Tout sur les échanges thermiques
Tout sur les échanges thermiques
La conductivité thermique
La conductivité thermique (notée λ) : elle représente le flux de chaleur, traversant une unité de surface sur un mètre d’épaisseur de matériau, soumis à une différence de température d’un degré entre ses 2 faces. Elle s’exprime en Watt par mètre par Kelvin (W/m.K).
Plus la conductivité thermique est élevée, plus le matériau est conducteur de chaleur. Plus elle est faible, plus le produit est isolant.
Dans le cas des laines minérales, cette conductivité dépend notamment de la masse volumique du produit (qui modifie les échanges par conduction, convection et rayonnement).
- Conductivité thermique de laine de verre : 0,030 - 0,040 W/m.K
- Conductivité thermique de laine de roche : 0,032 - 0,040 W/m.K
- Conductivité thermique de laine de verre ou de roche en vrac : 0,034 - 0,047 W/m.K
La résistance thermique
La résistance thermique (notée R) : c’est l’inverse du flux thermique par unité de surface d’une paroi ou d’un produit. Elle s’exprime en m2.Kelvin par Watt (m2.K/W).
Elle dépend de l’épaisseur du produit et de la conductivité thermique de ce produit : R = e / λ
Elle est donc d'autant plus grande que l’épaisseur d’isolant est importante ou que sa conductivité thermique est faible (ou les 2 combinées).
Les résistances thermiques s’additionnent pour former la résistance thermique d’une paroi (en ajoutant également les résistances superficielles des deux faces).
Les laines minérales proposent des résistances thermiques pouvant aller jusqu’ à R = 10 m2.K/W.
La résistance thermique n'est pas qu'une question d'épaisseur :
c'est une combinaison entre l'épaisseur du produit et sa
conductivité thermique.
"Tout savoir sur la résistance thermique"
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Le coefficient de transmission thermique surfacique
Le coefficient de transmission thermique surfacique (noté U) : c’est le flux thermique, en régime stationnaire par unité de surface de la paroi, pour une différence de température d’un degré K, entre les milieux situés de part et d’autre de la paroi. U s’exprime en W/m2.K.
On parle de Uc en partie courante de paroi (sans les ponts thermiques intégrés).
Le Up (de la paroi) prend en compte les éventuels ponts thermiques intégrés dans la paroi.
La capacité thermique massique
La capacité thermique massique (notée Cp) : c’est la quantité de chaleur nécessaire pour augmenter d’un degré, la température d’un kilogramme de matériau. Elle traduit aussi la capacité à emmagasiner la chaleur par rapport à la masse du produit. Elle est appelée aussi chaleur massique ou chaleur spécifique. Cette capacité thermique massique s’exprime en Joule par kg par Kelvin (J/kg.K).
La capacité thermique massique des laines minérales (de verre ou de roche) est de 1 030 J/kg.K.
La capacité thermique volumique ou chaleur volumique d'un matériau est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1°C, la température d’un mètre cube de matériau. Elle traduit aussi la capacité à emmagasiner la chaleur par rapport à son volume. Elle s'exprime en Joule par mètre cube par Kelvin (J/m3.K).
C’est le produit de la masse volumique (ρ) d'un matériau et de sa capacité thermique massique (Cp). Ce n’est donc pas une valeur constante puisqu’elle dépend de la masse volumique du produit contrairement à la capacité thermique massique.
Ainsi les laines minérales ont des capacités thermiques volumiques allant de 10 300 à 206 000 J/m3.K selon leurs masses volumiques.
Il existe aussi la capacité thermique surfacique (exprimée en J/m2.K). Les capacités surfaciques de chaque couche d’une paroi peuvent s’additionner.
La diffusivité thermique
La diffusivité thermique (notée D) : c’est la vitesse à laquelle la chaleur se diffuse dans un matériau. Elle s’exprime en m2/s.
Elle se calcule grâce à la formule suivante : D = λ / (ρ.Cp)
Pour une laine de verre de 20 kg/m3, sa diffusivité est de 1,69 10-6 m2/s.
Pour une laine de roche de 40 kg/m3, sa diffusivité est de 0,85 10-6 m2/s.
L'effusivité thermique
L'effusivité thermique (notée E) : c’est la capacité d’un matériau à échanger de l’énergie thermique avec son environnement. Elle s’exprime en J/M.m2.s1/2.
Sa formule de calcul est la suivante : 
.
Ne pas confondre l'effusivité thermique avec la diffusivité thermique. Les deux valeurs sont évidemment liées car on peut aussi écrire la formule de l’effusivité de cette façon :
.
Toutes deux sont les grandeurs essentielles pour quantifier l'inertie thermique.
À la différence de la diffusivité thermique qui décrit la rapidité d’un déplacement des calories à travers la masse d’un matériau, l’effusivité décrit la rapidité avec laquelle un matériau absorbe les calories. Plus l’effusivité est élevée, plus le matériau absorbe d’énergie sans se réchauffer notablement.
