Analyse d’un Système de CVC

Analyse d’un Système de CVC

Comprendre l’analyse d’un Système de CVC

Un petit immeuble de bureaux de deux étages, situé dans une région tempérée, nécessite la conception d’un système de CVC.

L’immeuble a une superficie totale de 500 m², avec 250 m² par étage. Le bâtiment est principalement composé de bureaux, avec quelques salles de réunion.

La densité d’occupation moyenne est de 0,1 personnes par mètre carré.

Données Fournies :

  • Localisation : Région tempérée avec des températures extérieures variant de -5°C en hiver à 35°C en été.
  • Isolation : Les murs et le toit ont une résistance thermique de 3,0 m²K/W.
  • Fenêtres : Les fenêtres représentent 20% de la surface de façade et ont une résistance thermique de 0,5 m²K/W.
  • Apports Internes :
    • Éclairage : 15 W/m².
    • Équipement : 10 W/m².
    • Occupants : 100 W par personne.
  • Taux de Ventilation : 0,35 renouvellements d’air par heure.
  • Température de Confort : 22°C à l’intérieur toute l’année.
  • Rendement du Système CVC : 80%.

Consigne de l’Exercice :

  1. Calculer la Charge Thermique Totale : Estimez la charge thermique totale pour chauffer et refroidir l’immeuble. Incluez les pertes/gains par transmission à travers les murs et les fenêtres, les apports internes (éclairage, équipement, occupants), et les pertes/gains liés à la ventilation.
  2. Dimensionner le Système CVC : Sur la base de la charge thermique calculée, dimensionnez un système de CVC approprié. Prenez en compte le rendement du système pour assurer que la capacité est suffisante pour maintenir la température intérieure désirée tout au long de l’année.
  3. Analyse d’Efficacité Énergétique : Proposez des mesures pour améliorer l’efficacité énergétique du système de CVC, en considérant des modifications potentielles du bâtiment ou des améliorations technologiques du système.

Correction : analyse d’un Système de CVC

Étape 1: Calcul de la Charge Thermique Totale

1. Pertes/Gains par Transmission à travers les Murs et les Fenêtres :

  • Surface des murs (en supposant une hauteur de plafond de 3m) :

= Périmètre \times Hauteur \times 2 étages - Surface des fenêtres

  • Périmètre = 2 \times (Longueur + Largeur)

Supposons que le bâtiment soit rectangulaire avec des dimensions de 20m \times 12.5m.

  • Périmètre

    \[ = 2 \times (20 + 12.5) \]

    \[ = 65 \, \text{m}} \]

  • Surface des murs

= 65m \times 3m \times 2 - 20\% \times 65m \times 3m

    \[ = 312 \, \text{m}^2} \]

2. Perte/Gain de chaleur à travers les murs :

    \[ \frac{\Delta T \times \text{Surface des murs}}{\text{Résistance thermique des murs}} \]

En hiver :

    \[ = \frac{(22^\circ\text{C} - (-5^\circ\text{C})) \times 312}{3.0} \]

    \[ = 2816\, \text{W}} \]

En été :

    \[ = \frac{(35^\circ\text{C} - 22^\circ\text{C}) \times 312}{3.0}\]

    \[ = 1620\, \text{W}} \]

3. Pertes/Gains par Transmission à travers les Fenêtres :

  • Surface des fenêtres = 20% de la surface de façade

    \[ = 0.20 \times 65m \times 3m \]

    \[ = 39\, \text{m}} \]

  • Perte/Gain de chaleur à travers les fenêtres :

    \[ = \frac{\Delta T \times \text{S des fenêtres}}{\text{Résistance thermique des fenêtres}} \]

En hiver :

    \[ = \frac{(22^\circ\text{C} - (-5^\circ\text{C})) \times 39}{0.5} \]

    \[ = 3510\, \text{W}} \]

En été :

    \[ = \frac{(35^\circ\text{C} - 22^\circ\text{C}) \times 39}{0.5} \]

    \[ = 1014\, \text{W}} \]

3. Apports Internes :

  • Éclairage :

    \[ = 15 \, \text{W/m}^2 \times 500 \, \text{m}^2 \]

    \[ = 7500\, \text{W}} \]

  • Équipement :

    \[ = 10 \, \text{W/m}^2 \times 500 \, \text{m}^2 \]

    \[ = 5000\, \text{W}} \]

  • Occupants :

= 0.1 \, \text{personnes/m}^2 \times 500 \, \text{m}^2 \times 100 \, \text{W/personne}

    \[ = 5000\, \text{W}} \]

Total des apports internes

    \[ = 7500\, \text{W}} + 5000\, \text{W}} + 5000\, \text{W}} \]

    \[ = 17500\, \text{W}} \]

4. Pertes/Gains Liés à la Ventilation :

  • Volume de l’immeuble

    \[ = 500 \, \text{m}^2 \times 3 \, \text{m} \]

    \[ = 1500\, \text{m}^3 \]

  • Taux de renouvellement d’air = 0,35/h
  • Perte/Gain de chaleur due à la ventilation :

\text{Volume} \times \text{Taux de renouvellement} \times \text{Capacité thermique de l'air} \times \Delta T

Capacité thermique de l’air \approx 0.33W/m^3K

En hiver :

= 1500 \times 0.35 \times 0.33 \times (22 - (-5))

    \[ = 818\, \text{W}} \]

En été :

= 1500 \times 0.35 \times 0.33 \times (35 - 22)

    \[ = 477\, \text{W}} \]

Étape 2: Dimensionnement du Système CVC

La charge thermique totale pour chauffer en hiver et pour refroidir en été se calcule en additionnant toutes ces contributions.

Puisque le système a un rendement de 80%, la capacité requise du système sera supérieure à la charge calculée.

Charge de chauffage en hiver :

= 2816\, \text{W} + 3510\, \text{W} + 17500\, \text{W} + 818\, \text{W}

    \[ = 26644\, \text{W} \]

Charge de refroidissement en été :

= 1620\, \text{W} + 1014\, \text{W} + 17500\, \text{W} + 477\, \text{W}

    \[ = 20611\, \text{W} \]

Capacité requise du système CVC :

  • Pour le chauffage :

    \[ = \frac{26644\, \text{W}}{0.80} \]

    \[ \approx 33305\, \text{W} \]

  • Pour le refroidissement :

    \[ = \frac{20611\, \text{W}}{0.80} \]

    \[ \approx 25764\, \text{W} \]

Étape 3: Analyse d’Efficacité Énergétique

Pour améliorer l’efficacité énergétique, plusieurs stratégies peuvent être envisagées :

  • Amélioration de l’isolation des murs et fenêtres.
  • Utilisation de vitrages à haut rendement énergétique pour les fenêtres.
  • Installation de systèmes de gestion de l’énergie pour optimiser l’utilisation de l’éclairage et des équipements.
  • Intégration de sources d’énergie renouvelable comme des panneaux solaires pour fournir une partie de l’énergie nécessaire.

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