’ils séparent des volumes également chauffés. Ils doivent être plus isolants s’ils sont au-dessus ou au dessous d’espaces thermiquement différents. Leur problème majeur est l’isolation phonique.
➜ Plancher bas : c’est un élément très important pour le confort et la salubrité de la maison. Il doit être traité avec soin. Il repose directement sur «terre-plein» ou sur espaces non chauffés.
Type de plancher
Il existe deux principaux types de planchers :
➤ Le plancher en bois : un plancher en bois est une structure porteuse constituée de pièces de charpente horizontales et il sépare une construction en plusieurs niveaux. La partie supérieure est appelée plancher et la sous-face plafond . Ce type d’ouvrage se retrouve indifféremment en milieu rural ou en milieu urbain. Il est plus ou moins élaboré en fonction de la qualité de l’édifice. L’ossature primaire du plancher est formée par des poutres de fortes sections. L’ossature secondaire est composée de solives de sections plus faibles assemblées ou posées perpendiculairement aux poutres. Le revêtement de sol recouvre l’ensemble du plancher. Il est constitué de lames de bois ou de carreaux de terre cuite. Parfois un lattis de bois est fixé sous les solives pour accrocher un enduit de plâtre.
➤ Le plancher en béton : On distingue deux variétés, :
‐ La dalle en béton coulée en place sur un coffrage (c’est la technique dite de la dalle pleine) ou sur une prédalle ;
‐ Le plancher préfabriqué constitué de plusieurs éléments assemblés.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : CONFORT THERMIQUE
1.1 Transferts thermiques
1.1.1 Différents modes de transfert
1.1.2 Quantification des transferts thermiques
1.2 Confort thermique
1.2.1 Notion de confort thermique
1.2.2 Fonctionnement et phénomènes
1.3 Planchers
1.3.1 Planchers dans les bâtiments
1.3.2 Type de plancher
1.3.3 Plancher dans les bâtiments anciens
1.3.4 Quelques interventions pour l’amélioration des conforts thermique
1.4 Etude bibliographique
1.4.1 Modélisation
1.4.2 Solutions adaptées concernant le plancher pour le chauffage et rafraichissement d’un bâtiment
CHAPITRE 2 : MATERIEL ET METHODE
2.1 Descriptif de l’étude
2.1.1 Présentation de la maison à étudier
2.1.2 Différents modes d’échanges thermiques prises en compte
2.2 Outils
2.2.1 Logiciel Excel VBA
2.2.2 Open Studio et Energy Plus
2.2.3 Donnée météorologique de base
2.3 Modélisation de l’étude
2.3.1 Mise en équation
2.3.2 Résolution
CHAPITRE 3 : RESULTATS ET DISCUSSIONS
3.1 Présentation des résultats
3.1.1 Utilisation des isolants
3.1.2 Utilisation d’un plancher stockant de l’énergie
3.2 Comparaison du résultat de notre modèle et celui calculé par Energy Plus
3.3 Discussions et synthèse
3.3.1 Isolation du plancher
3.3.2 Utilisation du plancher stockant de l’énergie
3.3.3 Synthèse
3.3.4 Perspectives
CONCLUSION
REFERENCES
ANNEXE
