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

Panneaux d’isolation sous vide (VIP)

La 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

La 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

Les 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 :

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:

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:

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

2. 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:

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Le 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:

q _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.