Dimensionnement des installations sanitaires Eau froide Eau chaude Capteurs solaires

1° Dimensionnement de la production d’eau chaude

Situation 1 : Habitation domestique Solution 1 : production électrique instantanée Besoin instantané le plus intense ? ( = puissance maximale ? ) Remplir l’eau d’un bain : 140 litres d’eau à 40° en 10 minutes ! Puissance électrique ? Ampérage ? Remarques : on compte 40°… même si l’eau est à 37° pour tenir compte des pertes des tuyauteries. l’eau froide arrive en moyenne à 10°C.

Situation 1 : Habitation domestique Solution 1 : production électrique instantanée Puissance ? Puissanceeau = débiteau x rceau x DT°eau = (14O l. /10 min.) x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K = 0,84 m³/h x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K = 29 kW

Un fusible de 110 A est inimaginable Situation 1 : Habitation domestique Solution 1 : production électrique instantanée Ampérage ? Puissance = U x I x cos j = 230 V x I x 1 (cos j = 1 puisque charge purement résistive) D’où I = 29.000 W / 230V x 1 = 126 A !!! Problème : ampérage total d’une habitation = …40… 50… A Un fusible de 110 A est inimaginable dans une habitation !

Voici un producteur d’eau chaude instantané … mais son petit débit limite la puissance à 1 kW !

Situation 1 : Habitation domestique Solution 2 : production électrique à accumulation de nuit Quel volume de stockage ? Imaginons un logement de 5 personnes : tableau  200 litres à 60°C Imaginons un temps de chauffage de 5 heures…  Quelle puissance de la résistance chauffante ?

Activité Besoins en ECS à 60°C Logement 1 personne 2 personnes 3 personnes 4 personnes 5 personnes 50 litres/ jour 75 litres/ jour 100 litres/ jour 150 litres/ jour 200 litres/ jour Hôtellerie étoile (douches) 1-2 étoiles (douches/bains) 3-4 étoiles(bains) 75 litres/chambre/jour 100 litres/chambre/jour 150 litres/chambre/jour Restauration Traditionnelle (50 à 150 repas/j) Commerciale (500 repas/j) Cuisine centrale (5000 repas/j) 12 litres/repas 5 litres/repas 1 litres/repas Santé Résidence pour personnes âgées Hôpitaux Foyer pour handicapés 40 litres/lit/jour 50 litres/lit/jour 100 litres/lit/jour Internat 40 litres/interne Sport En salle Sur terrain extérieur (foot, ….) 25 litres/pers 40 litres/pers

Situation 1 : Habitation domestique Solution 2 : production électrique à accumulation de nuit Puissance = Energie /temps = ( 0,2 m³ x 1,16 kWh/m³.K x (60-10) ) / 5 h = 2,3 kW Ampérage = P / ( U x cos j ) = 2.300 W /( 230 V x 1) = 10 Ampères  OK ! Avantage : tarif électrique de nuit à ½ prix si compteur bihoraire ! A quand Calgon dans l’eau chaude sanitaire ?!

200 litres d’eau à 60°C, cela fait combien de douches à 40° ? (*) sachant que 1 douche = 8 litres/minute x 5 minutes = 40 litres à 40°C Pour les filles… Pour les gars… (*) en réalité 37° mais on ajoute 3° de pertes…

200 litres d’eau à 60°C, cela fait combien de douches à 40° ? sachant que 1 douche = 8 litres/minute x 5 minutes = 40 litres à 40°C 200 l. 60°C Vol ? 40°C Energie 1 = Energie 2 0,2 m³ x 1,16 x (60° – 10°) = Vol x 1,16 x (40° – 10°) Volume à 40°C = 333 litres  soit 8 douches ! (… ajout de 133 litres d’eau froide dans le mitigeur)

Situation 1 : Habitation domestique Solution 3 : production instantanée au gaz A nouveau, une puissance maximale de 29 KW est nécessaire pour chauffer l’eau du bain. Remarque :cette puissance est supérieure à celle nécessaire pour le chauffage d’un appartement ou d’une maison bien isolée. Donc, si production mixte (Chauffage + ECS), ne plus calculer la puissance de chauffage ! Ce sera toujours la valeur de 29 kW qui dimension- nera l’installation.

Situation 1 : Habitation domestique Solution 4 : production à accumulation gaz ou fuel. Le serpentin dans le ballon aura une puissance de quelques kW puisqu’on a le temps de recharger le ballon. Comme le ballon peut être rechargé en journée, son volume sera plus petit que celui des ballons électriques.

Situation 2 : Immeuble à appartements Solution 1 : production décentralisée Le dimensionnement est identique à celui d’une habitation individuelle.

Situation 2 : Immeuble à appartements Solution 2 : production centralisée Problème : Comment comptabiliser un immeuble de 3 studios et 5 appartements à 3 chambres ? Ramener tout à un nombre N de logements unitaires ! « logement unitaire » ? = 1 living + 3 chambres = 3,5 occupants en moyenne = 1 sdb standard avec bain de 140 litres N = ∑ (Fp * ∑ (Fe * Fs)) Facteur Nbre personnes Facteur équipements Facteur simultanéité

Nombre moyen de personnes P Coefficient personnes Fp Situation 2 : Immeuble à appartements Fp ? … indique le nombre moyen de personnes dans un logement ramené à celui du logement unitaire Taille du logement R Nombre moyen de personnes P Coefficient personnes Fp 1 2 (2,5) 0,6 (0,7) 1,5 2 2,5 2,3 0,7 3 2,7 0,8 3,5 3,1 0,9 4 4,5 3,9 1,1 5 4,3 1,2 5,5 4,6 1,3 6 1,4 6,5 5,4 7 5,6 1,6 R La taille d’un logement est déterminée en tenant compte uniquement du séjour et du nombre de chambres. Une chambre de plus de 10 m² est comptée pour une unité. Une chambre de moins de 10 m² est comptée pour une demi-unité. P lorsqu’un immeuble comporte principalement des appartements de taille 1, 1,5 ou 2 pièces, la valeur « P » est augmentée d’une demi-unité. Exemple : un appartement avec 1 chambre parents et une petite chambre enfants de moins de 10 m² présente un R = 2,5 et donc sera comptabilisé comme 0,7 x la capacité d'un logement unitaire.

Coefficient équipement Fe Situation 2 : Immeuble à appartements Fe ? … caractérise le volume de puisage d’un appareil sanitaire Appareils dimensions (mm) Volume de puisage (l) Coefficient équipement Fe Baignoire petite 120 0,9 1600*700 140 1 1600*750 160 1,1 1700*700 1800*750 200 1,4 Douche avec une pomme normale 40 0,3 Douche avec une pomme de luxe 75 0,5 Douche avec pomme normale et deux pommes latérales 100 0,7 Par pomme supplémentaire 30 0,2 Lavabo 17 0,1 Bidet 20 0,15 Lave-mains 9 0,05 évier Exemple : un bidet sera comptabilisé avec un Fe de 0,15 x la contenance d'un bain ordinaire

Coefficient simultanéité Fs Situation 2 : Immeuble à appartements Fs ? … représente un facteur de simultanéité d’un appareil au sein d'un logement   Equipement prévu dans un logement Coefficient simultanéité Fs Equipement normal Salle de bains avec : - 1 bain ordinaire ou 1 douche ordinaire 1 - un lavabo - une cuisine avec un évier Equipement de confort Salle de bains avec : - un bain - une douche - un bidet Une cuisine avec un évier Autres locaux dans le même logement : - bain 0,5 - douche - lavabo - bidet Exemples : Si logement comprenant un équipement normal, seule la consommation du bain est prise en compte. Si logement comprenant 2 salles de bains, l’une avec un bain l’autre avec une douche, Fs = 1 pour le bain et Fs = 0,5 pour la douche. Si logement comprenant une salle de bains, avec bain et douche, Fs = 1 pour chaque équipement.

Situation 2 : Immeuble à appartements Solution 2 : production centralisée Exemple global : un immeuble comportant 12 logements : 5 studios avec 1 douche 3 appartements de 2 chambres avec 1 salle de bains ordinaire 4 appartements de 3 chambres avec 1 salle de bains + 1 salle de douche avec lavabo Quel sera le nombre de logements unitaires ? N = 5 x 0,6 x (0,3 x 1) + 3 x 0,8 x (1 x 1) + 4 x 1 x (1 x 1 + 0,3 x 0,5 + 0,1 x 1) = 8,3 logements unitaires

Situation 2 : Immeuble à appartements Quel est le débit de pointe d’eau à 40°C de cet immeuble ? Nbre Appart. Unitaires Débit de pointe Litres/10 min 1 140 2 200 3 240 5 310 10 420 20 620 30 780 50 1060 80 1400 100 1600 150 2200 2700 300 3750 Pour 8 appartements unit. : environ 375 Litres/10 min.

Situation 2 : Immeuble à appartements Quelles solutions centralisées ? 1° Accumulation totale des besoins journaliers ? 12 logements x 200 litres = 2.400 litres … ? Peu réaliste …

Situation 2 : Immeuble à appartements Quelles solutions centralisées ? 2° Production instantanée des 375 litres / 10 min ? Puissance de chauffe = 0,375 m³/(1/6 h) x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K = 78,3 kW ! Or le chauffage des 8 logements = 10 kW x 8 = 80 kW …  doublement de la puissance de la chaudière ?

Situation 2 : Immeuble à appartements Quelles solutions centralisées ? Nbre Logements Volume (litres) Puissance (kW) 1 140 3,5 1,5 170 4 2 190 5 2,5 235 6 3 260 6,5 300 8 380 9 410 10 7 450 11 530 12 545 14 600 15 725 17 745 20 16 920 21 18 960 23 1000 26 3° Compromis : semi-accumulation ? = accumulation « tampon » (= réserve d’eau chaude pour vaincre la période critique des bains) + puissance limitée pour assurer le chauffage de l’eau Exemple : pour 8 logements unitaires, ballon tampon de 530 litres et puissance de chauffe de 12 kW.

2° Dimensionnement des tuyauteries

1° calculer ∑Qu, la somme des débits qui traversent ce conduit, avec : WC, lavabos, machines à laver, lave-vaisselle 6 l/min éviers, douches 12 l/min bains 15 l/min 2° calculer Qp le débit de pointe, sur base du facteur de simultanéité SIM : Qp = ∑Qu x SIM (l/min) avec : SIM = coefficient de simultanéité tenant compte du nombre n d'appareils : = 1 / √(n -1) sauf si SIM ≤ 0,3 , alors SIM = 0,3 [sans dim.]

3° calculer Dc, le diamètre intérieur de la conduite qui laisse passer ce débit avec une perte de charge limitée.

Application à un immeuble de logements ? A vous…!

6 blocs identiques juxtaposés Dans chaque bloc : rez + 1er étage : duplex 3 chambres 2ème étage : appartement 2 chambres 3ème étage : appartement 2 chambres Total : 6 Duplex à 3 chambres et 12 appartements à 2 chambres, soit 18 logements Equipements : Cuisine avec 1 évier et 1 raccordement lave-vaisselle Salle de bains normale avec 1 lavabo,1 wc,1 baignoire standard 140 litres

Nombre de logements standards : Duplex 3 chambres : R = 4 , p = 3,5 Appartement 2 chambres : R = 3 , p = 2,7 SdB normale : F=1 Nombre de logements unitaires : N = (6 x 3,5 x 1 + 12 x 2,7 x 1) / 3,5 = 15,25 On prendra 16 logements unitaires équivalents par sécurité. Dimensionnement de l'ECS : Besoins maxima en 10 minutes : ≈ 520 litres ≈ 4 bains pris simultanément pour les 18 logements (500/140) Puissance de chauffe si production instantanée = couvrir la demande maximum : P = Energie/temps = (0,52 m³ x 1,16 kWh/m³.K x 30 K) / (1/6) h = 110 kW ! Stockage complet si tout devait être fait par ballon électrique chauffé la nuit : Soit 18 ballons de 200 litres dispersés = 3,6 m³ … inimaginable ! Semi-accumulation : ballon de 920 litres et puissance de 21 kW

1 lave-vaisselle : 6 l/min 1 évier : 12 l/min Total : 99 l/min Dimensionnement des conduits d‘eau froide sanitaire : Exemple : conduit dont le débit est le plus élevé (à la base d’une colonne verticale avec 11 équipements sanitaires) : 3 bains : 3 x 15 l/min 3 lavabos : 3 x 6 l/min 3 wc : 3 x 6l/min 1 lave-vaisselle : 6 l/min 1 évier : 12 l/min Total : 99 l/min Qp = ∑Qu x SIM = ∑Qu x 1 / √(n -1) = 99 x 1/ √(11 -1) = 31 (l/min) D’où un diamètre intérieur de 18 mm !

Et les capteurs solaires ?

Choisir l’inclinaison Dimensionner surface de capteurs et ballon de stockage

Et s’il fallait dimensionner des capteurs solaires pour le centre sportif d’Aywaille ? Pour établir un premier ordre de grandeur : il faut couvrir 40% des besoins d’eau chaude. il y a en moyenne 80 sportifs par jour à raison de 25 litres/pers. les capteurs ont un rendement moyen annuel de 40%. l’apport solaire moyen en Belgique est de 1000 kWh/m².an.

Et s’il fallait dimensionner des capteurs solaires pour le centre sportif d’Aywaille ? Pour établir un premier ordre de grandeur : Besoins ECS = 0,40 x 80 p x 0,025 m³/p x 1,16 x (60-10) x 365 = 16.936 kWh/an Energie captée = 0,40 x 1000 kWh/m².an = 400 kWh/m².an Surface capteurs = 16.936 /400 = 42 m²