Capacité calorifique : Savoir ce qui stocke bien la chaleur

La capacité calorifique en détail

La capacité calorifique « C » d’un objet indique la quantité de chaleur qu’il faut lui apporter pour que sa température s’élève d’un certain nombre de degrés. Pour les calculs, cependant, les experts ont besoin de la capacité thermique spécifique. Dans ce cas, le symbole est un petit « c ». Cette taille fait référence à une quantité spécifique d’une substance.

Les kilojoules sont maintenant l’unité d’énergie internationalement reconnue. Vous trouverez donc sur l’emballage des informations sur la teneur énergétique des aliments en kJ. Pour l’énergie thermique dans les services du bâtiment, en revanche, l’unité de kilowattheures (kWh) est utilisée. Pour passer de kJ à kWh, il vous suffit de diviser le montant par 3 600 ou de multiplier par 0,00028.

Capacité calorifique isobare et isochore

La taille de la capacité calorifique spécifique dépend de la température de démarrage respective. À proprement parler, la capacité calorifique de l’eau susmentionnée ne s’applique qu’à 20 °C. Dans le cas des gaz, il y a aussi le fait qu’ils peuvent se dilater considérablement lorsqu’ils sont chauffés. Par conséquent, la physique fait la distinction entre la capacité thermique isobare et isochore.

Capacité calorifique isobare « c_p« 

• Avec lui, la pression reste constante pendant le chauffage et le volume change.
• La capacité calorifique isobare s’applique toujours lorsque le gaz peut se dilater librement dans l’espace.

Capacité calorifique isochore « c_v« 

• Avec lui, le volume reste constant pendant le chauffage et la pression change.
• La capacité calorifique isochore décrit les processus impliqués dans le chauffage du gaz dans un récipient fermé.

La capacité calorifique isobare est plus petite que l’isochore. Car pour se dilater, le gaz consomme une partie de la chaleur sous forme de travail de dilatation. Cette partie est alors manquante pour augmenter la température.

Exemples de capacité calorifique isobare versus isochore

• Le chauffage de l’air ambiant par un radiateur est un exemple de processus isobare.
• Parce que l’air de la pièce se dilate au-dessus du radiateur en raison du chauffage.
• Un exemple de processus isochore est le chauffage.
• Car dans un circuit de chauffage fermé, le volume est constant. Le chauffage s’échauffe donc de manière isochore et réagit à l’élévation de température dans les conduites par une augmentation de pression.

Capacité calorifique dans la construction et la technique de chauffage

L’importance de la capacité calorifique dans la construction et la technique de chauffage peut être illustrée à l’aide d’exemples de calcul.

Stockage tampon : que contient-il ?

Quelle quantité de chaleur « Q » un réservoir tampon de 1 000 litres peut-il stocker s’il est chauffé de 20 à 60 °C ? Un tel calcul aide le chauffagiste lors de la conception du système de chauffage. Pour ce faire, vous devez multiplier la capacité thermique spécifique par la différence de température et la masse de l’eau. De plus, il y a le facteur de conversion de kJ en kWh.

Circuit de chauffage : comment concevoir ?

La question de savoir combien d’eau doit s’écouler vers un radiateur pour qu’il puisse fournir sa pleine puissance peut également être facilement résolue. Prenons l’exemple d’un radiateur d’une puissance de 1 600 watts, qui peut l’utiliser pour émettre 1,6 kWh de chaleur dans la pièce en une heure. L’eau qui la traverse se refroidit de 10°C.

La quantité d’eau « m » qui doit s’écouler en une heure est alors obtenue à partir du calcul suivant :

De tels calculs sont nécessaires pour déterminer le diamètre des tuyaux de chauffage et pour sélectionner la bonne pompe à chaleur. Le spécialiste utilise également le calcul du débit des radiateurs individuels pour l’équilibrage hydraulique.

Dalles de béton : plus à l’intérieur que prévu

Le béton a une capacité calorifique de 0,9 kJ par kilogramme et Kelvin. C’est seulement environ un cinquième par rapport à l’eau. Néanmoins, le béton est également un bon accumulateur de chaleur, car beaucoup de masse s’y accumule.

Le sol en béton d’une pièce de 25 mètres carrés a une épaisseur de sol de 15 centimètres et pèse 12 tonnes. Combien de chaleur « Q » faut-il pour chauffer ce plancher de 15 à 25°C ? Pour ce faire, les experts doivent multiplier la capacité thermique spécifique par la différence de température et la masse du béton. Bien sûr, le facteur de conversion de kJ en kWh ne doit pas non plus être oublié ici.

Cependant, si l’on additionne toutes les pièces et tous les étages d’une maison, la capacité de stockage du béton dépasse celle du système de chauffage. L’activation dite du noyau de béton en profite. Avec l’activation du noyau en béton, les plafonds en béton du bâtiment sont traversés par des tuyaux.

Étant donné que 25°C suffisent pour chauffer le bâtiment à une température confortable, les systèmes de chauffage solaire ou les pompes à chaleur peuvent fonctionner de manière particulièrement efficace. Étant donné que les deux types de génération de chaleur sont meilleurs, plus les températures qu’ils doivent générer sont basses. Le chauffage au sol utilise également la capacité de stockage de chaleur du béton.

Air ambiant : La capacité de stockage est limitée

À 1,0 kJ par kilogramme et Kelvin, l’air a une capacité calorifique légèrement supérieure à celle du béton. Cependant, la quantité de chaleur que le radiateur doit fournir pour chauffer l’air des pièces est bien inférieure à celle des murs pleins. Le calcul suivant le précise :

Quelle quantité de chaleur faut-il pour faire passer l’air d’une pièce de 20 mètres carrés de 10 à 20°C ? Encore une fois, vous devez multiplier la capacité thermique spécifique par la différence de température et la masse d’air. De plus, il y a le facteur de conversion de kJ en kWh.

C’est pourquoi une bouffée d’air courte et vigoureuse est préférable. Seule la quantité relativement faible de chaleur dans l’air est perdue. Si, en revanche, vous ventilez en permanence – même si ce n’est que par des fenêtres inclinées – les murs et les objets de la pièce se refroidissent également au cours de la journée. Pour le remettre ensuite en température, le chauffage consomme également un multiple d’énergie calorifique en raison de la plus grande capacité calorifique. En savoir plus sur la ventilation adéquate en hiver ici.

Les matériaux de construction solides ont la plus grande capacité calorifique

La capacité de stockage de chaleur dépend fortement de la masse. En conséquence, les plafonds en béton massif et les murs en briques peuvent stocker plus de chaleur que les murs en plaques de plâtre léger et les murs en bois massif plus que les murs à ossature bois ou à ossature bois.

Les matériaux de construction solides offrent également un avantage en été. En raison de leur grande capacité de stockage de chaleur, ils amortissent mieux les pics de température que les matériaux de construction légers. Par temps chaud, il faut beaucoup de temps pour que les matériaux de construction solides se réchauffent à la température extérieure. Tant qu’ils parviennent à absorber la chaleur de la pièce et ainsi limiter l’élévation de température. Dans le meilleur des cas, le refroidissement nocturne est suffisant et évite en permanence qu’il ne devienne insupportablement chaud à l’intérieur.

La capacité calorifique des matériaux isolants peut également contribuer à la régulation des pics de température. Le bois, mais aussi les isolants naturels comme le lin ou le chanvre, conduisent mal la chaleur. Cependant, ils ont une capacité thermique spécifique élevée et stockent ainsi des quantités de chaleur.

Cependant, cet effet est limité. Seuls les bâtiments denses et bien isolés équipés de systèmes de protection solaire restent vraiment frais pendant les longues et chaudes périodes estivales. Pour d’autres, le refroidissement actif peut être utile, qui fonctionne également via l’activation du noyau en béton ou le chauffage par le sol.

Certaines pompes à chaleur peuvent fonctionner dans l’autre sens en été : alors qu’elles prélèvent la chaleur de l’environnement en hiver et réchauffent ainsi la maison, elles refroidissent doucement la maison en été. Cela se produit parce que l’eau froide circule à travers le chauffage de surface et abaisse ainsi la température dans les pièces.

Utilisation appropriée des connaissances sur la capacité calorifique

Quiconque connaît la capacité calorifique des objets solides, des murs et des plafonds par rapport à l’air gazeux peut comprendre pourquoi peu de chaleur est perdue lors de l’aération. Grâce à leur capacité thermique élevée, les composants solides aident à stocker l’énergie et ont un effet équilibrant lors des journées chaudes.

Pour un aperçu rapide, nous avons résumé les capacités thermiques spécifiques de certains matériaux ainsi que de l’air et de l’eau :

Quiconque observe les bases de la physique du bâtiment présentées a déjà fait l’essentiel pour un climat ambiant sain et confortable.