Test des propriétés thermiques des systèmes modernes de fixation des façades ventilées

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 946 (2023) Citer cet article

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L'étude rapportée dans cet article a porté sur un ensemble de fixations de construction utilisées dans les façades ventilées. Pour les fixations de construction actuellement présentes sur le marché industriel, les valeurs de la conductivité thermique effective ont été mesurées expérimentalement. Ces valeurs ont ensuite été utilisées dans des simulations numériques exécutées avec le logiciel COMSOL Multiphysics. La validation du modèle de simulation a été faite dans des tests expérimentaux supplémentaires spécifiques. L'article présente une méthode de détermination du coefficient de conductivité thermique efficace pour les fixations avec une nouvelle conception. Les distributions de température et les flux de chaleur ont été déterminés pour différentes variantes de murs multicouches avec les attaches. Le calcul du coefficient de conductivité thermique effectif pour un profilé structurel est basé sur le bilan thermique du poste de mesure. Les tests effectués montrent non seulement une réduction attendue de la valeur du coefficient pour les structures dans lesquelles l'acier inoxydable est utilisé. Les résultats démontrent également que les fixations avec des trous découpés dans leurs structures ont des coefficients de conductivité thermique effective significativement plus faibles que celles avec des parois pleines. Cet effet peut être justifié par la formation de rétrécissements en forme de labyrinthe prolongeant le trajet de flux de chaleur conducteur dans la fixation. Comme résultat final des tests expérimentaux et des simulations COMSOL, l'application de la conductivité thermique effective comme nouvel indicateur de l'efficacité thermique des fixations de construction est proposée dans la pratique industrielle. Par conséquent, la conception des fixations de construction avec différentes formes de trous est recommandée pour améliorer leurs caractéristiques d'isolation.

Dans le passé, les critères de sélection des fixations de construction pour la construction d'un mur ventilé étaient principalement la résistance et les propriétés mécaniques. Après le durcissement de la réglementation sur les conditions d'isolation que doivent respecter les murs des bâtiments et la haute efficacité des matériaux isolant la surface des murs, il s'est avéré que les déperditions dont sont responsables les flux thermiques transmis par les structures porteuses, y compris les fixations des bâtiments, représentent une part croissante dans l'ensemble des déperditions thermiques. Cette situation oblige les concepteurs à utiliser des fixations de construction avec des paramètres d'isolation de mieux en mieux. Une nouvelle solution, pas encore largement utilisée, mais comme cette recherche l'a montré, l'utilisation de l'extension des trous du chemin de flux de chaleur dans les fixations est efficace. Les auteurs de l'article ont utilisé des méthodes standard pour évaluer les propriétés thermiques des fixations testées : tests expérimentaux et simulations numériques.

Les simulations numériques et les essais expérimentaux sont largement utilisés pour étudier les propriétés de diverses fixations de construction1,2 en termes de résistance3,4 et de matériaux utilisés. L'imagerie thermique permet d'identifier les propriétés thermiques des fixations5,6 et leur impact sur les systèmes muraux à plusieurs couches. Les systèmes de façade ventilée, une solution souhaitable en raison des économies d'énergie qu'ils procurent7,8, sont étudiés à l'aide de simulations numériques9. Les études portent principalement sur les effets des conditions météorologiques saisonnières sur les caractéristiques de performance d'une façade10 ou sur l'influence des façades ventilées sur la demande énergétique des bâtiments11. Dans12, les auteurs ont étudié les coefficients de transfert de chaleur des murs avec différentes quantités de fixations utilisées pour monter le panneau sur la façade. Ils ont constaté une augmentation significative des valeurs de coefficient des panneaux ventilés par rapport aux systèmes de façade ventilés traditionnels. Le présent article montre que les éléments individuels des façades ventilées ont également un impact sur la conduction thermique.

Les façades ventilées se composent d'une couche intérieure, d'une isolation, d'une chambre de ventilation et d'une finition extérieure (panneaux de revêtement extérieur). Le système réduit les charges thermiques dues au rayonnement solaire et protège des intempéries13. Aujourd'hui, il existe de nombreuses recherches sur les façades comme élément indispensable de l'architecture de grande hauteur des villes modernes14. L'utilisation de façades ventilées a été analysée en détail dans15.

Les fixations de construction sont des éléments importants des façades ventilées et sont soumises aux réglementations européennes16 et polonaises17 applicables. Étant donné que ces réglementations prévoient une réduction progressive des coefficients de transfert de chaleur pour les cloisons de bâtiment, il est nécessaire de concevoir une fixation qui aide à minimiser les coefficients aux niveaux requis. Les exigences relatives à l'isolation thermique, à la résistance et à la sécurité incendie sont actuellement satisfaites par les options suivantes :

Concevoir des fixations en matériaux à faible conductivité thermique (ex. acier inoxydable au lieu d'alliages d'aluminium) ;

Accroître la complexité de la conception des fixations (par exemple, utilisation de trous prolongeant le trajet du flux de chaleur) ;

Application de tampons en matériaux isolants.

La troisième option est difficile à mettre en œuvre si les exigences de résistance et de sécurité incendie doivent être satisfaites en même temps. La première option donne de bons résultats mais présente de sérieuses limites. Un matériau qui répondra aux futures exigences de coefficient de conductivité à un prix acceptable est difficile à trouver. La deuxième option est prometteuse, en particulier en combinaison avec la première option.

Cet article présente les résultats d'études expérimentales et de simulation des propriétés thermiques de systèmes de fixation de façades ventilées dans lesquelles les deux premières options ont été appliquées. Le paramètre caractérisant ces propriétés est la conductivité thermique effective, définie plus loin dans l'article. La conductivité thermique effective est principalement influencée par la conductivité thermique du matériau à partir duquel la fixation est fabriquée, sa conception (par exemple l'utilisation d'ouvertures empêchant le flux de chaleur) et la résistance thermique aux points de contact des surfaces de transfert de chaleur. Il convient d'ajouter que la méthode de mesure appliquée inclut les effets de tous les facteurs énumérés ci-dessus. Par conséquent, la conductivité thermique effective ainsi déterminée caractérise les propriétés thermiques réelles de la fixation.

La figure 1 illustre le concept de mesure du coefficient de transfert de chaleur et l'effet des facteurs d'entrée individuels, tels que l'utilisation d'ouvertures.

Illustration de l'effet de la conductivité thermique du matériau de fixation et de l'utilisation d'ouvertures empêchant le flux de chaleur sur la conductivité effective des fixations de construction et le flux de chaleur transféré. Description : A—surface de transfert de chaleur (interface entre la fixation et la surface plus froide) (m2), L—longueur de la fixation dans la direction du flux de chaleur (m), Th—température moyenne de la surface chauffante (K), Tc—température moyenne de la surface plus froide (K).

Cet article rapporte les résultats de l'étude des systèmes de fixation actuellement disponibles utilisés pour fixer les façades ventilées. La conception des fixations combine les options 1 et 2 décrites ci-dessus. La figure 2 montre les dimensions de la fixation.

Dimensions d'une fixation de bâtiment pour la fixation de façades ventilées.

La figure 3 présente une unité de fixation de bâtiment complète, complétée par un support de montage. Sous la forme représentée sur la figure 3, l'ensemble de fixation est utilisé pour fixer les revêtements et a été soumis à des tests expérimentaux sous cette forme.

Attache de construction avec support de montage.

L'équilibre thermique est la principale méthode pour analyser de nombreux problèmes pratiques de thermomécanique des corps solides et de physique du bâtiment.

La mesure du coefficient de conductivité thermique effectif λ d'une fixation de bâtiment est basée sur le bilan thermique du poste de mesure. En négligeant les pertes de chaleur vers l'environnement, la valeur numérique du flux de chaleur fourni par le courant électrique traversant l'élément chauffant est égale à la valeur numérique du flux de chaleur conduit à travers les surfaces de la fixation. Elle peut être exprimée par l'Eq. (1):

où \(\dot{Q}_{el}\)—puissance électrique fournie par le réchauffeur (W), \(\dot{Q}_{cond}\)—flux thermique transféré à travers la fixation (W).

Le support doit garantir les pertes de chaleur les plus faibles possibles dans l'environnement pour répondre aux conditions de la loi de Fourier de conduction thermique unidimensionnelle. L'utilisation du courant continu permet une détermination simple et précise de la puissance thermique fournie par le réchauffeur :

Le flux de chaleur transféré entre deux surfaces planes et pour les relations données à la Fig. 1, peut s'écrire de la manière permettant de déterminer la conductivité thermique effective :

où A - surface de transfert de chaleur (interface entre la fixation et la surface plus froide) (m2), L - longueur de la fixation dans la direction du flux de chaleur (m), Th - température moyenne de la surface chauffante (K), Tc - température moyenne de la surface plus froide (K), λ - coefficient de conductivité thermique pour un matériau homogène (W m−1 K−1) ou, comme utilisé plus loin dans cet article : λ′ - conductivité thermique effective pour un matériau non homogène.

La méthode de mesure proposée détermine le coefficient de conductivité thermique effectif réel qui inclut l'impact de la structure intérieure de la fixation (trous prolongeant le flux de chaleur dans la surface d'échange thermique, extrusion) et l'influence de la résistance thermique de contact sur sa capacité de conduction thermique.

Les essais comprenaient des mesures du coefficient de conductivité thermique effectif de la fixation de bâtiment présentée en Fig. 2. Lors des mesures en conditions réelles d'utilisation, la fixation est complétée par un support de fixation (Fig. 3) sur lequel est fixé le bardage (conditions réelles) ou le refroidisseur (conditions de mesure). La surface du composant est la surface réceptrice de chaleur. Le support de mesure a été construit selon le concept de mesure présenté dans la section "Introduction". Le diagramme schématique du support est illustré à la Fig. 4 et une vue de la section de mesure est à la Fig. 5. La partie principale est l'ensemble reliant la fixation testée au réchauffeur et au refroidisseur. Deux thermocouples miniatures sont placés entre la paroi de fixation et le réchauffeur. Le refroidisseur est fixé à l'extrémité opposée de la fixation et deux thermocouples miniatures sont placés entre la fixation et le refroidisseur. Le réchauffeur, la fixation, les thermocouples et le refroidisseur ont été recouverts de silicone pour réduire la résistance de contact thermique à l'interface entre deux surfaces conductrices de chaleur.

Schéma de principe du support de mesure. Désignations : 1—fixation, 2—élément de montage, 3—réchauffeur, 4—refroidisseur, 5, 6—thermocouples de type K (0,5 mm de diamètre), 7—résistance chauffante, 8—entrée de liquide de refroidissement 9—sortie de liquide de refroidissement, 10—boîtier isolé.

(A) Vue de la section expérimentale avant d'être isolée et placée dans le flacon Dewar. Désignations comme dans la Fig. 4, (B) Vue de la section expérimentale après avoir été placée dans le vase Dewar et pendant le processus d'isolation. Désignations : 11—isolation en polystyrène, 12—flacon Dewar.

Le système de mesure de la température était composé de trois thermocouples de type K connectés au module de mesure NI 9211 puis au module cDAQ-9171 connecté à une commande PC (Fig. 6). Le script contrôlant l'expérience et le flux de données a été écrit en LabView. Deux thermocouples ont été placés sur la surface de refroidissement et un sur la surface de chauffage. L'utilisation d'un seul thermocouple sur la surface chauffante était due à la surface irrégulière de la fixation. Comme on le voit sur la figure 4, le réchauffeur se composait d'une résistance chauffante 7 et d'un bloc d'aluminium 3 pour une répartition uniforme de la chaleur. Les thermocouples 5 et 6 ont été placés entre le bloc d'aluminium et la fixation. L'ensemble du chemin de mesure de la température a été calibré à l'aide d'un thermomètre Testo 735-2 avec un capteur de mesure Pt100 Testo 0614 0235. La mesure a été effectuée dans des conditions de régime permanent. Comme mentionné dans le nouveau texte, l'échantillon a été isolé avec une épaisse couche de polystyrène et un vase Dewar. La mesure a été précédée d'une période d'échauffement de 60 minutes pour permettre à la configuration d'atteindre des conditions d'état stable. Ensuite, la session de mesure réelle comprenait 20 à 30 mesures partielles prises toutes les secondes. Le régime permanent et la bonne isolation thermique de l'installation ont permis un nombre considérable de mesures partielles cumulées.

Schéma du système de mesure.

Afin d'obtenir une faible valeur d'incertitude du coefficient de conductivité thermique efficace, le système de mesure a été doté de capteurs de mesure de haute précision couplés à un système informatique de lecture et d'enregistrement des données. L'environnement LabView a permis un étalonnage pratique des voies de mesure de la température, Figs. Les figures 7, 8 et le tableau 1 montrent un exemple de courbe d'étalonnage pour l'un des thermocouples du banc expérimental.

Les données pour tracer la courbe d'étalonnage sont saisies dans LabView.

Courbe d'étalonnage pour une voie de mesure de température.

L'étalonnage du chemin de mesure composé de modules de mesure de National Instruments et de thermocouples de type K de Czaki a donné une incertitude de mesure maximale autorisée de 0,5 K. L'étalonnage a couvert la plage de 20 à 90 °C dans laquelle toutes les mesures de la série ont été effectuées.

Les calculs réels ont déterminé le coefficient de conductivité thermique effectif λ′ selon la formule (4). Lors des mesures, la tension alimentant le réchauffeur était d'env. 10 V et le courant traversant le réchauffeur était d'environ 0,6 A. Les deux paramètres étaient constants tout au long de l'expérience. Pour les expériences et les calculs, des variantes de fixations en acier inoxydable et en alliage d'aluminium ont été sélectionnées et fabriquées selon les solutions de divers fabricants. Les dimensions extérieures des fixations en acier étaient de 50 × 60 × 210 mm et celles des fixations en alliage d'aluminium étaient de 40 × 60 × 210 mm. Les attaches en acier avaient des ailettes de renforcement sur le côté montées sur le mur pour plus de rigidité. Dans un type de fixation, des trous ont été découpés (Fig. 1) pour réduire le coefficient de conductivité thermique effectif. Cet effet a été confirmé dans cette étude. Les variantes de fixation suivantes ont été étudiées :

Acier inoxydable, δf = 2 mm,

Acier inoxydable, δf = 3 mm,

Inox, 5 trous, δf = 3 mm,

Alliage d'aluminium, δf = 2,75 mm,

Alliage d'aluminium, δf = 4 mm.

Les propriétés des matériaux pour la fabrication des fixations sont compilées dans le tableau 2.

Les résultats du calcul du coefficient de conductivité thermique efficace moyen de la fixation sont présentés dans le tableau 3.

Attaches non. 2 et 3 ont une résistance mécanique et des dimensions similaires à la fixation no. 5 (tableau 3) et peuvent être utilisés de manière interchangeable. Il semble donc judicieux d'identifier une fixation présentant les meilleurs paramètres thermiques et de déterminer son potentiel de réduction des déperditions thermiques. Les fixations 2 et 3 sont directement comparables en raison des dimensions, du type et de l'épaisseur identiques. Le tableau 3 montre que les trous obstruant le transfert de chaleur réduisent le coefficient de conductivité thermique effectif.

Il convient de noter que le coefficient de conductivité thermique effectif est basé sur Eq. (3) et est lié à la zone de contact de la fixation avec les surfaces du réchauffeur et du refroidisseur.

Les fixations en alliage d'aluminium ont des coefficients de conductivité thermique beaucoup plus élevés et leur conception diffère de celles en acier. Le diagramme permet une autre inférence concernant l'effet de l'épaisseur de la fixation, c'est-à-dire qu'une épaisseur réduite conduit au coefficient de conductivité thermique efficace réduit de l'unité de fixation.

L'exactitude de la méthode a été vérifiée à l'aide de la mesure de la conductivité thermique d'un matériau homogène - un cuboïde de 50 × 50 × 100 mm en alliage d'aluminium AW-2017A (AlCu4MgSiA). Le résultat obtenu pour l'alliage choisi était de 143,5 W m−1 K−1, proche de la valeur spécifiée dans la norme EN 573-1 pour AW-2017A.

Les études expérimentales ont été complétées par des simulations numériques visant à déterminer le coefficient de transfert de chaleur et la perte de chaleur d'une surface unitaire (1 × 1 m) de la paroi ventilée.

Les simulations ont été réalisées à l'aide du logiciel commercial COMSOL Multiphysics18. Un modèle numérique de la section de mur multicouche avec la fixation a été basé sur les hypothèses de la Fig. 9. Les simulations ont été effectuées pour des variantes de section de mur multicouche de 1 × 1 m avec le revêtement extérieur en (a) béton fibré (λ = 1,5 W m−1 K−1) et (b) panneaux en alliage d'aluminium (λ = 167 W m−1 K−1). Les deux variantes suivantes ont été envisagées :

Fixation en acier inoxydable avec trous prolongeant le flux thermique, δf = 3 mm, λ = 4,26 W m−1 K−1.

Fixation en alliage d'aluminium, δf = 4 mm, λ = 21,04 W m−1 K−1.

Coupe d'un mur multicouche analysée par simulation numérique. Dénotations : 1 - mur (béton armé), 2 - isolation (laine minérale), 3 - lame d'air, 4 - deux variantes de revêtement extérieur : béton fibré, δp = 20 mm, ou panneaux en alliage d'aluminium, δp = 3 mm, 5 - fixation.

Le tableau 4 compile les données des matériaux utilisés dans les éléments de murs multicouches inclus dans les simulations numériques.

Des calculs basés sur la simulation ont été effectués dans l'environnement COMSOL18 et comprenaient la détermination des champs de température dans les sections considérées des murs multicouches, le coefficient de transfert de chaleur et le flux de chaleur transféré à travers le mur multicouche. Les simulations étaient basées sur l'équation de transfert de chaleur décrite pour les conditions déterminées par la relation :

où T—température, λx, λy, λz—conductivité thermique dans les directions x, y, z respectivement, q—flux de chaleur par unité de volume.

Une équation différentielle peut avoir un nombre arbitraire de solutions car les constantes d'intégration peuvent être sélectionnées arbitrairement. Afin de trouver la bonne solution, il est nécessaire de préciser, entre autres, les conditions transfrontalières, notamment :

Conditions initiales qui définissent la répartition de la température dans la section de paroi multicouche à un instant sélectionné (instant zéro).

Conditions aux limites qui définissent les conditions de transfert de chaleur à la surface externe de la section de paroi multicouche, c'est-à-dire la température ambiante (à une certaine distance de l'extérieur de la paroi) 253 K et 293 K à l'intérieur et respectivement et, par conséquent, les coefficients de transfert thermique convectif 8 W m−2 K−1 ; 25 W m−2 K−1. Le modèle numérique était composé de 147 473 éléments tétraédriques, ce qui rendait l'effort de calcul assez important mais améliorait la fiabilité des résultats. L'erreur de taille de maille plus grossière était plus grande que pour une plus fine. Des simulations numériques ont été réalisées pour un maillage normal prédéfini. La méthodologie de l'analyse de sensibilité a été tirée de19 et20.

La figure 10 montre un exemple d'une coupe transversale du fragment de paroi multicouche en cours d'analyse. La coupe montre le champ de température avec un code couleur pour évaluer la profondeur à basse température dans la coupe d'un mur multicouche.

Champ de température calculé dans la section du mur multicouche coupé par un plan passant par les fixations. Bardage - béton fibré. Cas considérés : (a) attache en aluminium, δf = 4 mm (b) attache en aluminium, δf = 2,75 mm, (c) attache en acier inoxydable δf = 3 mm, (d) attache en acier inoxydable avec trous, δf = 3 mm, (e) attache en acier inoxydable δf = 2 mm.

L'analyse du champ de température dans le mur du bâtiment montre une réduction significative des régions à basse température lorsqu'une fixation en acier résistant à la corrosion est utilisée et une réduction de la profondeur à basse température dans la section transversale du mur multicouche.

La figure 11 montre le champ de température dans les sections transversales des fragments de paroi. L'effet de l'emplacement de la fixation est visible, tout comme les gradients de température nettement plus élevés pour la fixation en alliage d'aluminium.

Champ de température calculé dans les sections transversales de la paroi multicouche avec un revêtement en aluminium. Cas considérés : (a) attache en aluminium, δf = 4 mm (b) attache en aluminium, δf = 2,75 mm, (c) attache en acier inoxydable δf = 3 mm, (d) attache en acier inoxydable avec trous, δf = 3 mm, (e) attache en acier inoxydable δf = 2 mm.

Le tableau 5 compile le résultat final de la simulation, c'est-à-dire le coefficient de transfert de chaleur et le flux de chaleur pénétrant à travers la paroi multicouche. L'analyse des résultats dans le tableau 5 montre un effet significatif des fixations de construction appliquées sur la perte de chaleur du mur multicouche. L'isolant épais en laine minérale est un facteur majeur de conduction de la chaleur à travers les fixations du bâtiment, ce qui a un impact significatif sur la perte de chaleur.

Les incertitudes de mesure de type A et de type B pour la détermination du coefficient de conductivité thermique effective ont été calculées selon le Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure21. L'incertitude type de type A a été calculée sur la base de l'analyse statistique des mesures avec l'écart type par rapport à la valeur moyenne comme base. L'incertitude standard de type B a été déterminée sur la base des incertitudes de mesure des appareils utilisés dans l'expérience. Le système de mesure interne de l'alimentation électrique TDK Lambda a été utilisé pour mesurer la tension et le courant fourni à l'élément chauffant, pour lequel l'incertitude de mesure maximale autorisée était de 0,05 % de U mesuré et de 0,3 % de I mesuré. La zone de transfert de chaleur a été calculée sur les dimensions linéaires mesurées du profil. Les mesures ont été faites avec un pied à coulisse avec une incertitude de lecture de 0,1 mm. Pour atteindre un niveau de confiance supérieur à 95 %, nous avons adopté le facteur de couverture kp = 221 dans les calculs statistiques. Le tableau 3 présente l'incertitude de mesure pour le coefficient de conductivité thermique efficace des fixations de construction étudiées.

La bonne exécution des simulations numériques devrait également inclure l'étape de validation22. Pour valider les résultats numériques, les conditions de fonctionnement réelles des fixations ont été simulées dans le banc expérimental, Fig. 12. Cela signifie que les mêmes plages de température et différences de température entre les côtés interne et externe du mur supposées dans la simulation numérique ont été enregistrées dans l'expérience de validation.

Schéma de principe du banc expérimental de validation de la maquette numérique (pas à l'échelle). Description : 1—fixation de bâtiment, 2—chauffage, 3—caméra d'imagerie thermique, 4—plaque en aluminium qui simule le revêtement extérieur d'un mur multicouche. Les dimensions de l'entrefer et de l'isolation sont données à la Fig. 9.

Ensuite, des thermogrammes de la surface du revêtement relié à la fixation ont été réalisés avec la caméra thermique FLIR SC7600. Le profil de température de l'imagerie thermique était cohérent avec le profil obtenu à partir de la simulation, ce qui confirme que la mesure et les techniques de simulation ont été effectuées correctement.

La figure 13 illustre les écarts de température correspondant au modèle de simulation et aux thermogrammes expérimentaux. La zone de différence de température étudiée était limitée par deux cercles de diamètres d1 et d2. Le diamètre d1, égal à 78 mm, correspond approximativement à celui du cercle circonscrit à la section de la fixation. Le diamètre d2 était le double du diamètre d1 pour la simulation et la validation.

Répartition de la température autour de l'interface entre la fixation et la gaine dans les conditions simulant les températures naturelles des deux éléments : (A) simulation numérique, (B) enregistrée avec une caméra thermique. Les températures moyennes ont été évaluées le long des cercles de diamètres d1 et d2.

Les résultats numériques ont été validés en comparant les valeurs obtenues Tsimul avec des mesures de température Tmesurées dans les conditions correspondantes. Un modèle numérique est considéré comme bien validé si la différence relative entre les résultats ci-dessus est inférieure à 10 %23. La différence relative a été calculée comme suit :

Les valeurs moyennes de la température simulée et mesurée aux cercles de diamètres d1 et d2 sont données dans le tableau 6, où la valeur de la différence relative ε est également indiquée.

Pour tous les cas étudiés, la différence ε était inférieure à 10 %.

La combinaison de simulations numériques et d'études d'imagerie thermique est une méthode efficace d'investigation du transfert de chaleur et de rationalisation des bâtiments. L'expérience a confirmé la précision de la simulation numérique. L'utilisation d'acier inoxydable pour les fixations est bénéfique pour le transfert de chaleur car les aciers ont une conductivité thermique inférieure à celle d'autres matériaux traditionnels, par exemple les alliages d'aluminium. Il convient de noter que le coefficient de conductivité thermique effectif défini dans l'article n'est pas lié à la section transversale de la fixation, mais à la surface de contact de la fixation avec les surfaces de chauffage et de refroidissement. Les tests ont montré une réduction significative du coefficient de conductivité thermique effectif pour une structure avec des trous prolongeant le trajet du flux de chaleur. Les résultats montrent que les fixations dont les parois ont été fraisées ont un coefficient de transfert thermique plus faible que celles dont les parois sont pleines. Cet effet peut être attribué à la formation de rétrécissements en forme de labyrinthe dans le matériau conducteur, qui prolongent le trajet du flux de chaleur. Les tentatives futures pour réduire le coefficient de conductivité thermique effectif devraient se concentrer sur la sélection d'alliages d'acier appropriés et sur l'optimisation de la forme et du nombre de trous prolongeant le chemin du flux de chaleur. Il convient de prêter attention aux exigences de résistance des fixations. La méthode structurelle proposée dans les enquêtes présentées pour améliorer les propriétés thermiques de la fixation en étendant le flux de chaleur est une nouvelle pratique dans l'industrie du bâtiment. Les données expérimentales de la conductivité thermique effective pour toutes les fixations testées ont prouvé l'efficacité de cette nouvelle conception de fixation. Ces résultats recommandent la nouvelle conception des fixations de construction avec des trous structuraux comme moyen efficace et économique d'améliorer leurs paramètres d'isolation. La conductivité thermique effective utilisée comme indicateur des performances thermiques de la fixation est une nouvelle proposition dans la littérature spécialisée. Cet indicateur doit être étayé par la vérification des tests expérimentaux de la manière décrite dans l'article.

Les ensembles de données générés et/ou analysés au cours de l'étude actuelle ne sont pas accessibles au public en raison de l'absence de consentement des entités coopérantes, mais sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Surface de transfert de chaleur (surface d'interface fixation/refroidisseur) (m2)

Chaleur spécifique (J kg−1 K−1)

Facteur de couverture

Dimension de la fixation dans le sens du flux de chaleur (m)

Courant (A)

Flux de chaleur (W)

Température moyenne de la surface (K)

Tension (V)

Epaisseur (mm)

Différence relative

Coefficient de conductivité thermique (W m−1 K−1)

Coefficient de conductivité thermique effectif (W m−1 K−1)

Densité (kg m−3)

Conduction thermique

Électrique

Chauffage

Glacière

Attache

Panneau

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La recherche menant à ces résultats a reçu un financement de la Faculté de génie civil, de mécanique et de pétrochimie, Université de technologie de Varsovie, 09-400 Płock, Pologne dans le cadre de la convention de subvention n° 504/04480/7193/44.000000.

Ces auteurs ont contribué à parts égales : Mirosław Grabowski, Mieczysław E. Poniewski et Jacek Wernik.

Faculté de génie civil, de mécanique et de pétrochimie, Université de technologie de Varsovie, 09-400, Płock, Pologne

Miroslaw Grabowski, Mieczyslaw E. Poniewski & Jacek Wernik

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Conceptualisation, MG et JW ; méthodologie, MG ; logiciels, JW ; validation, MG et JW ; analyse formelle, MG ; enquête, MG ; conservation des données, MG ; rédaction—préparation du brouillon original, MG ; rédaction—révision et édition, MG, MEP et JW ; supervision—MEP Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.

La correspondance est Mirosław Grabowski.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Grabowski, M., Poniewski, ME & Wernik, J. Test des propriétés thermiques des systèmes modernes de fixation de façade ventilée. Sci Rep 13, 946 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-27748-4

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Reçu : 20 juillet 2022

Accepté : 06 janvier 2023

Publié: 18 janvier 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-27748-4

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