Diapositive 1

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Daprès les productions du lycée Raoul Follereau
de Belfort MM. Pascal Morlong (SI) et Triponey
(SPC) Thème sociétal
Les économies dénergie dans lhabitat dans une
démarche de développement durable
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• Problématique
•  

Comment prévoir le plus finement possible la
consommation énergétique dun pavillon à usage
dhabitation ?
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• Objectifs
• La découverte du contexte, les paramètres
  caractéristiques, lanalyse des prescriptions
  réglementaires (RT 2012),
• Les notions de flux, les déperditions, les
  solutions techniques,
• Lanalyse des relevés dun bâtiment existant,
  la simulation par deux types de logiciels,
• La mesure de lécart performances simulées /
  performances mesurées,
• La mesure de lécart performances mesurées /
  performances attendues,
• La mesure de lécart performances simulées /
  performances attendues,
• Lanalyse et linterprétation de ces écarts.

Situation dans le cycle de formation
Deuxième partie de lannée en classe de première
ou première partie de lannée en classe de
terminale.
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Les connaissances et capacités visées
A2 mettre en relation les propriétés du
matériau avec les performances du système
B4  proposer des modifications structurelles
pour améliorer les performances du système
B1  identifier les propriétés des matériaux des
composants qui influent sur le système
A3 quantifier des écarts et proposer des causes
aux écart constatés
C2 Analyser les résultats expérimentaux
B1  identifier les pertes dénergie
D1 optimiser les paramètres en vue de répondre
au problème posé
B1  décrire les lois dévolution des grandeurs
B4  modifier les paramètres dun modèle
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Organisation temporelle de la séquence
Titre 2
Texte calibri 18
Semaine 1 Semaine 1 Semaine 1 Semaine 1 Semaine 1 Semaine 1 Semaine 1
L M M J V S D
TD (2h)
Cours (2h)
Semaine 2 Semaine 2 Semaine 2 Semaine 2 Semaine 2 Semaine 2 Semaine 2
L M M J V S D
TP (2h)
Synthèse (2h)
Évaluation (2h)
Lancement mini projet
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Le système choisi
Les caractéristiques du bâtiment sont connues.
Le scénario de vie du bâtiment est connu.
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(No Transcript)
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Besoin Connaître la consommation énergétique annuelle de la maison en kWhep/m².an
Indications quantifiées dans la RT2012 Exigence maximale de consommation d'énergie primaire à 50 kWhep/m².an en moyenne (avec une variation de 40 à 60 selon la zone géographique). Cinq usages pris en compte le chauffage, la production d'eau chaude sanitaire, le refroidissement, léclairage, auxiliaires (ventilateurs, pompes). La RT2012 fixe à 1/6 de la surface habitable la surface minimum de parois vitrées (16).
Grandeurs mesurables Les consommations électriques, les consommations de gaz.
Grandeurs simulées Maquette numérique des plans de lhabitation, la composition des murs, des sols, et des plafonds, des baies vitrées, l'installation de chauffage, lorientation du bâtiment, les déperditions du bâtiment , lestimation de la consommation énergétique annuelle ainsi que le coût correspondant.
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Phase de lancement
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Phase de lancement

• Les objectifs de la RT2012
• Les exigences réglementaires - BBIO Besoins
  Bio climatiques
• CEP Consommation en Energie Primaire
• TIC Température Intérieure de Confort.
• Les contrôles, les mesures.

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Vidéo collective bien isoler sa maison

• - La répartition des déperditions thermiques.
• - Les différents types disolants.
• Comment agit un isolant ?
• Les paramètres dépendant de la résistance
  thermique R.
• La valeur optimale de R.
• - Des recommandations.

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Réinvestissement - Analogies
Thermique Electrique Mécanique Hydraulique
La chaleurCourant dentropie Intensité électrique iAmpère(A) ForceNewton (N) Débit Q m3/s
Résistance thermique Rm².K/W Résistance électrique ROhm (O) Coefficient de frottementl Perte de charge de la canalisation
Température Kelvin (K) PotentielVolts (V) Vitesse v(m.s-1) Pression (altitude)Pascal (Pa)
Différence de température DT RF Loi dOhm URI Force de frottement F l v
Puissance thermique Flux de chaleur FWatt (W) Puissance électrique PU I Watt (W) Puissance mécanique PC W ou PF V Watt (W) Puissance hydrauliquePQ?PWatt (W)
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La résistance thermique
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Le flux de chaleur
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Exercice Comparaison des déperditions pour un
mur isolé et non isolé de 10 m² avec DT15K
F 43,8W
F 600W
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Expérience collective
Tests de différents matériaux et solutions
techniques disolation
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Groupe 1/3
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Groupe 1/3 Influence de lorientation et de la
surface des baies vitrées
Orientation des baies de Surface habitablede parois vitrées 25 Nord25 Sud25 Est25 Ouest 40 Sud 20 Nord20 Est20 Ouest 50 Nord50 Sud 65 Sud 35 Nord
12 78.08 76.46 77.07 74.94
16 75.65 73.85 74.42 72.02
25 72.06 69.42 69.83 66.54
unité kWhep/m2.an
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Groupe 1/3 Influence de lépaisseur de lisolant
des murs extérieurs et du plancher haut.
Lisolation de la maison simulée est
performante. Une sur isolation est inutile.
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Groupe 1/3 Bilan de létude

• Pour optimiser la consommation énergétique dun
  bâtiment, il faut
• Ouvrir la maison coté sud (baies vitrées) et la
  fermer côté nord,
• Avoir une surface de baies vitrées la plus
  grande possible (éclairage artificiel limité,
  apports gratuits dénergie solaire, maison
  lumineuse et agréable à vivre),
• Ne pas sur isoler les murs et les combles.

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Groupe 2/3
22
Groupe 2/3 Deux logiciels de simulation
utilisés
51 kWhep/m².an
67 kWhep/m².an
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Groupe 2/3 Mesures réelles
consommation de gaz, consommation
délectricité.
56 kWhep/m².an
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Groupe 2/3 Bilan de létude

• Justification des écarts simulation / mesures
• Trop de paramètres, pas tous maîtrisables,
  entrent en jeu
• limpact des données climatiques variables dune
  année sur lautre,
• limpact du débit exact dair ,
• limpact des apports de chaleur dus à
  lélectroménager,
• limpact des réglages et pilotages des
  installations.

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Groupe 3/3
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Groupe 3/3 Mesures réelles
consommation de gaz, consommation
délectricité.
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Groupe 3/3 Bilan de létude

• Consommation de 56 kWhep/m².an conforme à la RT
  2012.
• Pour affiner la mesure, il faudrait instrumenter
  les prises électriques,
• Une maison neuve consomme toujours plus dénergie.

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Phase de restitution - Synthèse
TD C TP E MP
Synt. 2h
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Evaluation
TD C TP S MP
Eval 2h

• Les élèves disposent dun rapport dune campagne
  de mesures sur un bâtiment de 7 étages, des
  résultats dune simulation dynamique et des
  exigences de la RT2012.
• Le travail consiste à
• justifier les écarts,
• calculer des déperditions,
• - proposer des modifications à apporter pour
  diminuer la consommation énergétique de ce
  bâtiment.

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Lancement dun mini projet
TD C TP S E
Mini projet

• Les élèves, en groupes, sont les thermiciens dun
  BE.
• A partir des éléments dun bâtiment existant
  (construction 1990), ils quantifient les gains
  énergétiques réalisés
• en améliorant lisolation,
• en remplaçant les menuiseries extérieures, la
  chaudière
• en augmentant les apports solaires.

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Conclusion de lactivité les acquis des élèves
Caractéristiques des grandeurs physiques
Matériaux
Matériaux
MODÉLISER
ANALYSER
Notion de pertes dénergie
Identifier et caractériser les
grandeurs agissant sur un système
Proposer ou justifier un modèle Résoudre et
simuler Valider un modèle
Analyser le besoin Analyser le système Caractérise
r des écarts
Identifier et caractériser les
grandeurs agissant sur un système
Proposer ou justifier un modèle Résoudre et
simuler Valider un modèle
Identifier et caractériser les
grandeurs agissant sur un système
Proposer ou justifier un modèle Résoudre et
simuler Valider un modèle
Analyser le besoin Analyser le système Caractérise
r des écarts
Analyser le besoin Analyser le système Caractérise
r des écarts
Sélection, tri et classement de données
SYSTÈME
Analyse des écarts
Structures
Grandeurs influentes dun modèle
Justifier le choix dun protocole expérimental
Mettre en œuvre un protocole expérimental
Justifier le choix dun protocole expérimental
Mettre en œuvre un protocole expérimental
Rechercher et traiter des informations Mettre en
œuvre une communication
Rechercher et traiter des informations Mettre en
œuvre une communication
COMMUNIQUER
EXPÉRIMENTER
Modèles de comportement