Charges Thermiques et Sélection du Système

Charges Thermiques et Sélection du Système

Comprendre les Charges Thermiques et Sélection du Système

Vous êtes un ingénieur en thermique des bâtiments chargé de concevoir un système de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) pour un nouveau bâtiment de bureaux situé à Lyon, France.

Données du Bâtiment :

  • Superficie totale : 2000 m² sur 4 étages.
  • Hauteur sous plafond : 3 mètres.
  • Isolation conforme à la RT 2012.
  • Vitres double vitrage, = 1.6 W/m²K.
  • Occupation : 10 personnes par étage pendant les heures de travail (08h00 – 18h00).

Données Climatiques :

  • Températures moyennes : -1°C en janvier et 28°C en juillet.

Instructions :

  1. Calcul des Charges Thermiques :
    • Calculez les charges thermiques maximales pour l’hiver et l’été en considérant les apports internes, les déperditions et les gains.
    • Charge due aux occupants : 100 W par personne
    • Charge due aux équipements électroniques : 5 W/m²
    • 20% de la surface est occupée par des fenêtres
  2. Sélection du Système CVC :
    • Proposez un type de système CVC basé sur les résultats des calculs.
    • Justifiez votre choix en termes d’efficacité énergétique, de coût et de facilité de maintenance.
  3. Évaluation des Performances Énergétiques :
    • Estimez la consommation énergétique annuelle du système proposé.
    • Comparez cette consommation avec celle d’un système standard pour évaluer les économies d’énergie.

Correction : Charges Thermiques et Sélection du Système

1. Calcul des Charges Thermiques

A. Charge due aux occupants :

  • Il y a 10 personnes par étage et 4 étages, donc 40 personnes au total.
  • Charge par personne : 100 W

Charge totale due aux occupants:

\[ = 40\, \text{personnes} \times 100\, \text{W/personne} \] \[ = 4000\, \text{W} \]

B. Charge due aux équipements électroniques :

  • Surface totale du bâtiment = 2000 m\(^2\)
  • Charge par mètre carré = 5 W/m\(^2\)

Charge totale due aux équipements:

\[ = 2000\, \text{m}^2 \times 5\, \text{W/m}^2 \] \[ = 10000\, \text{W} \]

C. Déperditions/gains par les murs et fenêtres :

  • Supposons que 20% de la surface est occupée par des fenêtres.

Surface des fenêtres

\[ = 0.20 \times 2000\, \text{m}^2 \] \[ = 400\, \text{m}^2 \]

  • \(U\) pour les fenêtres double vitrage = 1.6 W/m\(^2\)K
  • Température intérieure en hiver = 22°C, extérieure = -1°C; \(\Delta T\) en hiver = 23 K
  • Température intérieure en été = 22°C, extérieure = 28°C; \(\Delta T\) en été = 6 K

Charge en hiver:

\[ = 400\, \text{m}^2 \times 1.6\, \text{W/m}^2\text{K} \times 23\, \text{K} \] \[ = 14720\, \text{W} \]

Charge en été:

\[ = 400\, \text{m}^2 \times 1.6\, \text{W/m}^2\text{K} \times 6\, \text{K} \] \[ = 3840 W \]

D. Pertes/gains de ventilation :

  • Volume du bâtiment:

\[ = 2000\, \text{m}^2 \times 3\, \text{m} \] \[ = 6000\, \text{m}^3 \]

  • \(Q_{\text{vent}}\) en hiver:

\[ = 0.33 \times 6000\, \text{m}^3 \times 23\, \text{K} \] \[ = 45540\, \text{W} \]

  • \(Q_{\text{vent}}\) en été

\[ = 0.33 \times 6000\, \text{m}^3 \times 6\, \text{K} \]

\[ = 11880\, \text{W} \]

E. Total des Charges Thermiques :

Charge totale en hiver:

\[ = 4000\, \text{W} + 10000\, \text{W} + 14720\, \text{W} + 45540\, \text{W} \] \[ = 74260\, \text{W} \]

Charge totale en été:

\[ = 4000\, \text{W} + 10000\, \text{W} + 3840\, \text{W} + 11880\, \text{W} \] \[ = 29720\, \text{W} \]

2. Sélection du Système CVC

Pour un bâtiment de cette taille et ces caractéristiques, un système de type VRV (Volume de Réfrigérant Variable) serait approprié.

Ce système permet une régulation précise de la température dans différentes zones du bâtiment et offre une haute efficacité énergétique, particulièrement importante pour les bâtiments de grande taille.

De plus, le système VRV peut être facilement intégré dans un bâtiment existant, ce qui est idéal pour des rénovations ou des améliorations.

3. Évaluation des Performances Énergétiques

La consommation énergétique annuelle dépend de nombreux facteurs, y compris l’efficacité du système VRV, les habitudes d’utilisation, et la maintenance.

Supposons une efficacité de 3.5 (coefficient de performance ou COP) pour le système VRV :

  • Consommation en hiver:

\[ = \frac{\text{Charge en hiver}}{\text{COP}} \] \[ = \frac{74260 \text{ W}}{3.5} \] \[ \approx 21217 \text{ W} \]

  • Consommation en été:

\[ = \frac{\text{Charge en été}}{\text{COP}} \] \[ = \frac{29720 \text{ W}}{3.5} \] \[ \approx 8491 \text{ W} \]

Comparaison avec un système standard ayant un COP de 2.5 :

  • Consommation en hiver (système standard):

\[ = \frac{74260 \text{ W}}{2.5} \] \[ \approx 29704 \text{ W} \]

  • Consommation en été (système standard)

\[ = \frac{29720 \text{ W}}{2.5} \] \[ \approx 11888 \text{ W} \]

Ainsi, le système VRV permettrait des économies significatives en termes de consommation énergétique comparé à un système standard.

Charges Thermiques et Sélection du Système

D’autres exercices de thermique des batiments:

Chers passionnés de génie civil,

Nous nous efforçons constamment d’améliorer la qualité et l’exactitude de nos exercices sur notre site. Si vous remarquez une erreur mathématique, ou si vous avez des retours à partager, n’hésitez pas à nous en informer. Votre aide est précieuse pour perfectionner nos ressources. Merci de contribuer à notre communauté !

Cordialement, EGC – Génie Civil

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Charge Thermique d’un Mur Exposé au Sud

Charge Thermique d'un Mur Exposé au Sud Comprendre la Charge Thermique d'un Mur Exposé au Sud Vous êtes un ingénieur thermique chargé d'évaluer l'efficacité énergétique des matériaux utilisés dans la construction d'un nouveau bâtiment scolaire situé dans une région au...

Calcul du coefficient de transmission thermique

Calcul du coefficient de transmission thermique Comprendre le Calcul du coefficient de transmission thermique Vous êtes un ingénieur en efficacité énergétique chargé d'évaluer les performances thermiques d'un mur extérieur d'un nouveau bâtiment résidentiel situé à...

Déperditions Thermiques d’une Fenêtre

Déperditions Thermiques d'une Fenêtre Comprendre les Déperditions Thermiques d'une Fenêtre Vous êtes un ingénieur en efficacité énergétique travaillant pour une entreprise de construction. Vous devez évaluer les déperditions thermiques d'une fenêtre installée dans un...

Analyse Thermique d’un Bâtiment de Bureaux

Analyse Thermique d'un Bâtiment de Bureaux Comprendre l'Analyse Thermique d'un Bâtiment de Bureaux Vous êtes un ingénieur en génie civil chargé de concevoir le système de chauffage d'un petit immeuble de bureaux à deux étages situé à Lyon, France. L'immeuble est...

Calcul de la puissance de chauffage

Calcul de la puissance de chauffage Comprendre le Calcul de la puissance de chauffage Vous êtes un ingénieur en efficacité énergétique et devez évaluer les besoins en chauffage pour une nouvelle maison unifamiliale située à Strasbourg, France. La maison possède une...

Analyse des Gains Thermiques dans une Salle

Analyse des Gains Thermiques dans une Salle Comprendre l'Analyse des Gains Thermiques dans une Salle Vous êtes un ingénieur en performance énergétique et vous travaillez sur l'analyse thermique d'une salle de classe située dans un lycée à Marseille, France. Cette...

Dimensionnement d’un Système de Ventilation

Dimensionnement d'un Système de Ventilation Comprendre le Dimensionnement d'un Système de Ventilation Vous êtes ingénieur en thermique des bâtiments et vous travaillez sur la conception d'un système de ventilation pour un bâtiment de bureaux situé à Paris. Le bâtiment...

Calcul des Déperditions Thermiques

Calcul des Déperditions Thermiques Comprendre le calcul des Déperditions Thermiques Vous êtes un ingénieur en thermique des bâtiments et vous devez calculer les déperditions thermiques d'une maison résidentielle pour dimensionner correctement le système de chauffage....

Calcul de la Performance Énergétique

Calcul de la Performance Énergétique Comprendre le Calcul de la Performance Énergétique Dans une région où les hivers sont particulièrement froids, un propriétaire souhaite améliorer l'isolation thermique de sa maison pour réduire sa facture de chauffage. La maison...

Transfert de chaleur par convection

Calcul du transfert de chaleur par convection Comprendre le calcul du transfert de chaleur par convection Vous êtes un ingénieur thermique chargé de concevoir un système de chauffage pour une maison, utilisant des radiateurs pour chauffer l'air ambiant par convection....