Analyse de l influence de modifications sur la consommation d énergie d un bâtiment

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Aubin Julien
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Quelles modifications peut-on apporter à une maison individuelle pour que les

Critères d évaluation et barème Autonomie et quantité de travail /3 Maîtrise orale

orientation et de la surface des baies vitrées /3 Q4 et 5 : choix du type et de l

/2 Q8 et Q9 : analyse de l influence de l isolation du plancher haut /2 Q10, Q11 et

1 S si Analyse de l influence de modifications sur la consommation d énergie d un bâtiment TP 2 heures Noms : Prénoms : Classe : Date : Note : /20 Problématique Quelles modifications peut-on apporter à une maison individuelle pour que les consommations énergétiques répondent aux exigences de la réglementation RT2012? Critères d évaluation et barème Autonomie et quantité de travail /3 Maîtrise orale du sujet /2 Q1 : paramétrage de la simulation /3 Q2 et 3 : influence de l orientation et de la surface des baies vitrées /3 Q4 et 5 : choix du type et de l orientation /2 Q6 et Q7 : analyse de l influence de l isolation des murs extérieurs /2 Q8 et Q9 : analyse de l influence de l isolation du plancher haut /2 Q10, Q11 et Q12 : analyse des écarts et conclusion /3 Matériel nécessaire Poste informatique Analyse des écarts Page 1/6

2 1. Mise en situation Le problème technique est d analyser les influences de la modification de la surface des baies vitrées, de l orientation de la maison et de la modification de l épaisseur de l isolation dans le but d améliorer le Cep. L objectif de cette activité expérimentale est la mesure de l écart entre les performances simulées et les performances attendues par la réglementation thermique. 2. Paramétrage de la simulation - Lire le scénario de vie de la maison étudiée sur le document ressource L outil de simulation mis à votre disposition prend en compte les caractéristiques physiques des matériaux, notamment l inertie et le déphasage thermique, l orientation des parois. A partir des données météorologiques, d un scénario d occupation et d utilisation du bâtiment précis, il est possible d obtenir les besoins en chauffage, en Eau Chaude Sanitaire et en ventilation. Cette analyse valide certains choix d isolation, de menuiseries, d occultation, d équipements de chauffage, de ventilation, etc... Q1 : Ouvrir la feuille de calcul «simulation lycéev2». Le mot de passe est : «bee». Compléter le scénario de vie de la maison, en vert, sur la feuille de calcul «Hypothèses». Voir le document ressource 1 : «les formules dans un tableur». Dans la cellule D17, en violet, écrire la formule qui calcule la résistance thermique en fonction de l épaisseur du matériau Homatherm HD, en fonction de sa conductivité thermique et de son pourcentage dans la composition du mur extérieur. Voir le document ressource 2 : «Copier une formule dans un tableur.» Copier la formule dans les cellules D17 à D Analyse de l influence de la surface et de l orientation des baies vitrées La RT2012 fixe à 1/6 de la surface habitable la surface minimale de parois vitrées (16%). L objectif de l étude qui suit est de montrer l incidence de l orientation et de la surface des baies vitrées. Dans cette activité, vous allez comparer, pour différentes orientations et pour différentes surfaces de baies vitrées, les résultats de consommation énergétique de la maison. Q2. En fonction de la surface totale des murs extérieurs donnée dans la feuille de calcul hypothèse (tableau Mur extérieur), calculer la surface de paroi vitrée (ou menuiserie extérieure) lorsqu elle représente 12% de la surface habitable, puis 16% et 25%. Q3. Pour les trois cas précédents, calculer la surface de paroi vitrée pour les quatre orientations proposées dans le tableau de la page suivante. Dans la feuille de calcul hypothèse (tableau Menuiseries extérieures), modifier les cases, jaunes, Dans l onglet résultats, relever les résultats de la simulation pour les différents cas de surfaces et d orientations des baies vitrées Compléter le tableau suivant. Page 2/6

3 Consommation énergétique totale de la maison en fonction de l orientation et de la surface des baies vitrée en kwhep/m².an lorsque Uw=1,1W/m².an 40% Sud, 20% 25% Nord, Sud, 50% Nord, 65% Sud, Orientation au Nord, à Est, Ouest Sud 35% Nord l Est, à l Ouest N S E O S N E O N S S N Surfaces par direction 12% de la surface habitable de parois vitrées soit : 16% de la surface habitable de parois vitrées soit : 25% de la surface habitable de parois vitrées soit : Q4 : Rédiger ci-dessous une synthèse sur l incidence l orientation et la surface des baies vitrées sur la consommation énergétique de l habitation. Les surfaces des menuiseries extérieures sont réparties de la façon suivante : Surface Menuiseries Nord 0,36 Menuiseries Est 3,46 Menuiseries Sud 21,35 Menuiseries Ouest 5,88 Q5 : Les choix d orientation des baies vitrées sont-ils judicieux? Q6 : Pour les surfaces de menuiseries indiquées ci-dessus, relever pour trois valeurs du coefficient de transmission thermique (Uw), en orange dans le fichier de simulation, la consommation énergétique totale de la maison en kwhep/m². Compléter le tableau ci-dessous : Page 3/6

4 Consommation énergétique totale de la maison en kwhep/m².an pour différents types de menuiseries. Uw = 1,8 W/m².an Uw = 1,6 W/m².an Uw = 1,1 W/m².an Quelle conclusion pouvez-vous tirer de ces valeurs? Q7 : Les types de menuiseries extérieures sont les suivants : Uw Surface Menuiseries Nord 1,6 0,36 Menuiseries Est 1,08 3,46 Menuiseries Sud 1,08 21,35 Menuiseries Ouest 1,08 5,88 Sachant que les menuiseries utilisées sont en bois aluminium avec rupture de pont thermique, triple vitrage rempli à l argon. Le choix des menuiseries est-il satisfaisant? Les performances sont elles bonnes pour toutes les façades? Conclusions sur l influence des menuiseries. Le bilan de la consommation énergétique totale de la maison est de kwhep/m². Vu la performance des menuiseries utilisées, au regard de la pertinence des choix de l orientation de la maison et des surfaces utilisées, il est très difficile d améliorer les caractéristiques des baies vitrées de cette maison. Ce n est pas en modifiant les caractéristiques des baies vitrées que l on peut se rapprocher des exigences de la réglementation thermique. 4. Influence de l isolation extérieure sur la consommation énergétique Modification de l épaisseur de l isolant des murs extérieurs La structure du bâti est une ossature en bois dont l isolation est répartie de la façon suivante : matériaux épaisseur (m) Conductivité thermique λ (W/m C) Résistance thermique R (m2 C/W) pourcentage Homatherm HD 0,04 0,038 1, % Ossature 0,14 0,23 0,055 9% Fibre de bois 0,14 0,038 3,353 91% Fibre de bois 0,04 0,038 1, % placo type BA13 0,013 0,25 0, % Résistances superficielles Ri + Re (m2 C/W) 0,17 Coefficient b 1 U = Surface =,186 W/m2 C 168,97 m2 Page 4/6

5 L isolant se presse et se cale entre les lattes de l ossature. Le constructeur de l isolant Homatherm (matériau fibre de bois) propose 7 épaisseurs d isolant. Q8 : Pour les différentes épaisseurs de l isolant, relever la consommation énergétique totale de la maison (en kwhep/m 2 ) et compléter le tableau ci-dessous : Epaisseur (m) Consommation énergétique totale de la maison en kwhep/m².an pour différentes épaisseurs de l isolant Homatherm (fibre de bois) des murs extérieurs. Conductivité R Prix TTC Prix de thermique λ (m².k/m) ( /m²) l isolation (W/m C) Consommation énergétique kwhep/m2.an ,04 1,05 5,15 0, ,20 75,45 0,05 1,3 6,4 0, ,41 74,26 0,06 1,58 7,7 0, ,07 73,12 0,08 2,1 10,25 0, ,94 71,42 0,1 2,63 11,04 0, ,43 70,02 0,12 3,16 15,35 0, ,69 0,14 3,68 17,85 0, ,11 0,16 4,21 20,45 0, ,44 0,18 4, , ,31 0,2 5,26 25,6 0, ,63 65,81 Q9 : Quelles conclusions pouvez-vous tirer de la variation de l épaisseur des murs extérieurs en fonction de l efficacité énergétique et du prix du bâti? Serait-il judicieux de passer de 14cm à 20cm d épaisseur? Modification de l épaisseur de l isolant du plancher haut Le plancher est composé d isolant d épaisseur 20 cm entre les solives et d un isolant de 10 cm sur les solives : matériaux épaisseur (m) Conductivité thermique λ (W/m C) Résistance thermique R (m2 C/W) pourcentage Homatherm Fibre de bois 0,3 0,038 7, % placo type BA13 0,013 0,25 0, % Résistances superficielles Ri + Re (m2 C/W) 0,14 coefficient b 1 U = Surface =,124 W/m2 C 83,8 m2 Page 5/6

6 Q10 : Pour les différentes épaisseurs de l isolant, relever la consommation énergétique totale de la maison (en kwhep/m 2 ) et compléter le tableau ci-dessous : Attention, l épaisseur des murs doit être de 14 cm pour la simulation. Consommation énergétique totale de la maison en kwhep/m² pour différentes épaisseurs de l isolant Homatherm sur le plancher haut ou combles. Epaisseur Consommation (m) énergétique , ,2 0,3 0,4 0,5 Q11 : Quelles conclusions peut-on faire concernant l influence de l épaisseur de l isolant du plancher haut (combles)? 3. Conclusions Autrefois, la taille des fenêtres était limitée pour éviter des déperditions excessives en hiver. Des fenêtres performantes équipées de volets efficaces ont été choisies dans cette maison. Elles sont orientées vers le sud, ce qui permet même de gagner plus d énergie solaire, durant la saison de chauffe, qu elles ne perdent de chaleur. Cette disposition judicieuse des baies vitrées permet de limiter, en outre, l éclairage artificiel. Q12 : Quel gain peut-on réaliser en utilisant une isolation des murs de 20 cm au lieu de 14cm? Q13 : Quel gain peut-on réaliser en augmentant l isolation du plancher haut? Q14 : Proposer une solution qui ne coute rien permettant d améliorer la consommation (voir le scénario de vie du bâtiment): Page 6/6

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