L*optimisation des besoins en énergie

L’optimisation des besoins en énergie
Situation problème :
Au collège, le gestionnaire reçoit, chaque année, une facture
électrique de plus en plus élevée.
Décidé de réduire sa facture, il s’interroge sur les différents
moyens pour optimiser son éclairage.
Lister les différents moyens existant.
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Liste des différentes possibilités :
 Choisir une lampe plus économique mais éclairant
autant  changer la technologie de lampe :
 Lampe halogène
 Lampe fluo compacte
 Lampe LED
 Changer le type de commande :
 remplacer les interrupteurs par des détecteurs
 Installer des minuteries
L’optimisation des besoins en énergie
Rappel de physique :
On définira par courant électrique, la circulation d’électrons se
produisant entre deux matériaux conducteurs de charges
opposées : + et -.
L’unité permettant de mesurer la quantité de courant est l’ampère.
Un courant ne peut circuler que s’il existe une différence de charges
électriques (potentiel) entre deux éléments.
Cette différence de potentiels se nomme la tension.
Plus la différence de potentiels est importante et plus la tension est
élevée.
La tension s’exprime en Volt.
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Le lux est l’unité permettant de mesurer la quantité de lumière reçue sur une
surface.
A titre d’exemples, l’œil humain fonctionne dans une amplitude importante
de flux lumineux :
- notre vision nocturne par pleine lune est possible à partir de 1 Lux ;
- au cours d’une journée d’été très ensoleillée, nos yeux sont soumis à des
flux lumineux de 100 000 Lux ;
- nos déplacement nécessitent un minimum de 5 Lux pour être sécurisés ;
Nous lisons, écrivons ou travaillons facilement lorsque le flux lumineux est
d’environ 150 Lux…
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Expérience :
Pour chacune des lampes, mesurer le courant électrique, la puissance
électrique et l’intensité lumineuse.
Appareil de mesure
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LED
Fluocompacte
Halogène
Incandescence
Prix
Durée de vie (heure)
Puissance électrique (Watt)
W
E
B
Puissance lumineuse (Lux)
Tension (Volt)
Intensité (Ampère)
Puissance Electrique Calculée
(P=UxI)
Rendement (Puissance lumineuse
pour 1 Watt)
E
x
p
é
r
i
e
n
c
e
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Réaliser le schéma électrique de l’expérience.
Le fil de terre (couleur jaune et vert) est le fils permettant de protéger l’utilisateur
contre les fuites de courant.
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Synthèse :
Tous les appareils n’ont pas besoin de la même puissance pour fonctionner.
La puissance s’exprime en Watts (unité: W) et se calcule ainsi pour certains
appareils comme le radiateur, les lampes (incandescence ou halogène) :
P(W) = U(V) x I(A)
Exemple :
A la maison, la tension délivrée par EDF est de 230V. Si mon four consomme
2800W et ma lampe Halogène 50W, cela veut dire que mon four nécessite un
débit beaucoup plus important de courant (I=P/U=2800/230=12,2A) que ma
lampe (I=P/U=50/230=0,22A).
Mon four consomme 55 fois plus de courant que ma lampe !
(12,2/0,22 = 55,45)
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Des piles électriques à nos prises de courant :
 Comment le courant électrique est-il créé ?
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Le courant alternatif…
Le courant alternatif est un courant où les
électrons changent de sens plusieurs fois
par seconde. En France, notre réseau
électrique fonctionne sur le 50 Hertz : le
courant change donc de sens 50 fois par
seconde.
Grace à un générateur de courant alternatif,
on peut produire du courant électrique en
grande quantité et en permanence pour
alimenter l’ensemble des foyers.
L’aimant en tournant permet
d’attirer puis de repousser les
électrons, ce qui crée un
courant électrique
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Plusieurs solutions peuvent être utilisées pour produire un courant
alternatif : centrales à gaz ou à charbon, barrages hydroélectriques,
centrales nucléaires, éoliennes…
Barrage hydro-électrique
Centrale Nucléaire
Eoliennes
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L’énergie électrique…
Dans une habitation ou un bâtiment, les lampes sont
alimentées sous la tension alternative du réseau de 230V.
EDF met à disposition de l’énergie électrique dans
l’ensemble des foyers et chaque abonné paye exactement
l’énergie qu’il consomme.
Compteur analogique
(ancien)
La quantité d’énergie consommée est relevée en
permanence par la présence d’un compteur électrique.
Compteur numérique
(récent)
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Le coût de l’énergie est facturé au « kilowattheure », c’est-à-dire la
puissance consommée multipliée par le temps d’utilisation :
Energie = Puissance x temps
W (kWh) = P (kW) x t (h)
Remarque : 1 kilowattheure correspond à une consommation de 1kWatts
(soit 1000 Watts) pendant 1 heure !
Le prix du kWh pour abonnement à 45A est de : 0,1239 € / kWh
Formule permettant de calculer le cout :
Cout (€) = Energie (kWh) x Prix d’un kWh
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Four électrique
U=230V I=10A
Temps utilisation : 2h
Lampe Halogène
U=230V I=2A
Temps utilisation : 10h
Calcul de la puissance électrique
P=UxI
230 x 10 = 2300 W
230 x 2 = 460 W
Calcul de la quantité d’énergie électrique utilisée
W=Pxt
2300 W = 2,3kW
2,3 x 2 = 4,6 kW/h
460 W = 0,46 kW
0,46 x 10 = 4,6 kW/h
Calcul du cout de la consommation électrique
Cout = W x Prix d’un kWh
Prix d’un kW/h = 0,1329 €
4,6 x 0,1329 = 0,61 €
4,6 x 0,1329 = 0,61 €
Que peut-on en déduire ?
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Cuire un gâteau dans un four ou éclairer une pièce pendant une journée
vous coutera le même prix (61 centimes).
61 centimes ce n’est pas grand-chose !!! Mais sur 1 an, ça revient à combien ?
et pour toutes les pièces ?
0,61 x 365 jours x 4 pièces = 890,6 € pour juste l’éclairage de 4 pièces en
halogène.
Avec des lampes à LED (100W), le cout serait d’environ de 194€ soit 696 €
d’économie !!!
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Deux objets techniques
peuvent avoir la même
fonction mais des besoins en
énergie différents.
C’est la raison pour laquelle
en Europe, les appareils
électroménagers
doivent
posséder
une
étiquette
énergie qui indique leur
efficacité énergétique.
Echelle
d’efficacité
énergétique
Classe
énergétique
Consommation
En kWh/an
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L’efficacité énergétique est le rapport entre l’énergie récupérée utilement
par l’utilisateur et la quantité d’énergie utilisée pour le faire fonctionner.
Exemple : la lampe Halogène consomme de l’énergie électrique (énergie
utilisée) et produit de la lumière (énergie utile) et de la chaleur (énergie
gaspillée).
Pour limiter les pertes d’énergie, l’Homme recherche en permanence des
solutions techniques permettant d’obtenir la meilleure efficacité
énergétique : + d’énergie utile et – d’énergie consommée !