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Qu’est-ce que la conductivité thermique des panneaux sous vide – Définition

Conductivité thermique des panneaux isolants sous vide. Les valeurs typiques de conductivité thermique pour les panneaux à vide sont comprises entre 0,004 et 0,020 W / m∙K. Génie thermique

Conductivité thermique des panneaux isolants sous vide

Isolants thermiques - ParamètresLa conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une zone carrée de matériau d’épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température . Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus le matériau est résistant aux transferts de chaleur et donc plus l’efficacité de l’isolation est grande. Les valeurs typiques de conductivité thermique pour les panneaux isolants sous vide sont comprises entre 0,004 et 0,020 W / m∙K . Il faut noter que les valeurs les plus basses de la conductivité thermique sont atteintes juste après la production. Comme l’enveloppe des panneaux n’est pas parfaitement étanche à l’air, le vieillissement a un effet négatif sur les panneaux.

En général, l’ isolation thermique repose principalement sur la très faible conductivité thermique des gaz . Les gaz possèdent des propriétés de conduction thermique médiocres comparées aux liquides et aux solides et constituent donc un bon matériau isolant s’ils peuvent être piégés (par exemple dans une structure semblable à une mousse). L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants. Mais le principal avantage est l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple le verre expansé ) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle .

L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces, ce qui entraîne une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

 

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci

Qu’est-ce qu’un panneau isolant sous vide – Définition

Un panneau d’isolation sous vide (VIP) réduit ce problème. Ce panneau est une forme d’isolation thermique consistant en une enceinte étanche aux gaz entourant un noyau rigide. Génie thermique

Panneaux d’isolation sous vide (VIP)

panneaux d'isolation sous videLa plupart des matériaux sont limitées par la conductivité thermique de l’air (pris au piège dans les cellules), qui est d’ environ environ 0,025 W / m ∙ K . Mais une diminution de la pression entraîne une diminution de sa conductivité thermique. Un panneau d’isolation sous vide (VIP) réduit ce problème. Ce panneau est une forme d’isolation thermique consistant en une enceinte étanche aux gaz entourant un noyau rigide. L’air de ce panneau est évacué. Il faut noter que le vieillissement a un effet négatif sur les panneaux. En effet, l’enveloppe des panneaux n’est pas parfaitement étanche et par conséquent, sa conductivité thermique augmente légèrement. Ces panneaux peuvent être utilisés pour l’isolation thermique de presque tous les éléments de l’enveloppe du bâtiment.

 

Conductivité thermique des panneaux isolants sous vide

Isolateurs thermiques - ParamètresLa conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une zone carrée de matériau d’épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température . Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus la capacité du matériau à résister au transfert de chaleur est grande, et donc plus l’efficacité de l’isolation est grande. Les valeurs de conductivité thermique typiques pour les panneaux d’isolation sous vide  est compris entre 0,004 et 0.020W / m ∙ K . Il faut noter que les valeurs les plus faibles de conductivité thermique sont atteintes juste après la production. L’enveloppe des panneaux n’étant pas totalement étanche à l’air, le vieillissement a un effet négatif sur les panneaux.

En général, l’ isolation thermique repose principalement sur la très faible conductivité thermique des gaz . Les gaz possèdent de mauvaises propriétés de conduction thermique par rapport aux liquides et aux solides et constituent donc un bon matériau d’isolation s’ils peuvent être piégés (par exemple dans une structure semblable à de la mousse). L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants. Mais le principal avantage est en l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple le verre mousse ) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle .

L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces provoquant une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

Exemple – Panneaux d’isolation sous vide

perte de chaleur à travers le mur - exemple - calculLes murs constituent une source majeure de perte de chaleur dans une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers un mur de 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L 1 ) et il est fait de briques avec une conductivité thermique de k 1 = 1,0 W / mK (mauvais isolant thermique). Supposons que les températures intérieure et extérieure sont de 22 ° C et -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur sont h 1 = 10 W / m 2 K et h 2 = 30 W / m 2K, respectivement. A noter que ces coefficients de convection dépendent fortement notamment des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

  1. Calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur non isolé.
  2. Supposons maintenant une isolation thermique sur le côté extérieur de ce mur. Utilisez des panneaux d’isolation sous vide de  10 cm d’épaisseur (L 2 ) avec une conductivité thermique de k 2 = 0,013 W / mK et calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur 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 commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton du refroidissement :

facteur u - coefficient global de transfert de chaleur

Le coefficient global de transfert de chaleur est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

  1. mur nu

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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul des pertes de chaleur

Le coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 3,53 [W / m 2 K] x 30 [K] = 105,9 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 105,9 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 3177 W

  1. mur 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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul de l'isolation thermique

& nbsp;

panneaux d'isolation sous videLe coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 0,125 [W / m 2 K] x 30 [K] = 3,76 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 3,76 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 113 W

Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution importante des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la prochaine couche d’isolant thermique ne provoque pas de telles économies. Cela peut être mieux vu de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les murs composites . Le taux de transfert thermique constant entre deux surfaces est égal à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.

résistance thermique - équation

 

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L’exemple – Calcul de l’isolation d’aérogel – Définition

Exemple – calcul d’isolation d’aérogel. Calculez le flux de chaleur (perte de chaleur) à travers un mur isolé. Utilisez une isolation en aérogel de 10 cm d’épaisseur. Comparez-le avec un mur nu. Génie thermique

Exemple – aérogel

perte de chaleur à travers le mur - exemple - calculLes murs constituent une source majeure de perte de chaleur d’une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers un mur de 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L 1 ) et est constitué de briques de conductivité thermique de k 1 = 1,0 W / mK (isolant thermique médiocre). Supposons que les températures intérieure et extérieure soient de 22 ° C à -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur soient de h 1 = 10 W / m 2 K et h 2 = 30 W / m 2K, respectivement. Notez que ces coefficients de convection dépendent fortement des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

  1. Calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur non isolé.
  2. Assumez maintenant l’ isolation thermique du côté extérieur de ce mur. Utilisez un isolant d’aérogel de  10 cm d’épaisseur (L 2 ) avec une conductivité thermique de k 2 = 0,03 W / mK et calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers cette paroi composite.

Solution:

Comme il 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 commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton sur le refroidissement :

facteur u - coefficient de transfert de chaleur global

Le coefficient de transfert de chaleur global est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

  1. mur nu

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:

coefficient de transfert thermique global - calcul des pertes thermiques

Le coefficient de transfert de chaleur global est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 3,53 [W / m 2 K] x 30 [K] = 105,9 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 105,9 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 3177 W

  1. mur 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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul de l'isolation thermique

isolation aérogelLe coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 0,125 [W / m 2 K] x 30 [K] = 3,76 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 3,76 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 113 W

Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution importante des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la prochaine couche d’isolant thermique ne provoque pas de telles économies. Cela peut être mieux vu de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les murs composites . Le taux de transfert thermique constant entre deux surfaces est égal à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.

résistance thermique - équation

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Qu’est-ce que la conductivité thermique de l’aérogel – Définition

Conductivité thermique de l’aérogel. Les valeurs de conductivité thermique typiques pour l’aérogel sont d’environ 0,013 W / m ∙K. L’aérogel est un isolant thermique supérieur. Génie thermique

Conductivité thermique de l’aérogel

Isolants thermiques - ParamètresLa conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une zone carrée de matériau d’épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température . Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus le matériau est résistant aux transferts de chaleur et donc plus l’efficacité de l’isolation est grande. Les valeurs de conductivité thermique typiques pour les aérogels  sont autour  0.013W / m ∙ K .

En général, l’ isolation thermique repose principalement sur la très faible conductivité thermique des gaz . Les gaz possèdent des propriétés de conduction thermique médiocres comparées aux liquides et aux solides et constituent donc un bon matériau isolant s’ils peuvent être piégés (par exemple dans une structure semblable à une mousse). L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants. Mais le principal avantage est l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple, l’aérogel) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle .

L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces, ce qui entraîne une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

 

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Quels sont les avantages et inconvénients des petits réacteurs modulaires – Définition

Avantages et inconvénients des petits réacteurs modulaires. Les petits réacteurs modulaires sont très spécifiques. Leur taille et leur modularité offrent de nombreux avantages. Génie thermique

Avantages et inconvénients des petits réacteurs modulaires

Les petits réacteurs modulaires sont très spécifiques. Leur taille et leur modularité offrent de nombreux avantages. D’autre part, ils présentent des inconvénients qu’il faut prendre en compte lors de la prise de décision.

Avantages possibles

Sécurité renforcée

Une puissance thermique plus faible du cœur du réacteur, une architecture compacte et l’utilisation de concepts passifs peuvent améliorer la sûreté et la sécurité par rapport aux conceptions précédentes et aux grands réacteurs commerciaux. Les systèmes de sécurité passifs sont une caractéristique de sécurité très importante dans le SMR. Par conséquent, on compte moins sur les systèmes de sécurité active et les pompes supplémentaires, ainsi que sur le courant alternatif pour atténuer les accidents. Ces systèmes de sécurité passifs sont capables de dissiper la chaleur même après une perte de puissance hors site. Le système de sécurité comprend un inventaire de l’eau sur site qui fonctionne sur les forces naturelles (par exemple, la circulation naturelle ). En génie des réacteurs , la circulation naturelle est un phénomène très recherché, car elle est capable de fournirrefroidissement du cœur du réacteur sans pompes à fluide de refroidissement, afin qu’aucune pièce mobile ne puisse se décomposer.

La modularité

Comme il a été écrit, le terme « modulaire » dans le contexte des RMS renvoie à son évolutivité et à sa capacité à fabriquer les principaux composants du système d’alimentation en vapeur nucléaire (NSSS) dans un environnement d’usine , puis de les transporter sur le site. Cela peut aider à limiter la préparation sur site et également à réduire le temps de construction. Ceci est très important, car les longs délais de construction sont l’un des problèmes majeurs des plus grandes unités. En outre, la fabrication et la réalisation en usine de pièces principales du système d’alimentation en vapeur nucléaire peuvent également faciliter la mise en œuvre de normes de qualité plus strictes (par exemple, l’inspection des soudures).

Temps de construction et financement

La taille, l’efficacité de la construction et les systèmes de sécurité passive (nécessitant moins de redondance) peuvent réduire l’investissement en capital d’un propriétaire de centrale nucléaire en raison du coût en capital plus faible de la centrale. La fabrication en usine des principaux composants du système d’alimentation en vapeur nucléaire peut réduire considérablement la préparation sur site et réduire le temps de construction. Cela peut conduire à un financement plus facile par rapport à celui des grandes usines.

Inconvénients possibles

Production à grande échelle

La plupart des avantages économiques (en particulier des coûts d’investissement moins élevés) sont valables pour la nième unité produite. Pour obtenir ces avantages économiques, il est nécessaire de produire à grande échelle des RSM et de passer des commandes initiales pour des dizaines d’unités.

Licence

L’octroi de licences pour la conception de nouveaux réacteurs est l’un des obstacles les plus importants. Par exemple, pour réglementer la conception, l’implantation, la construction et l’exploitation de nouvelles installations nucléaires commerciales, le CNRC emploie actuellement une combinaison d’exigences réglementaires, de licences et de surveillance. Historiquement, le processus d’autorisation a été développé pour les grands réacteurs commerciaux. Le processus d’autorisation des nouveaux modèles de réacteurs est un processus long et coûteux.

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Qu’est-ce qu’un petit réacteur modulaire – SMR – Définition

Les petits réacteurs modulaires (RMP) sont des réacteurs à fission nucléaire plus petits que les réacteurs classiques. Les petits réacteurs modulaires ont une puissance de sortie inférieure à 300 MWe. Génie thermique

Petit réacteur modulaire – SMR

Les petits réacteurs modulaires (RMP) sont des réacteurs à fission nucléaire plus petits que les réacteurs classiques. Le terme «petit» dans le contexte des SMR désigne la puissance de sortie nominale. Selon la classification de l’Association internationale de l’énergie atomique (AIEA), les petits réacteurs modulaires sont définis comme des réacteurs produisant une puissance inférieure ou égale à 300 MWe. Il convient de noter que la plupart des réacteurs commerciaux en exploitation dans le monde sont de grands réacteurs d’une puissance allant de 1 000 à 1 600 MW. Le terme «modulaire» dans le contexte des SMR désigne son évolutivité et sa capacité à fabriquer les principaux composants du système d’alimentation en vapeur nucléaire (NSSS) dans un environnement d’usine puis de les transporter sur le site. Son évolutivité signifie que certains des SMR doivent être déployés en tant que centrales multi-modules.

Les conceptions SMR comprennent:

  • Réacteurs à eau légère
  • Réacteurs refroidis au gaz à haute température
  • Réacteurs refroidis au métal liquide

Selon leurs promoteurs, son évolutivité, sa modularité, sa conception robuste et ses fonctions de sécurité améliorées offrent de grands avantages par rapport aux grands réacteurs commerciaux. Il faut noter que la conception de ce réacteur est actuellement (2018) au stade de développement, mais leur technologie est similaire à celle des réacteurs navals éprouvés.

Dans les pays en expansion, les RSM ont le potentiel d’améliorer la sécurité de l’approvisionnement en énergie et les pays à l’embarquement, dont l’infrastructure est insuffisante ou le système de réseau moins établi (ne convient pas aux grands réacteurs commerciaux). Cependant, les RSM pourraient devenir un élément clé du bouquet énergétique même dans les pays développés qui rencontrent souvent des problèmes pour la construction de grands réacteurs commerciaux.

Voir plus: AVANCES DANS LES DÉVELOPPEMENTS DE LA TECHNOLOGIE DES RÉACTEURS MODULAIRES, supplément à ARIS, AIEA, 2014.

Avantages et inconvénients des petits réacteurs modulaires

Les petits réacteurs modulaires sont très spécifiques. Leur taille et leur modularité offrent de nombreux avantages. D’autre part, ils présentent des inconvénients qu’il faut prendre en compte lors de la prise de décision.

Avantages possibles

Sûreté et sécurité accrues

Une puissance thermique plus faible du cœur du réacteur, une architecture compacte et l’utilisation de concepts passifs ont le potentiel d’améliorer la sûreté et la sécurité par rapport aux conceptions antérieures et aux grands réacteurs commerciaux. Les systèmes de sécurité passive sont une caractéristique de sécurité très importante dans le SMR. Par conséquent, il y a moins de recours à des systèmes de sécurité actifs et à des pompes supplémentaires, ainsi qu’à une alimentation CA pour l’atténuation des accidents. Ces systèmes de sécurité passive sont capables de dissiper la chaleur même après une perte de puissance hors site. Le système de sécurité comprend un inventaire de l’eau sur place qui fonctionne selon les forces naturelles (par exemple la circulation naturelle ). En génie des réacteurs , la circulation naturelle est un phénomène très recherché, car il est capable de fournirrefroidissement du cœur du réacteur sans pompes de refroidissement, de sorte qu’aucune pièce mobile ne puisse tomber en panne.

Modularité

Comme il a été écrit, le terme « modulaire » dans le contexte des PRM fait référence à son évolutivité et à la capacité de fabriquer les principaux composants du système d’alimentation en vapeur nucléaire (NSSS) dans un environnement d’usine , puis transportés sur le site. Cela peut aider à limiter la préparation sur site et également à réduire le temps de construction. Ceci est très important, car les longs délais de construction sont l’un des principaux problèmes des unités plus grandes. De plus, la fabrication en usine et l’achèvement des principales parties du système d’alimentation en vapeur nucléaire peuvent également faciliter la mise en œuvre de normes de qualité plus élevées (par exemple, inspections des soudures).

Temps de construction et financement

La taille, l’efficacité de la construction et les systèmes de sécurité passive (nécessitant moins de redondance) peuvent réduire l’investissement en capital d’un propriétaire de centrale nucléaire en raison du coût en capital de la centrale plus faible. La fabrication en usine des principaux composants du système d’alimentation en vapeur nucléaire peut réduire considérablement la préparation sur site et également réduire le temps de construction. Cela peut à son tour conduire à un financement plus facile que celui des grandes usines.

Inconvénients possibles

Production à grande échelle

La plupart des avantages économiques (en particulier la baisse des coûts d’investissement) indiqués sont valables pour la nième unité produite. Afin de réaliser ces avantages économiques, une production à grande échelle de PRM et des commandes initiales de dizaines d’unités sont nécessaires.

Licence

L’un des obstacles très importants est l’octroi de licences pour la conception de nouveaux réacteurs. Par exemple, pour réglementer la conception, l’emplacement, la construction et l’exploitation de nouvelles centrales nucléaires commerciales, le CNRC utilise actuellement une combinaison d’exigences réglementaires, de licences et de surveillance. Historiquement, le processus d’autorisation a été développé pour les grands réacteurs commerciaux. Le processus d’autorisation pour les nouvelles conceptions de réacteurs est un processus long et coûteux.

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci

Qu’est-ce que l’aérogel? Définition

L’aérogel a une très faible conductivité thermique de 0,013 W / m∙K. Sa densité est également très faible, environ 150 kg / m3. Ce sont des propriétés isolantes thermiques remarquables. Génie thermique

Aérogel

Aérogel - isolation thermique
Une fleur est sur un morceau d’aérogel qui est suspendu à une flamme d’un bec Bunsen. L’aérogel a d’excellentes propriétés isolantes et la fleur est protégée de la flamme. Source: wikipedia.org Licence: Public Domain

L’aérogel est un matériau solide synthétique ultra-léger poreux dérivé d’un gel, dans lequel le composant liquide du gel a été remplacé par un gaz (au cours d’un processus de séchage supercritique). Les aérogels peuvent être fabriqués à partir d’une variété de composés chimiques, mais le matériau de base de l’aérogel est généralement le silicium. L’aérogel a une très faible conductivité thermique de 0,013 W / m∙K . Sa densité est également très faible, environ 150 kg / m 3 . Ce sont des propriétés isolantes thermiques remarquables. Il convient de noter que les aérogels peuvent avoir une conductivité thermique inférieure à celle du gaz (l’air contient environ 0,025 W / m ∙ K) qu’ils contiennent. Ceci est causé par l’ effet Knudsen, une réduction de la conductivité thermique dans les gaz lorsque la taille de la cavité englobant le gaz devient comparable au libre parcours moyen .

 

Conductivité thermique de l’aérogel

Isolateurs thermiques - ParamètresLa conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une zone carrée de matériau d’épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température . Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus la capacité du matériau à résister au transfert de chaleur est grande, et donc plus l’efficacité de l’isolation est grande. Les valeurs de conductivité thermique typiques pour les aérogels  sont autour  0.013W / m ∙ K .

En général, l’ isolation thermique repose principalement sur la très faible conductivité thermique des gaz . Les gaz possèdent de mauvaises propriétés de conduction thermique par rapport aux liquides et aux solides et constituent donc un bon matériau d’isolation s’ils peuvent être piégés (par exemple dans une structure semblable à de la mousse). L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants. Mais le principal avantage est en l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple, l’aérogel) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle .

L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces provoquant une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

Exemple – aérogel

perte de chaleur à travers le mur - exemple - calculLes murs constituent une source majeure de perte de chaleur dans une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers un mur de 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L 1 ) et il est fait de briques avec une conductivité thermique de k 1 = 1,0 W / mK (mauvais isolant thermique). Supposons que les températures intérieure et extérieure sont de 22 ° C et -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur sont h 1 = 10 W / m 2 K et h 2 = 30 W / m 2K, respectivement. A noter que ces coefficients de convection dépendent fortement notamment des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

  1. Calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur non isolé.
  2. Supposons maintenant une isolation thermique sur le côté extérieur de ce mur. Utiliser une isolation en aérogel de  10 cm d’épaisseur (L 2 ) avec une conductivité thermique de k 2 = 0,03 W / mK 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 commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton du refroidissement :

facteur u - coefficient global de transfert de chaleur

Le coefficient global de transfert de chaleur est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

  1. mur nu

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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul des pertes de chaleur

Le coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 3,53 [W / m 2 K] x 30 [K] = 105,9 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 105,9 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 3177 W

  1. mur 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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul de l'isolation thermique

isolation aérogelLe coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 0,125 [W / m 2 K] x 30 [K] = 3,76 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 3,76 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 113 W

Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution importante des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la prochaine couche d’isolant thermique ne provoque pas de telles économies. Cela peut être mieux vu de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les murs composites . Le taux de transfert thermique constant entre deux surfaces est égal à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.

résistance thermique - équation

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Cet article est basé sur la traduction automatique de l’article original en anglais. Pour plus d’informations, voir l’article en anglais. Pouvez vous nous aider Si vous souhaitez corriger la traduction, envoyez-la à l’adresse: translations@nuclear-power.com ou remplissez le formulaire de traduction en ligne. Nous apprécions votre aide, nous mettrons à jour la traduction le plus rapidement possible. Merci

L’exemple – Calcul du verre expansé – Définition

Exemple – Calcul du verre en mousse. Calculez le flux de chaleur (perte de chaleur) à travers un mur isolé. Utilisez un isolant en verre mousse de 10 cm d’épaisseur. Comparez-le avec un mur nu. Génie thermique

Exemple – verre mousse

perte de chaleur à travers le mur - exemple - calculLes murs constituent une source majeure de perte de chaleur d’une maison. Calculez le taux de flux de chaleur à travers un mur de 3 mx 10 m (A = 30 m 2 ). Le mur a une épaisseur de 15 cm (L 1 ) et est constitué de briques de conductivité thermique de k 1 = 1,0 W / mK (isolant thermique médiocre). Supposons que les températures intérieure et extérieure soient de 22 ° C à -8 ° C et que les coefficients de transfert de chaleur par convection sur les côtés intérieur et extérieur soient de h 1 = 10 W / m 2 K et h 2 = 30 W / m 2K, respectivement. Notez que ces coefficients de convection dépendent fortement des conditions ambiantes et intérieures (vent, humidité, etc.).

  1. Calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers ce mur non isolé.
  2. Assumez maintenant l’ isolation thermique du côté extérieur de ce mur. Utilisez un isolant en verre mousse de  10 cm d’épaisseur (L 2 ) avec une conductivité thermique de k 2 = 0,04 W / mK et calculez le flux de chaleur ( perte de chaleur ) à travers cette paroi composite.

Solution:

Comme il 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 commode de travailler avec un coefficient global de transfert de chaleur , connu comme un facteur U . Le facteur U est défini par une expression analogue à la loi de Newton sur le refroidissement :

facteur u - coefficient de transfert de chaleur global

Le coefficient de transfert de chaleur global est lié à la résistance thermique totale et dépend de la géométrie du problème.

  1. mur nu

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:

coefficient de transfert thermique global - calcul des pertes thermiques

Le coefficient de transfert de chaleur global est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 3,53 [W / m 2 K] x 30 [K] = 105,9 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 105,9 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 3177 W

  1. mur 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:

coefficient global de transfert de chaleur - calcul de l'isolation thermique

Verre mousse - Verre cellulaireLe coefficient global de transfert de chaleur est alors:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,040 + 1/30) = 0,359 W / m 2 K

Le flux de chaleur peut alors être calculé simplement comme:

q = 0,359 [W / m 2 K] x 30 [K] = 10,78 W / m 2

La perte de chaleur totale à travers ce mur sera:

perte = q. A = 10,78 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 323 W

Comme on peut le voir, un ajout d’isolant thermique entraîne une diminution importante des pertes de chaleur. Il faut l’ajouter, un ajout de la prochaine couche d’isolant thermique ne provoque pas de telles économies. Cela peut être mieux vu de la méthode de résistance thermique, qui peut être utilisée pour calculer le transfert de chaleur à travers les murs composites . Le taux de transfert thermique constant entre deux surfaces est égal à la différence de température divisée par la résistance thermique totale entre ces deux surfaces.

résistance thermique - équation

 

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Qu’est-ce que la conductivité thermique du verre en mousse – Définition

Conductivité thermique du verre mousse. Les valeurs typiques de conductivité thermique du verre mousse (verre cellulaire) sont comprises entre 0,035 et 0,040 W / m ∙K. Génie thermique

Conductivité thermique du verre en mousse

Isolants thermiques - ParamètresLa conductivité thermique est définie comme la quantité de chaleur (en watts) transférée à travers une zone carrée de matériau d’épaisseur donnée (en mètres) en raison d’une différence de température . Plus la conductivité thermique du matériau est faible, plus le matériau est résistant aux transferts de chaleur et donc plus l’efficacité de l’isolation est grande. Les valeurs typiques de conductivité thermique du verre  moussé sont comprises entre 0,038 et 0,055 W / m ∙K .

En général, l’ isolation thermique repose principalement sur la très faible conductivité thermique des gaz . Les gaz possèdent des propriétés de conduction thermique médiocres comparées aux liquides et aux solides et constituent donc un bon matériau isolant s’ils peuvent être piégés (par exemple dans une structure semblable à une mousse). L’air et les autres gaz sont généralement de bons isolants. Mais le principal avantage est l’absence de convection. Par conséquent, de nombreux matériaux isolants (par exemple le verre expansé ) fonctionnent simplement en ayant un grand nombre de poches remplies de gaz qui empêchent la convection à grande échelle .

L’alternance de la poche de gaz et du matériau solide fait que la chaleur doit être transférée à travers de nombreuses interfaces, ce qui entraîne une diminution rapide du coefficient de transfert de chaleur.

 

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Qu’est-ce que le verre mousse – Verre cellulaire – Définition

Le verre cellulaire (verre de mousse) est un matériau en mousse de verre qui se forme à partir d’une réaction entre le verre et le carbone à haute température. Le verre mousse a une structure cellulaire. Génie thermique

Verre Mousse – Verre Cellulaire

verre mousse - verre cellulaireLe verre cellulaire ( verre de mousse ) est un matériau en mousse de verre qui se forme à partir d’une réaction entre le verre et le carbone à haute température. Le verre mousse a une structure cellulaire et il est imperméable. Il a de bonnes propriétés thermiques et peut donc être utilisé comme isolant thermique. Sa grande imperméabilité le rend idéal comme barrière contre l’humidité du sol. Le verre mousse étant entièrement composé de matériaux inorganiques, il est ininflammable. Le verre mousse possède également une résistance à la compression élevée, ce qui le rend très approprié pour l’isolation de toits plats recouverts de bitume d’autres substances lourdes. D’autre part, le verre mousse ne convient pas à l’isolation des revêtements de sol en bois, en raison de sa grande imperméabilité.

Catégorisation des matériaux isolants

Matériaux d'isolation - Types

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