La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

Enseigner en STI2D Séminaire académique STI2D – mai 2012 Stratégies pédagogiques I nspection P édagogique R égionale Groupe S.T.I. Enseignement technologique.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "Enseigner en STI2D Séminaire académique STI2D – mai 2012 Stratégies pédagogiques I nspection P édagogique R égionale Groupe S.T.I. Enseignement technologique."— Transcription de la présentation:

1 Enseigner en STI2D Séminaire académique STI2D – mai 2012 Stratégies pédagogiques I nspection P édagogique R égionale Groupe S.T.I. Enseignement technologique en STI2D 1 Cultiver la démarche déco-construction

2 Enseigner en STI2D Rappels sur la spécialité «Architecture & Construction» Caractéristiques de la spécialité : – Forte dimension sociétale de la construction – Contraintes réglementaires spécifiques aux ouvrages publics – Concerne lensemble des champs du BTP (bâtiment, travaux publics, urbanisme) – Approche complète de louvrage sur son cycle de vie de la conception architecturale à la fin de vie de louvrage. Démarche déco-construction sur un ouvrage existant ou projeté : – Adaptabilité des ouvrages aux besoins et aux contraintes – Maîtrise de lénergie – Gestion des fluides – Optimisation des structures – Choix des matériaux et des procédés – Qualité sanitaire et confort des usagers 2

3 Enseigner en STI2D 3 Approfondissement des solutions technologiques Mettre en relation larchitecture et lefficacité énergétique Evaluer par simulation les performances thermiques de plusieurs solutions technologiques Sinscrire dans la démarche de projet technologique : Concevoir une solution constructive en réponse à une performance Etudier une réhabilitation dun bâtiment pour répondre à un niveau de performance thermique. La maison du Trégor Pour lenseignement «Architecture & Construction» AC MEI

4 Enseigner en STI2D Objectif de formation O7 - Imaginer une solution, répondre à un besoinConnaissancesConception bioclimatique Compétences CO 7 - Participer à une étude architecturale, dans une démarche de développement durable Situation-problème La forme architecturale de la maison du TREGOR est-elle optimisée au plan de lefficacité énergétique ? Ressources Moyens didactiques Fichier de la maison du Trégor. Logiciel GOOGLE SKETCHUP. Ressources sur léco-conception des maisons individuelles. Tableur-grapheur. Démarche dinvestigation Prise en compte de la morphologie du bâtiment TREGOR et des recommandations pour 1 maison bioclimatique Recherche dun autre agencement architectural des volumes et des pièces Analyse au plan de lefficacité énergétique Restitution des élèves Critique collective Connaissances en synthèse Les points de conception dune maison bioclimatique : orientation maximale des surfaces par rapport au soleil. Réduction des surfaces du bâti en contact avec lextérieure afin de minimiser les déperditions thermiques. Réduction des linéaires de ponts thermiques. 4 M E I Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1

5 Enseigner en STI2D Comment optimiser la forme dune habitation ? Lors de létude DPE, nous avons constaté que les déperditions sont directement liées aux surfaces en contact avec lextérieur. La forme de la maison de Trégor est elle optimisée ? Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique A partir des volumes intérieurs modélisés, on se propose dimaginer dautres dispositions tout en veillant à respecter les quelques principes de conception découverts en ETT. Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1

6 Enseigner en STI2D Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique 1 1 – Récupérer les différents volumes de la maison étudiée On dispose : Dun fichier SketchUp contenant la modélisation des volumes. (Le volume occupé par lescalier peut être utilisé comme espace vide si la maison est de plein pied – volume fourni) De ressources sur léco-conception des maisons individuelles Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 6

7 Enseigner en STI2D Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique 2 2 – Ré agencer tous les volumes de manière à avoir la même surface habitable On notera : Grandes baies orientées vers le Sud. Les chambres orientée vers lEst ou lOuest Aucune fenêtre au Nord Locaux techniques plutôt au centre et orientés vers le nord. Redessiner avec le logiciel « GoogleSketchup » le contour de la nouvelle configuration Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 Ici, on a conservé la même orientation pour chacune des baies de la construction dorigine.

8 Enseigner en STI2D Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique 3 3 – Comparer les solutions et déduire des règles déco-conception Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 8 Trégor 2 Trégor 1 Après avoir redessiné le contour, on extrude la surface sur la hauteur de la construction, on redessine le contour des fenêtres pour les déduire de la surface des murs. On cache les volumes modélisés pour ne sintéresser quà lenveloppe. Résultats : Trégor 1 : Surface Plancher = 57.7 m² Surface Murs = m²Total : m² Trégor 2 : Surface plancher = 115.3m² Surface Murs = 136 m²Total : m² Avec loutil « Infos sur lentité » on sélectionne les surfaces lune après lautre pour en obtenir la surface Trégor 2 présente plus de surface en contact avec lextérieur que Trégor 1, en particulier au niveau des planchers qui sont une source non négligeable de déperditions. Trégor 1 est plus « compacte » son efficacité énergétique sera meilleure

9 Enseigner en STI2D Incidence de larchitecture sur lefficacité énergétique 3 3 – Comparer les solutions et déduire des règles déco-conception Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 9 Trégor 2 Trégor 1 On établit le DPE à laide dun outil simple pour évaluer lécart entre les deux solutions étudiées : Trégor 1 : 67 kWhep/m²/an Trégor 2 : 77 kWhep/m²/an Consommation Trégor 2 : +15 %

10 Enseigner en STI2D 10 Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 Connaissances acquises au cours de la séquence : Manipuler Manipuler dun modeleur 3D simple pour représenter une solution architecturale Exploiter Exploiter les règles déco-conception dune maison Mesurer Mesurer les surfaces en contact avec lextérieur Déduire Déduire une règle de conception permettant de minimiser la surface de lenveloppe du volume habitable

11 Enseigner en STI2D 11 Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 1 Objectif de formation O8 – Valider des solutions techniquesConnaissances Confort thermique : caractéristiques et comportements thermiques et des matériaux et parois. Compétences CO8 ac1 – Simuler le comportement thermique de tout ou partie dune construction CO8 ac2 – Analyser les résultats issus de simulations Lien avec Physique-Chimie HABITAT : transferts thermiques : conduction, flux thermique, résistance thermique, caractéristiques des matériaux. Situation-problème Comment se comporte au plan thermique et hygrothermique en RPE, une paroi en fonction de sa solution constructive ? Où placer le pare-vapeur ? Ressources Moyens didactiques Cahier des charges du bâtiment. Outil tableur-grapheur de simulation du comportement dune paroi. Démarche de résolution de problème Rappels et apports théoriques Prise en compte du CdC dun bâtiment Simulation du comportement thermique Simulation du comportement hygrothermique Choix de la solution Restitution des élèves Connaissances en synthèse Comprendre un cahier des charges pour en extraire les données permettant de simuler le comportement dune paroi. Proposer une solution technique en respectant des règles de bonne conception. M E I Performances thermiques et hygrothermiques des solutions pour une paroi

12 Enseigner en STI2D Comment se comporte une paroi au plan thermique et hygrothermique en RPE* Jusquà présent nous avons caractérisé le comportement dune paroi simple. Pour étudier le comportement dune paroi réelle nous devons élaborer un modèle qui permet de prendre en compte au mieux ses caractéristiques et qui permet de simuler son comportement dans un environnement le plus réaliste possible. Conductivité + Epaisseur = Résistance Thermique Résistance thermique de la paroi + Echanges superficiels Paroi « simple » abordé en ETT Paroi « composite » étudié en AC En RPE, on va expliciter les lois qui vont nous permettre : De calculer la résistance thermique dune paroi composite. Détudier le comportement dun mur qui sépare deux ambiances différentes qui se caractérisent par : Des températures différentes Des teneurs en humidité différentes APROFONDISSEMENT Modèle simplifié Réalité technologique *RPE = régime permanent établi Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Mise en situation de la démarche technologique 12

13 Enseigner en STI2D Les parois des bâtiments sont très rarement composées dun seul et unique matériau. Comment évaluer la résistance thermique dune paroi composite ? Les résistances thermiques des parois superposées en série sajoutent Le flux de chaleur à travers la paroi est uniforme se si R th1 R th2 R th3 Flux se si e2e2 e3e3 e1e1 Mur Lame dair Complexe isolant RAPPELS Démarche de validation expérimentale possible en AC si non réalisée en ETT Démarche de validation expérimentale possible en AC si non réalisée en ETT Activité 1 : Rappels théoriques Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 13

14 Enseigner en STI2D Nous avons vu comment évaluer le flux de chaleur en connaissant les températures de surface dune paroi simple. Comment évaluer le flux de chaleur à partir des températures des ambiances intérieures et extérieures ? Les températures de surface dépendent essentiellement de mouvements de convection qui existent entre le milieu ambiant et la surface de la paroi. Ils sont complexes à obtenir. Dans le bâtiment on les assimile à des résistances déchange superficiel Rsi et Rse e int ext se si Flux et sont les températures dambiance int ext RTh est la résistance thermique de la paroi Valeurs des coefficients déchanges superficiels Paroi en contact avec : Lextérieur, Un passage ouvert Un local ouvert Paroi en contact avec : Un autre local fermé chauffé ou non chauffé Un comble, Un vide sanitaire RsiRseRsiRse Paroi verticale ou faisant avec le plan horizontal un angle supérieur à 60° 0,110,060,11 Paroi horizontale ou faisant avec le plan horizontal un angle égal ou inférieur à 60°, flux ascendant (toiture) 0,090,050,09 Flux descendant (plancher bas) 0,170,050,17 SAPPROPRIER Approche expérimentale recommandée Activité 1 : Apports théoriques sur la résistance superficielle déchange Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2

15 Enseigner en STI2D Dans le cadre du développement dun nouveau modèle de pavillon devant répondre à la nouvelle réglementation en matière defficacité énergétique, le bureau détude dun promoteur immobilier souhaite étudier les solutions existantes en vue de leur amélioration et développer des solutions de réhabilitation applicables au parc existant. 1 1 – Décoder et analyser un cahier des charges pour identifier les différents constituants dun mur Décoder un extrait de CCTP Identifier les différents constituants sur une coupe technologique DECODER Activité 2 : Identification des caractéristiques des solutions constructives Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2

16 Enseigner en STI2D Simuler le comportement thermique de la paroi en RPE à partir des informations collectées dans le CCTP. Ressources : Les fiches techniques de différents produits Un outil de simulation de la paroi APPREHENDER Activité 3 : Simulation et analyse du comportement de la paroi Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 16

17 Enseigner en STI2D 3 3 – Analyser les résultats Résistance Thermique Contextuelle Résistance Thermique Intrinsèque Allure du diagramme de température dans la paroi Pour les conditions aux limites données : Orientation de la paroi, nature et température des ambiances séparées. On obtient toutes les informations relatives au comportement thermique de la paroi en RPE : Rth, le flux de chaleur par m², Epaisseurs, Evolution de la température au sein de la paroi. Activité 3 : Simulation et analyse du comportement de la paroi Spécialité «Architecture & Construction» : Séq ANALYSER

18 Enseigner en STI2D SAPPROPRIER Activité 4 : Comportement hygrothermique de la paroi Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Les parois de bâtiments séparent deux ambiances dont l'air est à des conditions hygrothermiques différentes. Lorsque les conditions sont réunies, il y a un risque de condensation de la vapeur d'eau contenue dans l'air à l'intérieur des parois ou sur leurs parements. Le diagramme de Glaser permet d'estimer graphiquement le risque de condensation en confrontant la pression de vapeur saturante et la pression partielle de vapeur à l'interface des composants qui constituent une paroi. La pression de vapeur saturante « Pvsat » dépend de la température de l'air et décroît avec la température. La pression partielle de vapeur « Pv »dans la paroi dépend directement de la résistance à la migration de la vapeur d'eau de chacun des composants qui constituent la paroi. Si Pv > Pvsat la vapeur deau se condense Pour en savoir plus

19 Enseigner en STI2D 3 3 – Analyser les résultats Allure des diagrammes de pression Pv et Pvsat En jouant sur les taux dhumidité intérieur et extérieur pour lécart de température Text/Tint de létude, on vérifie si il y a risque de condensation dans la paroi Si Pv < Pvsat pas de risque de condensation A partir des températures pariétales, la pression partielle de vapeur et la pression de saturation sont simulées dans la paroi ANALYSER Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Activité 4 : Comportement hygrothermique de la paroi

20 Enseigner en STI2D COMPARER Quelle est lincidence du risque de condensation sur le choix du complexe isolant ? Après avoir constaté quil y a risque de condensation dans le mur (structure + complexe isolant), on peut se poser la question de la solution technologique à adopter pour éviter ce phénomène qui a pour conséquence une forte dégradation du pouvoir isolant de la paroi. Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Pourquoi doit on avoir un complexe isolant avec Pare vapeur ? Où le placer dans la paroi ? La mise en place dun pare vapeur est-elle nécessaire dans le cas de la maison Trégor ? R = 2.35 m²K/W Activité 4 : Comportement hygrothermique de la paroi

21 Enseigner en STI2D COMPARER Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Activité 5 : Comparaison du comportement de solutions constructives SOLUTION 1 : Structure BBM Creux en béton de 20 cm + complexe isolant Th38 + plaque de plâtre de 10 mm Solution 3 : Structure Bloc Béton Cellulaire de 25 cm + isolant liège côté extérieur Structure Ossature Bois : Isolant 150 mm + Bardage bois extérieur + habillage bois + plaque de plâtre intérieur Solution 2 : Structure Bloc Calimur C20 de 20 cm + complexe isolant Th38 + plaque de plâtre de 10 mm 4 4 – Comparer des solutions

22 Enseigner en STI2D COMPARER Avec le même complexe isolant, le mur monté en BBM et bien entendu moins performant que le mur monté avec des blocs Calimur C20 ! Par ailleurs létude hygrothermique proposée par le simulateur révèle que les deux parois sont plus ou moins exposées au risque de condensation interne. Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Activité 5 : Comparaison du comportement de solutions constructives R = 2.35 m²K/W R = 3.43 m²K/W Quel est lintérêt des blocs isolants par rapport à un BBM « classique » ? Conditions aux limites : T int = 19°C H in t = 80% T ext = -5° H ext = 90%1 2

23 Enseigner en STI2D RECHERCHER Comment améliorer les performances dun mur « classique » ? On étudie la solution retenue dans le cas du pavillon Trégor. On se fixe un objectif en terme de performance R ~ 5 m²K/W Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Activité 5 : Comparaison du comportement de solutions constructives R = 4.95 m²K/W Comment modifier les solutions 1 & 2 pour obtenir la même résistance RTh dans le cas dune construction neuve ? Comment modifier les solutions 1 & 2 pour obtenir la même résistance RTh dans le cas dune réhabilitation ? Dans le cas de la maison étudiée, lisolant étant à lextérieur, on remarque lallure différente de la courbe de température. La structure du bâtiment, réalisée avec le matériau le moins isolant, est protégée thermiquement, ce qui limite sensiblement les pertes par pont thermique au niveau des planchers par exemple. Pour chaque étude les élèves proposent une solution en sappuyant sur des documents ressources, une simulation et une coupe de principe. Comme le montre létude hygrothermique, il ny a pas de risque de condensation dans la paroi. 3

24 Enseigner en STI2D 24 Composée de laines minérales performantes et des pièces dédiées à la fixation des ossatures et des isolants, la sélection Optex sappuie sur trois références de laines Isofaçades aux bonnes performances thermiques. La gamme est dédiée à lisolation thermo-acoustique des murs par lextérieur, la laine minérale permettant datteindre de bon niveaux (R=6,85 m².K/W). Grâce à de nouvelles références à faible lambda (0,032 W/m.K) et de fortes épaisseurs (jusquà 240 mm), ces produits permettent des réaliser des bâtiments conformes à la RT 2012, BBC et même à des bâtiments à énergie positive (Bepos). Source Batiactu Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Activité 6 : Optimisation de solutions constructives Une solution Isolation par lextérieur de la solution 1 Laine Isofaçade Optex = W/m.K Epaisseur inconnue - Objectif : R = 5 m²K/W

25 Enseigner en STI2D 25 Spécialité «Architecture & Construction» : Séq. 2 Connaissances acquises au cours de la séquence : Calculer Calculer la résistance thermique dune paroi « composite » en prenant en compte les contraintes environnementales (Rsi et Rse) Décoder Décoder un cahier des charges Représenter Représenter une coupe technologique proportionnée, cotée et légendée Simuler Simuler le comportement thermique dune paroi IdentifierRemédier Identifier et Remédier au risque de condensation interne Comparer Optimiser Comparer et Optimiser des solutions constructives

26 Enseigner en STI2D Merci de votre attention 26 Séminaire académique STI2D – mai 2012


Télécharger ppt "Enseigner en STI2D Séminaire académique STI2D – mai 2012 Stratégies pédagogiques I nspection P édagogique R égionale Groupe S.T.I. Enseignement technologique."

Présentations similaires


Annonces Google