Énergie et puissance
La puissance $\rm P$ correspond à l’énergie E utilisée au cours d’une durée $t$. Par exemple, une voiture qualifiée de puissante est capable de libérer une grande quantité d’énergie en un bref instant, soit pour atteindre une vitesse élevée très rapidement, soit pour tracter une masse importante.
Énergie $\rm E$ et puissance $\rm P$ sont reliées par la relation :
\[\rm E = P \times \cal t\]
Avec :
- $\rm E$, énergie en joule $\rm (J)$ ;
- $\rm P$, puissance en watt $\rm (W)$ ;
- $t$, durée en seconde $\rm (s)$.
Si $t$ est exprimée en heure $\rm (h)$, l’énergie s’exprime en wattheure $\rm (Wh)$.
Rendement des appareils et systèmes de chauffage
Les appareils et systèmes de chauffage sont des convertisseurs d’énergie : ils reçoivent de l’énergie électrique par exemple, appelée énergie absorbée $\rm E_a$, et la convertissent en une énergie de nature différente, par exemple mécanique ou thermique, appelée énergie utile $\rm E_u$. Le rendement $\eta$ de ces appareils se calcule par la relation :
\[\rm \eta = \displaystyle \frac{E_u}{E_a}\]
$\eta < 1$ car l’énergie utile est toujours inférieure à l’énergie absorbée : lors de la conversion d’énergie, une partie de l’énergie est perdue. Plus le rendement s’approche de $1$, plus l’appareil est performant en termes d’économie d’énergie.
Isolation thermique
Dans un local, la chaleur traverse ses parois par conduction : pour diminuer ces pertes, on peut améliorer son isolation à l’aide de matériaux isolants qui conduisent moins bien la chaleur.
On caractérise le pouvoir isolant d’un matériau à l’aide de sa résistance thermique $\rm R$, qui dépend de la conductivité thermique $\lambda$ du matériau et de son épaisseur $\rm e$, d’après la relation :
\[\rm R = \displaystyle \frac{e}{\lambda}\]
Avec :
- $\rm R$, résistance thermique du matériau $\rm (m^2.K/W)$ ;
- $\rm e$, épaisseur du matériau $\rm (m)$ ;
- $\lambda$, conductivité thermique du matériau $\rm (W/(m.K))$.
Un matériau est un isolant thermique d’autant plus performant que son épaisseur est plus faible et sa conductivité thermique plus grande.
Il arrive que des parois soient constituées de plusieurs matériaux. La résistance thermique totale de ces parois s’obtient en additionnant la résistance thermique de chacun des matériaux constitutifs.
Pour que la chaleur diffuse au travers d’une paroi, il doit exister de part et d’autre de la paroi un écart de température $\Delta \theta$. La chaleur transmise d’une face à l’autre de la paroi, pendant une seconde, est calculée par la relation :
\[\rm \Phi = \displaystyle \frac{S}{e} \times \lambda \times \Delta \theta\]
Avec :
- $\Phi$, chaleur transmise pendant une seconde, appelée flux thermique, en watt $\rm (W)$ ;
- $\rm S$, aire de la surface d’échange de la paroi $\rm (m^2)$ ;
- $\rm e$, épaisseur de la paroi $\rm (m)$ ;
- $\lambda$, conductivité thermique de la paroi $\rm (W/(m.K))$ ;
- $\Delta \theta$, écart de température de part et d’autre de la paroi ($\rm K$ ou $\rm °C$).
