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D2-THERM-A Février 2014 Isolation thermique Banc d’essai Dossier lycée Isolatio

D2-THERM-A Février 2014 Isolation thermique Banc d’essai Dossier lycée Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 1 Isolation thermique - Banc d’essai Christelle Abis - Stéphane Jean - Laurent Bimont - Dominique Sauzeau SOMMAIRE Présentation générale 02 à 03 Présentation pédagogique 04 à 05 Activité découverte – Amélioration de l’efficacité énergétique du chauffage dans l’habitat 06 à 13 Document professeur 06 Document élève 08 Correction 10 Document ressource « L’énergie thermique - Fondamentaux Niveau 1» 12 Activité 1 – Déperdition d’énergie dans une habitation 14 à 24 Document professeur 14 Document élève / Correction 16 Document ressource N°1 « Les déperditions d’énergie dans une habitation » 23 Document ressource N° 1 bis « Exemple de projet réalisé sous Archimist » 25 Activité 2 – Isolation thermique des matériaux de construction 26 à 41 Document professeur 26 Document élève 28 Correction 34 Document ressource N°2 « L’énergie thermique – Fondamentaux Niveau 2 » 40 Activité 3 – Isolation thermique des murs par l’intérieur ou l’extérieur 42 à 57 Document professeur 42 Document élève 44 Correction 50 Document ressource N°3 « La gamme d’isolation Métisse » 54 Document ressource N°3 bis « Applications de l'imagerie thermique dans le bâtiment » 56 Activité 4 – Isolation thermique des vitrages et ventilation de l’habitat 58 à 72 Document professeur 58 Document élève 60 Correction 66 Document ressource N°4 « La ventilation dans l’habitat » 71 Annexe – La simulation R Home – Pertes thermiques 73 CONTENU DU CD-ROM Le CD-Rom de ce projet est disponible au catalogue de la Société A4 (Réf. : CD-BE-THERM). Il contient : Le dossier pédagogique en version .PDF et .DOC Des photos du produit. La modélisation 3D complète avec des fichiers 3D aux formats SolidWorks, Parasolid et eDrawings. Les dossiers et le Cédérom sont copiables pour les élèves, en usage interne dans les établissements scolaires* *La duplication est autorisée sans limite de quantité au sein des établissements scolaires, à seules fins pédagogiques, à la condition que soit cité le nom de l’éditeur : Société A4. La copie ou la diffusion par quelque moyen que ce soit en dehors d'un usage interne à l’établissement de tout ou partie du dossier ou du CD- Rom ne sont pas autorisées sans l’accord de la Société A4 Technologie. Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 2 Présentation générale 1/2 1. Les points forts du banc d’essai isolation thermique Ce banc d’essai représente une pièce dont un mur et l’isolation sont amovibles. À l’intérieur, une source de chaleur et un thermomètre permettent d’observer et de mesurer la montée et descente en température. Sa simplicité, sa robustesse et sa mise en œuvre rapide, ses qualités pédagogiques en font un support particulièrement adapté à l’enseignement technologique. Il est possible ainsi de tester et comparer différents matériaux de construction et d’isolation ainsi que le double vitrage. Le banc d’essai est très bien isolé thermiquement pour que les mesures de températures soient liées à la mise en place du mur amovible. Ce mur est disponible dans trois matériaux : brique, bois et en option en ciment. Le chauffage intérieur est assuré par une ampoule de 15 watts : un système sûr et pratique pour visualiser l’action de chauffage et mesurer l’inertie thermique. Le système à glissières permet de remplacer le mur très facilement et de placer des isolants à l’intérieur comme à l’extérieur. Une fenêtre double vitrage, placée sur un mur de côté, permet des investigations supplémentaires. Mur en briques creuses Mur en bois Isolant extérieur Banc d’essai livré avec un thermomètre à sonde Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 3 Présentation générale 2/2 2. Composition du support pédagogique 3. Le système numérique de mesure XLlogger (Pack découverte ou en option) « XLlogger » est un système constitué d’une application (fournie sous la forme d’une clé USB) fonctionnant sous le tableur « Excel » et d’une gamme étendue de sondes que l’on connecte directement en USB à l’ordinateur. Les grandeurs physiques acquises par les sondes sont restituées et stockées en temps réel dans une feuille de calcul sous forme de tableau et graphique. De multiples mesures sont possibles avec un choix étendu d’une vingtaine de sondes (voir catalogue). Le banc d’essai thermique est prévu pour accueillir la sonde XLlogger de température. Double vitrage : 2 plaques PMMA 180 x 62 x 3 mm Isolants en carton mousse (polystyrène expansé encarté) - intérieur 220 x 230 x 10 mm - extérieur 230 x 230 x 10 mm Murs amovibles de 325 x 230 x 25 mm fournis d’origine en bois et en briques creuses (En option : mur type parpaings en ciment) Chauffage assuré par une lampe de 12 V - 15 W - Douille E14 Murs et plafond réalisés en PVC expansé de 19 mm avec isolation en carton mousse. Thermomètre numérique (fourni avec le banc d’essai) Sonde XLlogger (Réf. : XLS1001) Application XLlogger disponible sur clé USB. Récupération des données sur une feuille de calcul et affichage sous forme de graphique (Tableur Excel). (Réf : XLC2003 ou XLC 2011). Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 4 Présentation pédagogique 1/2 1. L’intérêt pédagogique L’utilisation du banc d’essai isolation thermique permet de mettre en place en classe de 1ère ou terminale STI2D des activités autour des thèmes du « confort » et de « l’énergie ». Ce banc d’essai est utilisable pour l’enseignement technologique commun et dans les enseignements technologiques spécifiques pour les spécialités « Architecture et construction (AC) » et « Énergies et environnement (EE) ». Dans ce dossier sont développées cinq activités autour des problématiques suivantes : Activité découverte - Comment améliorer l’efficacité énergétique du chauffage dans l’habitat ? Activité 1 - Comment évaluer les pertes énergétiques d’une habitation ? Activité 2 - Comment réduire les déperditions énergétiques des murs d’une habitation ? Activité 3 - Comment limiter les déperditions énergétiques à l’intérieur ou à l’extérieur d’une habitation ? Activité 4 - Comment augmenter l’isolation thermique au niveau des vitrages d’une habitation ? - Comment aérer une habitation sans perdre trop d’énergie thermique ? Des pistes supplémentaires d’investigation sont aussi envisageables comme par exemple réaliser et tester des murs dans d’autres matériaux tels que le ciment, le torchis, le carton, etc. L’idéal est de disposer de plusieurs bancs d’essai. À défaut, un groupe travaille avec le banc d’essai, les autres sur des activités en relation avec les isolants. Les activités 2,3 et 4 s’appuient pleinement le banc d’essai et présentent des points communs : - mise en place et conduite d’expérience ; - relevés de mesures ; - tableaux et courbes avec un tableur ; - interprétation des résultats ; - structuration des connaissances. La difficulté des tests thermiques réside souvent dans le temps nécessaire pour réaliser des tests comparatifs probants. Avec ce banc d’essai, des enregistrements de données de 10 à 15 minutes suffisent pour constater des écarts significatifs entre deux configurations de matériaux de construction ou de matériaux isolants. * Les points essentiels du programme abordés en 1ère et terminale STI2D Enseignement technologique commun Enseignement technologique spécifique Spécialité « Architecture et construction » Spécialité « Énergie et environnement » 2.3.2 comportement des matériaux 1.2 Projet architectural 2.3 Paramètre influant la conception 2.3.5 Comportement énergétique des systèmes 2.1 Paramètres influant la conception 2.4 Approche comportementale 3.1.1 Choix des matériaux 2.2 Solutions technologiques 2.3 Modélisations, essais et simulations Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 5 Présentation pédagogique 2/2 2. Organisation pédagogique de la séquence Problématique générale Comment améliorer l'efficacité énergétique du chauffage dans l'habitat ? ORGANISATION Centres d'Intérêt abordés dans la séquence CI 4 Dimensionnement et choix des matériaux et structures 8 h CI 6 Efficacité énergétique lié au comportement des matériaux 4 h Nb de semaines ~ 3 sem. Total horaire élève 20 heures Activités en groupes allégés Horaire élève groupe ~ 10 h Activité découverte Activité 1 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Cours L’efficacité énergétique Dimensionner un chauffage Isolation thermique des matériaux de construction Les isolants intérieurs et extérieurs Isolation thermique ouvertures ventilation Sem 1 L'éco construction des produits 2h Heures élève 2 2 2 2 2 Objectifs Dimensionner un chauffage / Caractériser des matériaux et justifier leur choix / Améliorer l'efficacité énergétique des matériaux dans l'habitat Structure et matériaux dans l'habitat L'énergie dans l'habitat Nb élèves 4 4 4 4 4 Comportement des matériaux Nb postes 2 2 2 2 2 Sem 2 Efficacité énergétique et matériaux 3h Durée ~ 3 h ~ 3 h ~ 2 h 2h 2 h Supports 1 Logiciel XMind Carte mentale Comportement des systèmes Supports 2 Logiciel Archimist Supports 3 BE isolation thermique Supports 4 BE isolation thermique Supports 5 BE isolation thermique Document professeur Isolation thermique – Dossier Lycée – 02.2014 6 Activité découverte - Efficacité énergétique du chauffage dans l’habitat 1/2  Les points du programme – STI2D A - Objectifs et compétences des enseignements technologiques communs du baccalauréat STI2D Objectifs de formation Compétences attendues O6 - Communiquer une idée, un principe ou une solution technique, un projet, y compris en langue étrangère CO6.1. Décrire une idée, un principe, une solution, un uploads/s1/ d2-therm-a-dossier-lycee-fev2014.pdf