groupe froid

INTRODUCTION
Le confort thermique peut être défini comme la sensation de bien-être dans un
espace intérieur. Il est lié à la température produite à l’aide des appareils dont son
domaine de compétence est appelé climatisation.
Celle-ci désigne l’ensemble des moyens employés pour obtenir, dans un lieu
fermé, une atmosphère constante (température, humidité), à l'aide d'appareils.
Le développement des systèmes de climatisations d’une part, et les conditions de
plus en plus rigoureuses exigées des utilisateurs, d’autre part, ont amené les
projeteurs à établir plusieurs solutions conceptuelles d’appareils dans le but de
satisfaire la demande dans toutes ses formes et d’abaisser les prix de revient
d’installation.
A ce propos, ils existent de nombreux systèmes ou solutions technique qui
permettent d’assurer le confort thermique des occupants selon le cas. Ces
systèmes quelques soit qu’il soit complexe ou non ont une place en fonction de
l’utilisateur.
Le but de ce travail est de mener une étude énergétique et dimensionner une
centrale de traitement d’air à eau glacée en vue de la climatisation des locaux du
département. Quoi qu’il existe plusieurs systèmes de climatisation, il nous a été
proposé deux systèmes précis qui sont :
• Une centrale de traitement d’air à eau glacée,
• Une centrale a eau glacée.
Pour se faire, notre travail consistera dans un premier temps à prendre toutes
informations nécessaires concernant le local, deuxièmement faire une
présentation des deux systèmes, faire un choix puis dimensionner les locaux.
1
I.PRESENTATION DES DIFFERENTS SYSTEMES
L’évolution des sciences de nos jours a permis une multiplicité de configuration des systèmes
pour pourvoir palier aux différentes exigences en matière de froid. On distingue :
•
•
•
•
Les split/ climatiseurs
Les centrales de traitement d’air (CTA)
Les centrales à eau glacée
La ventilation mécanique contrôlée (VMC) …
Notre étude se porte sur les deux systèmes principaux qui sont :
•
•
Les centrales de traitement d’air (CTA)
Les centrales à eau glacée
I.1.Présentation d’un état de l’art sur les différentes technologies des
centrales à eau glacée.
Un groupe d’eau glacée (aussi appelé chiller) est un système de production de froid à détente
indirecte. Cela signifie qu’il utilise un fluide intermédiaire pour transporter « le froid » vers les
émetteurs. Il n’y a donc pas de fluide frigorigène qui circule dans le système : dans le cas d’un
groupe d’eau glacée, le rôle d’intermédiaire est tenu par l’eau (eau pure ou eau glycolée), qui
est utilisé ici comme fluide frigoporteur.
Cette solution de production de froid est aussi bien utilisée pour le refroidissement de process
industriels que pour la climatisation chez des particuliers. Ils sont généralement de deux
familles :
▪
Groupe de production d’eau glacée à condensation à air.
▪
Groupe de production d’eau glacée à condensation à eau.
On distingue plusieurs types de système de Groupe à eau glacée :
➢ Groupe à eau glacée Friocube
➢ Groupe à eau glacée FrioPlug
➢ Groupe à eau glacée FrioFlex /FrioReverse
➢ Groupe à eau glacée FrioBig
I.1.1. Groupe à eau glacée Friocube.
La gamme FRIOCUBE est développée pour répondre aux applications industrielles de petites
puissances. Ses composants modernes et de qualité offrent de nombreuses configurations
possibles qui s’adaptent parfaitement à tous les process de refroidissement. La série est équipée
d’une
vanne
de régulation proportionnelle permettant de garantir une température d’eau précise à ± 0,5K du
point de consigne souhaité (sur demande). Une précision rendue indispensable pour les
applications nécessitant une température particulièrement stable telles que la découpe par laser,
la mécanique de précision, l’industrie pharmaceutique ou alimentaire. Le modèle couvre les
puissances de 2 à 17 KW.
2
I.1.2. Groupe à eau glacée FrioPlug
La gamme FRIOPLUG est développée pour répondre aux applications industrielles les plus
exigeantes. Ils fournissent un contrôle précis de la température de l’eau réfrigérée avec
une fiabilité absolue de fonctionnement continu. La gamme se compose de 16 modèles de base
qui couvrent des puissances de 7 à 128 kW.
Ces groupes disposent de nombreux composants en série, et s’adaptent parfaitement aux fortes
variations
de
besoin
en
eau
glacée. Economiques ! La configuration multi-compresseurs, sur les modèles de 23kW et plus,
permet d’obtenir des rendements énergétiques jusqu’à 30% supérieurs aux systèmes monocompresseurs.
Elle est équipée de :
•
•
Une installation simple en intérieur ou extérieur
Régulation continue de la vitesse des ventilateurs
3
I.1.3. Groupe à eau glacée FrioFlex /FrioReverse.
La gamme FRIOFLEX et les pompes à chaleur FRIOREVERSE sont développées pour
répondre aux exigences des applications industrielles. Elles fournissent un contrôle précis de la
température de l’eau réfrigérée ou chaude avec une fiabilité absolue de fonctionnement en
continu. Toutes les unités sont équipées de composants soigneusement sélectionnés pour leur
performance et leur qualité de fabrication. Le modèle couvre les puissances de 2 à 17 KW.
Elle est équipée de :
•
•
Compresseurs scroll
Option pompe à chaleur (voir FRIOREVERSE)
Exemple de configuration.
I.1.4. Groupe à eau glacée FrioBig
Groupes d’eau glacée de grande capacité. La série FRIOBIG fournit de l’eau glacée en quantité
et avec précision grâce à la régulation assurée par un module de contrôle électronique
DANFOSS® couplé à des vannes thermostatiques électroniques. Un vaste choix d’options
permet de satisfaire la majorité des demandes spécifiques. Possibilité de contrôle à distance. Le
modèle couvre les puissances de 140 à 570 KW.
Elle est équipée de :
•
•
Option free cooling
Option pompe à chaleur
4
I.2. Groupe d’eau glacée : fonctionnement
Un groupe frigorifique (compresseur + évaporateur + condenseur) va produire de l’eau glacée
en utilisant les calories de l’air ou de l’eau et un fluide frigorigène. Cette eau glacée (ne
contentant pas de fluide frigorigène) va circuler au sein de canalisations pour alimenter des
émetteurs à eau glacée (ventilo-convecteurs, centrales de traitement de l’air, échangeurs…). On
distingue au sein des groupes d’eau glacée :
•
Le groupe de production d'eau glacée à condensation à air : il s’agit
d’un système air/eau où les calories de l’air sont utilisées pour refroidir l’eau, qui va
ensuite être envoyée aux émetteurs. On l’utilise pour les installations en extérieur, dans
les endroits où l’eau n’est pas disponible pour assurer le refroidissement. Ce système à
l’avantage de ne présenter aucun risque de légionellose.
•
Le groupe de production d'eau glacée à condensation à eau : il s’agit
d’un système eau/eau où ce sont les calories de l’eau qui sont utilisées pour produire de
l’eau glacée. Il s’agit du groupe d’eau glacée le plus performant et le plus économe.
I.3. Avantages et inconvénients.
➢ Avantages.
•
•
•
•
•
•
L’eau est un fluide plus facile à manipuler que les fluides frigorigènes.
Un système d’eau glacée présente moins de danger.
Un système utilisant l’eau glycolée offre une vraie protection contre le gel
Il s’agit d’un système qui permet de réduire les quantités de fluides frigorigènes
utilisées.
L’eau glacée permet une plus grande précision de régulation par rapport aux fluides
frigorigènes.
Les groupes d’eau glacée sont réversibles.
5
➢ Inconvénients.
A eau
•
•
Machine extérieure : contraintes architecturales
Performances en chute quand la température extérieure augmente (35°C et plus)
A air
•
•
•
Nécessité des aéro-réfrigérants ou tours de refroidissement, souvent en toiture (sauf cas
eau de nappe)
Entretien pour prévenir du risque de légionellose
Consommation d'eau de ville en appoint, si eau de tour uniquement.
I.4. Les centrales de traitement d’air (CTA).
Une centrale de traitement d'air est un élément technique dédié au chauffage au
rafraîchissement à l'humidification ou à la déshumidification des locaux tertiaires ou industriels,
c'est un système tout air à débit constant ou variable. Un CTA est soit de type monobloc, soit
elle est constituée de modules additionnés les uns aux autres suivant la configuration, modules
ventilation, module batteries froides et chaudes, module filtres.
Son principe de fonctionnement est de prendre de l'air à traiter (air neuf et ou air recyclé), de
lui faire subir un traitement (le chauffer ou le refroidir, le purifier, le déshumidifier) et de
l'insuffler via le réseau de gaines aérauliques dans les locaux ayant un besoin en air traité
(principe d'une CTA simple flux).
Dans le cas d'une CTA double flux, en complément de cette première mission, la CTA reprend
l'air dans les pièces nécessitant une extraction d'air (généralement vicié), récupère une partie de
son énergie thermique dont il dispose et l'expulse hors du bâtiment.
Il existe deux types de centrales de traitement d'air :
•
La CTA simple flux, elle est soit tout air neuf, soit tout air repris ou encore en
mélange des deux flux.
•
La CTA double flux, elle permet toutes les combinaisons possibles entre la reprise
d'air, l'air neuf, l'air rejeté, l'air traité suivant la configuration.
I.4.1. La CTA double flux.
Les centrales de traitement d'air ou CTA double flux, qui allient purification et renouvellement
de l'air intérieur, sont une option intéressante dans les locaux professionnels et industriels.
Une CTA double flux peut fonctionner :
• Recyclage partiel : une partie de l'air repris dans le local est rejeté, et il remplacé par de
l'air neuf.
•
Recyclage total : sans apport d'air neuf, le traitement de l'air se fait
seulement sur l'air repris.
6
•
Tout air neuf : Ici la centrale fonctionne tout air neuf.
Exemple de configuration :
I.4.2. La CTA simple flux.
Les centrales de traitement d'air simple flux offrent des débits allant jusqu'à 5010 m3/h. Selon
le modèle sélectionné, l'unité dispose d'un système de régulation intégré et de différentes
alternatives en termes de batteries.
I.4.3. Fonctionnement :
Contrairement à une CTA simple flux qui se contente de filtrer l’air des locaux avant de le
renvoyer dans le réseau d’aération, les modèles dits à double flux assurent un renouvellement
de l’air intérieur. Celui-ci se fait de différentes manières : soit en puisant de l’air neuf à
l’extérieur, soit en recyclant l’air ambiant, soit en combinant les deux procédées.
7
II. CHOIX DU SYSTEME
En technologie chaque système présente des avantages ainsi que des inconvénients. C’est
pourquoi les choix est d’une importance, car a l’origine, ledit système est construit pour assurer
le confort, de l’aide au travail… mais il peut aussi être une source de dépenses lorsque celui-ci
est mal choisit ou dimensionné.
Le choix se fait généralement pour le technicien sur :
•
•
•
•
•
La performance technique,
L’enjeu financier,
L’enjeu économique,
L’enjeu atmosphérique,
L’installation et emplacement,
Consommation énergétique, confort, santé et performance au travail
Pour ce, selon le contexte de notre établissement IPG-ISTI, une structure privée n’ayant
certainement pas des subventions, on ne peut se permettre une solution couteuse en achat et
entretient.
Sur ce, nous nous proposons de choisir une centrale à eau glacé.
➢ Plan du local
8
9
II.1. Cahier de charge
Notre étude consiste à faire le bilan thermique de toutes les salles de classes du nouveau
bâtiment (RDC, 1er, 2eme et 3eme étages) de l’école ISTI-IPG situé au SENEGAL et
précisément à DAKAR.
Les horaires de travail sont de 8h à 15h et de 17h30 à 20h30.
Données de base du projet
➢
➢
➢
➢
Condition extérieure de base : te = 35°C
Condition intérieure du bâtiment : ti = 24 °C
Hauteur sous-plafond : 3m
Composition des murs extérieurs : Briques creuses de 20cm avec enduit extérieur et
intérieur au ciment, teinte foncée (bleue), coef absorp = 0,7
➢ Composition des murs intérieurs : Briques creuses de 20cm avec induit extérieur et
intérieur au ciment, teinte claire (jaune et blanc), coef absorp = 0,4
➢ Composition du sol :
• Dalle de béton de 10cm
• Teinte claire de coef absorp = 0,4
➢ Cloisons en agglomérés creux de 20cm avec enduit intérieur et extérieur au
sable.
10
➢ Plancher en béton de sable de 15cm avec des carreaux de couleurs marron.
➢ Plafond en béton de sable de 20 cm, de couleur blanche.
➢ Fenêtres et portes
• Les fenêtres sont de type simple vitrage avec encadrement métallique.
• Porte métallique avec encadrement métallique.
• Porte en bois
Caractéristiques pour chaque salle
➢ RDC
Nous précisons que toutes les salles sont non conditionnées.
Salle 22
• Dimensions de la salle : 6,10m x 4,70m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Nord : 1,20m x 1,5m
• 2 fenêtres Ouest : 1,2m x 0,80m
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
- Machines : 15W x 80W
• Nombre d’occupants : 30 personnes
Salle 23
• Dimensions de la salle : 4,25m x 4,75m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Ouest : 2,80m x 0,8m
• Nombre d’occupants : 20 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
- Machines : 15 pers x 80W
Salle 24
• Dimensions de la salle : 4,75m x 6,25m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Sud : 1,2m x 0,8m
• 1 fenêtre Ouest : 4,5m x 0,8m
• Nombre d’occupants : 30 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes x 15W
- Machines : 20 pers x 80W
Salle 25
• Dimensions de la salle : 5,20m x 9,77m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Sud : 1,2m x 0,8m
• 2 fenêtres Est : 1,2m x 1,6m
• Nombre d’occupants : 30 personnes
• Equipements :
11
- Eclairage : 5 lampes de 15W
- Machines : 25 pers x 80W
Salle 26
• Dimensions de la salle : 9,70m x 5,50m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Nord : 1,6m x 1,2m
• 2 fenêtres Est : 1,6m x 1,2m
• Nombre d’occupants : 40 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
- Machines : 35 pers x 80W
➢ ETAGE 1
Salle 27
• Dimensions de la salle : 4,80m x 6,62m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Nord :
• 2 fenêtres Ouest : 2m x 0,8m et 1m x 0,7m
• Nombre d’occupants : 50 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 6 lampes de 15W
- Machines : 40 pers x 80W
Salle 28
• Dimensions de la salle : 5,25m x 14,65m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Nord : 1,6m x 1,2m
• 3 fenêtres Est : 1,6m x 1,2m
• Nombre d’occupants : 40 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 5 lampes de 15W
- Machines : 30 pers x 80W
Salle 29
• Dimensions de la salle : 4,90m x 4,70m
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Ouest :
• Nombre d’occupants : 20 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
- Machines : 15 pers x 80W
Salle 30
• Dimensions de la salle : 5,20m x 10,20m
• Porte : 2m x 1m
• 3 fenêtres Sud :
• Nombre d’occupants : 20 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
12
-
Machines : 15 pers x 80W
➢ ETAGE 2
Salle 31
• Dimensions de la salle :
• Porte : 2m x 1m
• 4 fenêtres Sud :
• Nombre d’occupants : 40 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 5 lampes de 15W
- Machines : 30 pers x 80W
Salle 32 (INFO 5)
• Dimensions de la salle :
• Porte : 2m x 1m
• 3 fenêtres Sud :
• Nombre d’occupants : 50 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 7 lampes de 15W
- Machines : 40 pers x 80W
Salle 33
• Dimensions de la salle :
• Porte : 2m x 1m
• 1 fenêtre Sud :
• Nombre d’occupants : 20 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 3 lampes de 15W
- Machines : 15 pers x 80W
Salle 34
• Dimensions de la salle :
• Porte : 2m x 1m
• 3 fenêtres Sud :
• Nombre d’occupants : 30 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 4 lampes de 15W
- Machines : 20 pers x 80W
➢ ETAGE 3
Salle 35
• Dimensions de la salle : 9,88m x 20,10m
• Porte : 2m x 1m
• 2 fenêtres Nord : 1,65m x 0,95m
• 2 fenêtres Ouest : 1,65m x 0,95m
• 3 fenêtres Est : 1,65m x 0,95m
• Nombre d’occupants : 100 personnes
• Equipements :
- Eclairage : 10 lampes de 15W, Machines : pers x 80W
13
II.2. Bilan thermique.
II.2.1. Charges externes
a. Apport de chaleur par transmission à travers les parois extérieures
(murs, toit, plafond et plancher) et les vitrages.
QStr = K. S. ∆θ
K = coefficient de transmission thermique de la paroi ou du vitrage considéré en
W/m²°C (tableau 1.9)
• S = surface de la paroi ou de la fenêtre considérée (surface totale de la baie correspondant à
la réservation dans le mur) (m²)
• ∆θ = différence de température entre les deux faces de la paroi considérée [°C] (extérieur –
intérieur)
b. Apport de chaleur par rayonnement solaire à travers les parois.
La quantité de chaleur traversant le mur :
QSRm = α. F. S. Rm
• α = coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement
• S = surface des parois en m²
• F = facteur de rayonnement solaire
• Rm = rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur en W/m²
Le coefficient d’absorption α dépend de la couleur et de la nature du mur (tableau 1.11)
Le facteur de rayonnement F indique la part de chaleur absorbée par la surface et transmise à
travers le mur du local (tableau 1.12).
La valeur du rayonnement solaire Rm sur un mur (tableau 1.14 colonne m) dépend :
. De la latitude sous laquelle le local se trouve,
. De l’orientation du mur,
. De l’heure pour laquelle le calcul sera effectué.
14
c. Apport de chaleur par rayonnement solaire sur les vitrages
La quantité de chaleur traversant le vitrage :
QSRv = α. g. S. Rv
• α = coefficient d’absorption du vitrage (tableau 1.11)
• g = facteur de réduction (tableau 1.13) est fonction du mode de protection de la fenêtre contre
le rayonnement solaire
• S = surface vitrée (m²)
• Rv = intensité du rayonnement solaire sur les vitrages W/m² ; elle est définie de la même
manière que Rm et est donnée par le même tableau 1.14 dans la colonne v.
d. Apport de chaleur par renouvellement d’air et infiltration.
Gains sensibles par renouvellement d’air :
QSr = qv. (θe-θ i). 0,34
Gains latents par renouvellement d’air :
QLr = qv. (ωe - ωi). 0,84
qv = débit d’air extérieur de renouvellement [m3/h]
- si la ventilation est naturelle, on peut considérer que le renouvellement d’air est égal à un
volume de la pièce par heure (1vol/h),
- si la ventilation est mécanique, on relèvera les valeurs dans le tableau 1.15
• θe = température extérieure de base
• θ i = température intérieure de base
• ωe = teneur en eau de l’air extérieur g/kg air sec
• ωi = teneur en eau de l’air intérieur g/kg air sec
II.2.2. Charges internes.
a. Apport de chaleur par les occupants.
Gains sensibles occupants :
QSoc = n. CSoc
15
Gains latents occupants :
QLoc = n. CLoc
n = nombre d’occupants
• CSoc = chaleur sensible des occupants (W) ; (tableau 1.16)
• CLoc = chaleur latente des occupants (W) ; (tableau 1.16)
b. Apport de chaleur par l’éclairage
• Lampe fluorescente
QSecl. = 1,25 P
• Lampe incandescente
QSecl. = P
P = puissance de la lampe [W]
C. apport de chaleur par les machines et appareillages.
La plupart des appareils constituent à la fois une source de chaleur sensible et latente. Le tableau
1.18 donne les apports de chaleur par les machines et les appareillages (Qséquip).
NB : lecture des tableaux en annexe.
➢ Détermination de l’heure de charges de réfrigération maximale
(Tableau 1.14) : en annexe
Heures d’ensoleillement dans la journée : 8h-18h
Le bâtiment en pratiquement ensoleillé au Nord, Est et Ouest.
•
•
•
•
Parois Nord 12h : m=298, v=238.
Parois Est 12h : m=291, v=233.
Parois Ouest 14h : m=391, v=313.
Parois sud 16h : m=104, v=84.
16
La charge maximale se trouve à 12h m=298, v=238,Pour l’élaboration du bilan thermique nous
avons automatisés les calculs via le tableur Excel.
Charges externes
1. Apport de chaleur par transmission à travers
exterieures
Qstr= K* S* ∆Ө
K
S
∆Ө
11
2,2
13,3
11
2,2
29,55
11
11
5,8
7,2
11
1,98
2,1
11
murs N
murs S
murs E
murs O
toit
plafond
plancher
Vitrages
Porte
Total
0
321,86
715,11
0
0
0
0
459,36
45,738
1542,068
2. Apport de chaleur par rayonnement solaire à travers les
parois
QsRm= α* F* S* Rm
α
F
S
Rm
298 murs N
0
298 murs S
0
0,4
0,1325
13,3
298 murs E
210,0602
0,4
0,1325
29,55
298 murs O
466,7127
Total
676,7729
3. Apport de chaleur par rayonnement solaire sur les vitrages
QsRv= α* g* S* Rv
α
g
1
S
0,63
Rv
7,2
Vitrages
1079,568
238
17
4. Apport de chaleur par renouvellement d'air et infiltration
Gains sensibles par renouvellement d'air
Qsr= qv* (Өe-Өi)* 0,34
qv
∆Ө
0,34 Qsr
644,7012
172,38
qv
11
0,34
Gains latents par renouvellement d'air
Qlr= qv* (we-wi)* 0,84
∆w
0,84 Qlr
172,38
10
1447,992
0,84
Charges internes
1. Apport de chaleur par les occupants
n
Gains sensible Occupants
Qsoc= n* Csoc
Qsoc
Csoc
30
1950
65
Gains latents Occupants
Qloc= n* Cloc
n
Qloc
Cloc
30
1110
37
2. Apport de chaleur par l'éclairage
Qsecl= 1,25* P
Lampe fluorescente :
1,25
P
1,25
Qsecl
Lampe incandescente
36
45
Qsecl= P
18
3. Apport de chaleur par les machines et
Appareillage
Sensible
Latente
TOTAL (W)
7048,1101
Tableau de puissance de l’ensemble.
Etage
RDC
Salle
22
23
25
24
26
L(m)
6,1
4,75
9,7
6,25
9,77
l(m)
4,7
4,25
5,5
4,75
5,20
H(m)
3,25
Total
1
30
29
28
27
6,62
4,9
10,2
14,65
4,8
4,7
5,2
5,25
Total
2
Info 5 (27)
14,65
6,62
4,9
10,2
5,25
4,8
4,7
5,2
Total
3
Fête
20,2
9,88
Total
Bâtiment
P(w)
4017
2914
6730
4713
6045
24419
4017
2914
7048
8516
22495
8677
4017
2914
7048
22656
34623
104 282
Le premier étage est semblable au deuxième étage, sauf la contrainte de la salle informatique.
19
III. CHOIS DU MODE DE VENTILATION
Le groupe d’eau glacée refroidit de l’eau qui va ensuite refroidir de l’air, soit via une Centrale
de Traitement de l’Air (CTA) ou via un ventilo-convecteur ou une cassette air/eau semblable à
une pompe à chaleur air/eau ou eau/eau.
La CTA ne faisant pas partie de notre projet, notre choix se portera entre :
•
•
Le ventilo-convecteur,
Une cassette air/eau.
III.1. Le ventilo-convecteur.
Le ventilo-convecteur est un bloc de ventilation, appelé aussi unité terminale, servant au
traitement de l’air d’un milieu ambiant. Ce bloc de ventilation fixé permet de diffuser le froid
produit.
•
•
•
•
•
Les ventilos “à 2 tubes réversibles
Les ventilos “à 4 tubes
Les ventilos “à 2 tubes – 2 fils
Les ventilos “2 tubes réversibles + 2 fils
Les ventilo-convecteurs gainables.
III.1.1. Fonctionnement.
Le principe de fonctionnement est basique : le ventilo-convecteur permet d’assurer
le confort thermique en toutes saisons. C’est un radiateur équipé d’un ventilateur et d’un
moteur basse consommation. Sa particularité est qu’il est réversible et peut donc produire la
chaleur comme la fraîcheur. Ce système doit être raccordé au réseau d’eau et couplé à une
pompe à chaleur. Le principe de ventilo convection est assuré par les calories de l’eau qui
sont produites par le générateur arrivant au ventilo-convecteur. Ces calories sont ensuite
transférées par le biais de l’échangeur ainsi que du ventilateur dans la pièce qui doit être
chauffée.
20
III.1.2. Avantages et inconvénients
Le ventilateur convecteur a plusieurs avantages :
•
•
•
•
•
Il permet de produire et de diffuser de l’air chaud ou froid, selon la saison, avec un seul
équipement.
Il peut être installé au sol, ou bien fixé au mur ou au plafond : c’est à vous de décider
en fonction de ce qui est le plus simple, confortable et pratique.
Il est facile à paramétrer, et de façon indépendante pour chaque pièce de votre maison.
Il est efficace.
Il permet d’atteindre rapidement la température souhaitée, et de la maintenir.
L’inconvénient du ventilateur convecteur est qu’il peut être bruyant. Le taux d’humidité
nécessite aussi d’être contrôlé : il est possible que l’air d’une pièce soit trop sec avec un ventiloconvecteur.
III.2. Une cassette eau/eau ou air/eau.
Une cassette de climatisation est une unité intérieure prévue pour être encastrée dans un plafond
et soufflant vers le bas. Selon le nombre de sorties d'air, on les appelle Cassettes à 4 voies, 2
voies ou 1 voie.
III.2.1. Le fonctionnement.
Basé sur un groupe et un circuit frigorifique qui vont, au lieu de refroidir l'air dans un système
classique, refroidir l'eau. Cette eau va ensuite refroidir l'air ambiant pour offrir la température
voulue en passant par un système de ventilation et de convection.
➢ Les avantages
•
•
•
•
Une faible consommation d’énergie
Un grand confort d’utilisation
La facilité d’installation
Un impact environnement minime
21
➢ Les inconvénients
•
•
•
•
Le niveau sonore bas
Le cout
Trouver l’emplacement idéal
Des performances qui varie en fonction de la température extérieure.
IV. CHOIX DU SYSTEME D’AERATION
Pour mener à bien notre projet, nous devrons faire l’achat de 22 cassettes air/eau ou eau/eau à
fin d’aérer de manière optimale l’enceinte ISTI nouveau bâtiment
Or, pour un système ventilo-convecteur, nous devrons avoir 4 ventilo-convecteurs et bien sûr
assurer le réseau de gaine.
Sur ce, nous nous proposons d’utiliser un ventilo-convecteur gainable pour mener à bien ce
projet.
➢ Ventilo-convecteur gainable.
Les ventilo-convecteurs pour installation gainable conçus par Aermec permettent de chauffer
et traiter l'air des pièces de petites ou moyennes tailles, notamment pour les bureaux ou les
chambres d’hôtels et d’hôpitaux.
Ils ont été conçus afin d'être installés en faux plafond, quel que soit le type d'installation à 2/4
tuyaux et sont assortis à tout générateur de chaleur même à basses températures.
Les ventilo-convecteurs Aermec ont des groupes de ventilation à vitesses contrôlables. Pour le
ventilo-convecteur, le moteur électrique est monophasé à 3 vitesses au choix :
•
•
Monté sur des plots antivibratiles à ressorts !
Avec condensateur activé en permanence !
22
Les ventilo-convecteurs disposent d'une variation de vitesse continue de 0 à 100% ce qui
permet au moteur électrique sans balai d'offrir une adaptation concise selon les fluctuations de
température et le débit de l'air peut être modifié continuellement grâce à un signal 0-10V.
Le confort thermique et acoustique qu'il offre fait partie des meilleurs atouts en garantissant des
économies d'énergie supérieures.
Le système est constitué des :
➢ Thermostat :
La
régulation
du ventilo-convecteur consiste
dans
la
gestion
du thermostat et de la température demandée. L'arrêt sur ventilation : ce système
arrête automatiquement la ventilation lorsque la température demandée est
atteinte.
➢ Bouches d’aspiration et aération de l’air.
Dispositif par lequel l'air est soufflé, introduction et une extraction contrôlée de l'air.
23
V. DIMENSIONNEMENT DU RESEAU DE GAINE
Lorsque nous avons une installation de climatisation centrale, un réseau distribution d’air ou
réseau de gaine est nécessaire pour la répartition de l’air traité dans le groupe de traitement
d’air.
V.1. Critères de choix d’un réseau de gaine
•
•
•
•
Le débit d’air
Fixer la vitesse dans le tronçon principal ou dans un tronçon déterminé en fonction de
la contrainte imposée (problème d’acoustique)
L’espace disponible
Cout d’installation et d’exploitation
V.2.Calcul du réseau de gaine
Il existe plusieurs méthodes de détermination des gaines parmi lesquelles nous pouvons citer :
•
•
•
•
La réduction arbitraire de vitesse
La vitesse constante
Perte de charge linéaires constantes
Gains de pression statiques.
La méthode la plus évidente nous concernons est la vitesse constante
Principe :
•
•
•
Débit connu et vitesse fixée, dimensionner le tronçon principale (Q, V)
Déterminer le diamètre équivalent dans le tronçon principal ;
Dimensionner le réseau en conservant la valeur de la vitesse v constante dans tout le
réseau.
V.3. Présentation de la démarche
Pour chaque tronçon
-Débit connu (Qv)
-vitesse fixée selon
l’application
Calculer les pertes de
charge singulière : pour
chaque tronçon en
déterminant
1
∆𝑃𝑠 = φ 𝜌𝑉 2
2
Calcul du diamètre équivalent à
partir de la formule :
𝑄𝑣 = VxS
𝑆=
𝜋 𝐷2
4
Utiliser le tableau 4
(abaque) pour
déterminer les pertes de
charge unitaire (J) mm
CE/ m
Utiliser le tableau
3 (abaque) pour
déterminer les
dimensions du
rectangle
24
Calculer les pertes de charges
linéaires pour chaque tronçon
∆𝑃𝑙 = J. L
VI. LA SELECTION DES TERMINAUX ET LE DIMENSIONNEMENT DES
CONDUITES
➢ Calculons le débit massique
Soit la salle 22 :
𝑷 = 𝑄𝑚. 𝐶𝑝. ∆𝑇
Cp eau=1,16kg/m Cp air= 1,2kg/m, (Te=27,8 °C,
Ti=7°C de l’eau dans le circuit d’eau) et (Ti= 7°C, Te= 24°C de l’air)
𝑃
104282
=
= 4322,03𝑘𝑔/ℎ
𝐶𝑝. ∆𝑇 1,16. 20,8
𝑄𝑚 = 4322,03𝑘𝑔/ℎ
𝑄𝑚 =
25
➢ Calculons le débit volumique :
La pompe débite de l’eau de 7°C, et la masse volumique en ce point est :
𝜌=1000kg/m3.
Qv =
𝑄𝑚𝑎𝑠
𝜌
=
4322,03
1000
= 4,322 m3/s = 15559,2 m3/h
VII. CALCUL DE LA GAINE PRINCIPALE ET FIXIATION DE SA
VITESSE
Les gaines rectangulaires en tôle sont moins encombrantes et plus esthétiques mais un peu plus
chère que les gaines circulaires. Selon le cas de ISTI nous proposons les gaines circulaires.
Sois le débit : Qv= 15559,2 m3/h ;
Le site ISTI est une enceinte d’enseignement la vitesse du fluide est facteur limitatif pour limiter
le bruit ; nous la fixons à V= 4m/s
VII.1. Calcul du diamètre de la conduite principale :
𝜋. 𝐷2
𝑄𝑣 = 𝑉. 𝑆 = 𝑉.
4
D=√
4.𝑄
𝑉.𝜋.
4.4,322
=√
4.𝜋
= 1.1729𝑚
VII.2. Pression dynamique la gaine principale :
1
1
2
2
𝑃𝑑 = 𝜌𝑉 2 = 1000. 42 = 8000 Pa= 0,08 bar
𝜌, 𝑒𝑎𝑢 = 1000𝑘𝑔/𝑚3
VII.3. Pertes de charges singulières la gaine principale :
Sois 3 T et 2 coudes
Tronçon PO
1
𝑃𝑠 = ℶ 𝜌𝑉 2 = 𝑃𝑠 = ℶ𝑃𝑑 𝑃𝑠 = 1,4. 0,08 = 0,112 𝑏𝑎𝑟
2
Tronçon OJ
𝑃𝑠 = ℶ𝑃𝑑 𝑃𝑠 = 0,5. 0,08 = 0,04 𝑏𝑎𝑟
Sois les tableaux si dessous récapitule tout le calcul
26
VII.5. Pertes de charges linéaires :
▪ RDC :
Trajet AD :
Tronçons
AB
BC
CD
CC’
∆Ps
Q(m3/h)
Pd (Pa)
0,112
0,04
0,04
0,04
626
330
165
165
0,08
0,08
0,08
0,08
∆Pl
∆Ps
0,024
0,008
0,024
Q(m3/h)
296,3
148,15
148,15
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
V(m/s)
4
4
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,04
0,04
0,04
0,04
0,08
Q(m3/h)
339
196
142
231
1012
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
L(m)
4,5
2
4
V(m/s)
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,008
0,04
0,04
Q(m3/h)
417
208
208
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
L(m)
3
4
50cm
V(m/s)
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,112
0,008
0,008
Q(m3/h)
345
172
172
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
Diamètre
(m)
0,2352
0,1708
0,1207
0,1207
L(m)
V(m/s)
2,7
4
4,5
50cm
4
4
4
2
Diamètre
0,1618
0,1144
0,1144
L(m)
4
4,5
50cm
V(m/s)
4
4
4
Diamètre
0,1731
0,1316
0,1120
0,1429
0,2991
L(m)
3,5
4
50cm
3,5
5
Diamètre
0,1920
0,1356
0,1356
Diamètre
0,1746
0,1233
0,1233
∆Pl
Trajet AF :
Tronçons
BE
EF
EE’
Trajet GI :
Tronçons
GH
HI
HH’
JK
LM
▪
ETAGE 1 :
Trajet AC :
Tronçons
AA’
A’B
BC
Trajet EG :
Tronçons
EF
FG
FF’
27
Trajet HJ :
Tronçons
HI
IJ
II’
KL
▪
Diamètre
0,1731
0,1319
0,1120
0,3122
L(m)
3,5
4
50cm
5
V(m/s)
4
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,04
0,04
0,04
0,04
Q(m3/h)
339
197
142
1103
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
0,08
ETAGE 2 :
Trajet AC :
Tronçons
AA’
A’B
BC
Trajet EG :
Diamètre
0,1939
0,1371
0,1371
L(m)
50cm
2
4
V(m/s)
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,008
0,04
0,04
Q(m3/h)
425,34
212,67
212,67
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
Tronçons
EF
FG
FF’
Trajet HJ :
Diamètre
0,1747
0,1235
0,1235
L(m)
3
4
50cm
V(m/s)
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,112
0,008
0,008
Q(m3/h)
345,49
172,74
172,74
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
Tronçons
HI
IJ
II’
KN
Diamètre
0,1733
0,1319
0,1123
0,3122
L(m)
3,5
4
50cm
5
V(m/s)
4
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,04
0,008
0,04
0,08
Q(m3/h)
339,75
197
142,84
1103
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
0,08
L(m)
2
5
5
2
5
5
5
V(m/s)
4
4
4
4
4
4
4
∆Pl
∆Ps
0,112
0,008
0,008
0,112
0,008
0,008
0,08
Q(m3/h)
848,6
424,3
424,3
848,6
424,3
424,3
1434,97
Pd (bar)
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
∆Pl
∆Ps
0,112
0,04
0,04
0,04
0,04
Q(m3/h)
3899
3899
3899
3899
3899
Pd(bar)
0,08
0,08
0,08
0,08
0,08
▪
ETAGE 3 :
Tronçons
AB
BC
BD
EF
FI
FH
JO
Diamètre
0,2739
0,1936
0,1936
0,2739
0,1936
0,1936
0,3561
GROUPE FROID A LA DISTRIBUTION.
Tronçons
PO
ON
NL
LM
OJ
Diamètre
0,5871
0,5871
0,5871
0,5871
0,5871
L(m)
5
4
4
4
4
V(m/s)
4
4
4
4
4
28
LK
NK
0,5871
0,5871
4
4
4
4
0,112
0,112
3899
3899
0,08
0,08
VIII. TABLEAU RECAPTULATIF DU PROJET
Système
Groupe Froid
Ventiloconvecteurs
Gaines
Raccordements
Caractéristiques Couts
Frioplug eau/eau 4000 euros
104KW
2 tubes
500 euros
Nombre
1
Cylindrique
35m Etage 1, 35m
E2, 60m Principal
E3,30m E3
20
20
Coudes
Les T
Total :
4
IX. ENTRETIEN DES INSTALLATIONS
Comme toute installation frigorifique, les groupes d’eau glacée requièrent un entretien
minutieux du circuit frigorifique.
Maintenance préventive
Contrôle d’étanchéité
Entretien du circuit de
distribution d’eau
La purge d’air du réseau
d’eau
La vidange du pot à boue
Le nettoyage des filtres
Le contrôle des soupapes de
sécurité
Le contrôle de la pression
du vase d’expansion
Le contrôle différentes
pressions du circuit d’eau
Le
contrôle
des
températures
Le
contrôle
de
la
concentration en antigel
éventuel
La vérification des débits
d’eau
Observation Maintenance Corrective
Suivant un Rééquilibrage des différents réseaux
échéancier
Sois :
une
fois tous les
1 an
29
CONCLUSION.
En définitif le travail de bureau d’étude a été bénéfique dans l’ensemble car il nous a permis
dans un premier temps de pouvoir faire la recherche sur la topologie des deux systèmes, le bilan
thermique du nouveau bâtiment. Ensuite de calculer le débit d’air soufflé ce qui a constitué un
temps de recherche par rapport au à la centrale à eau glacée ce qui nous a fait gagner en
connaissance supplémentaire car il a fallu faire des recherches pour y parvenir, ensuite de
pouvoir faire le tracé de notre système de réseau de gaine dans un second temps. Cela nous a
mené a calculé les différents débits de chaque tronçon mais aussi les débits dans chaque pièce
par rapport au charge thermique calculé au paravent dans notre bilan thermique. Une fois tout
cela fait nous avons donc sommés les différentes pertes de charge singulières mais aussi linéaire
pour déterminer la puissance de notre ventilateur. En perspective nous suggérons des
accessoires tels que la boite de détente qui est l'élément qui permet de détendre l'air à la sortie
d'un réseau de ventilation ou de conditionnement d'air à haute vitesse, avant de le diffuser dans
un local aussi un thermostat pour la régulation de température d'ambiance dans des locaux
individuels
30
ANNEXE 1
31
ANNEXE 2
32