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1 IEPS Colfontaine Section Énergies et Environnement Année scolaire 2006 - 2007 Construction basse énergie Suivi dun projet de bâtiment administratif Travail.

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1 1 IEPS Colfontaine Section Énergies et Environnement Année scolaire Construction basse énergie Suivi dun projet de bâtiment administratif Travail de fin détude La Rocca Francesco IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco

2 2 Observer dans la pratique lévolution dun tel projet Aborder le point de vue techniques/matériaux de construction Aborder le point de vue technologies/matériels de chauffage & refroidissement Transposer dans la pratique la théorie vue en cours bâtiment administratif Inspiré des critères basse énergie Étude intégrée : bâtiment - systèmes de chauffage/refroidissement IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Origine du projet Buts du stage Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

3 3 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Vues du bâtiment Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

4 4 Élévation avant Élévation arrière IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco 50 m Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

5 5 ÉLÉVATION LATÉRALE GAUCHE ÉLÉVATION LATÉRALE droite IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco 30 m Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

6 6 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

7 7 Pôle énergie PROVINCE du HAINAUT Architectes Techniques spéciales Faculté Polytechnique Mons IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Acteurs du projet

8 8 Définir les principales caractéristiques de construction Définir les principales caractéristiques de Système de chauffage et refroidissement Minimisation Be via une conception adaptée du bâtiment Minimisation Be énergie primaire non renouvelable Prises en comptes des fonctions du bâtiment (horaires, apport internes) Assurer le confort Techniques de conception éprouvées Matériaux éprouvées et aisément disponible Techniques de chauffages et refroidissement éprouvées IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Les Objectifs Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Contraintes

9 9 Visite de bâtiments - VIESSMAN à Roulers IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

10 10 Évaluation des Be annuels en énergie de chauffage et refroidissement. Echanges réguliers dinformations entre la FPMs et les techniques spéciales Évaluations successives des Be Réorientation des choix de conception, matériaux et technologiques conditionnant au final les systèmes de chauffage et de refroidissement la consommation dénergie annuelle les puissances nécessaires Mode opératoire IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Be

11 11 PAC géothermique utilisant le sol avec échangeurs verticaux intégrés aux fondations utilisant leau à partir de la nappe phréatique (Puisage 80 m, réinjection, 50 m) Système de distribution par plancher LECS produite à partir de panneaux solaires Choix de départ pour le chauffage Choix de départ pour le refroidissement Utilisation dun système passifs Deux sources possibles (la nappe phréatique, échangeurs verticaux) Complément dynamique nocturne via la VMC IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

12 12 Détermination de la compacité Prise de conscience de la nécessité de maîtriser les apports internes Influence du K sur la demande de chauffage et sur les surchauffes Les étapes - Étude de lenveloppe IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif C -30,00 -20,00 -10,00 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 K20K25K30 K35K40K45 Pour le niveau disolation K30, Variation simultanée de plusieurs paramètres: répartitions surfaces vitrées facteur dombrage Fixe facteur dombrage variable Be kWh/(m².an) Indice surchauffe °C

13 13 Les étapes - Étude de lenveloppe Les enseignements au niveau Be de chauffage et allures des surchauffes Les niveaux disolation K30-K40 raisonnables Permettent le respect du budget et donnent lieu à une demande en énergie de chauffage gérable par un système de distribution par le sol associé à une PAC Nouveaux bâtimentsRénovation lourde LogementsK55K65 Bureaux et écolesK65K70 législation existante IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

14 14 Après la méthode normalisée, étude réalisé par TRNSYS TRNSYS: Outils informatique utilisé par la FPMs permettant dobtenir un profile des Be en fonction du temps Nombreuses simulations action bénéfique dun récupérateur de chaleur sur les Be Obligation pour assurer le confort thermique de procéder à un chevauchement Ponctuels pour des périodes chauffe & refroidissement Les étapes -- Be en fonction du type de parois et de lépaisseurs de lisolant IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif S

15 15 Les étapes – Récupérateur de chaleur IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif S Installation sans récupération Installation avec récupération.

16 16 Les étapes – Simulation dynamique Période de chauffe Période de rafraîchissement Renouvellement dair [h -1 ] Quantité de chaleur [kWh/an] ; [kWh/m².an] Puissance de chauffe max [kW] Quantité de froid [kWh/an] ; [kWh/m².an] Puissance de refroidissement max [kW] Cas 4Toute lannée ; 10,081,5 Cas 51/10 15/0516/05 30/ ; 6,950,01599 ; 0,5684,7 Cas 61/10 31/051/06 30/ ; 2,837,86125 ; 2,1677,2 Cas 71/10 31/051/06 30/091, ; 4,744,32902 ; 1,0279,1 Figure 9 : modèle mono zone Demande en chaleur et en rafraichissement (simulation dynamique) avec récupération de chaleur sur lair extrait : Période de chauffe Période de rafraîchissement Renouvellement dair [h -1 ] Quantité de chaleur [kWh/an] ; [kWh/m².an] Puissance de chauffe max [kW] Quantité de froid [kWh/an] ; [kWh/m².an] Puissance de refroidissement max [kW] Cas 1Toute lannée0, ; 41,3106,0 Cas 21/10 30/041/05 30/090, ; 41,1106,08756 ; 3,075,2 Cas 2 bis1/10 15/0416/04 30/090, ; 40,6106,08798 ; 3,175,2 Cas 31/10 15/0516/05 30/090, ; 41,2106,08756 ; 3,075,2 Figure 8: modèle mono zone Demande en chaleur et en rafraichissement (simulation dynamique) sans récupération de chaleur sur lair extrait : IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

17 17 Cas 9Cas 10Cas 11Cas 12 β [h -1 ]1,50,75 1 Quantité de chaleur NORD [kWh/an] ; [kWh/m².an] ; 10, ; 6, ; 6, ; 7,7 Quantité de chaleur SUD [kWh/an] ; [kWh/m².an] ; 4,67593 ; 2, ; 3,3 Quantité de chaleur TOTALE ; 14, ; 9, ; 9, ; 11,0 Quantité de froid NORD [kWh/an] ; [kWh/m².an] 201 ; 0,07558 ; 0,19337 ; 0,12618 ; 0,22 Quantité de froid SUD [kWh/an] ; [kWh/m².an] 385 ; 0, ; 0, ; 0, ; 0,56 Quantité de froid TOTALE586 ; 0, ; 0, ; 0, ; 0,77 Puissance de chauffe MAX [kW]43,936,636,539,0 Puissance de froid MAX [kW]55,553,5 48,4 Figure 10 : modèle multizones Demande en chaleur et en rafraichissement (simulation dynamique) avec récupération de chaleur sur lair extrait Cas 9 et 10: période chauffe 1er oct. 31 mai Cas 11 : période chauffe 1er oct. 30 avril (zone sud) 1er oct. 31 mai (zone nord) Cas 12 : période chauffe 1er oct. 1er juin : Période refroidissement 1er mai 1er oct. En mai chauffe&refroidissement possibles simultanément. Les étapes – Simulation dynamique IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Quantité de chaleur selon bâtiment Type bâtiment kWh/ m².an Existants Réhabilitation45-75 Neuf standards Basse Energie35 Passifs15

18 18 Schéma hydraulique IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

19 19 Choix de production et distribution chauffage La puissance de la PAC fixée finalement à 50 kW (39kW + 28%) La puissance dissipée par le plancher chauffant est de 18 W/m² (alors que 58 W/m² est un maximum) Nappe phréatique car mise en œuvre aisée, stabilité t °, pas recharge thermique IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

20 20 Hypothèse dimensionnement PAC t° entrée à partir de la nappe10°C t° sortie vers la nappe 5°C t°entrée du fluide frigorifique 7°C t°sortie du fluide frigorifique 2°C ε échangeur 62,5% t° évaporateur -1°C surchauffe à laspiration +5K t° fluide caloporteur à lentrée plancher 35°C t° fluide caloporteur à la sortie plancher30°C t° fluide frigorigène au condenseur 38°C η isentropique 0,7 η électrique 0,9 Puissance50kW Puissance électrique compresseur 15,21 kWh Puissance électrique pompe de puisage 1 kWh Temps fonctionnement 620h Consommation électrique kWh/an (16,21 kWh * 620h) IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

21 21 50kW 10°C5°C 2°C 7°C 4°C 38°C 35°C 30°C HIVER SF 33°C HIVER SC -1°C IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Hypothèse dimensionnement – Schéma de principe

22 22 Hypothèse dimensionnement via COOLPACK Refrigerant: R404A Values at points 1-6,15 for the selected one stage cycle | | x x 2 | x x '| | 4 ___x______________x______ _'_| | | x x ' 3 | 15|x x ' | x x ' | x| x ' | x |_________________x__6 ' | x 5 x |' | x x 1 | x x |_______________________________________ Point T P v h s [°C] [bar] [m^3/kg] [kJ/kg] [kJ/(kg K)] 1 4,084 5,839 0, ,250 1, ,133 17,297 0, ,021 1, ,133 17,297 0, ,021 1, ,687 17,297 N/A 259,553 N/A 5 N/A 5,839 N/A 259,553 N/A 6 4,084 5,839 0, ,250 1, N/A 17,297 N/A 259,553 N/A Te [°C] = -1,00 Tc [°C] = 38,00 DT subcooling [K] = 0,00 DT superheat [K] = 5,00 Dp condenser [Bar] = 0,00 Dp liquid line [Bar] = 0,00 Dp evaporator [Bar] = 0,00 Dp suction line [Bar] = 0,00 Dp discharge line [Bar] = 0,00 Isentropic efficiency = 0, Calculated: Qe [kJ/kg] = 112,697 Qc [kJ/kg] = 144,469 W [kJ/kg] = 31,771 COP [-] = 3,55 Pressure ratio [-] = 2, Dimensioning: Qe [kW] = 0,000 Qc [kW] = 0,000 m [kg/s] = 0, V [m^3/h] = 0,0000 Volumetric efficiency = 0,00 Displacement [m^3/h] = 0 W [kW] = 0,000 Q loss [kW] = 0, IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

23 23 Hypothèse dimensionnement via COOLPACK 1812 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

24 24 COP Pu / P dépensée 50 kW / 16,21 kW = 3,08 Puissance calorifique = 404,021 – 259,553 = 144,468 kJ/kg Puissance frigorifique = 372,250 – 259,553 = 112,697 kJ/kg Puissance compresseur = 404,021 – 372,250 = 31,771 kJ/kg COP Chaud = 144,468 / 31,771 = 4,55 COP Froid =112,697 / 31,771 = 3,55 COP ne tenant pas compte de la désurchauffe Puissance calorifique 384,560 – 259,553 = 125,007 kJ/kg COP = 125,007 / 31,771 = 3,93 Cop idéal froid TF / TC-TF ,15 / ( ,15) – ( ,15) 283,15 / 293,15 – 283,15 = 28,3 η = 3,08 / COPidéal = 3,55 / 28,3 =0,108 log p h 55,133°C 17,297 37,687°C -1°C 5,839 4,084°C h1 259, ,250 5 h2 404,021 P frigorifique P calorifique P compression 384,56 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Hypothèse dimensionnement via COOLPACK

25 25 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Hypothèse dimensionnement - Calcul Qv échangeur évaporateur - eau 7°C Eau 7°C þ:999,96 kg/m³, C: 4,198 kJ/kg P= Qm.C.Δt Qm= P/ C.Δt Qm= 39 / 4, Qm= 6688,89 kg/h Qv= Qm/þ Qv= 6688,89 / 999,96 Qv= 6,689,15 m³/h Qv= 6689,15 l/h 50kW 10°C5°C 2°C 7°C 4°C38°C 35°C 30°C HIVER SF 33°C = ε (-1) = = 62,5% = ε 38 – =62,5% = ε 10 – = 62,5% HIVER SC Qv nappe - eau 10°C Eau 10°C þ:999,77 kg/m³, C: 4,192 kJ/kg P= Qm.C.Δt Qm= P/ C.Δt Qm= 39 / 4, Qm= 6698,47 kg/h Qv= Qm/þ Qv= 6698,47 / 999,77 Qv= 6,70001 m³/h Qv= 6,700,01 l/h -1°C Qm Condenseur P= Qm.Δh Qm= P/Δh Qm= 50 kW / 144,468 Qm= 1245,9 kg/h Qm Evaporateur P=Qm. Δh P= 1245,9. 112,697 P= 39 kW Puissance compresseur P=Qm. Δh P= 1245,9. 31,771 P= 10,99kW Qv plancher - eau 35°C Eau 35°C þ:994,08 kg/m³, C: 4,178 kJ/kg P= Qm.C.Δt Qm= P/ C.Δt Qm= 50 / 4, Qm= 8616,5 kg/h Qv= Qm/þ Qv = 8616,5 / 994,08 Qv = 8,667,8 m³/h Qv= 8667,8 l/h

26 26 La puissance pour refroidissement fixé finalement à 60 kW (48,4 kW calculé) Nappe phréatique car mise en œuvre aisée, stabilité t°, pas recharge thermique Choix de production et distribution refroidissement IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif

27 27 Hypothèse dimensionnement FREE COOLING – Calcul IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif 14°C 17°C22°C 19°C Qv plancher - Eau 17°C Eau 17°C þ:998,86 kg/m³, C: 4,184 kJ/kg P= Qm.C.Δt Qm= P / C. Δt Qm= 60/ 4,184.5 = 10325,04 kg/h Qv= Qm/þ Qv= 10325,04 / 998,86 Qv= 10,33682 m³/h Qv = 10336,82 l/h Qv nappe - eau 14°C Eau 14°C þ:999,33 kg/m³, C: 4,187 kJ/kg P= Qm.C.Δt Qm= P / C. Δt Qm= 60/ 4,187.5 = 10317,64 kg/h Qv= Qm/þ Qv= 10317,64 / 999,33 Qv= 10,32456 m³/h Qv = 10324,56 l/h 60 kW ETE

28 28 Apport internes 35 W/m² Surface vitrage 620 m² Surface sols2805 m² Épaisseur disolant Eurothane 10 cm λ Eurothane 0,023W/m.K Chassis Alu double vitrage thermobel starlite λ 1,56W/m².K Puissance chauffage 50 kW Puissance refroidissement 60 kW Puissance chauffage calculée 48,4 kW Puissance refroidissement calculée 39 kW Puissance pompe 1 kW Débit volumique – évaporateur 6962 l/h Débit volumique – condenseur l/h Consommation électrique10050 kWh/an Be selon la norme kWh/an Be chauffage avec récupérateur 90% selon norme kWh/an Be chauffage 11 kWh/m².an Be refroidissement 0,77 kWh/m².an Énergie primaire non renouvelable25125 kWh/an Énergie primaire non renouvelable si chaudière gaz HR33811 kWh/an Énergie primaire non renouvelable - classique 30 kWh/m².an93330 kWh/an Be selon simulation dynamique kWh/an Be chauffage avec récupérateur 90% selon simulation dynamique kWh/an Puissance surfacique pompe 50 kW & surface 2800m²18 W/m² Puissance frigorifique plancher max pour 60 kW (60k/2805)21,4 W/m² Temps occupation du bâtiment *620 h η électrique 0,9 η isentropique 0,7 Sous-refroidissement sortie condenseur 0 K Puissance max plancher froid Δ t 5°K surface/pièce35W/m² * [ (365j – 150j). 10h ]. 29% 2519 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Caractéristiques - récapitulatif

29 29 Suivi dun projet et coordination de tous les acteurs Transposition dans la pratique de points abordés en cours Normes Méthode de Calcul de déperditions Puissance des systèmes de distribution de chaleur & refroidissement Dimensionnement PAC Nappe phréatique comme source Chauffage/refroidissement par le sol Récupérateur de chaleur Mise en évidence de limportance des critères Type et épaisseur de lisolant Prise en compte des surchauffes Orientation du bâtiment Ombrage Vitrage Caractéristiques thermiques de lenveloppe Étanchéité à lair du bâtiment Ventilation Éclairage et autres équipements Mise au point de feuilles de calcul: K, déperditions thermique parois et locaux 2519 IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif Conclusion - Expérience

30 30 Merci pour votre attention IEPS Colfontaine Energie et EnvironnementTravail de fin détude Année scolaire La Rocca Francesco Construction basse énergie – Suivi dun projet de bâtiment administratif


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