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Experimental and numerical thermophysical characterization methods applied to an old brick wall in dynamic conditions

Méthodes expérimentales et numériques appliquées à la caractérisation thermophysique d’un mur en briques anciennes en conditions instationnaires


Emilio Sassine
Université Libanaise
Liban

Yassine Cherif
Université d’Artois
France

Emmanuel Antczak
Université d’Artois
France

Joseph Dgheim
Université Libanaise
Liban



Published on 3 June 2020   DOI : 10.21494/ISTE.OP.2020.0517

Abstract

Résumé

Keywords

Mots-clés

The objective of this work is to improve knowledge on the thermo-physical characterization of building walls by comparing three numerical methods on an experimental masonry brick wall. The approach consist in a parametric identification of the thermophysical properties of the considered wall (namely the thermal conductivity λ and the thermal capacity ρ.cp), by comparing and minimizing the difference between the results of the experimental tests and those resulting from the numerical model. The experimental device consists of a controlled atmosphere thermal box crossed by a thermostatic bath radiator placed on the side opposite the wall. The experimental wall is a solid brick wall (6 cm × 11 cm × 22 cm) with mortar joints with a total thickness of 34 cm. It constitutes one of the four lateral faces of the box. Three different methods were examined: the analytical method using the heat transfer matrix, the finite element method using COMSOL® multiphysics software, and the Air node zone model method using the Type 56 of the TRNSYS® software. The results obtained were satisfactory for λ (0.914, 0.935, and 0.884 W.m-1.K-1 and for ρ.cp (1091445, 1057100, and 1095500 J/(m3.K)) for the three investigated methods.

L’objectif de ce travail est d’améliorer les connaissances sur la caractérisation thermo-physique des murs opaques en comparant trois méthodes numériques sur un mur expérimental en maçonnerie de brique. La démarche développée ici consiste à effectuer une identification paramétrique des propriétés thermophysiques du mur considéré (à savoir la conductivité thermique λ et la capacité thermique ρ.cp), en comparant et en minimisant la différence entre les résultats des tests expérimentaux et ceux résultant du modèle numérique. Le dispositif expérimental est constitué d’un caisson thermique à ambiance contrôlée traversé par un radiateur à bain thermostatique placé du côté opposé au mur. Le mur expérimental est un mur massif en brique (6 cm × 11 cm × 22 cm) avec des joints de mortier d’une épaisseur totale de 34 cm. Il constitue l’une des quatre faces latérales du caisson. Trois différentes méthodes ont été examinées : la méthode analytique utilisant la matrice de transfert de chaleur, la méthode des éléments finis utilisant le logiciel COMSOL® multiphysics, et la méthode du modèle de noeud d’air de zone (Air node zone) utilisant le Type 56 du logiciel TRNSYS®. Les résultats obtenus sont satisfaisants pour la conductivité thermique λ et pour la capacité thermique ρ.cp pour les trois méthodes étudiées.

Building walls heat transfer thermal properties inverse method dynamic thermal simulation

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