Transcript
Génie Civil
Travaux Pratiques Equipements du Bâtiment
ETUDE DE LA TRANSMISSION DU RAYONNEMENT A TRAVERS LES VITRAGES
Il s’agit d’étudier l’influence de l’épaisseur, de la teinte d’un vitrage, de l’angle d’incidence du soleil sur ses propriétés de transmission, et par conséquent sur le confort visuel et thermique à l’intérieur du local.
MONTAGE :
Le montage utilisé permet d’abord de s’affranchir des radiations lumineuses parasites, lumière extérieure et éclairage artificiel. Observez les moyens mis en oeuvre pour y parvenir.
On place sur le trajet d’un faisceau lumineux à rayons parallèles d’une part le verre à étudier, d’autre part un éventuel filtre monochromatique qui permet une mesure à la longueur d’onde du filtre.
On y rencontre successivement sur le trajet des rayons lumineux :
S source lumineuse, lampe à incandescence alimentée par une tension stabilisée pour éviter les variations de flux émis ;
F orifice circulaire de faible diamètre, objet de la lentille L ;
L lentille convergente de distance focale 14 cm, placée à cette distance de la source S ;
C cellule photoélectrique au sélénium équipée d’un filtre dit « de visibilité relative » qui lui confère une réponse identique à celle de l’oeil.
figure 1
On place sur l’une des deux parties du porte-échantillons le verre à étudier, sur l’autre on peut disposer successivement des filtres dits monochromatiques, c’est à dire en fait très sélectifs, qui isolent une radiation lumineuse de longueur d’onde déterminée, indiquée sur le filtre.
Manipulez ces filtres avec précautions, ils sont fragiles et coûteux.
La mesure peut être effectuée grâce à la cellule, qui débite des courants électriques continus proportionnels aux éclairements qu’elle reçoit, à condition que la résistance du circuit soit faible.
On utilise une résistance fixe de 100 ohms. Un microvolmètre à forte résistance interne et à grande résolution permet de mesurer avec une grande précision les tensions aux bornes de la résistance, ainsi rigoureusement proportionnelles aux intensités débitées :
759460132080cellule
00cellule
57658024193500
21082016891000
28625805080002679700187960002108201879600040513005080004691380187960Voltmètre
numérique
de précision
00Voltmètre
numérique
de précision
759460508000
36855401149350.023mVmmV V5
000.023mVmmV V5
277114023495 100
00 100
2108202063750035941002349500
28625802254250021082022542500405130013398500
2108202438400075946015240000
figure 2
On peut donc écrire : U = RI donc U = RKE
avec K constante de la cellule et E éclairement reçu.
La valeur de K n’est pas nécessaire si on raisonne par comparaisons sous forme de rapports entre deux cas.
A la sortie de la lentille les rayons lumineux sont parallèles. La surface apparente éclairée est donc constante sur le trajet du faisceau, quelle que soit la distance à la lentille. Cette constatation permet d’ailleurs le réglage du positionnement de la lentille.
Pour toute surface sur laquelle l’incidence est constante, l’éclairement est donc simplement proportionnel au flux émis, le facteur de proportionnalité ne dépend que du montage et a même valeur dans tous les cas de mesure.
Si on utilise un filtre il faut raisonner de manière identique mais à une longueur d’onde . Il faut donc tenir compte de la réponse de la cellule variable selon la courbe de visibilité relative, ainsi que des taux de transmission du filtre et du vitrage placés sur le trajet du faisceau.
MANIPULATION :
Il est d’abord nécessaire de vérifier le bon positionnement de la cellule, qui doit être normale aux rayons lumineux et parfaitement centrée sur le faisceau .
On règle la position du rapporteur autour de l’axe de rotation du porte-échantillons pour pouvoir facilement mesurer les angles d’incidence, puis on bloque cette position.
Mesures préliminaires : FILTRES MONOCHROMATIQUES
Placer successivement les 4 filtres dans le porte filtre, relevez les tensions aux bornes de la cellule. Les résultats serviront dans les questions suivantes.
Expliquez pourquoi les tensions Ub et Ur correspondant aux filtres bleu et rouge sont très faibles. Il faut pour cela tenir compte des efficacités lumineuses relatives V : voir courbe de visibilité relative et y positionner les longueurs d’onde des filtres.
1) INFLUENCE DE LA TEINTE DU VITRAGE :
On étudie 5 échantillons de même épaisseur 6 mm, de teintes différentes :
Parsol vert, bronze, corail,
Antelio, qui constitue le verre extérieur des double vitrages 6/8/4 des fenêtres de l’IUT.
glace polie ou verre ordinaire.
Placer chaque filtre dans le porte-échantillons et effectuer les mesures des tensions avec chaque vitrage. Mode opératoire : placer le filtre de manière bien centrée dans le faisceau lumineux, puis faire toutes les mesures nécessaires, avec tous les vitrages, sans le déplacer.
Calculer pour chaque verre les taux de transmission globaux (sans filtre), et les taux de transmission aux longueurs d’onde v et j.
Comparez avec les données du fabricant, en vous reportant aux tableaux et courbes données en annexe page 6.
En vous servant de l’ensemble de ces résultats, conclure en expliquant l’intérêt des verres teintés, d’abord d’une manière générale, puis en les comparant entre eux.
Quel est le plus intéressant entre Parsol vert, bronze, et Antelio en prenant en compte à la fois le confort visuel et le confort thermique ?
2) VARIATION DU FLUX TRANSMIS EN FONCTION DE L’EPAISSEUR DU VITRAGE :
La loi de variation du flux transmis en fonction de l’épaisseur s’écrit, à une longueur d’onde :
(x) = 0 e_ kx flux monochromatique transmis
0 flux monochromatique incident
x = épaisseur du vitrage
k = constante à déterminer
Vérifiez cette loi pour l’un des vitrages parsol déjà étudiés, en utilisant des verres de différentes épaisseurs, qu’il est possible de juxtaposer si nécessaire.
Choisir le filtre à utiliser pour obtenir la meilleure précision, compte tenu du vitrage utilisé.
Relevez les tensions avec des verres d’épaisseur variant de 4 à 20 ou 25 mm, en prenant note des éventuelles combinaisons utilisées pour réaliser des épaisseurs importantes. Faire 3 mesures avec des vitrages simples, 3 avec des vitrages doubles, 3 avec des vitrages triples.
Tracer la courbe 1n = f(x).
Déterminez théoriquement la fonction f(x) et comparez avec la courbe obtenue.
Quelle est l’influence d’un double vitrage ? Repérer les points selon le nombre de verres utilisés. Que peut-on en conclure ?
3) INFLUENCE DE L’ANGLE D’INCIDENCE DU RAYONNEMENT SOLAIRE SUR UN VITRAGE :
Le montage permet de faire varier l’angle d’incidence des rayons lumineux en faisant pivoter le porte-échantillons autour de son axe. Le rapporteur donne la valeur de l’angle d’incidence après repérage de la normale.
Pour effectuer la mesure de la tension correspondant au flux réfléchi par le vitrage, il faut déplacer la cellule en positionnant parfaitement dans la direction de ce flux réfléchi.
Il est donc préférable d'effectuer d'abord toutes les mesures de transmission, puis celles de réflexion.
Recherchez cette position permettant la mesure du flux réfléchi, qui correspond à un maximum. Vérifiez les valeurs des angles de réflexion (loi de la réflexion). -58420056261000
figure 3
Mesurez les tensions correspondant aux flux incidents et transmis pour des angles d’incidence variant de 0° à 90°, en choisissant des valeurs d'angle permettant de tracer la courbe la plus précise possible. Effectuer l’expérience avec un vitrage suffisamment grand pour pouvoir mesurer la transmission avec le plus grand angle d’incidence possible.
Tracez sur le même graphe en précisant le type de vitrage les courbes :
taux de transmission t = f()
taux de réflexion r = f()
4) CONCLUSION :
Etudiez le cas d’une baie vitrée verticale placée en façade sud :
Comparez les apports calorifiques et lumineux engendrés par le rayonnement solaire dans les deux cas extrêmes des solstices d’été et d’hiver, c’est à dire les jours de l’année (21 juin et 21 décembre) où le soleil décrit la course la plus haute et la plus basse; sa position au zénith est alors d’environ 67° et 23° par rapport à l’horizontale. Il faut aussi tenir compte du flux solaire incident.
quelles sont les conséquences sur le confort thermique et visuel si l'on a des grandes surfaces vitrées en façade sud ?
Quels équipements ou éléments de construction permettraient alors l'optimisation de ce confort ?
PROPRIETES THERMIQUES ET OPTIQUES DES VERRES « PARSOL »
Taux de transmission globaux :
gris vert bronze corail
spectre visible 0,42 0,72 0,51 0,70
spectre énergétique 0,46 0,47 0,47 0,70
Taux de transmission en fonction de la longueur d’onde en % pour une épaisseur de 6 mm :
576580979170
00
(verre ordinaire ou glace polie en pointillés sur chacune des courbes, pour comparaison)
11938023685500
