Développement d’une méthode d’évaluation des propriétés radiatives et isolantes d’un matériau destiné aux enveloppes extérieures de bâtiments

Leroy, Constance (2023). Développement d’une méthode d’évaluation des propriétés radiatives et isolantes d’un matériau destiné aux enveloppes extérieures de bâtiments. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Alors que les épisodes caniculaires augmentent en intensité et en fréquence sous l’effet des changements climatiques, ils sont aggravés en zone urbaine par le phénomène d’îlot de chaleur urbain (ICU). Notamment, l’absence de végétation, la concentration en matériaux de construction pour les bâtiments et chaussées conduisent à l'absorption et à la rétention de la chaleur au sein de la zone urbaine, ce qui représente une menace pour la santé des résidents. Parmi les solutions d’adaptation des zones urbaines aux fortes chaleurs figure l’utilisation de revêtements dits « frais » pour les bâtiments. Ces revêtements ont des propriétés radiatives qui leur permettent de réduire l’absorption de la chaleur dans l’enveloppe du bâtiment tout en facilitant le relargage vers l’air extérieur de la chaleur absorbée. Toutefois, dans des régions présentant des étés chauds et des hivers froids comme le Québec (Canada), il est essentiel de compléter l'application de ces revêtements par des mesures d'isolation. Par ailleurs, le développement de parements extérieurs de bâtiment ayant de telles propriétés radiatives et isolantes est ralenti par la nécessité de caractériser isolément chacune de leurs propriétés thermiques. Il est donc essentiel de fournir aux industries une méthode expérimentale adaptable pour évaluer efficacement le comportement thermique global de leurs produits.

Ce projet de recherche présente une méthode d’évaluation des performances radiatives et isolantes de matériaux destinés aux parements extérieurs de bâtiment utilisant des équipements communs: une lampe chauffante, de l’isolant de polystyrène expansé, une caméra thermique et des thermocouples. Les principaux transferts thermiques subis par une façade de bâtiment ont été reproduits et suivis à l’aide de l’évolution de la température à différents points sur le matériau étudié.

De plus, une étude de cas a été intégrée à cette recherche et analysée au moyen de la méthode développée. Il s’agit d’un matériau composite à base de polyuréthane et de fibre de verre. Ce matériau a été recouvert par neuf peintures différentes dont les propriétés radiatives ont été analysées à l’aide de la méthode expérimentale. Les résultats ont montré que la méthode permet de distinguer qualitativement les matériaux en fonction de leur potentiel de participation aux ICU. Elle a aussi permis d’observer les aspects de surfaces qui influencent l’absorption de chaleur : la couleur et la rugosité.

Tous les résultats expérimentaux ont été comparés à des simulations numériques. Celles-ci ont requis la caractérisation de toutes les données d’entrées, à savoir, les flux de transferts thermiques imposés et induits, mais aussi toutes les propriétés thermiques des matériaux qui sont sollicitées par ces transferts thermiques. Les résultats ont montré que les expériences et les simulations sont fortement corrélées, ce qui suggère que toutes les propriétés radiatives et isolantes d’intérêt ont été correctement observées au cours des expériences.

Titre traduit

Development of a method for assessing the radiative and insulating properties of a material intended for exterior building envelopes

Résumé traduit

While heatwaves are increasing in intensity and frequency because of climate change, they are exacerbated in urban areas by the urban heat island (UHI) phenomenon. In particular, the absence of vegetation and the concentration of construction materials in buildings and roadways lead to the absorption and retention of heat within the urban area, threatening the health of residents. Among the solutions for adapting urban areas to extreme heat is the use of so-called "cool" coatings for buildings. These coatings have radiative properties that enable them to reduce heat absorption in the building envelope, while facilitating the release of absorbed heat to the outside air. However, in regions with hot summers and cold winters such as Quebec (Canada), it is essential to complement the application of these coatings with insulation measures. Furthermore, the development of exterior building claddings with such radiative and insulating properties is slowed by the need to characterize each of their thermal properties individually. It is therefore essential to provide industries with an adaptable experimental method for efficiently assessing the overall thermal behavior of their products.

This research project presents a method for assessing the radiative and insulating performance of materials intended for exterior building cladding, using common equipment: a heat lamp, expanded polystyrene insulation, a thermal camera and thermocouples. The main heat transfers experienced by a building façade were reproduced and monitored using temperature trends at different points on the material studied.

In addition, a case study was integrated into this research and analyzed using the method developed. This involved a composite material based on polyurethane and fiberglass. This material was coated with nine different paints, whose radiative properties were analyzed using the experimental method. The results showed that the method enables materials to be distinguished qualitatively according to their potential to contribute to UHI. It also enabled the observation of surface aspects that influence heat absorption: color and roughness.

All experimental results were compared with numerical simulations. These required characterization of all the input data, i.e., the imposed and induced heat transfer flows, as well as all the thermal properties of the materials involved in these heat transfers. The results showed that experiments and simulations were highly correlated, suggesting that all the radiative and insulating properties of interest were correctly observed during the experiments.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de l’environnement". Comprend des références bibliographiques (pages 165-174).
Mots-clés libres:	îlots de chaleur urbains, matériaux frais et isolants, propriétés thermiques, méthode expérimentale de caractérisation, simulation numérique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Lachance-Tremblay, Éric
Codirecteur:	Codirecteur Ramirez-Cardona, Diego
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt:	01 févr. 2024 18:45
Dernière modification:	01 févr. 2024 18:45
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3360

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