Chauffage1 part1 sept10 - moodle.insa-toulouse.fr · Le bilan thermique permet d’estimer la...
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CHAUFFAGE • 4 séances • 2 séances • 2 séances • 4 séances • 2 séances Isolation thermique – RT 2005/2012 Aéraulique - Ventilation Production de chaleur (combustion, chaudières) Emission, distribution, régulation de chaleur (émetteurs et réseaux) Diagnostic & Conception bioclimatique Cours : 14 séances (A.Trombe, L.Adolphe, C.Oms) TD : 8 séances (S. Ginestet, M.Moisson, C.Oms) Tests : 1 QCM (30%) + 1 Contrôle final (70%) 4 - GC 2010/2011
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CHAUFFAGE
• 4 séances
• 2 séances
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• 4 séances
• 2 séances
Isolation thermique – RT 2005/2012
Aéraulique - Ventilation
Production de chaleur(combustion, chaudières)
Emission, distribution, régulationde chaleur (émetteurs et réseaux)
Diagnostic & Conception bioclimatique
Cours : 14 séances (A.Trombe, L.Adolphe, C.Oms)TD : 8 séances (S. Ginestet, M.Moisson, C.Oms)Tests : 1 QCM (30%) + 1 Contrôle final (70%)
4 - GC2010/2011
• Question de cours / QCM :
mardi 19 octobre (11h05 – 11h55)
objet : cours, séances 1 à 10
sans document
• Contrôle final :
lundi 6 décembre (11h – 12h30)
objet : cours + TD
Doc. autorisé : 1 feuille recto/verso
CHAUFFAGE
Cours : 14 séances (A.Trombe, L.Adolphe, C.Oms)TD : 8 séances (S. Ginestet, M.Moisson, C.Oms)Tests : 1 QCM (30%) + 1 Contrôle final (70%)
introduction, rappels, etc
4 - GC2010/2011
DistributionEmission
Déperditions d’un local- qualité de l’isolation - ventilation
Production
Le chauffageLe chauffageLe chauffageLe chauffage
Régulation
Bilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiquePrincipe du bilan thermique d’hiver
Le bilan thermique permet d’estimer la puissance de chauffe àinstaller pour combattre les déperditions d’un bâtiment .
= calcul des déperditions statiques et dynamiques du bâtiment
à travers les parois flux d’air
� dans la condition la plus défavorable (minimum nocturne) � par rapport à des conditions extérieures « de base »
Le calcul est mené uniquement sur les échanges sensibles
Le calcul des déperditions permet d’estimer la consommationd’un bâtiment
Zones climatiques et températures de base
- Trappes- Nancy- Macon
- Rennes- La Rochelle- Agen- Carpentras
- Nice
Bilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermique
H1
H2
H3
θbase = -6°C
θbase = -9°C
θbase = -3°C
H2
H1
H3
Correction selon l’altitude :• Z<400m : 0°C• 200m <Z< 800m : -2°C• Z>800m : -4°C
Bilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueLes déperditions statiques
• déperditions surfaciques :Surfaces (Ai) � coefficient U [W/m².K]
• déperditions linéiques :Liaisons (Li) � coefficient ψ [W/m.K]
)θ-)x(θ.LΨ.A(UStatiques Deperd extintiiii +=∑
Remarques :- si le local adjacent est « non chauffé » : utilisation du facteur « b »
- Rappel : coefficient U pour une paroiinti i
i
ext h1
λ
eh
1U1 ++= ∑
Exemples de débits réglementaires :- salle de cours : 15 m3/h- chambre d'hôpital : 18 m3/h- salle d’eau (logement) : 15 m3/h- cuisine (logement F4) = 60 + 15 x 4 = 120 m3/h
Bilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueLes déperditions dynamiques
• renouvellement d’air obligatoire (réglementation)• perméabilité de l’enveloppe (« fuites »)
Qv (en kg/s)
)θ-(θ x C x QDynamiques Deperd extintairp,v=
Remarques :Cp,air = 1,02 kJ/kg.Kρair = 1,2 kg/m3
Perméabilité :- logement individuel : 1,3 m3/h.m2
- logement collectif, bureaux, hôtels,enseignement ,… : 1,7 m3/h.m2
- autres : 3 m3/h.m2
Bilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueBilan thermiqueCoefficient caractéristique Ubat (RT2005)
Le coefficient Ubat est caractéristique de l’enveloppe d’un bâtiment :
Il permet d ’analyser « l'efficacité » de l’enveloppe d’un bâtiment vis-à-vis des déperditions : il doit répondre aux attentes de la réglementation thermique en vigueur (RT2005).
ex: maison individuelle Ubat < 1,2.Ubatref.
[W/m².K]∑
∑ +=
Ai
Ψi.Li)bi.(Ui.AiUbat
avec b : coef. d’atténuation vers les locaux non chauffés
Le chauffageLe chauffageLe chauffageLe chauffage
BoisCharbon de bois
Bois Charbon de bois
Bois Charbon MazoutGazOrduresElectricitéGéothermie
Le chauffageLe chauffageLe chauffageLe chauffage
Charbon de bois :technique des meules
Le chauffageLe chauffageLe chauffageLe chauffage
Poêle à bois
Chaufferie
DistributionEmission
Déperditions d’un local- qualité de l’isolation - ventilation
Production
Le chauffageLe chauffageLe chauffageLe chauffage
Régulation
La production de chaleur
4 - GC
La combustion
Les générateurs de chaleur
2010/2011
Sources dSources dSources dSources d’é’é’é’énergienergienergienergieCombustibles
• Solides : Charbon, Bois, Déchets, Ordures• Liquides : Fioul• Gazeux : Gaz naturel
Autres sources d’énergie• Solaire • Géothermie
• Electricité(origine fr. : nucléaire 78% , hydro. 14%, thermique 8%)
Ordre d’idée du Prix de l’énergie 1kWh de chaleur (en 2008) =
- fioul : 8c - gaz : 9c- bois : 3c - électrique : 12c
La combustionLa combustionLa combustionLa combustionDéfinition
C’est une réaction chimique exothermique(réaction d’oxydation = liée à l’O2)
Il y a rupture des liaisons des molécules du combustible,et recombinaison avec les molécules du comburant pour obtenir des molécules plus « stables » (CO 2 ,H20, SO2, N2)
Cette réaction nécessite une énergie d’activation (en général : de la chaleur, une étincelle, une flamme)
Combustible
Comburant (l’air)
La combustionLa combustionLa combustionLa combustion
H2 + 1/2 (O2) � H2O + 241,8 kJ.mol -1
S + (O2) � SO2 + 71 kJ.mol -1
CO + 1/2 (O2) � CO2 + 283 kJ.mol -1
CH4 + 2 (O2) � CO2 + 2 H2O + 803,2 kJ.mol -1
C2H4 + 3 (O2) � 2 CO2 + 2 H2O + 1332 kJ.mol -1
C2H6 + 7/2 (O2) � 2 CO2 + 3 H2O + 1406 kJ.mol -1
C3H8 + 5 (O2) � 3 CO2 + 4 H2O + 2012,6 kJ.mol -1
C4H10 + 13/2 (O2) � 4 CO2 + 5 H2O + 2661 kJ.mol -1
chaleur decombustion
produits de combustion
Réactions de combustioncomburant
La combustionLa combustionLa combustionLa combustionDéfinitions
- pouvoir comburivore (Va) quantité d’air nécessaire pour assurer la combustioncomplète de 1 Nm3 de gaz (combustion neutre)
Remarque : volume d’air = volume d’O2 / 0.21
N2 apporté par l’airH2O apporté par l’air
inertes apportés par le combustible
- pouvoir fumigène (Vf)quantité de fumées dégagées par la combustion complètede 1 Nm3 de gaz (combustion neutre)
Remarque : les éléments « inertes » sont comptabilisés
Vf = Vproduits_combustion + Vinertes
La combustionLa combustionLa combustionLa combustionDéfinitions
- pouvoir calorifique inférieur et supérieur (PCi et PCs)
PCi : quantité de chaleur dégagée par 1 Nm3 de gaz, en considérant : H2O sous forme vapeur
PCs : quantité de chaleur dégagée par 1 Nm3 de gaz, en « condensant » la vapeur d’eau des fumées
PCs = PCi + Mvap.Lvap(avec Lvap = 2500 kJ.kg -1 à 0°C)
Gaz : 10%Fuel : 6%
Charbon : 3%
La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) Grandeurs utiles
1 Nm3 = 1 m3 , dans les conditions normales de pressionet de température ( 0°C, 1 atm )
Masse molaire d’un gaz (kg.mol-1) Masse molaire des composés élémentaires :H = 1 g.mol-1, C = 12 g.mol-1, N = 14 g.mol-1, O = 16 g.mol-1
ex: Air (21% O2, 79% N2) Mm,air = 29.10-3 kg.mol-1
Volume molaire d’un gaz (m3.mol-1 ) Vm = 22,4.10-3 m3.mol-1 (dans les conditions normales)Vm = 22,4 l.mol-1
Masse volumique d’un gaz (kg.m-3) Mv = Mm / Vm
Types de combustion
- combustion neutrecombustion complète d’un gaz, sans excès ni défaut d’air = pas d’O2, pas d’imbrûlés dans les fumées
La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz)
- combustion incomplète= on trouve des imbrûlés dans les fumées (ex: CO)
- combustion complète= on ne trouve pas d’imbrûlés dans les fumées
- combustion avec excès d’air= on retrouve de l’O2 dans les fumées
on définit l’excès d’air par la relation :
on définit le facteur d ’air par la relation :
VaVaVair
Eair−=
VaVair
n =
Diagramme de combustion
• Droite de Grebelteneur en CO2 (en fonction de la teneur en O2) des fumées sèches (on ne considère pas H20), pour une combustion complète.
La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz)
Le diagramme de combustion permet de déterminer le type de combustion à partir de la teneur en O2 et en CO2
• Diagramme d’Ostwaldreprend la droite de Grebel + représentation des droites d’égal CO/CO2 et de H2/CO2 + représentation des lignes d’excès d’air
Ce diagramme permet de caractériser une combustionà partir de 2 mesures (O2 et CO en général)
Analyseur de fumées
Sonde de mesure
Cellules d’analyses(O2, CO)
Dessiccateur
Teneur en O 2 (%)
Teneur en C
O2 (%
)
0000 212121210000
15151515Combustion
neutreCombustion complète(avec excès d’air)
Pas de combustion
Facteur d’air n=1
La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) Le rendement de combustion
•si l’eau formée est condensée
• si l’eau reste en vapeur
avec Qf = la chaleur perdue dans les fumées
Qf = Σ Hi.Vi (i : composant des fumées)
H : enthalpie entre Tamb et Tfumées
Rque : Estimation du % perdu dans les fumées (eau « vapeur »)
PCsQfPCs
ηPCs−=
PCiQfPCi
ηPCi−=
[ ]2%CO
TaTf(%)Pertes
−=σ Formule approchée de Siegert(σ = 0,45 à 0,5)
La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz) La combustion (gaz)
Doc GDF
