Maison intelligente:Calcul du bilan thérmique 

CALCUL DU BILAN THERMIQUE

INTRODUCTION

Nous avons utilisés le logiciel « hap» de la société Carrier.
Le hap estun logiciel de calcul des charges été/hiver pour les bâtiments tertiaires. De simples ou multiples zones peuvent être facilement calculées. Ce progiciel utilise la méthode des facteurs de réponse pour calculer les charges. Cette méthode est approuvée par l’ASHRAE comme méthode adaptée pour le calcul des charges horaires.

PREPARATION DES DONNEES

Avant de démarrer une étude il est opportun de connaître les données du bâtiment et les caractéristiques du système de chauffage et de climatisation envisagé. La plupart de ces informations peut-être déterminées à partir des plans et des spécifications techniques du dossier. Pas à pas ce progiciel aidera à saisir toutes les données nécessaires.
Ces données sont :
1. Climat du site. Il faut préciser la latitude, l’altitude et les différents paramètres de température.
2. La nature des murs, destoitures, des vitrages et des parois sur locaux non chauffés ou non climatisés.
3. Les données dimensionnelles du bâtiment incluant les surfaces et expositions(orientation) des murs, toitures, vitrages avec les caractéristiques des protections solaires et parois/LNC (locales non chauffés et non climatisés).
4. Le nombre ou la densité de personnes ainsi que leur niveau d’activité.
5. L’information sur la puissance et les caractéristiques du système d’éclairage et des divers équipements électriques.
6. La stratégie de zoning : un thermostat pour l’ensemble du bâtiment ou un thermostat pour chaque zone (ou local).
7. Le type de système CVC(chauffage ventilation et climatisation) par exemple : chauffage et climatisation, climatisation seule,…
8. La nature de l’équipement de chauffage par exemple : air chaud, chauffage électrique, chauffage central…
9. Le point de consigne du thermostat pour le chauffage et la climatisation.
10. le critère de calcul pour la ventilation, l’air neuf, le rejet et les bases du système de chauffage.
11. La conception avec un plénum pour le retour de l’air à la centrale.
12. La caractéristique du ventilateur ainsi que la position de la batterie froide (amont ou aval)
par rapport à ce ventilateur.

CALCUL DES APPORTS ET DEPERDITIONS

Les déperditions correspondent aux pertes de chaleur du local vers l’extérieur (Période hivernale). Le calcul des déperditions permet de dimensionner les émetteurs de chaleur (batteries chaudes).
Le bilan thermique froid (chaleur sensible et chaleur latente) correspond aux apports de chaleur venant de l’extérieur vers le local et à l’intérieur du local. Le calcul du bilan thermique permet de dimensionner l’appareil de climatisation.
La chaleur latente correspond à l’équivalent des apports d’humidité dû à l’occupation où à l’air introduit dans le local par infiltration où au renouvellement d’air. La chaleur latente se traduit en fait par un accroissement du taux d’humidité dans le local.
Soit : Chaleur sensible + Chaleur latente = Chaleur totale.
Les puissances frigorifiques des appareils de climatisation ou de production d’eau glacée indiquées dans les catalogues des fabricants ne sont pas toujours explicites. Les fabricants ont tendance à sélectionner les appareils de climatisation en chaleur totale.
Il est impératif de s’assurer que lors de la sélection d’un appareil de climatisation dans un local donné, la puissance froid soit donnée en chaleur sensible et que cette puissance soit égale ou supérieure au bilan thermique calculé en chaleur sensible.
Dans certains cas il peut être envisagé un contrôle d’humidité précis. L’appareil de climatisation devra dans ce cas être sélectionné de manière à évacuer intégralement par déshumidification tous les apports d’humidité (chaleur latente). Le fabricant de l’appareil de climatisation devra tenir compte à la fois du bilan thermique chaleur sensible et de la chaleur latente.

SELECTION DE LA CHAUDIERE ETSES ACCESSOIRES

INTRODUCTION

Le Chauffage comprend une chaudière, un bruleur, un tableau de control, un réseau de canalisations où circule un fluide caloporteur, des pompes de circulation et des radiateurs. Il peut être alimenté au fioul ou au gaz ou au bois
La chaudière est le moteur de chauffage central, il ya quatre types de chaudière, a bois, au gaz, au GPL (gaz propane liquide) ou au fioul.
Le bois est une source d’énergie renouvelable qui se substitue aux énergies fossiles dont les ressources sont limitées (pétrole ,gaz, charbon). L’utilisation du bois-énergie contribue ainsi fortement à la lutte contre le réchauffement climatique (effet de serre) puisque, à la différence des énergies fossiles ,elle recycle dans l’atmosphère le gaz carbonique absorbe par les forets .
Le CO2,libéré pendant sa combustion ,est le même que celui qui serait rejeté dans l’atmosphère lors de sa dégradation naturelle. Le bois-énergie constitue en outre une excellente valorisation des sous-produits et déchets de la filière bois. Enfin ,cette ressource participe à la gestion rationnelle de nos forets et donc à la qualité des paysages et au maintien hydrologiques et climatiques
Le bois énergie est un combustible compétitif. De plus ,son prix n’est pas soumis aux fluctuations des cours internationaux des monnaies et des carburants. Pour cela je choisit le cheminée chaudière au mon projet.

ETUDE DU SYSTEME DE CHAUFFE EAU SOLAIRE

CONTEXTE GENERAL

Le Liban est géographiquement bien place pour tenter avec l’énergie solaire une formule originale de développement durable. C’est un pays ensoleille avec :
– Un nombre annuel d’heure d’ensoleillement de 3000 heures
– Un flux solaire moyen annuel de 2200 kWh/m2.
– Un ensoleillement global journalier de 4,8 kWh/m2.
La croissance de la demande en énergie a long terme est un enjeu économique majeur pour notre pays dont le niveau de satisfaction des besoins en énergie est bas – 1000 ktev per capita et par an pour une moyenne mondiale de 1500 kev , 3500 kev pour la CE et 8000 kevpour les Etats-Unis et le Canada – tandis que le taux de croissance annuel moyen de son PIB est estime a près de 5% pour la prochaine décennie que le taux de croissance démographique reste élevé – environ 1,7% par an.
Durant les dix dernières années (années transitoires après les longues années de guerre) le tcam de la demande en énergie primaire a été supérieur à 8%. Au cas ou ce taux prendrait son rythme de croisière, il se situera dans les années a venir selon les différentes scenarios de prévision de la demande entre 4% et 6% et la consommation en énergie doublera chaque douze a quinze ans induisant un accroissement rapide du parc des équipement de production , transformation, stockage et transport de l’énergie parallèlement a celui du parc des équipements de consommation.

CADRE INSTITUTIONNEL

Malgré l’importance évidente de l’énergie solaire et plus généralement des énergies renouvelables pour le pays, le cadre institutionnel et réglementaire ne gère jusqu’à ce jour d’une façon efficace sur ce secteur qui est laisse aux seules lois du marche. Les ministères de l’énergie et de l’Eau, de l’industrie ou même de l’environnement ne sont pas directement concernes et il n’y a pas dans le pays des agences pour l’efficacité énergétique ou pour le développement des énergies renouvelables. Aucune politique ou aucun programme national de gestion rationnelle de l’énergie ou de développement des énergies renouvelables n’est actuellement en cours.
Certains projets de développement sont en exécution notamment celui finance par le fonds français pour l’Environnement Mondial (FFEM) et coordonne par l’ADEME et l’ALMEE << Projet d’Efficacité énergétique dans la construction, PEEC >>. D’autre vont prochainement démarrés dont celui finance par le Programme des Nations Unies pour le développement (PNUD) <<Cross Sectoral Energie Efficience and Removal Barrières et ESCO opération >> et qui aborde dans une de ses parties le développement du solaire thermique du Liban.

RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT

Il n’y a aucun organisme de recherche centre sur les énergies renouvelables en général ou sur le solaire thermique en particulier et, d’ ailleurs il ya peu de recherches spécifiques au solaire thermique qui sont actuellement menées au Liban. Cependant périodiquement et dans le cadre des études doctorales, certaines thèses peuvent aborder le sujet mais sans une planification ou coordination préalable.
Le centre National de la Recherche Scientifique Libanais (CNRSL) traverse actuellement une période difficile et n’a pas les moyens financiers suffisants pour gérer des recherches couteuses et le département relatif à l’énergie solaire. Certaines universités ou des institues techniques locaux dispensent des cours sur l’énergie solaire cadres dans un enseignement plus global, et ne prévoient pas des cursus pouvant mener a des diplômes en la matière.

BARRIERES AU DEVELOPPEMENT DU SOLAIRE THERMIQUE AU LIBAN

Cependant et malgré tous ses avantages , l’énergie solaire thermique est encore peu développée dans le pays du aux barrières qui empêchent l’établissement d’un marche naturel dynamique favorable a son expansion notamment la politique de tarification de l’énergie qui ne reflète pas son cout réel , l’absence d’une volonté politique et d’une démarche cohérente des pouvoirs publics en faveur de l’énergie solaire qui puisse faire converger des intérêts nationaux et macro-économiques vers ceux du consommateur et de l’usager, une prise en compte insuffisante de l’impact sur l’environnement et la sante publique de la pollution atmosphérique et un manque flagrant de sensibilisation et d’information. Elle reste marginale dans le bilan énergétique et représente moins de 1% soit quelques Kev pour un potentiel exploitable estime a plus de 1000 kev.

SELECTION DU SYSTEME DE CHAUFFAGE SOLAIRE

Un chauffe-eau solaire est un système qui produit de l’eau chaude à partir du rayonnement solaire. Il ne consomme pas de combustible mais capte l’énergie solaire et la transmet à l’eau contenue dans un réservoir. Le capteur installé sur le toit transforme la lumière en chaleur et transmet celle-ci au liquide caloporteur (transporteur de chaleur) qui le traverse. Cette chaleur est acheminée dans le ballon de stockage de l’eau chaude. Le liquide circule dans un serpentin plongé dans le ballon de stockage afin de lui transmettre sa chaleur par simple contact.
La surface du chauffe-eau solaire est calculée sur base du nombre d’habitants de la maison et d’un optimum économique. A cet optimum le chauffe-eau solaire couvre environ 30% des besoins annuels d’énergie nécessaire à la production d’eau chaude d’un ménage.
Ceci s’obtient dans les conditions suivantes :
– 1m² de capteur par 80 L d’eau consommée à 60°C (1m² par personne).
– Stockage : 30 L par m² de capteur.
Il est inutile de vouloir installer un champ de capteurs qui couvre la quasi-totalité des besoins.
Cela conduirait à une surface de capteurs et une accumulation largement excédentaire en été.
Lorsque le soleil est haut en été, la température de l’eau peut atteindre des valeurs élevées. Mais, même en hiver, lorsque le soleil ne luit que quelques heures par jour, le chauffe-eau solaire contribue à la production quotidienne d’eau chaude.
Il existe différents types de capteurs solaires thermiques selon le type d’application considérée, la nature de l’élément caloporteur utilisé et le niveau de température qu’ils permettent d’atteindre.

La capacité du systeme solaire

La moyenne de la consommation d’eau chaude sanitaire varie entre 50 et 60 litres d’eau chaude à 60°C par personne et par jour.
Dans notre projet le nombre des personne dans la villa est dix
=> la quantité de l’eau chaude sanitaire nécessaire estégale a : 10 x 50 = 500 litres.
Alors le system solaire sera constituer de deux capteurs solaires le première est de 300 litres et le deuxième de 200 litres connecter en série.
La chauffe eau solaire peut couvrir entre 50 et 80% des besoins annuels en eau chaude sanitaire. En été et à chaque période d’ensoleillement lorsque le soleil donne toute son énergie, le capteur solaire peut très rapidement couvrir 100% des besoins en eau chaude sanitaire et donne une énergie suffisante pour couvrir la très grosse majorité des besoins en eau chaude. La chaudière est alors coupée en été. Si un petit appoint doit être fait, quand les conditions météorologiques sont mauvaises, une résistance électrique couvre cette demande Durant les périodes froides ou nuageuses, en cas d’énergie solaire insuffisant pour atteindre la température d’utilisation souhaitée (45 à 60°C maximum pour les usages domestiques) et assure la quantité de l’eau chaude sanitaire nécessaire, l’eau sanitaire sera préchauffée par le soleil et une source d’énergie d’appoint fournira le complément de chaleur nécessaire. Cet appoint peut être réalisé par une chaudière.
Pour faire cette liaison il faut que le ballon de stockage du capteur solaire contienne un échangeur de chaleur (serpentin) et on a besoin d’une pompe de circulation pour assurer la circulation d’eau chaude venant de la chaudière vers l’échangeur dans le capteur solaire puis revient à la chaudière.

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Table des matières
1. CHAPITRE 1-INTRODUCTION
1.1. CADRE D’ETUDE
1.2. OBJECTIF ET DEMARCHE D’ETUDE
1.3. CAHIER DE CHARGE
1.3.1. Conception générale
1.3.2. Conditions de conception
1.3.3. Systèmes de climatisation
1.3.4. Systèmes de chauffage
2. CHAPITRE 2- CALCUL DU BILAN THERMIQUE 
2.1. INTRODUCTION
2.2. PREPARATION DES DONNEES
2.3. CALCUL DES APPORTS ET DEPERDITIONS
2.3.1. Apports extérieures par ensoleillement
2.3.2. Apports extérieures par conduction
2.3.2.1. Gains de chaleur des surfaces vitrées (par conduction)
2.3.2.2. Gains de chaleur à travers les parois extérieures opaques
2.3.2.3. Gains de chaleur au travers des parois intérieures sur les locaux adjacents
2.3.3. Gains de chaleur au travers les fenêtres et les portes
2.3.4. Apports par ventilation, infiltration d’air
2.3.5. Apports internes
2.3.5.1. Occupants
2.3.5.2. Eclairages électriques
2.3.5.3. Equipements divers
2.4. RESUME DU BILAN THERMIQUE DES ESPACES
3. CHAPITRE 3- SYSTEME DE CHAUFFAGE 
3.1. INTRODUCTION
3.2. SELECTION DE LA CHAUDIERE
3.3. SELECTION DU BRULEUR
3.4. SELECTION DES EQUIPEMENTS DE SECURITE DU CHAUDIERE
3.5. SELECTION DES RADIATEURS
3.6. POMPES DE CIRCULATION
3.7. CONCLUSION
4. CHAPITRE 4- ETUDE DU SYSTEME DE CHAUFFE EAU SOLAIRE 
4.1. CONTEXTE GENERAL
4.2. CADRE INSTITUTIONNEL
4.3. RECHERCHE ET DEVELOPPEMENT
4.4. BARRIERES AU DEVELOPPEMENT DU SOLAIRE THERMIQUE AU LIBAN
4.5. SELECTION DU SYSTEME DE CHAUFFAGE SOLAIRE
4.5.1. Points forts du capteur solaire à tubes sous vide
4.5.2. La capacité du system solaire
5. CHAPITRE 5- SYSTEME DE CLIMATISATION 
5.1. INTRODUCTION
5.2. SELECTION DE L’UNITE EXTERIEUR
5.3. SELECTIONN DES UNITES INETERIEURS
5.4. LE COP DU VRV
5.5. SELECTION DU GRL
5.5.1. DESCRIPTION DES DIFFERENTS ELEMENTS DU GRL
5.5.2. SELECTION DU GRL A AIR
5.5.3. SELECTIONN DE LA POMPE
5.5.4 PERFORMANCE ENERGETIQUE DE GRL
5.5.5 CONCLUSION
6. CHAPITRE 6- ETUDE DE SYSTEME DU PLOMBERIE
6.1. OBJECTIF D’ETUDE
6.2. APPAREILLAGE ET BRANCHEMENT
6.3. CALCULE DU TUYAU PRINCIPALE
6.4. CALCULE DU COLLECTEUR PRINCIPALE
7. CHAPITRE 7- ETUDE DU SYSTEME D’ECLAIRAGE 
7.1. CONTEXTE GENERAL
7.2. OBJECTIF D’ETUDE
7.3. TERMINOLOGIE ET NOTIONS DE PHOTOMÉTRIE
7.4. LAMPES ET LUMINAIRES
7.4.1. Description des différentes types de lampes
7.4.2. Caractéristiques Des Luminaires
7.5. Amélioration de l’installation d’éclairage en rénovation
7.5.1. Le remplacement des lampes
7.5.2. Le remplacement des luminaires
7.6. Le remplacement des lampes dans les différentes chambres du local
7.7. Résumé du bilan énergétique des espaces
7.8. Conclusion
8. CHAPITRE 8- ETUDE COMPARATIVES ENERGETIQUE ET ECONOMIQUE 
8.1. Etudes énergétique
8.2. Etude économique
9. CHAPITRE 9- Temps de Retour de L’investissement Supplémentaire
10. CHAPITRE 10- IMPACT ENVIRONNEMENTAL 
10.1. INTRODUCTION
10.2. BILAN CARBONE
10.3. IMPACT DE RECHAUFFEMENT GLOBAL
10.3.1. Installation simple mur et fenêtre simple vitrage
10.3.2. Installation double mur et fenêtre double vitrage
10.4. CONCLUSION
11. CONCLUSION GENERALE 
12. BIBLIOGRAPHIE
13. ANNEXES

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