Objectif : Relier écart de température, flux et résistance thermique.
Problématique de l'activité
Le chauffage des habitations représente près de 50 % de la consommation d'énergie mondiale. Ce pourcentage est presque identique concernant les émissions de dioxyde de carbone CO2(g).
Quel impact peut avoir une bonne isolation thermique sur une habitation ?
Doc. 1
Flux thermique
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Crédits : lelivrescolaire.fr
Le flux thermique ϕ est la quantité d'énergie qui
s'échange entre deux corps par unité de temps :
ϕ=ΔtQ où
ϕ : flux thermique échangé (W) Q : énergie de transfert thermique (J) Δt : durée de l'échange (s)
Le flux thermique entre les deux faces d'une paroi est
proportionnel à l'écart de température ΔT :
La grandeur Rth quantifie l'opposition de la paroi au flux thermique. Lorsque les parois sont superposées, les résistances thermiques s'ajoutent.
Doc. 2
Maison à isoler
Le zoom est accessible dans la version Premium.
Crédits : Ivan Smuk/Shutterstock
Sur l'image infrarouge apparaissent en rouge les surfaces les plus chaudes et en violet les plus froides. Cette maison possède 15 m2 de vitrage simple, les murs extérieurs font 85 m2, le toit 79 m2 et le sol 70 m2.
Doc. 3
Résistance thermique surfacique
La résistance thermique surfacique rS est une grandeur indépendante de la taille de la surface S qui caractérise le pouvoir isolant d'une paroi :
rs=Rth⋅S
rs : résistance thermique surfacique (m2·K·W-1) S : surface de la paroi (m2)
Parois
Vitre
Mur
Sol
Plafond
Triple vitrage
Laine de verre
Résistance
thermique surfacique rs
(m2·K·W‑1)
0,16
1,9
3,1
4,2
1,6
3,1
Questions
REA : Appliquer une formule COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
Compétence(s)
1. Repérer sur l'image en infrarouge les zones de déperdition thermique.
2. Calculer la résistance thermique Rth des vitres, du sol, des murs et du plafond. En déduire la paroi la moins isolante.
3. Calculer le flux thermique passant par les vitres ϕv, les murs ϕm, du plafond ϕp et du sol ϕs lorsque l'écart de température entre l'intérieur et l'extérieur est de 20 K.
4. Comparer ces valeurs à la réponse de la question 1.
Synthèse de l'activité
Calculer l'économie d'énergie réalisée en une année si le simple vitrage est remplacé par du triple vitrage pour un écart moyen de température de 5 K.
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