Cette thèse porte sur l'étude du transfert thermique bidimensionnel au travers d'une fenêtre. Les résultats de simulations numériques ainsi que quelques essais de validation expérimentale sont présentés. Le code numérique développé pour cette étude est basé sur h méthode des éléments finis aux volumes de contrôle à colocation d'ordre égal. Le modèle numérique considère simultanément la convection naturelle, le rayonnement entre les surfaces de verre et la conduction thermique dans le cadre. Le volet expérimental de ce projet comporte une série de mesures de températures de surface ainsi que certaines mesure de vitesse de l'écoulement dans la cavité.

Le premier objectif de ce travail est de vérifier numériquement l'influence de l'infiltration d'air sur le rendement Cnergétique (RE) et le rendement énergétique spécifique (RES) des fenêtres résidentielles et de suggérer des améliorations à la norme canadienne sur ce sujet. Plus spécifiquement, il s'agit de quantifier:​ i) l'interaction thermique entre Itinfiltration/exfiltration d'air et le cadre d'une fenêtre, ii) la variation des débits d'infiltration en fonction des conditions météorologiques et iii) la variation des débits d'infiltration en fonction de la température extérieure causée par une contraction du cadre. Pour les géométries de cadre et les débits d'infiltration utilisés, les résultats montrent des écarts importants entre les rendements énergétiques calculés selon les modifications proposées et les rendements énergétiques calculés selon la norme actuelle. Au niveau du RE. des écarts de 1'4 à 4,0 wfm² sont obtenus selon le débit d'infiltration et le type de géométrie. Pour le RES, des écarts compris entre 0,50 à 1,98 w/m² pour un débit d'infiltration A3 et 1 ,O2 h 4'15 w/m² pour un débit A2 sont observés.

Le deuxième objectif de ce projet consiste à vérifier l'effet de la boucle de convection sur le coefficient de déperdition thermique (LI) de la fenêtre. Trois cas sont examinés:​ un cas avec plaques de verre parailèles et deux cas avec plaques courbées correspondant à des pincements au centre du vitrage de 17'8% et 28'9%. Une comparaison des réultats numériques entre ces trois cas, montre des différences significatives au niveau du champ de vitesse et des coefficients de déperdition thermique (U) dans le cadre, en bordure et au centre du vitrage. Ainsi, en comparant les coefficients U pour chaque zone, des écarts variant de 0.6% à 7.6% sont obtenus pour les cas courbés et parallèles. Les résultats montrent qu'il existe une zone de recirculation située près de l'intercalaire. Celle-ci influence les températures de surface en bordure du vitrage de façon significative ce qui influence grandement la résistance à la condensation des fenêtres. La comparaison des flux de chaleur sur les surfaces interne et externe met égaiement en évidence la bidimensionnalité du transfert thermique dans une fenêtre. Ces dernières cuactéristiques ne sont pas reproduites par les progiciels commerciaux tels FRAME et VISION, qui surestiment ainsi la valeur de U.

Une ttude s'attardant plus spécifiquement au transfert thermique dans des unités scellées {sans cadre) est également présentée. La complexité de l'écoulement est mise en évidence par l'obtention de zones de recirculation qui se déplacent dans la cavité. Les observations expérimentales d'une équipe de recherche de l'I.N.S.A. de Toulouse (France) confirment ces résultats.

Ce projet comporte également un volet expérimental qui consiste à déterminer la distribution de température sur la surface 3 d'une unité scellée à l'aide de cristaux liquides themioc hromiques. Pour la première fois, une cartographie de la température de surface du vitrage à l'intérieur d'une unité scellée est présentée. L'originalité de la technique de mesure repose sur l'utilisation de cristaux liquides thermochromiques et d'une caméra numérique hrnelée à un programme de traitement de l'image. Les résultats montrent des variations importantes de la température sur la surface du vitrage démontrant ainsi l'imprécision de l'hypothèse d'isothennicité des plaques de vem. La companison des profils de température verticaux entre une unité scellée avec et sans courbure montre également une différence d'environ 1 OC dans In région centraie du vitrage.

Two-dimensional heat trmsfer through fenestration systems is the main theme of this thesis. Numerical results as well as experimental results are presented. The numencal method is based on the colocated equal-order control volume finite element method (CVFEM). The numerical mode1 considers simultaneously natural convection within the window cavity, radiation between the glass panes and conductive heat transfer in the frame. The experimental part of this project includes surface temperature measurements and fluid flow velocity measurements inside the cavity.

The first objective of this dissertation is to verify the influence of air leakage on the energy rating (RE') and the specific energy rating (RE9 of residentiûl windows and to suggest changes to the corresponding Canadian standard (CSA). More specificaily, three major assumptions in the current REstmdard are venfied:​ i) the interaction between air leakage and conduction heat transfer in the framr. ii) the variation of air lealcage with changing meteorological conditions and iii) the rffect of temperature dependent air leakage caused by thermal contnction/expansion of the fnme. For the window geometries and air leaicage rate investigated, results show a significant gap, from 1,4 to 4.0 w/rn2. between the energy rating calculated according to the proposed modifications and the energy nting calculated using the current CSA procedure. The differences in RES values given by both approaches Vary from 0,50 to 1.98 W/m² for the A3 leakage rate and from 1 ,O2 to 4.1 5 W/m² for the A2 leakûge rate.

The second objective of this research is to evaluate the effect of internai natural convection on the heat transfer coefficient (LI) of a complete fenestration system. Three cases are examined. one case with parallel plates and iwo cases with glas plate deflection corresponding to center-point pane spacing reductions of 17,8% and 28,9%, respectively. Comparisons between these three cases reveal significant differences in the flow field and in the vdue of the heat transfer coefficients (U) in the frame, the center and in the edge of glass. The differences in the U-factor for each of these three zones are between 0.6% and 7,6% for the pxallel plates case and the deflected plates. A circulation zone located near the spacer is also observed. This phenomenon affects significantly the surface tempenture in the edge of glas region and in turn changes the condensation resistmce of the window. A significant difference between the tempenture profile on the indoor and outdoor surface is dso observed which clewly shows the bidimensional nature of heat trmsfer through the window. Commercial software prognms such as FRAME and VISION are not able to predict this phenomenon which tend to over-predict the heat trms fer through the window.

Part of this study is concerned with simulations of heat transfer in insulated glazing unit (without the window frme). The complexity of the flow is put in evidence by the presence of unsteady secondary cells in the cavity. Experimental observations made by a research team at I.N.S.A. Toulouse (France) confirm this unsieady multicellular structure.

An experimentd study aimed at determining. apparently for the fint time. the surface temperature inside m insuiated glazing unit is also presented. The rneasurernent technique is based on the use of liquid crystals sheets that are photographed with a digital camera coupled with an images processing program. Results show that glas plates are non-isothermd as important temperature variations are measured on the glazing surface. The cornparison of vertical tempenture profiles between an IGU with and without glass plate curvature. show a temperature difference of about I "C in the centrai region. Numerical results are compûred with these measured vertical temperature profiles.