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

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.

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.

Parois de bâtiment transfert de chaleur propriétés thermiques méthode inverse simulations thermiques dynamiques

Building walls heat transfer thermal properties inverse method dynamic thermal simulation