Déperdition par ventilation mécanique
Comprendre la Déperdition par ventilation mécanique
Vous êtes un ingénieur en efficacité énergétique chargé d’évaluer les pertes thermiques dues à la ventilation mécanique d’un bâtiment de bureaux. Le bâtiment est situé à Strasbourg, où les hivers peuvent être particulièrement froids.
Vous avez pour objectif de quantifier ces pertes pour proposer des améliorations qui pourraient réduire la consommation énergétique du bâtiment.
Pour comprendre la Déperditions Thermiques d’une Fenêtre, cliquez sur le lien.
Données fournies:
- Volume du bâtiment : 12,000 m³
- Taux de renouvellement d’air : 0.5 renouvellement par heure
- Température intérieure de consigne : 22°C
- Température extérieure moyenne en hiver : -3°C
- Capacité thermique de l’air : environ 1000 J/kg·K
- Densité de l’air : approximativement 1.2 kg/m³
Questions:
1. Calculer le débit d’air ventilé.
2. Convertir ce débit volumique en débit massique.
3. Calculer la déperdition énergétique par heure.
4. Convertir cette énergie en kilowattheures (kWh), sachant que 1 kWh = 3,600,000 J.
Questions:
- Quelle est la déperdition énergétique par ventilation sur une période de 24 heures en hiver ?
- Quel impact aurait une réduction de 20% du taux de renouvellement d’air sur la déperdition énergétique journalière ?
- Discutez des possibles mesures d’amélioration de l’efficacité énergétique du système de ventilation sans compromettre la qualité de l’air intérieur.
Correction : Déperdition par ventilation mécanique
1. Calculer le débit d’air ventilé
Le débit volumique d’air ventilé \(Q_v\) peut être calculé à partir du volume du bâtiment et du taux de renouvellement d’air.
Pour ce bâtiment :
\[ Q_v = \text{Volume du bâtiment} \times \text{Taux de renouvellement d’air} \] \[ Q_v = 12,000 \, \text{m}^3 \times 0.5 \, \text{renouvellement/h} \] \[ Q_v = 6,000 \, \text{m}^3/\text{h} \]
2. Convertir ce débit volumique en débit massique
Le débit massique \(Q_m\) est obtenu en multipliant le débit volumique par la densité de l’air :
\[ Q_m = Q_v \times \text{Densité de l’air} \] \[ Q_m = 6,000 \, \text{m}^3/\text{h} \times 1.2 \, \text{kg/m}^3 \] \[ Q_m = 7,200 \, \text{kg/h} \]
3. Calculer la déperdition énergétique par heure
La déperdition énergétique \(P\) se calcule en utilisant la capacité thermique de l’air, la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur, et le débit massique :
\[ P = Q_m \times c_p \times \Delta T \] \[ P = 7,200 \, \text{kg/h} \times 1,000 \, \text{J/kg} \cdot \text{K} \times (22 \, \text{°C} – (-3) \, \text{°C}) \] \[ P = 180,000,000 \, \text{J/h} \]
4. Convertir cette énergie en kilowattheures
Conversion des joules en kilowattheures :
\[ \text{Énergie en kWh} = \frac{\text{Énergie en J}}{3,600,000 \, \text{J/kWh}} \] \[ \text{Énergie en kWh} = \frac{180,000,000 \, \text{J}}{3,600,000 \, \text{J/kWh}} \] \[ \text{Énergie en kWh} = 50 \, \text{kWh} \]
Réponses aux questions:
a) Déperdition énergétique sur 24 heures
- Déperdition sur 24 heures:
\[ = 50 \, \text{kWh/h} \times 24 \, \text{h} \] \[ = 1,200 \, \text{kWh} \]
b) Impact d’une réduction de 20% du taux de renouvellement d’air
– Le nouveau taux de renouvellement d’air serait de \(0.5 – 0.1 = 0.4\) renouvellement par heure.
– Le nouveau débit volumique serait de:
\[ = 12,000 \, \text{m}^3 \times 0.4 \] \[ = 4,800 \, \text{m}^3/\text{h} \]
– Le nouveau débit massique serait de:
\[ = 4,800 \, \text{m}^3/\text{h} \times 1.2 \, \text{kg/m}^3 \] \[ = 5,760 \, \text{kg/h} \]
– La nouvelle perte d’énergie par heure serait de
\[ = 5,760 \, \text{kg/h} \times 1,000 \, \text{J/kg} \cdot \text{K} \times 25 \, \text{K} \] \[ = 144,000,000 \, \text{J/h} \text{soit} 40 \, \text{kWh/h} \]
– Sur 24 heures, cela donne:
\[ = 40 \, \text{kWh/h} \times 24 \, \text{h} \] \[ = 960 \, \text{kWh} \]
Donc une réduction de \(240 \, \text{kWh}\) par jour.
c) Mesures d’amélioration de l’efficacité énergétique
- Amélioration de l’isolation : Réduire les pertes de chaleur à travers les murs, toits, et fenêtres.
- Récupérateurs de chaleur : Installer des systèmes de récupération de chaleur sur les systèmes de ventilation pour récupérer la chaleur de l’air évacué.
- Contrôle avancé de la ventilation : Utiliser des capteurs de CO2 pour ajuster le taux de ventilation en fonction de l’occupation réelle du bâtiment, réduisant ainsi la ventilation excessive.
Déperdition par ventilation mécanique
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