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Masse thermique et capacité thermique : quel est leur mystérieux lien
Dans la conception des bâtiments, la masse thermique est une propriété physique importante qui détermine la manière dont le flux d'énergie thermique dans un bâtiment affecte ses changements de température. Cependant, il ne semble pas y avoir de consensus parmi les experts concernant la définition de la masse thermique. De nombreux chercheurs la considèrent comme synonyme de capacité thermique, qui est la capacité d'un objet à stocker de l'énergie thermique, tandis que d'autres décrivent la masse thermique en conjonction avec son volume et sa capacité thermique volumétrique. Cette incohérence a conduit à considérer la masse thermique comme une pseudoscience aux yeux de certains chercheurs. Cet article explorera le lien entre la masse thermique et la capacité thermique et leur application dans la conception des bâtiments.
La masse thermique est généralement représentée par le symbole
Cth, et son unité SI estJ/KouJ/°C(les deux sont effet équivalent).
La relation entre la chaleur Q et la masse thermique peut être définie comme : Q=CthΔT, où Q représente l'énergie thermique transférée, et < strong>ΔT est le changement de température. Cela signifie que lorsque la chaleur pénètre dans un objet, la masse thermique détermine l'augmentation de la température de l'objet.
Par exemple, si 250 Joules de chaleur sont ajoutés à un engrenage en cuivre ayant une masse thermique de 38,46 Joules/°C, sa température augmentera de 6,50°C. Cette uniformité de la matière rend le calcul de la masse thermique relativement simple, en utilisant uniquement la masse de l'objet et sa capacité thermique spécifique.
La difficulté de calculer la capacité thermique augmente dans les bâtiments composés de plusieurs matériaux. Cela nécessite généralement de additionner les capacités thermiques de chaque matériau pur ou d'effectuer des mesures directes de l'objet dans son ensemble. Cela rend l’analyse de la masse thermique dans les composites multi-matériaux plus complexe.
"La masse thermique dépend de la relation entre la capacité thermique spécifique, la densité, l'épaisseur et la conductivité thermique du matériau."
Dans un contexte architectural plus large, l'impact de la masse thermique est considéré comme ayant un lien direct avec le confort. Si la température extérieure change fréquemment, l’ajout de masse thermique peut améliorer le confort pendant un certain temps. Cependant, la masse thermique peut constituer un handicap lorsque l’espace est utilisé de manière intermittente. Avec le flux continu de chaleur, l’effet de la masse thermique est à peine perceptible. Par conséquent, les calculs de capacité thermique ne sont généralement pas inclus dans les calculs techniques.
"Aux États-Unis et au Canada, les équipements de chauffage et de refroidissement des bâtiments sont généralement planifiés conformément au manuel J de l'Air Conditioning Contractors Association (Manuel J), mais ce processus ne prend pas en compte l'impact de la capacité thermique."
Selon le manuel J, les équipements de chauffage et de refroidissement d'un bâtiment doivent être mesurés en détail en fonction de détails tels que la taille, la structure, l'isolation, l'étanchéité à l'air, les caractéristiques des équipements et les charges des utilisateurs de la maison. Bien que la capacité thermique soit supposée au cours de ce processus, l'équipement est principalement conçu pour maintenir un environnement intérieur confortable à des températures extrêmes.
Le lien mystérieux entre la masse thermique et la capacité thermique, en particulier dans le contexte de la durabilité et du confort dans la conception des bâtiments, reste un domaine qui mérite des recherches plus approfondies. À mesure que la technologie du bâtiment progresse, la manière de mieux utiliser la masse thermique et ses propriétés associées pourrait devenir la clé des conceptions futures. Lorsqu’on considère la masse thermique, faut-il réévaluer son potentiel pour réduire la consommation d’énergie et maintenir le confort ?
