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Bâtiment à énergie passive BEPAS
P.456-457

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SUJET BAC


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Bâtiment à énergie passive BEPAS




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Le bâtiment à énergie passive BEPAS ou maison passive est dérivé du concept allemand Passivhaus. Plus performant que le bâtiment BBC, ce type d’habitation a été mis au point dans le but de réduire la consommation d'énergie. La conception d’un habitat passif s’appuie sur quelques grands principes parmi lesquels : une isolation thermique renforcée, des fenêtres de grande qualité, une suppression des ponts thermiques.

Un conseil municipal a décidé la construction d’un éco-quartier BEPAS, avec une première tranche de six maisons et un lot de quinze appartements. Les maisons sont de forme simple et compacte, équipées d’un vide sanitaire ventilé de 60 cm de hauteur, sans étage et d'une surface habitable 100 m2.

Doc. 1
Conditions d’obtention du label BEPAS

Conditions d’obtention du label BEPAS

Pour obtenir le label BEPAS, il convient de respecter certaines normes :
  • un besoin en énergie pour le chauffage inférieur ou égal à 1515 kW⋅h⋅m-2 par an ;
  • une consommation en énergie primaire CEP (pour le chauffage, l’eau chaude, l’électroménager, etc.) inférieure ou égale à 120120 kW⋅h⋅m-2 par an ;
  • un besoin en énergie finale EF inférieur ou égal à 5050 kW⋅h⋅m-2 par an.
Par ailleurs, afin de limiter la déperdition d’énergie, une excellente étanchéité est exigée.

Doc. 2
Schéma de la maison de 2,5\bold{2{,}5} m de hauteur

Schéma de la maison de 2,5 m de hauteur

Doc. 3
Données concernant l’isolation

Surfaces (m2) Composition Épaisseur (mm) Conductivité thermique (W⋅m‑1⋅K‑1) Résistance thermique surfacique (m2⋅K⋅W‑1)
Murs extérieurs Plaques de plâtre BA13 130 0,250
Enduit chaux 100 0,700
Brique standard 200 0,390
Laine de roche 200 0,042
Bois léger sapin 100 0,140
Sol 100 Panneau de liège 40 0,040 10,1
Laine de bois ISONAT 80 0,036
Béton 200 2,10
Hourdis polystyrène 250 0,038
Toiture 104 Laine de roche 60 0,040 7,5
Polystyrène 210 0,036
Vitrages 16,0 Triple vitrage 4/12/4/12/4 / 4,6
Porte 1,66 Bois 40 0,200 0,37

Doc. 4
Étiquettes énergétiques

Étiquettes énergétiques
Étiquettes énergétiques
D’après developpement-durable.gouv.fr.

Doc. 5
Résistances thermiques

La résistance thermique RthR_\text{th} d’une paroi s’exprime :
Rth=eλSR_{\mathrm{th}}=\dfrac{e}{\lambda \cdot S} RthR_{\text{th}} : résistance thermique (K·W-1)
ee : épaisseur (m)
λ\lambda : conductivité thermique (W·m-1·K-1)
SS : surface (m2)

La résistance thermique surfacique rSr_\text{S} est une grandeur indépendante de la surface qui caractérise le pouvoir isolant d’une surface SS :

rs=RthSr_{\text{s}}=R_{\mathrm{th}} \cdot S rsr_{\text{s}} : résistance thermique surfacique (m2·K·W-1)

Doc. 6
Transferts thermiques

Définition 1 Définition 2 Définition 3
Le transfert d’énergie par ondes électromagnétiques ne nécessite pas de milieu matériel et se fait sans transport de matière. Le transfert d’énergie se fait par déplacement de matière, généralement au sein d’un gaz ou d’un liquide. Le transfert d’énergie dans un milieu matériel se fait de proche en proche, sans transport de matière.

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Questions

La maison est construite dans une région où la température de l’air extérieur durant la période d’hiver est en moyenne de θext=1,0\theta_\text{ext} = -1{,}0 °C. La température à l’intérieur de la maison est maintenue constante à θi=19,0\theta_\text{i} = 19{,}0 °C en hiver par une chaudière à gaz et la température dans le vide sanitaire est de θvs=10,0\theta_\text{vs} = 10{,}0 °C. Les résistances surfaciques à l’intérieur et à l’extérieur de la maison valent respectivement rsi=0,110r_\text{si} = 0{,}110 m2⋅K⋅W-1 et rse=0,060r_\text{se} = 0{,}060 m2⋅K⋅W-1.

1. Différents modes de transfert thermique

1.1 Les échanges thermiques s’effectuent selon trois modes. Associer, à chacune des définitions du doc. 6 (⇧), le nom du mode de transfert thermique correspondant.


1.2 Préciser quel mode de transfert thermique intervient dans les solides.


2. Résistances et flux thermiques

2.1 Vérifier que la valeur de la résistance thermique surfacique rsmr_\text{sm} des murs extérieurs est de 6,826{,}82 m2⋅K⋅W-1.


2.2 Exprimer, puis calculer le flux thermique surfacique φm\varphi_\text{m} à travers les murs.


2.3 Calculer la surface SmS_\text{m} des murs.


2.4 Calculer le flux thermique ϕm\phi_\text{m} à travers les murs.


2.5 Montrer que le flux thermique surfacique à travers le sol est φsol=0,891\varphi_\text{sol} = 0{,}891 W⋅m-2, puis calculer le flux thermique ϕsol\phi_\text{sol} à travers le sol.


3. Bilan thermique et diagnostic performance

3.1 Montrer que le flux thermique total à travers la maison est de ϕ=799\phi = 799 W, sachant que les valeurs des flux thermiques sont de ϕtoit=278\phi_\text{toit} = 278 W pour le toit, ϕv=73,8\phi_\text{v} = 73{,}8 W pour les parties vitrées (baies vitrées et portes-fenêtres) et ϕp=89,7\phi_\text{p} = 89{,}7 W pour la porte.


3.2 La période de chauffage en hiver dure 120120 j. Montrer que l’énergie consommée pour compenser les pertes thermiques est d’environ E=2300E = 2 \: 300 kW⋅h. Calculer le coût du chauffage, si le coût pour 11 kW⋅h est de 0,160{,}16 €.


Le propriétaire utilise un chauffage au gaz. Dans ce cas, l’énergie finale est égale à l’énergie primaire, contrairement au chauffage électrique pour lequel il faut 2,582{,}58 kW⋅h en énergie primaire pour obtenir 11 kW⋅h en énergie finale.

3.3 Déterminer la consommation annuelle totale d’énergie primaire utilisée dans la maison (chauffage, eau chaude sanitaire, électroménager, etc.), sachant que la consommation d’énergie par chauffage représente 60 % de la consommation totale d’énergie primaire.


3.4 Déterminer la classe énergétique de cette maison.


3.5 Préciser si la maison peut bénéficier du label BEPAS en justifiant la réponse.
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