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Flux thermique et résistance thermique
P.429

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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


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Flux thermique et résistance thermique





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)\text{CO}_2(\text{g}).

➜ Quel impact peut avoir une bonne isolation thermique sur une habitation ?


Objectifs

  • Relier écart de température, flux et résistance thermique.


Doc. 1
Flux thermique

Flux thermique
Le flux thermique ϕ\phi est la quantité d’énergie qui s’échange entre deux corps par unité de temps :
ϕ=QΔt\phi=\dfrac{Q}{\Delta t}
ϕ\phi : flux thermique échangé (W)
QQ : énergie de transfert thermique (J)
Δt\Delta t : durée de l’échange (s)

Le flux thermique entre les deux faces d’une paroi est proportionnel à l’écart de température ΔT\Delta T :
ϕ=ΔTRth\phi=\dfrac{\Delta T}{R_{\mathrm{th}}}
ΔT\Delta T : écart de températures (K)
RthR_{\mathrm{th}} : résistance thermique (K·W-1)

La grandeur RthR_{\mathrm{th}} quantifie l’opposition de la paroi au flux thermique. Lorsque les parois sont superposées, les résistances thermiques s’ajoutent.

Doc. 2
Maison à isoler

Maison à isoler

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 rSr_{\mathrm{S}} est une grandeur indépendante de la taille de la surface SS qui caractérise le pouvoir isolant d’une paroi :
rs=RthSr_{\mathrm{s}}=R_{\mathrm{th}} \cdot S
rsr_{\mathrm{s}} : résistance thermique surfacique (m2·K·W-1)
SS : surface de la paroi (m2)

Parois Vitre Mur Sol Plafond Triple vitrage Laine de verre
Résistance thermique surfacique rs\bm r_{\textbf{s}} (m2·K·W‑1) 0,16 1,9 3,1 4,2 1,6 3,1

Compétences

REA : Appliquer une formule

COM : Rédiger correctement une résolution d’exercice

Questions

1. Repérer sur l’image en infrarouge les zones de déperdition thermique.


2. Calculer la résistance thermique RthR_{\mathrm{th}} 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\phi_{\text{v}}, les murs ϕm\phi_{\mathrm{m}}, du plafond ϕp\phi_{\mathrm{p}} et du sol ϕs\phi_{\mathrm{s}} 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.
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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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