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Dimensionnement des équipements : synthèse Master 2 – St Luc – 09-09-22 1.

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1 Dimensionnement des équipements : synthèse Master 2 – St Luc –

2 Le choix des techniques HVAC Chauffer ? … Cest juste apporter un appoint en façade ! Cest donc la gestion de lété qui sera le point de départ du choix ! 2

3 Le choix des techniques HVAC Climatiser ou refroidir naturellement ? On ne peut refroidir naturellement que si la charge thermique maximale ne dépasse pas 50 W/m²… Remarques : ratio clim classique : 100 W/m²… si la charge est de 60 W/m², possibilité de pulser en appoint de lair hygiénique refroidi mécaniquement. 3

4 Charge thermique maximale ? Voir : - syllabus - outil dévaluation : « Bilan thermique dun local en été » sur Entrée climatisation/calculs 4

5 Refroidissement direct. 3 stratégies pour le refroidissement naturel : Stratégie 1 : perméabilité variable de lenveloppe = free-cooling Stratégie 2 : circulation d'eau froide dans les planchers, eau refroidie "de manière naturelle = slab cooling Stratégie 3 : intégration dair frais extérieur dans la climatisation, conçue pour ne donner quun complément frigorifique en période de canicule Refroidissement indirect.

6 6 Dimensionnement si refroidissement naturel par free-cooling nocturne? Lair des locaux doit être refroidi par de lair extérieur de nuit à raison de 6 renouvellements dair par heure ! Donc si volume = m³, il faut assurer m³/h, ou 2m³/s ! Puisque la vitesse de lair en déplacement naturel = 1 m/s, La section (des grilles de fenêtres, de cheminée, …) = 2m³/s / 1m/s = 2 m² ! A noter que linertie de ces bâtiments doit être élevée : le froid de la nuit doit encore se ressentir à 4 h de laprès-midi ! Le refroidissement naturel, cest un choix architectural de départ…

7 Si charge > 50 W/m², refroidir mécaniquement 1"Tout air" 2"Air + eau" 3« DRV" 7 Climatisation Ventilos-convecteurs

8 Choix du système de climatisation Si densité doccupation élevée (salle conférences, salle réunions, paysagers à forte densité, …) Système " tout air ", idéalement à débit dair variable ! (voir fichier « salle de spectacles.ppt ») Si transferts de chaleur internes (locaux informatiques fonctionnant en hiver, locaux à charge très variable, …) Système « DRV « (Débit de Réfrigérant Variable) = pompe à chaleur interne au bâtiment Tous les autres cas (locaux de bureaux, chambres dhôtel, …) Système " Air + Eau ", idéalement par plafonds refroidissants ! 8 Climatisation

9 9 Organisation des équipements Les gaines dair sont coûteuses et encombrantes, il faut limiter la longueur des prise et rejet dair. Les groupes de traitement dair seront placés à proximité des locaux utilisateurs et près des façades. Leau chaude et leau glacée peuvent être préparées à distance… Mais lair est traité localement ! Une seule chaufferie et une seule machine frigorifique, même pour plusieurs bâtiments.

10 10 0° - Point commun de tout dimensionnement Débit = Section x Vitesse Vitesse = 1 m/s en déplacement naturel (cheminée de ventilation, par exemple) …2… m/s au droit dune bouche de pulsion dair …5… m/s dans un conduit avec déplacement forcé par ventilateur Ex : un conduit de 40 sur 40 cm transporte de lair issu dun caisson de traitement dair. Débit approximatif transporté (en m³/h) ? Débit = 0,4 x 0,4 m² x 5 m/s x s /h = m³/h Ex : un conduit circulaire doit transporter m³/h. Quelle diamètre ? ________ Section = débit/vitesse = m³/h / s/h / 5 m/s = 0,4 m² --> Diamètre = (0,4 x 4/π) = 0,71 m Ex : une grille de ventilation naturelle doit laisser passer 180 m³/h. Quelle longueur de grille au–dessus des fenêtres ? (sur base de 1cm de hauteur douverture) Section = débit/vitesse = 180 m³/h / s/h / 1 m/s = 0,05 m² --> longueur = 0,05/0,01 = 5 m

11 11 1° Ventilation hygiénique De lair frais est apporté aux personnes à une température neutre : 20°C.

12 12 1° Ventilation hygiénique De lair frais est apporté aux personnes à une température neutre : 20°C. Débit ? Si nombre de personnes connu : débit = 30 m³/h/pers x Nbre pers Sinon, ratios de la Réglementation Wallonne Exemple : 2,9 m³/h/m² dans un bureau. Chauffage ? Puissance = Débit x 4,8 Wh/m³ Où 4,8 Wh/m³ = différence denthalpie (= dénergie) entre air entrant à 30°C 50% HR et sortant à 25°C 50% HR Puissance de chauffe = Débit x 0,34 Wh/m³.K x (20° - (- 8°)) K Refroidissement et déshumidification ?

13 13 4,8 Wh/m³ enthalpie

14 14 Remarque : si un récupérateur de chaleur est présent, il peut préchauffer lair neuf et diminuer dautant la puissance de la batterie de chauffe. 20° 14,4° -8° 20° -2,4° Exemple : soit un récupérateur avec un rendement de 80%. Lair extérieur entre à -8° et lair intérieur sort à 20 °C. Après passage dans le récupérateur, lair arrive -8° + 80% (20 – (-8°)) = 14,4° C dans la batterie de chauffe.

15 15 2° Chauffage des locaux De la chaleur est fournie aux locaux pour vaincre les déperditions du local et conserver la température de consigne hivernale de 20°C. Situation 1 - La ventilation est centralisée (= lair neuf hygiénique arrive déjà chaud ) Le chauffage du local ne doit fournir que la somme des pertes par les parois. Ex : Puissance radiateur = a i U i S i T°

16 16 Situation 2 - La ventilation est organisée dans le local Le chauffage doit compenser les pertes par les parois + le chauffage de lair de ventilation. Ex : Puissance radiateur =[ a i U i S i + 0,34 Wh/m³.K x Débit vent.] x (20 - (-8°C))

17 17 3° Climatisation des locaux Du froid est fourni aux locaux pour vaincre les apports de chaleur du local et conserver la température de consigne estivale de 25°C maximum.

18 18 3° Climatisation des locaux Du froid est fourni aux locaux pour vaincre les apports de chaleur du local et conserver la température de consigne estivale de 25°C. Situation 1 : La ventilation est centralisée (= lair neuf arrive déjà refroidi ) La climatisation du local doit vaincre les apports : Exemple pour un bureau : des personnes : 70 W / pers des équipements de bureautique : 25 W/m² au sol de léclairage 10 W/m² au sol du soleil par les fenêtres et par les murs 400 W/m² de vitrage S,E,O 600 W/m² de vitrage Hor Valeurs à multiplier par le facteur solaire !! 200 W/m² de vitrage N Situation 2 : La ventilation est organisée dans le local La climatisation doit compenser en + le refroidissement de lair de ventilation. Ex : Puissance climatiseur = tous les apports ci-dessus + Débit x 4,8 Wh/m³ Où 4,8 Wh/m³ = différence denthalpie entre air entrant à 30°C 50% HR et sortant à 25°C 50% HR

19 19 3° Climatisation des locaux Astuce 1 : Lhomme humidifie lair ambiant… Si lappareil frigorifique (climatiseur, batterie de ventilo-convecteur, …) est très froid, la vapeur produite par lhomme va condenser sur la batterie de froid. Il faut compter 60 Watts/pers. de puissance frigorifique en +.

20 20 3° Climatisation des locaux Astuce 2 : Le soleil peut entrer par les fenêtres de plusieurs façades … Il faudra cumuler les apports solaires … et voir quand ils sont maximaux ! apports vitrage Est apports vitrage Sud = apports totaux :

21 21

22 4° Application 1 Données : soit : une salle de réunion de 15 personnes des déperditions des parois par -8°C de Watts des apports de chaleur par +30°C de Watts (y compris la chaleur latente des occupants) Quels débits pulsés ? Ventilation : Chauffage, si air pulsé à 35° C : > Débit dair chaud = Climatisation, si air pulsé à 15°C > Débit dair froid = = 22 Doù choix des débits dair ? Débit dair pulsé : m³/h Débit dair neuf : 450 m³/h Débit dair extrait : m³/h Débit dair recyclé : m³/h 15 x 30 = 450 m³/h Puissance/ c air x T° = W / (0,34 x (35°-20°)) = 785 m³/h Puissance/ c air x = W / (0,34 x (25°-15°)) = m³/h

23 4° Application 1 Données : une salle de réunion de 15 personnes des déperditions par -8°C de Watts des apports de chaleur par +30°C de Watts Quelles puissances des batteries dans le caisson ? Puissance batterie de chauffe : Puissance batterie de refroidissement : 23 Déperditions de parois + chauffage air neuf = ,34 x 450 x (20 – (-8) ) = W Apports + refroidissement et déshumidification de lair neuf = ,8 Wh/m³ x 450 = W

24 Un ventilateur souffle sur 2 échangeurs, alimentés en eau chaude ou en eau glacée. 4° Application 2

25 Données : soit : une salle de réunion de 15 personnes des déperditions par -8°C de Watts des apports de chaleur par +30°C de Watts (y compris la chaleur latente des occupants) Quels débits pulsés ? Ventilation : 15 x 30 = 450 m³/h Chauffage, si régime deau 60°C – 45°C : Climatisation, si régime deau 6°C – 11°C : > Débit deau chaude = Puissance/ c eau x T° = W / (1163 x (60°-45°)) = 0,23 m³/h > Débit dair froid = = Puissance/ c eau x = W / (1163 x (11°-6°)) = 1,38 m³/h

26 26 Section = Débit / vitesse = 1,38 m³/h / s/h /0,6 m/s = 0,00064 m² = 6,4 cm² --> Diamètre = (6,4 x 4/π) = 2,9 cm = 29 mm Choix dun tuyau de diamètre nominal : 32 mm Diamètre extérieur : 42 mm épaisseur de lisolant thermique autour du conduit : 15 mm Diamètre extérieur du conduit avec isolant : 72 mm DIMENSIONS DE MISE EN OEUVRE du conduit : DMO mm 140

27 27 Il existe un formulaire qui vous fournit ce type dinfo :

28 28 26 m 9,5 m 18 m Résumé... Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. Utilisation du Formulaire....

29 29 A.1. Présentation de la salle. 26 m 9,5 m 18 m

30 30 1° Vu la densité doccupation (1,2 m²/personne), le débit de ventilation hygiénique est important : sur base de 30 m³/h.personne, on apportera 25 m³ dair neuf par h et m². Choix dun système de climatisation « tout air » : l a chaleur et/ou le froid utiliseront lair comme fluide caloporteur. A.2.Les techniques. Choix du système de climatisation

31 31 2° Les gaines dair sont coûteuses et encombrantes, il faut limiter la longueur des prise et rejet dair. Le groupe de traitement dair sera placé à proximité de la salle et près des façades. Leau chaude et leau glacée peuvent être préparée à distance… Mais lair est traité localement !

32 32 Solution meilleure car lair frais arrive directement aux personnes, la charge thermique des spots ne perturbe pas les spectateurs. Solution : Pulsion en bas et reprise en haut : Choix du mode de diffusion de lair

33 33 Exemple 1 : Palais de Justice dAnvers bouches de pulsion bouches dextraction Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC. A.2.Les techniques. Choix du mode de diffusion de lair

34 34 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC. A.2.Les techniques. Choix du mode de diffusion de lair Exemple 2 : Flagey

35 35 Vue du silence (*) sous le studio 4 (*) espace tampon acoustique entre les 2 salles Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC. A.2.Les techniques. Choix du mode de diffusion de lair

36 36 Ces bouches provoquent un mélange dair très rapide avec lair ambiant (on parle de bouches à « haute induction ») De plus, ces grandes sections de bouche permettent une faible vitesse dair, et donc une absence de bruit ! Choix du mode de diffusion de lair

37 37 Si récupérateur, lénergie des spectateurs et des spots préchauffe lair neuf !

38 38 Bilan thermique dune personne si on pulse de lair frais sous elle : 20 o C 24 o C La puissance sensible à évacuer est de 70 Watts par spectateur On ne peut pulser moins de 4K (idéal) sous la température ambiante, sous peine de courants dair froid… Pour obtenir 24°C à léquilibre : 70 W = débit dair x 0,34 Wh/m³.K x (24 – 20) K débit = 70/(0,34 x 4) = 50 m³/h.personne soit un débit total de 300 pers x 50 m³/h.pers = m³/h Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC. A.2.Les techniques. Lair hygiénique comme air de refroidissement ?

39 39 Bilan thermique dété : Une fois arrivé au plafond, lair atteint les équipements divers (± 6 kW) et les parois chauffées par le soleil (± 3,5 kW). La charge thermique totale est donc de ± 9,5 kW. La température de lair devient : 24° /(0,34 x 9000) = ± 27,1°C 20° 27,1° 24° Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC. A.2.Les techniques. Lair hygiénique comme air de refroidissement ?

40 40 En regime hivernal, la relance (= le réchauffage) de linstallation, le lundi à 3h du matin par exemple, se fera avec de lair frais extérieur chauffé à 35 o C… Et regime estival, le passage dans le récupérateur est plutôt à éviter, autant ne pas préchauffer lair frais ! Avez-vous une meilleure solution à proposer ? Problèmes…

41 41 Amélioration 1 - installer un by-pass pour un recyclage complet. Un by-pass du récupérateur permet de relancer linstallation en la bouclant sur elle-même au matin (pas dapport dair neuf lorsque les occupants ne sont pas présents). 20° 28° 24° Fonctionnement en régime hivernal

42 42 Amélioration 2 : évacuer lair sans passer par le récupérateur 20° 28° 24° Fonctionnement en régime estival

43 43 Fonctionnement avant larrivée des occupants 35° 20° Fonctionnement en régime hivernal - recyclage complet

44 44 Fonctionnement hivernal si rendement récupérateur = 60% 20° 27° 24° 9° 20° Fonctionnement en régime hivernal - recyclage partiel

45 45 26 m 9,5 m 18 m UTILSATION DU FORMULAIRE Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.Utilisation du formulaire

46 46 Données de base de la salleRésultats U moyen (W/ m 2 K ) G (-) Longueur 18 m Largeur 26 m Hauteur moyenne Haut. 1 = 9,5 m, Haut. 2 = 3 m = 5,9 m Volume (m 3 ) Volume (V) ± m³ Surfaces (m 2 ); Surface toiture 18 m x 26 m = 468 m 2 0,3 Surface mur (9,5 m + 3 m ) x 18 m / 2 = 112,5 m 2 0,3 Surface fenêtres Sud avec un verre «pare-soleil » 3 m x 18 m = 54 m 2 1,60,4 Surface fenêtres Ouest avec un verre pare-soleil (5 m x 9,5 m) + (3 m x 3 m) = 56,5 m 2 1,60,4 Nombre de WC WC 300 personnes x 120% / 15 pers par WC 24 (60% pour femmes et 60% pour hommes) Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.1.Données de la salle.

47 47 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Schéma fonctionnel et éléments à dimensionner. Les dimensions du local pour les groupes dair ? Les dimensions des conduits dair ?

48 48 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Estimation des débits de pulsion et extraction dair.

49 49 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Le débit maximal et les dimensions du local air.

50 50 Rejet dair 2,5 m3/s Prise dair 2,5 m3/s Condenseur Tour de refroidissement P= 87 kW A= 17 m2 Evaporateur Groupe de refroidissement P= 87 kW A= 8 m2 - H=3m Production de Chaleur Chaudière Ti = 25°C Te = 30°C 6,3 m3/s à Ts = 20°C Air recyclé 3,8 m3/s Groupes pulsion et extraction dair A = 54 m2 – H = 3,5 m Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Situation en période estivale....

51 51 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Les dimensions des canalisations.

52 52 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire.. B.3.Linstallation de ventilation hygiénique. DMO (Dimension de mise en oeuvre), Cest quoi ?IDIDEDED ISODISOD DMODMO

53 53 Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Les dimensions des canalisations. Les canalisations dextraction dair 6 canalisations DN 630 Les canalisations de pulsion dair 9 canalisations DN 710

54 54 Ti = 25°C Ts = 20°C (6,3 m³/s à 2 m/s par 9 conduits de DN DMO 830 ayant chacun un débit de 2520 m3/h 6,3 m³/s à 6 m/s par 1 conduit de DN DMO ,3 m³/s à une vit. 0,25 m/s par 320 grilles de diamètre 32cm 6,3 m³/s à 3,4 m/s par 6 conduits de DN 630 DMO 750 6,3 m³/s à 1 m/s par 6 grilles linéaires de 15 m de long et ± 7 cm de large Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Les dimensions des canalisations. 3,8 m³/s à 6 m/s par 1 conduit de DN DMO 1020

55 55 Une nappe à la partie supérieure de ± 80 cm dépaisseur Une nappe à la partie inférieure de ± 88 cm dépaisseur Une nappe à la partie inférieure de 150 cm dépaisseur Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.6.Linstallation de climatisation tout-air Les dimensions nappes inférieures et supérieures.

56 56 Salle de 300 personnes LOCAL « REGIE » (Eclairage, projection et sonorisation) P= 4m; L = 5m; H = 3m LOCAL « GROUPES DE VENTILATION » Débit de base = 6,3 m3/s A = ± 54 m2; H = 3,5 m LOCAL « CHAUFFERIE » Puis. de base = ± 107,5 kW A = ± 30 m2; H = 3,5 m LOCAL « FROID » Puis. de base = ± 87 kW A évaporateur = ± 8 m2; H évaporateur = 3 m A condenseur = ±17 m2 LOCAL « EAU » 1,8 m x 3,6 m sanitaires : 12 H et 12 F LOCAL « ELECTRICITE H.T. » 2,4 m x 6 m LOCAL « ELECTRICITE B.T. et COMMUNICATIONS 2,4 m x 6 m LOCAL « GAZ - M.P. » 2,4 m x 3,6 m Une salle pour 300 personnes. - Une approche de dimensionnement - HVAC - Formulaire. B.7.Les dimensions des locaux techniques


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