Bilan énergétique d'une habitation, Concours audioprothésiste Nancy 2019.

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Le bâtiment est au cœur de la problématique énergétique et environnementale. En Europe, ce secteur représente environ la moitié de la consommation énergétique totale (dont 60 % pour le chauffage et la climatisation) et des rejets de CO2 qui sont responsables des changements climatiques. Des solutions doivent être mises en œuvre pour réduire la consommation d’énergie et les émissions de CO2. La division par quatre de ces émissions est d’ores et déjà techniquement faisable et économiquement viable.
Une condition incontournable de réussite pour réduire le besoin de chauffage réside dans la conception du bâtiment et dans la qualité de son enveloppe.
Les documents suivants apportent des éléments pour construire une réponse.


Un batiment basse consommation (BBC) est un bâtiment dont la consommation énergétique est améliorée comparée à des habitations standards : norme RT 2012.

L'aérolique est la technologie du traitement, du transport, de la distribution et de la diffusion de l'air pour le confort, l'hygiène et la santé...

1. Commenter l’histogramme du document 1 en précisant ce que représente l’ordonnée.
En ordonnée figure l'énergie consommée ( kWh) par m2 et par an.
La consommation d'énergie diminue au cours des années, plus particulièrement la part consacrée au chauffage.
2. À partir du document 2, indiquer les principaux points de déperdition de chaleur d’une habitation et donner quelques exemples d’apports.
Déperditions importantes par le toit et les murs. Les apports de chaleur se font par les fenètres ( s'il fait soleil ), l'éclairage et les radiateurs.

3. Quel point clef aujourd’hui est à prendre en compte lors de la conception de nouvelles habitations ?
Conception différente des bâtiments et utiliser de nouveaux matériaux.

4. Légender le schéma suivant en précisant les différents modes de transfert thermique mis en jeu.


2. Calcul de la résistance thermique totale des parois.
On souhaite construire un chalet de vacances en haute montagne. Pour cela, l’architecte consulté propose deux solutions à des prix différents selon les matériaux employés. On examine les deux possibilités ci-dessous.
Première possibilité : une maison à ossature en bois dont les cloisons sont constituées (en partant de l’extérieur vers l’intérieur de la cloison) de :
8 cm de pin maritime ; 10 cm de polystyrène expansé ; 4 cm de panneaux de particules de bois extrudé.
Deuxième possibilité : une construction traditionnelle dont les cloisons sont constituées (en partant de l’extérieur vers l’intérieur de la paroi) de :
2 cm de mortier d'enduit ; 20 cm de parpaing ;
4 cm de polystyrène expansé ; 5 cm de carreaux de plâtre.
Données:
Conductivité thermique utile κ (en W · m–1 · K–1) pour les divers matériaux envisagés :

Pin maritime
Polystyrène expansé
Panneaux de paricules
Mortier enduit
Parpaing
Carreaux de plâtre
0,15
0,042
0,16
1,15
1,15
0,7
Résistances thermiques superficielles : Rsi = 0,11 K W-1 ; Rse = 0,06 K W-1.
La résistance thermique d’une paroi est définie par : R= e / (l S) avec e épaisseur de la paroi en mètre, S  = 1 m2 surface de la paroi en m² et l conductivité thermique de la paroi en W · m–1 · K–1

La résistance thermique totale d’une paroi est égale à la somme des résistances de chaque épaisseur de matériaux et des résistances superficielles.

1. Calculer les résistances thermiques R1 et R2 des cloisons dans chacune des deux possibilités (présenter les calculs sous forme de tableau).

Première possibilité
Seconde possibilité
Matériau
résistance thermique
Matériau
Résistance thermique
pin
0,08 /(0,15 x1)=0,53
Mortier
0,02 / (1,15 x1)=0,017
polystyrène
0,1 /(0,042 x1)=2,4
parpaing
0,2 /(1,15 x1) =0,17
Panneau de particules
0,04 /(0,16 x1)=0,25
polystyrène
0,04 / (0,042 x1) =0,95


plâtre
0,05 / (0,7 x1)=0,07
Rsi +Rse
0,11 +0,06
Rsi +Rse 0,11 +0,06
Total paroi
R1 = 3,3
total paroi
R2 = 1,4

2. Quelle est la paroi la plus isolante ? Expliquer brièvement.
La paroi est d'autant plus isolante que sa résistance thermique est plus grande. Les pertes à travers les murs sont plus faibles.

3. La température ambiante extérieure est de – 10 °C et celle de l’intérieur est maintenue à + 20 °C. À partir de la valeur de résistance thermique calculée dans la question 1
calculer le flux thermique surfacique φ à travers la paroi pour la maison à ossature bois.

Flux thermique  =(20 -(-10)) / 3,3 =9,9 W m-2.



Quel vitrage pour le chalet ?

Dans une fenêtre double vitrage 4-12-4 le gaz séparant les deux vitres peut être soit de l’air soit de l’argon.
1. Calculer la résistance thermique de chaque vitrage.

air
argon
verre
Conductivité thermique W m-1 K-1
0,025
0,018
0,81
Rair = 2 x4 10-3 /(0,81 x1) +12 x10-3 /(0,025 x1) =0,49 K W-1.
Rargon= 2 x4 10-3 /(0,81 x1) +12 x10-3 /(0,018 x1) =0,68 K W-1.
2. Quelle est l’utilité de remplacer l’air par de l’argon ?
L'argon est meilleur isolant thermique que l'air.

Il est possible d’installer des fenêtres triples vitrage 4-12-4-12-4 avec de l’air entre les vitres.


3. Calculer la résistance thermique de ce type de fenêtre.
R= 3 x4 10-3 /(0,81 x1) +2 x12 x10-3 /(0,025 x1) =0,98 K W-1.

4. Lequel de ces trois vitrages est le plus performant en terme d’isolation thermique ? Justifier.
Le vitrage ayant la plus grande résistance thermique est le plus performant. Triple vitrage.
5. Augmenter l’épaisseur du verre aurait-il une grande influence sur les performances thermiques d’un vitrage 
Le verre a une conductivité thermique élevée et donc une résistance thermique faible. Le flux thermique est donc plus important. Il vaut mieux utiliser du triple vitrage, beaucoup plus efficace, que du double.