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SÉRIE DE THERMIQUE
1) Calculer la densité de flux solaire arrivant sur le mur capteur.
On néglige le rayonnement de la vitre et celui de la lame d'air.
On suppose que durant 1 heure, toute l'énergie absorbée est
stockée dans une fine couche de béton de 2 cm d'épaisseur au
voisinage de la surface noire. On suppose, de plus, que durant cette
période cette fine couche n'échange pas de chaleur avec son
environnement voisin.
2) Sachant que seulement 80% du flux incident est absorbé par
cette face, calculer la température atteinte au bout de 1 heure. On
donne, pour le calcul, la chaleur spécifique du béton C = 650 J Kg -1
°C -1 et sa masse volumique qui est de 2100 Kg m -3 .
Après une heure, un régime d'équilibre s'établit et l'apport
supplémentaire en énergie solaire sur la surface est compensé par des
échanges de chaleur entre la surface et son environnement voisin. Une
partie est cédée par conduction dans le béton et l'autre est échangée
avec la lame d'air par rayonnement et par convection.
3) Calculer la densité de flux cédé à travers l'épaisseur de béton
sachant que la température de la face tournée vers l'intérieure du local
à l'équilibre est 30 °C. On donne pour le calcul l'épaisseur du mur en
béton e = 30 cm et sa conductivité λ B = 1,75 Wm -1 °C -1
4) Calculer la densité de flux rayonné vers la lame d'air sachant
que l'émissivité de la face noire est 0,8.
5) Calculer la densité de flux échangé par convection sachant
que le coefficient d'échange est h = 10 Wm -2 °C -1 et que la
température dans la lame d'air est de 38 °C.
L'échange convectif entre la lame d'air et la chambre, combiné
avec la chaleur cédée par la surface de la paroi vers la chambre ont
permis d'atteindre une température ambiante de 20 ∞C dans la pièce.