BUT 1

(1)

Jean-David.Delord@univ-eiffel.fr http://jean.david.delord.free.fr

BUT 1

Génie Thermique et Énergie

Chauffage - ECS - Ventilation :TD

(2)

Découverte des différents éléments constitutifs d’une installation ... 1

Analyse du schéma de principe de distribution d’un réseau ECBT avec production solaire... 5

Modification d’un schéma ECBT ... 7

Analyse d’une chaufferie bois ... 9

Caractéristiques des éléments d’un réseau ECBT ... 12

Production ECS ... 31

Dimensionnement d’une VMC double flux ... 35

(3)

Découverte des différents éléments constitutifs d’une installation

1. Architecture des installations

Dans un système de production d’eau chaude à basse température, il existe 3 zones principales : - La production :

______________________________________________________________________________________________

- La distribution :

______________________________________________________________________________________________

- L’émission :

______________________________________________________________________________________________

 Compléter la partie ci-dessus, en détaillant les éléments qui, à votre avis, entrent en jeu dans chacune de ces 3 zones.

Éléments d’une installation de chauffage

Une installation de chauffage est composée de différents éléments, qui peuvent être regroupés pour assurer une des 9 fonctions ci-dessous :

1. Alimentation en eau du réseau de chauffage, 2. Protection contre les surpressions,

3. Mesures de la pression et de la température, 4. Purgeur d’air,

5. Circulateur et son environnement,

6. Dégazage des colonnes,

7. Distribution verticale et environnement des émetteurs,

8. Évacuation des boues, 9. Expansion

 Identifier :

- les différents éléments présentés page 2,

- les fonctions associées aux différents groupes d’éléments présentés page 3.

Schéma général d’une installation de chauffage

 À partir de l’ensemble des informations établies précédemment et du recueil de symbole fluidique, réaliser sur la page 4 un schéma simplifié d’une installation (orientation paysage).

(4)

(5)

(6)

(7)

Analyse du schéma de principe de distribution d’un réseau ECBT avec production solaire

Le schéma de principe d’une installation est fourni en annexe.

Travail à effectuer

1. Entourer sur le schéma général :

 Le système de production général,

 Le système solaire de production sanitaire,

 Le système de production ECS.

2. Colorier les circuits alimentation de gaz, aller, retour, EF et ECS, réseaux du circuit solaire, afin de les repérer.

3. Expliquer le fonctionnement

(8)

(9)

Modification d’un schéma ECBT

Le schéma de principe ci-dessous est tiré du guide RAGE « gestion technique du bâtiment ».

Travail demandé

 Modifier la structure du schéma sur le document réponse DR1 (orientation paysage) afin d’éviter au maximum le croisement de la tuyauterie.

 Ajouter les éléments suivants :

- Les vannes d’isolements nécessaires à la maintenance, - Les vannes de vidanges,

- Un purgeur automatique sur la bouteille de découplage, - Un filtre à l’entrée de l’échangeur côté primaire ECS,

- Un clapet anti thermosiphon à la sortie de chaque chaudière,

- Un compteur d’énergie thermique permettant de suivre le rendement annuel de la chaufferie, - Un by-pass équipé d'un manomètre sur chaque pompe,

- Une vanne de réglage de débit d'eau sur le retour du circuit radiateur, - Une vanne à pression différentielle sur le circuit radiateur,

- Une ligne d’alimentation en eau de ville équipée d’un pot d’introduction de produit de traitement d’eau et permettant le remplissage du circuit de chauffage,

- Compléter la ligne d’alimentation en gaz des brûleurs modulant.

Zone du schéma posant problème

(10)

DR1

(11)

Analyse d’une chaufferie bois

L’étude porte sur une chaufferie faisant partie d’un réseau de chaleur communal dont le schéma de principe est fourni page suivante.

1. Remplir la nomenclature en désignant le matériel et en indiquant sa fonction dans le réseau ou le système.

2. Repérer les réseaux Aller (en rouge) et Retour (en bleu)

2.1. Donner la valeur de puissance totale de production de chaleur, 2.2. Justifier les puissances différentes pour les chaudières bois, 2.3. Justifier la présence du ballon tampon,

2.4. Quel est son autre fonction ?

2.5. Vérifier le débit du réseau de la chaudière « De Dietrich » en fonction des indications données sur ce réseau de production de chaleur.

3. Présenter l’installation et expliquer le fonctionnement (10 lignes maximum).

(12)

Nomenclature

Rep. Désignation Fonction

1 Piège à sons Atténuer le bruit (niveau de pression acoustique) dans la chaufferie et les locaux environnants

2 Volet de réglage d’air Régler le débit d’air de combustion (adapter le débit d’air au débit de gaz)

3 Ventilateur centrifuge (à action) Introduire le débit d’air de combustion dans le foyer

4 Pressostat d‘air Contrôler le fonctionnement du ventilateur

5 Électrode d’ionisation Contrôler la présence de flamme

6 Accroche-flamme Mélanger l’air primaire au gaz. Régler la vitesse de sortie du mélange air-gaz

7 Électrode d’allumage Produire un arc électrique pour allumer le gaz

8 Robinet d’arrêt gaz Isoler le brûleur du réseau de distribution gaz

9 Filtre gaz Arrêter les impuretés pour préserver l’étanchéité des clapets des électrovannes

10 Pressostat gaz mini Contrôler que la pression de l’alimentation gaz est suffisante

11 Détendeur-électrovanne Réguler la pression gaz dans la tête de combustion pour introduire toujours le débit de gaz nécessaire. Fermer automatiquement l’arrivée de gaz

12 Électrovanne de sécurité Fermer automatiquement l’arrivée de gaz

13 Tête de combustion Réaliser la combustion

14 Boitier de commande (ou de contrôle)

Commander tous les matériels, en respectant un programme de mise en marche et d’arrêt. Afficher un défaut et réarmer après défaut.

(13)

10 6 2 1

3 4 8

7 5 9 1 1 1 2

ANNEXE

SCHÉM A DE CH AU F FERI E BOIS

1 3 1 4

(14)

Caractéristiques des éléments d’un réseau ECBT

Mise en situation

Une installation d’ECBT comprend 2 chaudières avec un brûleur à gaz, et alimente en ECBT différents réseaux.

Le système d’expansion est un groupe de maintien de pression.

Une bouteille de découplage permet d’isoler hydrauliquement le circuit de production, du circuit de distribution.

Les départs et retours des différents réseaux sont branchés sur une nourrice (ou collecteur).

Données techniques :

 Les pertes thermiques en ligne sont estimées à 5%.

 Hauteur maximale de l’installation 32 m (entre les chaudières et le dernier émetteur).

 Pertes de charge des canalisations du réseau de production estimées à 2,6 mCE.

 Perte de charge du branchement des nourrices au préparateur estimée à 1,8 mCE,

 Pertes de charge du réseau commun des batteries depuis les nourrices estimées à 2,5 mCE (les pertes de charges du tronçon de l’embranchement jusqu’à la vanne seront considérées comme négligeables).

 Pouvoir calorifique inférieur du gaz (PCI) : 11,2 kWh/m³n

 Longueur du tube de gaz depuis le poste de détente jusqu’au premier brûleur : 18 m, jusqu’au deuxième brûleur 21 m. Les chaudières sont espacées de 3 m, l’altitude entre la bouteille et les chaudières est de 3 mètres également.

 Rendement instantané de combustion : 95% (sauf indication contraire).

(15)

Travail demandé

1. Déterminer, à partir des besoins des émetteurs, la puissance que doit délivrer la chaufferie.

2. Sélectionner, à partir des notices techniques Viessman ou De Dietrich, les chaudières répondant au besoin.

3. Calculer le débit gaz pour chaque chaudière puis le débit total.

4. Choisir, à partir des notices techniques Gulliver BSD ou De Dietrich, le brûleur à installer sur chaque chaudière.

5. Dimensionner la conduite de gaz ainsi que la bouteille tampon (voir la remarque). Le gaz est acheminé en DN50 :

 Exprimer le volume intérieur linéaire de la bouteille tampon (VintBT) en fonction du volume du millième (Vm), de la longueur de la bouteille tampon (LBT), de la longueur du tube d’alimentation (LA) et du volume intérieur linéaire du tube d’alimentation (VintA).

 Exprimer la longueur de la bouteille tampon en fonction du volume tampon, de la longueur du tube d’alimentation, du volume intérieur linéaire de la bouteille tampon et volume intérieur linéaire du tube d’alimentation.

 Vous pouvez également utiliser la feuille Excel CGAZDDCOLL_V08 vous permettant d’obtenir un dimensionnement proposé par un constructeur.

6. Déterminer le débit dans chaque réseau secondaire.

7. Dimensionner et choisir le vase d’expansion à pression constante (vase automatique) qui remplace le groupe de maintien de pression. Pour ce faire vous utiliserez la feuille Excel VASE_EXPANSION. Le volume d’eau de l’installation sera pris équivalent à 2375 litres.

8. Dimensionner la bouteille de découplage (la vitesse dans les tubes du réseau de production sera < 1,2m/s), en déterminer les diamètres commerciaux. Vous pouvez utiliser la feuille Excel fournie.

9. Dimensionner et choisir le préparateur ECS (échangeur et ballon).

Remarque :

 Calcul du volume de gaz (volume tampon) dans la conduite d’alimentation des brûleurs (partie entre le poste de détente et les brûleurs) :

Règle du millième : le volume tampon de gaz dans la conduite d’alimentation, entre le poste de détente et le brûleur, doit avoir une valeur égale au 1/1000 du débit de gaz alimentant les brûleurs en [m3/h]

pour une pression de distribution entre 50 et 300mbar ou au 1/500 si la distribution est entre 0 et 50 mbar, si ce volume n’est pas suffisant, on place une bouteille tampon de diamètre et de longueur suffisants pour compléter la valeur calculée.

 Les résultats seront présentés en tableau pour avoir une synthèse des valeurs.

 Ressources chaudières : pages 12 à 14,

 Ressources brûleur : pages 15 à 17,

 Ressources vase d’expansion : page 18 à 23,

 Ressources bouteille de découplage : pages 24 à 25,

 Ressources préparateur ECS : page 26.

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TUBES D’ACIER NON SOUDÉ ÉTIRÉ

NON FILETABLE (NF A 49.111)

Appellation normalisée

Ancienne

appellation Repères Diamètre extérieur

Diamètre

intérieur Épaisseur Masse Volume

intérieur Pression Température minimale

Température maximale

pouce mm mm mm kg/m dm³/m bar °C °C

26,9-2,3 20/27 3/4” 26,9 22,3 2,3 1,41 0,391 36 -10 200

33,7-2,3 26/34 1” 33,7 29,1 2,6 1,79 0,665 36 -10 200

42,4-2,6 33/42 1”1/4 42,4 37,2 2,6 2,57 1,086 36 -10 200

48,3-2,6 40/49 1”1/2 48,3 41,3 2,6 2,95 1,458 36 -10 200

60,3-2,9 50/60 2” 60,3 54,5 2,9 4,14 2,332 36 -10 200

76,1-2,9 66/76 2”1/2 76,1 70,3 2,9 5,28 3,881 36 -10 200

88,9-3,2 80/90 3” 88,9 82,5 3,2 6,81 5,345 36 -10 200

114,3-3,6 102/114 4” 114,3 107,1 3,6 9,90 8,992 36 -10 200

139,7-4,0 5” 139,7 131,7 4,0 13,50 13,684 36 -10 200

168,3-4,5 168,3 159,3 4,5 18,10 19,855 36 -10 200

219,1-5,9 200/219 8” 219,1 207,3 5,9 31,00 33,653 36 -10 200

273,0-6,3 10” 273,0 260,4 6,3 41,60 53,092 36 -10 200

323,9-7,1 323,9 309,7 7,1 55,60 75,476 36 -10 200

355,6-8,0 355,6 339,6 8,0 68,3 90,792 36 -10 200

406,4-8,8 406,4 388,8 8,8 85,90 118,847 36 -10 200

(17)

(18)

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(20)

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(22)

(23)

(24)

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(26)

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(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

Production ECS

1. Présentation de l’étude

Les centres aquatiques se développent beaucoup sur le territoire pour répondre aux besoins des familles, des clubs, des associations ou encore des écoles. Ce sont des équipements d’intérêt général puisqu’ils concernent toutes les tranches d’âges et toutes les pratiques (sportives, loisirs ou détente).

On se propose ici d’étudier plus particulièrement l’impact énergétique de la gestion hydrique en fonction des procédés choisis et de l’impact énergétique de la continuité de service au niveau de la distribution d’eau chaude sanitaire.

La production de chaleur se fait par 2 chaudières :

 Une chaudière gaz à haut rendement de 500 kW,

 Une chaudière gaz à condensation de 650 kW avec brûleur modulant.

La production d’ECS se fait en semi-accumulation par le biais d’un échangeur à plaques de 400 kW et d’un stockage de 6000 litres.

1.1. Schéma de principe de la production d’ECS

3000 l 3000 l

Vers chaufferie

(34)

1.2. Schématisation simplifiée du circuit de distribution et bouclage ECS

3000 l 3000 l

(35)

2. Travail demandé

a) Indiquez sur le schéma de principe de la production d’ECS, document page 6, quelles sont les vannes ouvertes et fermées en fonctionnement normal de cette installation.

 Les vannes normalement fermées seront noircies accompagnées d’un « NF »,

 Les vannes normalement ouvertes seront accompagnées d’un « NO ».

b) Le document réponse Analyse de fonctionnement de la production d’ECS, page 9, représente 3 configurations de soutirage d’ECS. Pour chacune de ces configurations, on vous demande d’indiquer la circulation du fluide dans l’échangeur et les volumes de stockage et d’expliquer de façon concise le fonctionnement pour chaque configuration.

(36)

Analyse de fonctionnement de la production d’eau chaude sanitaire

Configuration n°1 : Le débit de puisage est nul

Explication :

Le débit de puisage est nul, le débit ECS circulant au secondaire de l’échangeur permet la mise en température et le maintien en température du volume de stockage n°1 et 2, l’ECS transite ainsi du premier ballon vers le second ballon et est donc maintenue en température. La pompe de bouclage fait circuler l’eau via le circuit de distribution et de bouclage ECS.

Configuration n°2 : Le débit de puisage est inférieur au débit circulant au secondaire de l’échangeur Explication :

__________________________________________________

Configuration n°3 : Le débit de puisage est supérieur au débit circulant au secondaire de l’échangeur Explication :

__________________________________________________

EF

Débit de puisage

= 0 m³/h

T

EF

Débit de puisage

T

EF

Débit de puisage

T

(37)

Dimensionnement d’une VMC double flux

Ce travail a été réalisé par Martial KREBS et Jean-Marc KELLER

Mise en situation :

Vous devez dimensionner le système de ventilation à mettre en œuvre dans la maison BBC dont le plan est fourni ci- dessous.

Il s’agit ici d’une maison individuelle de type T4 (4 pièces principales : 3 chambres et 1 séjour/salon).

Nota : Dans notre exemple le cellier est dans la partie chauffée mais ne sera pourvu d’aucune bouche

Rappel : La VMC double flux permet de récupérer une large partie des calories de l’air pollué extrait (au-delà de 90%).

Grâce à son échangeur, dans lequel l’air sortant croise l’air entrant, celui-ci est réchauffé avant d’être insufflé dans la maison (vers les chambres et salon/séjour).

(38)

Travail demandé

Étape 1 : Calculer les débits d’extraction nécessaires au logement selon l’arrêté de Mars 1982. (Document 1) 1) Donner le débit minimal réglementaire pour l’ensemble de la maison :

2) Déterminer le débit minimal à extraire :

 Cuisine = ... m³/h

 Salle de bains = ... m³/h

 WC = ... m³/h

 Débit minimal total à extraire de = ………..….. m³/h

3) Déterminer le débit maximal à extraire (passage en grand débit dans la cuisine) :

 Cuisine = ... m³/h

 Salle de bains = ... m³/h

 WC = ... m³/h

 Débit maximal total à extraire de = ……….. m3/h

Étape 2 : Calculer les débits à mettre en œuvre au soufflage.

À partir des débits d‘insufflation minimale et maximale déterminés précédemment, déterminer la répartition des débits soufflés avec le tableau. (Document 2)

 Chambre 1 : …………. m³/h

 Chambre 2 : …………. m³/h

 Séjour/salon : ………… m³/h (mettre 2 bouches pour diminuer le niveau sonore)

 Débit maximal total à souffler de = ……….. m³/h

Attention : Vérifier s’il est compris entre les valeurs min et max calculés précédemment.

Étape 3 : Mettre en place les différents composants d’un système de ventilation double flux (centrale, réseau, caisson répartiteur, …).

 Proposez sur le plan ci-dessous un positionnement de la centrale Double Flux, des bouches d’extraction, des bouches de soufflage, de la bouche d’entrée d’air neuf et de la bouche de rejet d’air vicié.

o En rouge réseaux d’extraction/rejet et en bleu réseau insufflation/air neuf

 Positionnez sur le plan les caissons de répartition (plenum) sur l’extraction et le soufflage

(39)

Nota : l’entrée d’air neuf et celle de rejet d’air vicié doivent être sur des façades différentes mais les conduits de longueur sensiblement identiques.

(40)

Document 1

Les exigences de débit sont fixées par arrêté du 24 mars 1982 modifié par l’arrêté du 28 octobre 1983 Nombre de

pièces principales du

logement

Débits extraits exprimés en m³/h Débit mini

pour l’ensemble du

logement

Cuisine (*)

Salle de bains ou de douches (**)

Autre salle d’eau

WC

Unique Multiple 1

2 3 4 5 6 7

35 60 75 90 105 120 135

20/75 30/90 45/105 45/120 45/135 45/135 45/165

15 15 30 30 30 30 30

15 15 15 15 15 15 15

15 15 15 30 30 30 30

15 15 15 15 15 15 15 (*) débit minimal/débit nominal

(**) commune ou non avec un cabinet d’aisances