Dimensionnement - BPE 5... · la puissance des gains solaires (avec protections solaires en place)...

Energétique du Bâtiment2007-2008

Laboratoire de Systèmes EnergétiquesLaboratoire de Systèmes EnergétiquesLaboratoire de Systèmes Energétiques

DimensionnementCompromis entre plusieurs exigences contradictoires …

Coût → sous-dimensionnementPerformance → sur-dimensionnement

Définitions des exigences à remplirUne dimension correcte du composant sera celle qui permet de remplir ces exigences à moindre coût global (i.e. coût total comprenant les coûts de fabrication, de transport, de montage ainsi que les coûts d’exploitation).

Variation dans le tempsLorsque les exigences ou les performances du composant varient dans le temps,il faut aussi définir quand le composant remplira les exigences, ce qui aura une influence directe et souvent importante sur sa dimension :

Dimensionnement minimumDimensionnement moyenDimensionnement maximum



Principes de dimensionnement

Minimum :le composant remplit les exigences minimales

Moyen :le composant remplit les exigences en moyenne

Maximum :le composant remplit toujours les exigences

Temps

Besoins

Maxi

Midi

Mini



Principes de dimensionnement



Diagramme de fréquences cumulées

20

22

24

26

28

30

32

1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501

hours per year

room

air

tem

pera

ture

[°C

]



Diagramme de fréquences cumulées



Diagramme de fréquences cumulées– Fonctionnement bivalent alternatif –



Diagramme de fréquences cumulées– Fonctionnement bivalent parallèle –



Générateurs de chaleur

Le calcul des besoins en chauffage a permis de déterminer le coefficient de déperdition H. La puissance Φ à fournir pour compenser les déperditions est donc :

où H est le coefficient de déperdition (calculé pour les conditions d'hiver),θi est la température intérieure à assurer,θe,dim est la température extérieure utilisée pour le dimensionnement.

La température extérieure θe,dim est souvent donnée dans des normes locales mais elle dépend de la constante de temps du bâtiment.

( )dime,i θθHΦ −⋅=



Fourniture d’eau chaudeSi le système de chauffage assure aussi la fourniture d'eau chaude, il faut ajouter la puissance nécessaire à assurer ledébit d'eau chaude voulu, à la température voulue :

où Vec est le débit d'eau chaude à garantir (en m3/s),ρc est la chaleur volumique de l'eau, soit 4,18 MJ/(m3·K),θec et θef respectivement les températures de l’eau chaude et de l'eau froide.

La puissance à fournir par le générateur de chaleur sera alors :

( )efececec θθρc VΦ −⋅= &

.

Φ ΦΦΦ dechc ++= ΦΦ,ΦΦ dechc += )max(



Installations de réfrigération

L'installation de réfrigération a pour tâche d'évacuer les gains thermiques en excès. Son dimensionnement revient dès lors à calculer la puissance des charges thermiques à évacuer.

La charge thermique comprend :la puissance des gains solaires (avec protections solaires en place)la puissance des gains internes.

Pour dimensionner les installations de refroidissement, il s’agit de calculer la puissance de pointe de ces gains, soit, en pratique, la valeur des gains internes sur une période d'une heure. Dans ce cas, la dynamique des gains et celle du bâtiment (capacité thermique), prennent une importance primordiale.



Installations solaires thermiquesLe dimensionnement détaillé des installations solaires thermiques représente un cours en soi, et fait appel à de nombreuses données.

Ce type de dimensionnement est grandement facilité par l'usage de logiciels de dimensionnement dynamiques tels que POLYSUN.

Nous ne donnons ici que quelques règles indicatives, utiles pour le pré-dimensionnement et le dimensionnement de petites installations.



Chauffe-eau solairePour dimensionner un chauffe-eau standard, on peut déterminer approximativement la surface de capteurs nécessaire de 2 manières :

compter 0,8 à 1 m² de capteur pour 50 litres/jour de consommation moyenne ;compter 0,8 à 1 m² de capteur par personne.

Pour le volume de stockage, il faut compter entre 30 et 40 litres par m² de surface de capteur.

Un chauffe-eau solaire bien dimensionné auquel on soutire de l'eau chaude toute l'année permet, dans les climats tempérés, un taux de couverture solaire annuel de 50 à 70% se décomposant ainsi :

90 % ou davantage durant la belle saison,10 à 40 % sur l'ensemble de la saison de chauffage, suivant l'ensoleillement local (essentiellement lié à la présence ou non de brouillard).



Chauffage de piscine

Les besoins des piscines en chaleur dépendent de nombreux facteurs, dont certains soit difficiles à estimer.

En première approximation, pour les piscines sans couverture, enplein air en climat lémanique, une surface de capteurs représentant entre le quart et le tiers de la surface du bassin permet d'augmenter la température de la piscine de façon significative (2-3°C), ce qui permet de doubler la période d’utilisation (T>22°C).

Une couverture transparente flottante, que l'on n’ouvre que pour la baignade, reste le moyen le plus efficace et le meilleur marché d'augmenter la température des piscines privées.



Dimensionnement

Conseils pratiques de l'OFENDimensionnement des chaudières à mazout et à gazDimensionnement des pompes à chaleurDimensionnement du chauffage central au boisDimensionnement d'installations à capteurs solaires

http://www.energie-schweiz.ch/internet/02505/index.html?lang=fr



Marche à suivreDimensionnement

Calcul basé surla consommation ou

des mesures effectuéessur l'ancienne installation

SIA 384/2

Déterminationd'après la SIA 380/1

Majoration éventuelle

Vérification par la puissance spécifique correspondante

- Choix de la chaudière et détermination de la puissance du brûleur- Choix de la pompe à chaleur et de la source de chaleur- Dimensionnement de l'accumulateur de chaleur

Remplacement/Rénovation Bâtiment neuf



Remplacement/Rénovation

MazoutElectricité

Bois



Contrôle des résultats



Bâtiments neufs

SIA 384/2 : Puissance thermique à installer dans les bâtimentsPermet de déterminer la puissance thermique requise par chaque localCalcul de la puissance thermique globale pour l'ensemble de l'habitation

SIA 380/1 : L'énergie dans le bâtimentCalcul de la demande en énergie de chauffageCalcul de la puissance thermique globale requise selon les données de base

Remarque :Pour calculer correctement les dimensions à donner aux radiateurs et au chauffage par le sol, il est indispensable de faire le calcul selon la SIA 384/2. Cette même recommandation est à prendre en compte s'il y a des installations de ventilation.





Majoration de la puissance th.

On entend par supplément de puissance :Puissance requise pour la préparation de l'eau chaude sanitaireRéserve de puissance pour la relance suite à un abaissement prolongé de la température ambiantePuissance requise pour la compensation des pertes de distributionPuissance requise pour des installations de ventilation mécanique, les piscines ou pour les procédés industrielsPuissance pour le chargement de la réserve (stock technique)

Remarque :Pour les besoins de la remise en température et la compensation des pertes de distribution, une majoration de 10-15% par rapport à la puissance thermique globale requise (utile) suffit généralement dans l'habitat.



Pompes à chaleurMis à part l’air extérieur, toute exploitation de sources de chaleur naturelles est soumise à autorisation de la part de l’autorité cantonale compétente

Sol/EauCapteur horizontal enterré : 30-60 m2/kWth

Sondes géothermique : env. 15 m/kWth(les forages peuvent atteindre 100 à 300 m)

Eau/EauNappe phréatique : min. 150-200 litres/h/kWth.Eaux de surface : min. 300-400 litres/h/kWth.



Installations solaires

Extrait de : SIA 385/3



Installations solairesChauffage solaire de l'eauValeurs indicatives pour la surface utile de capteurs et le volume de l'accumulateur

Chauffage solaire de l'eau et chauffage d'appoint Valeurs indicatives pour la surface utile de capteurs et le volume de l'accumulateur




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