Maison container : étude thermique. Bts bâtiment 2015.

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Les dimensions du container sont  : container maritime de 40 pieds: de longueur L = 12,01 m, de largeur l = 2,33 m et de hauteur h = 3,00 m.
Le container présente :
- deux portes en bois dont la surface est pour chacune SP = 2,40 m2 ;
- une baie vitrée en double vitrage de longueur LV = 6,50 m et de hauteur hV = 1,20 m ;
- une fenêtre également en double vitrage de surface SF = 1,40 m2.
Les murs (structure en acier) sont isolés :
- du côté intérieur par des plaques de liège d’épaisseur eliège = 1,20 cm fixées sur l’acier ;
- du côté extérieur par de la laine de verre d’épaisseur eLV = 20,0 cm. Un bardage en bois  avec des lattes vernies d’épaisseur ebois = 1,20 cm complète l’isolation extérieure.
Le toit du container est isolé :
- côté extérieur, avec de la laine de verre d’une épaisseur eLVT recouverte d’une tôle en acier ;
- côté intérieur par les mêmes plaques de liège que pour les murs.
Le sol est constitué d’un plancher en bois dont l’épaisseur est ebois = 1,20 cm sous lequel on a introduit une épaisseur ecel = 20,0 cm de ouate de cellulose.
Les résistances superficielles à l’intérieur et à l’extérieur du container sont respectivement : rsi = 0,130 m2·K·W-1 et rse = 0,0400 m2·K·W-1.
La température de l’air dans le logement du côté intérieur est qi = 20,0 °C et du côté extérieur qe = - 2,00 °C.
On donne les conductivités thermiques des matériaux d’isolation :
Matériau liège laine de verre bois cellulose
l(Wm-1K-1) 0,043 0,040 0,065 0,039
I. Choix du type d’isolation.
1. Le container maritime est en acier. Le propriétaire hésite entre une isolation par l’extérieur ou une isolation par l’intérieur. Donner un avantage et un inconvénient que présente chaque type d’isolation.
L'isolation par l'intérieur diminue le volume de la pièce. Elle augmente les performances thermiques globales du bâtiment et supprime les condensations sur parois froides.
L'isolation par l'extérieur supprime les ponts thermiques ( augmentation de la performance thermique de l'habitat ) en modifiant l'aspect global de la maison. Le coût est supérieur à celui d'une isolation par l'intérieur.
2. Le propriétaire du logement a choisi une isolation mixte : côté intérieur par des plaques de liège et côté extérieur par de la laine de verre et du bois.
2.1 Citer les trois modes de transferts thermiques.
Conduction, convection et rayonnement.
2.2 Quel est le mode de transfert observé dans les fluides ?
La convection.
2.3 Quel est le mode de transfert thermique qui se fait sans déplacement global de matière ?

Le rayonnement.
II. Détermination des résistances thermiques et des flux thermiques surfaciques.
Vu la faible résistance thermique de l’acier, on négligera les composants métalliques (structure du container et tôles du toit) dans les calculs de résistance thermique des différentes parois.
1. Cas des murs, hors vitrage.
1.1 Donner l’expression littérale et calculer la résistance thermique surfacique rm des parois verticales (murs hors vitrage).
rm =
eliège / lliège  +eLV /  lLV  + ebois / lbois  +rsi +rse.
rm =1,20 10-2 / 0,043+0,20 / 0,040 +1,2 10-2 / 0,065 +0,17
rm =0,279 + 5,0 +0,185 +0,17=5,63 m2·K·W-1.
1.2 Exprimer puis calculer le flux thermique surfacique jm à travers les parois verticales.
jm =(qi-qe) / rm =(20-(-2)) / 5,63 = 3,91 W m-2.
1.3 Calculer la surface Sm des parois verticales.
Sm = 2(L+l)h = 2(12,01+2,33)*3,00  =86,04 m2.
Svitres =LV hV + SF = 6,50 * 1,20 +1,40 =9,2 m2.
Sm -
Svitres -2SP=86,04-9,2-4,8 =72,04 m2.
1.4 Déterminer le flux des déperditions thermiques Fm à travers ces parois verticales.
Fm  = Sm jm =72,04 * 3,91 ~282 W.




2. Cas du toit.
2.1 Les normes BBC (Bâtiment Basse Consommation) imposent pour l’isolation du toit du container une résistance thermique surfacique rT = 11,4 m2·K·W-1. Calculer l’épaisseur de laine de verre eLV nécessaire pour respecter cette norme.
rT =eliège / lliège  +eLV /  lLV  +rsi +rse =1,20 10-2 / 0,043+eLV / 0,040+0,17=11,4.
0,449 
+eLV / 0,040=11,4.
eLV / 0,040=11,121 ; eLV  =11,121*0,040 =0,438 ~ 44 cm.
2.2 Calculer le flux thermique surfacique jT et celui des déperditions thermiques FT à travers le toit.
jT =(qi-qe) / rT =(20-(-2)) / 11,4 = 1,93 W m-2.
ST = L l= 12,01*2,33 =27,98 m2.
FT  = ST jT =27,98 * 1,93 ~54,0 W.
3. Cas du sol.
3.1 Montrer que la résistance thermique unitaire de sol est rsol = 5,48 m2·K·W-1.
rT =ebois / lbois  +ecel /  lcel  +rsi+rse=1,20 10-2 / 0,065+0,20 / 0,039+0,17 =5,48 m2·K·W-1.
3.2 Calculer le flux des déperditions thermiques Fsol à travers le sol.
Ssol = L l= 12,01*2,33 =27,98 m2.
Fsol  = Ssol jsol =27,98 * 22 / 5,48 ~112 W.
4. Cas des vitrages.
Le flux thermique unitaire à travers la baie vitrée et la fenêtre du logement container est jV = 38,0 W·m-2. Calculer le flux des déperditions thermiques à travers les vitrages FV.

Svitres =LV hV + SF = 6,50 * 1,20 +1,40 =9,2 m2.
FV = Svitre jV =9,2 * 38 ~350 W.
 










III. Bilan thermique du logement container.
1. Montrer que le flux total des déperditions thermiques à travers le logement container est : F = 798 W.
Fm  + FT  + Fsol + FV =282 + 54 + 112 + 350 =798 W.
2. Quelle est l’énergie thermique E en kW·h perdue à travers le container isolé pendant 30 jours en hiver ?
3. Sachant que le prix du kW·h est de 0,140 €, calculer le coût du chauffage pour compenser ces pertes et maintenir la température à 20,0 °C pendant ces 30 jours d’hiver.
Durée = 30*24 = 720 heures.
Energie : 0,798 *720 =575 kWh.
Coût : 575*0,14 =80,4 €.
4. Un problème important qu’il faut résoudre lorsqu’on utilise les containers maritimes en acier est celui des ponts thermiques. Définir un pont thermique et expliquer pourquoi la structure métallique est propice à l’apparition de ponts thermiques. Comment le problème a-t-il été résolu dans le cas du container ?
Un pont thermique est une zone ponctuelle  dans l'enveloppe d'un bâtiment qui présente une variation de résistance thermique. Dans ces zones, la barrière isolante du bâtiment est rompue. L'acier est un excellent conducteur thermique.
On supprime les ponts thermiques dans la maison container par une isolation extérieure. Les cantainers seront en plus à l'abri des intempéries.






  

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