DYNAMIQUE THERMIQUE 1

La chaleur:

La chaleur est de l'énergie. Scientifiquement parlant, la chaleur est causée par les collisions d'atomes qui ne sont jamais immobiles mais toujours en mouvement. Plus de chaleur signifie plus de mouvement atomique. Les collisions provoquent par conséquent l'émission d'un rayonnement infrarouge (bénéfique) aussi appelé rayonnement ou chaleur rayonnante. L'augmentation de la température d'un corps provoque sa dilatation sous l'effet d'une agitation atomique accrue. En chauffant un matériau, nous provoquons une augmentation de l'agitation atomique avec une augmentation des collisions atomiques et une augmentation de l'émission de rayonnement infrarouge (ou de chaleur). Un corps chaud qui émet des rayons infrarouges dans un environnement froid dégage de la chaleur avec une diminution de son agitation atomique et un rétrécissement de sa taille. Le corps le plus froid est toujours réchauffé par rayonnement et/ou conduction des corps environnants plus chauds ! Un corps chaud (au-dessus du zéro absolu) dans un environnement à la même température, donne et reçoit la même quantité de chaleur, est en équilibre thermique et ne diminue ni n'augmente sa température. L'équilibre thermique est la condition vers laquelle tend la nature par le transfert d'énergie thermique qui se produit du corps chaud au corps froid.

Plus la différence thermique entre les corps est grande, plus le taux de transfert thermique est élevé et plus la quantité de ce transfert par unité de temps est élevée. La plus grande différence de température entre les corps augmente l'échange de chaleur. Les corps incandescents émettent également un rayonnement lumineux.

Principes de la thermodynamique :

- L'énergie ne se crée ni ne se détruit, elle ne peut que se transformer d'une forme à une autre (chaleur, électricité, mouvement, force) !

- L'énergie thermique (chaleur) migre toujours et uniquement du corps chaud vers le corps froid et jamais en sens inverse ! (Un corps froid proche de nous ne transfère pas de froid à notre corps, c'est notre corps qui transfère de la chaleur au corps froid et ce faisant il perd sa chaleur et se refroidit).

Le corps humain produit de la chaleur grâce à son métabolisme qui brûle les sucres... le sucre est le carburant du corps humain. Le corps humain a besoin de la bonne température de fonctionnement et dispose d'un système de régulation automatique qui parvient à le réguler dans différentes conditions extérieures ... malheureusement, il parvient à apporter des corrections de manière limitée dans sa capacité à se réchauffer. En revanche, sur le transfert de chaleur, il est capable de se réguler davantage grâce à la transpiration qui évacue la chaleur de manière incisive. L'activité physique augmente le métabolisme du sucre et augmente la chaleur produite. Les facteurs externes affectent en apportant ou en retirant de la chaleur. Le bien-être physique dépend de la somme de la chaleur endogène (générée à l'intérieur) et de la chaleur exogène (apportée de l'extérieur par rayonnement et conduction). Le corps humain émet également de la chaleur qui affecte l'équilibre de l'environnement extérieur. Un lieu rempli de personnes ou d'animaux se réchauffe grâce à l'apport de chaleur des seuls corps... un corps humain pourrait émettre environ 100 W de chaleur par rayonnement, convection, conduction, transpiration !

Source PEXATHERM Italie

L'activité physique affecte grandement la production de chaleur du corps humain.

le corps humain cède ou acquiert de la chaleur par rayonnement, conduction et convection.

Le corps rayonne de la chaleur, génère simultanément de la convection (qui est la conduction vers l'air qui nous touche) et disperse ou acquiert de la chaleur par conduction avec les matériaux avec lesquels il est en contact.

La dispersion de la chaleur évite la surchauffe du corps qui conduirait à la mort tandis que l'acquisition de la chaleur de l'environnement permet de ne pas mourir de froid.

Si la chaleur ambiante est insuffisante, le corps a froid car il dégage trop de chaleur et inversement si l'environnement apporte trop de chaleur au corps humain, il est incapable de disperser suffisamment de chaleur et se met à transpirer pour augmenter la dispersion.

Le corps en phase de repos a une température de surface externe d'environ 36 degrés mais trouve son équilibre thermique avec un environnement ayant environ 21 ou 22 degrés de température de l'air. Dans cette situation, le corps est capable de disperser l'excès de chaleur interne sans en perdre trop. Si au repos on est bien à 22 degrés et que le corps a sa surface à 36 degrés, cela signifie que le corps humain doit constamment céder de la chaleur pour rester dans un équilibre thermique correct... mais il ne faut pas qu'il en donne trop !

Le corps génère beaucoup de chaleur et doit la donner à l'extérieur pour se refroidir... comme toute machine à chaleur inventée par l'homme !

En plus de la température de l'air, il existe des phénomènes d'irradiation des objets solides environnants qui émettent des rayons infrarouges en fonction de leur température de surface et du matériau qui les compose.

Si l'air est à 21 degrés mais que vous êtes proche d'un corps glacé, à la longue, nous aurons froid du côté du corps glacé. Cela se produit parce que nous rayonnons de la chaleur vers lui, il reçoit notre chaleur mais il n'en émet pas assez vers nous, nous aurons une perte de chaleur excessive et nous aurons froid.

Pour restaurer l'état de bien-être thermique, il sera bon d'enlever l'objet glacé ou de le chauffer ou d'augmenter la température de l'air ambiant de 1 ou 2 degrés pour contrer la perte thermique, ou de faire une activité physique qui permet d'augmenter la génération thermique interne . . ou mettre une chemise plus épaisse qui réduit nos déperditions thermiques ou mettre le "pull" sur le corps froid (isolant) pour que notre transfert de chaleur vers celui-ci soit limité.

Dans le chauffage domestique, il faut tenir compte du fait que plus les murs extérieurs sont froids, plus la température de l'air ou l'émission de chaleur rayonnante dans l'environnement doit être élevée.

Dans le cas du dessin ci-dessus, si nous avions le canapé juste sous le mur froid, l'air glacial nous atteindrait du plafond au-dessus de nos têtes, ce qui rendrait inconfortablement froid de rester sur le canapé. Là aussi, l'isolation peut contribuer à réduire l'effet convectif "négatif". Le chauffage par plinthes élimine complètement cet effet et élimine totalement tous les effets négatifs des murs froids, y compris la possibilité, en présence d'un excès d'humidité, de condensation superficielle sur les murs. La condensation diminue le pouvoir isolant du mur lui-même, le rendant plus conducteur et donc plus froid, aggravant encore la situation.

Si l'apport de chaleur dans la pièce est trop faible, le corps humain se met en transfert de chaleur excessif vers l'extérieur avec une sensation de froid... c'est la situation que l'on veut opposer aux systèmes de chauffage.

Le sol froid provoque le même état et en plus évacue la chaleur de nos pieds par conduction (pieds froids) cependant si nous chauffons abondamment l'environnement, la sensation de pieds froids tend à s'éliminer.

Le bien-être thermique peut être ajusté en fonction de l'apport de chaleur qui nous parvient des corps extérieurs (chauffage / poêle).

L'apport de chaleur externe peut se produire par conduction à partir des matériaux que nous touchons (y compris l'air) et par rayonnement.

Nous appellerons facteur X la somme des chaleurs interne et externe qui déterminent l'état d'équilibre et de bien-être thermique... ayant pris note qu'il s'agit de chauffage domestique et qu'à la maison nous sommes souvent au repos, la chaleur endogène est presque stable, le facteur X peut être défini comme le seul apport de chaleur externe.

Le chauffage hivernal a précisément pour but de créer les conditions de maintien de la valeur X de production thermique nécessaire à l'équilibre de la température humaine.

Un corps à 30°C qui se développe sur une surface de 1 m², rayonne environ 1 kw.

Les murs de nos maisons dégagent de la chaleur en fonction de leur température et de leur surface. Plus ils sont froids, plus la contribution qu'ils peuvent apporter est faible et plus nos pertes thermiques seront importantes à leur égard. L'isolation élève leur température de surface, augmentant le confort et diminuant nos déperditions vers les murs. Une plate-forme au sol apporte le même avantage.

Si les murs, grâce à l'isolation, sont à 15 degrés, ils rayonnent plus de chaleur que s'ils avaient 7 degrés en surface et réduisent nos déperditions vers eux... l'isolation est toujours importante !

Avoir des murs plus chauds, des températures de l'air plus basses et moins d'apport de chaleur du poêle ou d'une autre source de chaleur suffira pour atteindre le facteur de confort X.

La vitesse de l'air a un impact considérable : si l'air est rapide et froid, il accélère fortement la dispersion de la chaleur de notre corps par conduction !

Le corps humain a toujours besoin d'un apport de chaleur externe pour vivre mais en quantité suffisante pour permettre une légère dispersion de la chaleur.

En été, l'apport de chaleur est excessif et l'ombrage et le refroidissement sont nécessaires.

En hiver, l'apport de chaleur est insuffisant et une source de chaleur supplémentaire est nécessaire pour compenser les pertes thermiques.