Climatisation Solaire EDM

ET

UD

E D

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AIS

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ILIT

E

DEPARTEMENT DE MAYOTTE

COMMUNE DEMAMOUDZOU

CLIMATISATION SOLAIRE

ETUDE DE FAISABILITE POUR UNE INSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE POUR LE SIEGE SOCIAL EDM

MAITRISE DOUVRAGE :

ELECTRICITE DE MAYOTTE Zone industrielle de Kawni BP 333 97 600 MAMOUDZOU

BUREAU DETUDES :

COTEL INGENIERIE 4, rue Emile Hugot BP 60128 97492 Sainte Clotilde Cedex : 02 62 97 50 97 : 02 62 97 02 10 : [email protected]

COTEL Mayotte Rs. Sana, r du Commerce 97600 Mamoudzou : 02 69 60 01 56 : 02 69 60 01 57 : [email protected]

COFINANCE PAR :

Version Juillet 2013 Ind. 1

E3-3495

SOMMAIRE

1. INTRODUCTION ___________________________________________________________ 4 1.1 Renseignements Administratifs ________________________________________________________________ 4 1.2 Description du Projet ________________________________________________________________________ 4 1.3 Equipements de Climatisation Solaire ___________________________________________________________ 5 1.4 Principe de ltude __________________________________________________________________________ 9

2. DESCRIPTION DU BATIMENT OBJET DE L'INSTALLATION ______________________ 10 2.1 Description de larchitecture du btiment ________________________________________________________ 10 2.2 Description de linstallation de climatisation prvue en base _________________________________________ 10

3. MODELISATIONS THERMIQUES DU BATIMENT _______________________________ 11 3.1 Hypothses retenues pour lvaluation des besoins thermiques : _____________________________________ 11 3.2 Modlisation en semaine ____________________________________________________________________ 12 3.3 Modlisation en week-end ___________________________________________________________________ 13 3.4 representation graphique de la saisonalite _______________________________________________________ 14

4. DIMENSIONNEMENT DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION ________ 15 4.1 Mthode de dimensionnement ________________________________________________________________ 15 4.2 Choix de la machine absorption _____________________________________________________________ 15 4.3 Dimensionnement de la surface de capteurs solaires ______________________________________________ 16 4.4 Dimensionnement du refroidisseur vaporatif adiabatique ___________________________________________ 17 4.5 Dimensionnement du refroidisseur vaporatif tour ferme (variante) ___________________________________ 18 4.6 Emplacement du local technique ______________________________________________________________ 18

5. DESCRIPTION DE LINSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION19 5.1 Descriptionde l'installation a absorption _________________________________________________________ 19 5.2 Fonctionnement de l'installation retenue ________________________________________________________ 19 5.3 Systme de tlcontrle _____________________________________________________________________ 20

6. BILANS ENERGETIQUES DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION ____ 21 6.1 Base de calcul ____________________________________________________________________________ 21 6.2 deperdition climatisation solaire _______________________________________________________________ 21 6.3 Production calorifique solaire _________________________________________________________________ 22 6.4 Production frigorifique solaire _________________________________________________________________ 22 6.5 Couverture frigorifique solaire en semaine _______________________________________________________ 23 6.6 Couverture frigorifique solaire le week-end ______________________________________________________ 23 6.7 Consommation electrique climatisation solaire ____________________________________________________ 24 6.8 Bilan nergtique global / coefficient de performance absorption _____________________________________ 25

7. BILAN ECONOMIQUE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION _____________ 26 7.1 Dtail estimatif des cots de linstallation retenue _________________________________________________ 26 7.2 Evaluation des cots dexploitation annuels de L'installation _________________________________________ 26 7.3 Bilan conomique brut de lopration ___________________________________________________________ 27 7.4 Aides envisageables________________________________________________________________________ 27

8. DIMENSIONNEMENT DE LA CLIMATISATION SOLAIRE par ADSORPTION _________ 28 8.1 Mthode de dimensionnement ________________________________________________________________ 28 8.2 Choix de la machine adsorption _____________________________________________________________ 28 8.3 Dimensionnement de la surface de capteurs solaires ______________________________________________ 29 8.4 Dimensionnement du refroidisseur vaporatif adiabatique ___________________________________________ 30 8.5 Emplacement du local technique ______________________________________________________________ 31

9. DESCRIPTION DE LINSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION32 9.1 Description de l'installations retenue ___________________________________________________________ 32 9.2 Fonctionnement de l'installation retenue ________________________________________________________ 32 9.3 Systme de tlcontrle _____________________________________________________________________ 33

10. BILANS ENERGETIQUES DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION __ 34 10.1 BASE de calcul _________________________________________________________________________ 34 10.2 deperdition climatisation solaire _____________________________________________________________ 34 10.3 Production calorifique solaire _______________________________________________________________ 35 10.4 Production frigorifique solaire ______________________________________________________________ 35 10.5 Couverture frigorifique solaire en semaine ____________________________________________________ 36 10.6 Couverture frigorifique solaire le week-end ____________________________________________________ 36 10.7 Consommation electrique climatisation solaire par adsorption _____________________________________ 37

INSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE - SIEGE SOCIAL EDM, MAMOUDZOU - P3

COTEL Ingnierie Bureau dtudes techniques - SARL au capital de 30 636 RC n 97 B 577 - SIREN n 413 830 647 Code APE 7112B

10.8 Bilan nergtique global / coefficient de performance ____________________________________________ 38

11. BILAN ECONOMIQUE DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION _____ 39 11.1 Dtail estimatif des cots de linstallation retenue _______________________________________________ 39 11.2 Evaluation des cots dexploitation annuels de l'installation _______________________________________ 39 11.3 Bilan conomique brut de lopration _________________________________________________________ 40 11.4 Aides envisageables _____________________________________________________________________ 40

12. IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT_________________________________________ 40 13. INTERET DES SOLUTIONS DE CLIMATISATION SOLAIRE, CONCLUSION _______ 41 14. ANNEXE TECHNIQUE ___________________________________________________ 42



1. INTRODUCTION

Dans le cadre de ses proccupations environnementales, notamment en matire dconomies dnergie, EDM souhaite raliser une tude de faisabilit concernant la mise en place dune installation de climatisation solaire sur leur futur sige social Mamoudzou.

Ceci doit permettre dintgrer le concept de production dnergie propre et dune politique de qualit nergtique des btiments en cohsion avec laspect conomique.

La prsente tude a pour objectif de prsenter au matre douvrage la solution la mieux adapte aux particularits du projet en termes dimplantation, de choix et dimensionnement des matriels, dintgration architecturale du systme, mais prcisera galement les cots, la production nergtique, ainsi quun bilan environnemental en terme de quantit dmissions de CO2 vites.

La prsente tude apportera au matre douvrage un regard dexpert extrieur ltablissement, et sera une aide la dcision dans le cadre de travaux dquipement correspondants.

Ainsi, cette tude de faisabilit sinscrit dans le programme de matrise de lnergie, pilot par lAgence De lEnvironnement et de la Matrise de lEnergie (ADEME), et peut bnficier dune aide sur cot de la prsente tude.

1.1 RENSEIGNEMENTS ADMINISTRATIFS

-Matre douvrage dlgu : ELECTRICITE DE MAYOTTE

-Btiment concern par le projet :Sige social situ Mamoudzou (projet en construction)

1.2 DESCRIPTION DU PROJET

La construction du btiment vient de dmarrer. La climatisationdes locaux a t prvue en base parun groupe froid classique condensation par air avec distribution deau glace dans les bureaux et salle de runion. Le traitement terminal sera ralis par cassettes plafonnires.

Le projet vise assurer partiellement la climatisation des locaux laide dune installation de climatisation solaire en appoint du groupe froid classique .

Le principe consiste pr-refroidir leau en amont du groupe eau glace, en utilisant la totalit des calories solaires et ainsi optimiser le groupe.



1.3 EQUIPEMENTS DE CLIMATISATION SOLAIRE

1.3.1 Les diffrentes technologies de climatisation solaire

Il existe deux grandes familles de systmes de climatisation solaire :

- Les systmes avec machine de froid sorption (absorption et adsorption), ce sont des systmes cycle ferm

- Les systmes avec DessiccantCooling, ce sont des systmes cycle ouvert

Les machines de froid sorption produisent de leau glace alors que les systmes dessiccation produisent directement de lair rafrachi.

Dans le cadre de cette tude, ce sont les machines de froid sorption qui nous intressent puisque nous cherchons produire de leau glace afin dabaisser la temprature de retour du rseau de climatisation, ce qui limitera la consommation du groupe classique.

Les systmes avec machine de froid sorption sont composs de : - Capteurs solaires avec une boucle primaire et un stockage deau chaude dans un ballon tampon - Boucle secondaire alimentant en eau chaude le gnrateur de la machine sorption - Machine absorption ou adsorption, partie centrale du systme - Condenseur avec une boucle de refroidissement - Boucle de distribution deau glace

Dans le cas dune machine absorption, lagent de sorption est liquide et il est solide dans le cas dune machine adsorption.

1.3.2 Schma de principe de machines absorption

Machine absorption au Bromure de Lithium



Les diffrents avantages de cette technologie de climatisation solaire : - Temprature de dmarrage des machines de lordre de 75C, ce qui est adapt aux rgimes de temprature

des capteurs solaires (Rendement capteur = 0.5). - Efficacit des machines dautant meilleure que le rgime de temprature sur le circuit dvacuation des

calories est faible (doit tre idalement



1.3.4 Capteurs solaires

Plusieurs types de capteurs solaires peuvent tre envisags pour lapplication climatisation solaire :

- Capteurs concentration : un tube contenant le fluide caloporteur est plac au foyer dun miroir concentrant le rayonnement solaire. Cette technologie permet datteindre des tempratures trs leves, mais ncessite un systme de suivi du soleil ( tracking ), cher et source de dysfonctionnements. De plus, le prix lev de ces systmes les destines uniquement aux centrales de trs forte puissance. Enfin ce systme est sensible au rayonnement solaire direct, et est plus adapt des climats avec des ciels trs clairs (dsert par exemple). Ce type de capteurs est proscrire pour une utilisation Mayotte.

- Capteurs tubes sous vide (avec ou sans caloducs) : Capteurs utilisant des ampoules en verre dans lesquelles est ralis un vide partiel, ce qui minimise les dperditions thermiques des capteurs vers lextrieur, et permet datteindre des tempratures leves. Linconvnient majeur de cette technologie est la fragilit du matriel, qui a dj montr ses limites de par le pass sur dautres applications la Runion. De plus, leur prix est nettement plus lev que les capteurs plans vitrs haute efficacit.

- Capteurs plans vitrs haute efficacit : Ces capteurs permettent datteindre des tempratures leves, tout en faisant appel des technologies simples, prouves depuis longtemps, et trs fiables. De plus, leur cot tant trs faible par rapport aux autres types de capteurs, ils sont idaux, surtout avec les mtorologies tropicales, bien meilleures quen Europe continentale, par exemple. A lheure actuelle, il existe des capteurs plans de caractristiques defficacit presque quivalentes capteurs sous vide.

1.3.5 Refroidisseur vaporatif adiabatique

Le refroidisseur adiabatique est un changeur de chaleur, conu pour deux modes de fonctionnement :

- En mode sec le fluide est refroidit par convection force sur les batteries.

- En mode adiabatique, les medias entourant le groupe sont humidifis et lair ambiant traversant le mdia se refroidit par vaporation. Lair ainsi pr-refroidi traverse ensuite la batterie pour refroidir le fluide

Cette utilisation en mode adiabatique permet de pouvoir utiliser lnergie latente due lvaporation de leau, ce qui limite donc la consommation lectrique des ventilateurs. Ce type de refroidisseur vaporatif prsente les avantages suivants : - Ne ncessite pas de dclaration l'inspection des installations classes au sens de la rubrique 2921 - Entretien minime (visite annuelle, pas besoin de traitement deau particulier)

Par contre, il est assez encombrant, assez lourd, et assez cher linvestissement compar dautres technologies.

Exemple de refroidisseur vaporatif adiabatique : Modle TOPAZ de JACIR



1.3.6 Variante : Refroidisseur vaporatif type tour ouverte

Ce type de refroidisseur a pour principe la pulvrisation directe de leau de refroidissement travers un flux dair, qui vient faire vaporer une partie de leau et donc provoquer son refroidissement .

Cette technologie a pour avantage principal une trs bonne efficacit nergtique, et un cot dinvestissement rduit, ainsi quun poids et un encombrement trs faible compar aux autres technologies vaporatives. Par contre, cest le type de refroidisseur vaporatif le plus contraignant au niveau du traitement deau, car le gnrateur darosols peut vhiculer des lgionnelles si le traitement nest pas srieusement suivi. Les installations seront classes au sens de la rubrique 2921. Les cots dentretien de ces refroidisseurs sont trs levs, du fait de contrles rguliers (analyses, passages dinspecteurs), et du cot des produits et oprations de traitement (algicide, bactricide, nettoyages rguliers). Pour ces raisons, ce type de refroidisseurs ne semble pas opportun pour ce projet.

1.3.7 Variante : Refroidisseur vaporatif type tour ferme

Le principe de la tour ferme est proche du refroidisseur adiabatique, avec une circulation de leau de refroidissement dans une batterie asperge deau de refroidissement qui recircule en circuit ferm au sein de la tour :

Mme si ce dernier systme est class au sens de la rubrique 2921, les lgionnelles sont plus facilement maitrisables, au prix de cots dentretien tout de mme levs (produits+contrles). Ces refroidisseurs sont un peu moins encombrants que les refroidisseurs adiabatiques, un peu plus efficaces, mais tout de mme assez lourds. Nous tudierons en variante la possibilit de recours cette technologie de refroidisseur.



1.4 Principe de ltude

La prsente tude prsentera les deux solutionsde climatisation solaire, lanalyse va se porter sur les termes de fonctionnement, de fiabilit, de contraintes environnementales que de cot dinvestissement, savoir :

- Machine absorption et adsorption. - Refroidisseur vaporatif adiabatique en base, variante avec tour ferme (Absorption uniquement). - Capteurs solaires plans vitrs, haute efficacit. - Raccordement sur rseau deau glace prvu en base

Des comparatifs nergtiques et conomiques seront raliss pour faire ressortir les avantages et contraintes de la mise en place des deux systmes de climatisation solaire pour assurer une partie des besoins par rapport un scnario de rfrence o tous les besoins sont assurs par le groupe deau glace compression. Ce cas est le cas le plus favorable dans le sens o toute lnergie solaire sera valorise au fil du soleil (groupes toujours en-dessous des besoins totaux).



2. DESCRIPTION DU BATIMENT OBJET DE L'INSTALLATION

2.1 DESCRIPTION DE LARCHITECTURE DU BATIMENT

Le btimentcomprend plusieurs zones :

- Une zone daccueil, exploitation, et runion au Rez De Chausse - Une zone de bureau et administration au R+1 - Une zone caftria au R+2. - Une terrasse technique en toiture.

2.2 DESCRIPTION DE LINSTALLATION DE CLIMATISATION PREVUE EN BASE

Le projet sinscrit dans une dmarche environnementale, un bureau dtudes techniques ayant t spcifiquement retenu pour tudier la conception thermique performante du btiment.

Le dossier de consultation des entreprises du projet a t labor, et il a t retenu pour la climatisation du site :

- Ungroupe froid classique condensation par air (P=200kWf, implantation en toiture). - Unrseau deau glace (7C-12C) pour alimenter les units terminales. - Des units terminales type cassettes en faux plafond des locaux. - Une CTA Double flux asservie une sonde C02 pour le prtraitement de lair neuf (CTA alimente par le

groupe deau glace)

Certains locaux devant tre climatiss en permanence sont pourvus de climatiseurs dtente directe (split system) et certains locaux regroupent les deux types de climatisation (scurit de service) savoir :

Split systme Split systme + Eau glace Locaux techniques N1 Salle informatique Locaux techniques N2 Salle blanche informatique

Brinks Salle blanche



3. MODELISATIONS THERMIQUES DU BATIMENT

Dans cette partie, nous avons ralis plusieurs simulations thermiques du btiment, afin de dterminer les besoins thermiques et consommations nergtiques correspondantes.

3.1 HYPOTHESES RETENUES POUR LEVALUATION DES BESOINS THERMIQUES :

- Mthode de calcul : Modlisation numrique par le logiciel MC4-HVAC, utilisant les algorithmes de la mthode ASHRAE. Calcul des besoins heure par heure sur une journe type pour chaque mois de lanne.

- Zone considre : zone bureaux et zone de caftria.

- Occupation : Du lundi au vendredi, de 8h 18h00.Sans priode darrt annuel. Mme frquence horaire que le week-end mais avec 30% des besoins de climatisation.

- Donnes mtorologiques : o Conditions dt : Temprature max sche : 31C, avec 70% dhygromtrie o Conditions dhiver : Temprature max sche : 26C, avec 92% dhygromtrie o Amplitude thermique journalire de 6C o Irradiation solaire selon tables ASHRAE

- Orientation du btiment suivant plan : Faade principale N+15E

- Climatisation durant toute lanne

- Fonctionnement des installations : o de 7h 8h : 60% o de 8h 11h : 65% o de 11h 15h : 100% o de 15h 18h : 70% o pour la caftria : fonctionnement uniquement de 11h30 14h30 o 30% le week-end o Climatisation arrte la nuit

- Temprature de consigne : 25C / 60%

- Charges internes : o Occupants : 65 W chaleur sensible et 55 W chaleur latente avec taux doccupation :

3personnes par bureau 32 personnes dans le rfectoire 6 personnes dans la salle de runion 12 personnes laccueil

o Eclairage : 10 W/m de 8h 12h : 100% de 12h 14h : 50% de 14h 18h : 100% 10% le reste du temps

o Autres apports : 150 W/ordinateur 100 W dans la caftria

- Infiltration dair extrieur : o Lair neuf sera trait par une centrale de traitement dair double flux asservie une sonde C02, et les

bureaux seront mis en surpression par rapport aux circulations.



- Caractristiques des parois : o Toiture terrasse :Isolation par panneau rigide en laine de verre, paisseur 80mm, =0,04 W/(m.K)+

lame dair + panneau de platre cartonn 13mm =>Utoiture = 0,43 W/(m.K) o Mur bton : parois BA 18cm sans isolation => U = 4.1 W/(m.K) o Cloison : 2 panneaux de pltre cartonns 13mm avec lame dair 54mm, => U = 3 W/(m.K)

- Caractristiques des vitrages : o Vitrage double => U = 5.89 W/(m.K) o Mur rideau vitrage double U = 3.27 W/(m.K)

3.2 MODELISATION EN SEMAINE

La modlisation du btiment, donne les rsultats de besoins thermiques suivants :

- Puissance froid maximale ncessaire : environ 200kWf (en Janvier 14h) - Besoin annuel en froid (fonctionnement de la climatisation toute lanne) : 370 917 kWh. - Consommation lectrique correspondante (hyp:COPmoyen = 2,45) : 151395 kWh.

Le tableau et les graphes suivants reprennent les rsultats de simulation:

Besoins froid pour la climatisation des bureaux (Wh), pour la semaine

Mois: JanvierPf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf

[W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W]7

- - - - - - - - - - - -

8 121 769 118 456 109 371 95 687 81 650 71 091 69 278 74 282 84 936 99 825 112 010 118 770

9 128 382 124 035 114 145 99 082 83 616 71 774 69 948 77 612 91 506 104 802 115 652 123 374

10 131 454 127 629 117 916 103 006 87 923 76 732 75 318 82 230 94 943 107 209 117 675 125 695

11 132 491 128 892 119 338 104 583 89 816 79 101 77 924 84 382 96 390 108 374 118 819 126 770

12 172 546 168 539 157 625 140 789 124 235 112 364 111 179 118 565 132 088 145 689 157 500 166 448

13 199 052 197 463 188 981 173 149 157 445 145 857 144 404 151 417 164 338 177 413 188 949 195 886

14 201 119 199 768 192 249 178 371 163 547 152 144 150 504 157 101 169 156 181 442 192 236 198 650

15 168 992 165 000 155 787 141 192 126 236 115 342 114 018 120 234 131 512 143 344 154 588 163 273

16 143 198 139 429 131 282 119 219 106 091 95 693 93 865 100 492 111 734 123 199 132 656 139 223

17 146 126 142 969 134 595 121 540 108 222 98 270 97 087 103 059 113 895 124 891 134 194 141 103

18 145 555 142 418 133 929 120 436 106 840 97 071 96 208 102 075 113 003 123 662 132 969 140 268

19 - - - - - - - - - - - -

Mois: Octobre Mois: Novembre Mois: DcembreHeure

Mois: Fvrier Mois: Mars Mois: Avril Mois: Mai Mois: Juin Mois: Juillet Mois: Aot Mois: Septembre

Tot journalier [Wh] 1 690 684 1 654 597 1 555 218 1 397 053 1 235 622 1 115 438 1 099 732 1 171 448 1 303 501 1 439 848 1 557 248 1 639 461

-

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

En

erg

ie e

n W

h

Heure

Evolution des charges horaires de climatisation

en semaine

Mois: Janvier

Mois: Fvrier

Mois: Mars

Mois: Avril

Mois: Mai

Mois: Juin

Mois: Juillet



3.3 MODELISATION EN WEEK-END Le week-end, nous supposons quune partie seulement des bureaux reste climatiser (dispatching notamment).

La modlisation du btiment, donne les rsultats de besoins thermiques suivants :

- Puissance froid maximale ncessaire : environ 60kWf (en Janvier 14h) - Besoin annuel en froid (fonctionnement de la climatisation toute lanne) : 40 464 kWh. - Consommation lectrique correspondante (hyp: COP = 2,45) : 16 516 kWh.

Le tableau et les graphes suivants reprennent les rsultats de simulation:

Besoins froid pour la climatisation des bureaux (Wh), pour le week-end

Mois: JanvierPf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf Pf

[W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W] [W]7

- - - - - - - - - - - -

8 36 531 35 537 32 811 28 706 24 495 21 327 20 783 22 285 25 481 29 948 33 603 35 631

9 38 515 37 211 34 244 29 725 25 085 21 532 20 984 23 284 27 452 31 441 34 696 37 012

10 39 436 38 289 35 375 30 902 26 377 23 020 22 595 24 669 28 483 32 163 35 303 37 709

11 39 747 38 668 35 801 31 375 26 945 23 730 23 377 25 315 28 917 32 512 35 646 38 031

12 51 764 50 562 47 288 42 237 37 271 33 709 33 354 35 570 39 626 43 707 47 250 49 934

13 59 716 59 239 56 694 51 945 47 234 43 757 43 321 45 425 49 301 53 224 56 685 58 766

14 60 336 59 930 57 675 53 511 49 064 45 643 45 151 47 130 50 747 54 433 57 671 59 595

15 50 698 49 500 46 736 42 358 37 871 34 603 34 205 36 070 39 454 43 003 46 376 48 982

16 42 959 41 829 39 385 35 766 31 827 28 708 28 160 30 148 33 520 36 960 39 797 41 767

17 43 838 42 891 40 379 36 462 32 467 29 481 29 126 30 918 34 169 37 467 40 258 42 331

18 43 667 42 725 40 179 36 131 32 052 29 121 28 862 30 623 33 901 37 099 39 891 42 080

19 - - - - - - - - - - - -

Mois: Fvrier Mois: Mars Mois: Avril Mois: Mai Mois: Juin Mois: Juillet Mois: Aot Mois: Septembre Mois: Octobre Mois: Novembre Mois: DcembreHeure

[Wh] 507 205 496 379 466 565 419 116 370 686 334 632 329 920 351 435 391 050 431 955 467 174 491 838

-

10 000

20 000

30 000

40 000

50 000

60 000

70 000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

En

erg

ie e

n W

h

Heure

Evolution des charges horaires de climatisation en

week-end

Mois: Janvier

Mois: Fvrier

Mois: Mars

Mois: Avril

Mois: Mai

Mois: Juin

Mois: Juillet

Mois: Aot

Mois: Septembre

Mois: Octobre

Mois: Novembre

Mois: Dcembre



3.4 REPRESENTATION GRAPHIQUE DE LA SAISONALITE

Les graphes suivants reprennent les rsultats de simulation et mettent en avant les besoins de climatisation en fonction des saisons t et hiver.

-

20 000

40 000

60 000

80 000

100 000

120 000

140 000

160 000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

En

erg

ie e

n W

h

Heure


periode hivernale

Profil semaine

Profil week-end

-

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19

En

erg

ie e

n W

h

Heure


periode estivale

Profil semaine

Profil week-end

INSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE

COTEL Ingnierie Bureau dtudes techniques Code APE 7112B

4. DIMENSIONNEMENT DE LA CLIMATISATION S

4.1 METHODE DE DIMENSIONNEMENT

Lvaluation des besoins froid de la partiede 200kWf. La machine absorption slectionne pconditions de fonctionnement idales temprature deau glace haute). Sa puissance froide froid, et la machine absorption retenue fonctionnera eau glace qui sera donc moins sollicit.

La surface de capteurs sera ensuite value en fonction des donnes - Irradiation solaire maximale de 1000W/m- Puissance froid maximale : 35- Conditions extrieures correspondantes- COP Thermique de la machine absor- Coefficients defficacit des capteurs - Conditions de fonctionnement (Temprature de sortie des capteurs de lordre de 90C (T moyenne

les capteurs denviron 87,5C)

La refroidisseur vaporatif, sera dimensionnabsorption + prleve sur le rseau deau glace) dans les conditions extrieures de 3

4.2 CHOIX DE LA MACHINE A ABSORPTION

La machine retenue, comme retenu danscette puissance est dict par le fait dune connaissance pousse dEDF sur des machines YAZAKI, dont le modle le moins puissant affiche une puissance nominale de 35 kWf.

Cette puissance semble tout fait adapte dans loptique globale dutilisation de la totalit de lnergie produite.

La machine sera de type simple effet, et fonctionnera au Bromure de Lithium.

En fonctionnement, les caractristiques des fluides seront proches de- Rgime de temprature du rseau deau glace- Temprature de leau chaude en entre de gnrateur

absorption entre 70 et 95C) - Temprature de retour du circuit de refroidissement

SOLAIRE - SIEGE SOCIAL EDM, MAMOUDZOU

Bureau dtudes techniques - SARL au capital de 30 636 RC n 97 B 577 - SIREN n 413 830 647

E LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION

NEMENT

de la partie prcdente (scnario de rfrence) correspond une sorption slectionne peut dlivrer une puissance frigorifique maximale

conditions de fonctionnement idales (temprature capteurs trs haute, temprature de refroidissement basse, ). Sa puissance froide sera doncen permanence

sorption retenue fonctionnera au maximum de ses capacits, en parallle du groupe ce qui sera donc moins sollicit.

La surface de capteurs sera ensuite value en fonction des donnes dimensionnantese de 1000W/m

35kWf Conditions extrieures correspondantes : 32C / 80% HR

de la machine absorption dans ces conditions : 0,67 Coefficients defficacit des capteurs retenus (capteurs plans haute efficacit) Conditions de fonctionnement (Temprature de sortie des capteurs de lordre de 90C (T moyenne

denviron 87,5C). ur vaporatif, sera dimensionn pour pouvoir vacuer toute la chaleur (utilise par la machine

absorption + prleve sur le rseau deau glace) dans les conditions extrieures de 3

MACHINE A ABSORPTION

retenu dans le paragraphe prcdent, sera dune puissance de 35 kWf.cette puissance est dict par le fait dune connaissance pousse dEDF sur des machines YAZAKI, dont le

ne puissance nominale de 35 kWf.


La machine sera de type simple effet, et fonctionnera au Bromure de Lithium.

ent, les caractristiques des fluides seront proches de : Rgime de temprature du rseau deau glace : 7-12C, Temprature de leau chaude en entre de gnrateur : 85C (plage de fonctionnement des machines

retour du circuit de refroidissement : 29C au maximum

MOUDZOU - P15

SIREN n 413 830 647

ABSORPTION

correspond une puissance froid

maximale de 35kW, dans des temprature de refroidissement basse,

en permanence infrieure la demandede au maximum de ses capacits, en parallle du groupe

dimensionnantessuivantes :

Conditions de fonctionnement (Temprature de sortie des capteurs de lordre de 90C (T moyenne dans

pour pouvoir vacuer toute la chaleur (utilise par la machine absorption + prleve sur le rseau deau glace) dans les conditions extrieures de 32C / 80% HR.

le paragraphe prcdent, sera dune puissance de 35 kWf. Le choix de cette puissance est dict par le fait dune connaissance pousse dEDF sur des machines YAZAKI, dont le


: 85C (plage de fonctionnement des machines



Remarques :

- Il aurait t intressant ventuellement, pour amliorer la performance de la machine absorption, daugmenter le rgime de temprature du rseau deau glace : 8-13C ou 9-14C, mais celancessiterait de slectionner des ventilo convecteurs plus puissants (plus de batteries dchange, de niveaux de ventilation), et donc plus coteux

- Plus la temprature deau chaude en entre de gnrateur (donc en sortie de capteurs) sera leve, meilleur sera le rendement de la machine absorption. Par contre, le rendement de tout capteur solaire diminuant avec la temprature, il faut trouver un bon compromis sur le rgime de temprature ct chaud.

- Moins la temprature de retour de circuit de refroidissement sera leve, meilleur sera le rendement de la machine, do le choix dun refroidisseur vaporatif

- Il faudra galement imprativement prendre grand soin dharmoniser le mode de rgulation du groupe eau glace avec le fonctionnement du groupe absorption en parallle

- La fiche technique en Annexe Technique reprend les caractristiques principales de la machine retenue

4.3 DIMENSIONNEMENT DE LA SURFACE DE CAPTEURS SOLAIRES

La surface de capteurs solaires sera dimensionne en fonction des donnes spcifies au paragraphe 4.1, ainsi que des coefficients defficacit des capteurs retenus.

Pour cette simulation, nous avons retenu des capteurs S OL U.5 DG de Schco. Ces derniers sont de type plans vitrs (double vitrages, quadruple revtement anti-rflchissants), haute efficacit, et dune grande fiabilit. De plus, ils sont conus pour et ont dj t mis en uvre sur un systme de climatisation solaire :

Leurs caractristiques sont les suivants : - Coefficients defficacit :

o Rendement optique : 0 = 0.798 o Coefficient de pertes thermiques : a1 = 2.275 W/m/K

a2 = 0.022 W/m/K - Surface dentre unitaire : 2,5 m

La fiche technique de ces capteurs est donne en Annexe Technique du prsent rapport.

Implantation des capteurs :

Etant donn larchitecture du site, les capteurs seront implants sur les toitures, sur les pans idalement orients (Nord+15Est), selon la pene de la toiture, galement idalement incline par rapport lhorizontale (10, ce qui assure des apports importants lt tout en garantissant un auto-nettoyage efficace des capteurs). Les champs de capteurs seront qui plus est localiss proximit immdiate de la machine absorption, ce qui limitera au maximum les pertes calorifiques des rseaux. Il est noter plusieurs contraintes prendre en compte pour le calepinage dfinitif des capteurs :

- Projet dinstallation de modules photovoltaques - Ombres portes non ngligeables occasionnes par la toiture technique et les quipements quelle

supportera (groupe deau glace, CTA, machine absorption, refroidisseur)



Surface de capteurs :

Dans les domaines de fonctionnement de linstallation (entre 85 et 90C en entre de machine absorption, le COPThermique de la machine est estim 0,67.

La puissance thermique ncessaire pour assurer une production nominale de 32kWf est donc de : Puissance entre gnrateur : 48.6 kW.

En considrant une perte thermique entre la sortie des capteurs et lentre du gnrateur de moins de 5%, on en dduit la puissance ncessaire en sortie des capteurs : Puissance sortie capteurs : 51.2 kW.

Dans ces conditions de fonctionnement (Puissance incidente G de 1000W/m, Text Ta de 30C, Tmoyennne capteurs Tm de 82C), lefficacit thorique des capteurs est la suivante :

= 0 a1/G x (Tm-Ta) a2/G x (Tm-Ta) = 0.49

La surface de capteurs permettant de produire la puissance ncessaire dans ces conditions de fonctionnement est alors de :

S capteurs : 104 m, ce qui correspond 42 capteurs.

Le plan dimplantation en annexe technique illustre une implantation possible pour les capteurs.

4.4 DIMENSIONNEMENT DU REFROIDISSEUR EVAPORATIF ADIABATIQUE

Le refroidisseur vaporatif sera dimensionn pour vacuer la totalit de la puissance thermique maximale apporte la machine, soit :

- Puissance froid : 32 kW - Puissance dentre gnrateur : 48,6 kW

Soit une puissance thermique du refroidisseur de 80.6 kW.

En considrant un rgime de fonctionnement dans ces conditions de 31C en sortie de refroidisseur (temprature humide extrieure de 32C), on obtient un dbit ncessaire de 20 m3/h.

Le refroidisseur sera de type adiabatique, qui est une mthode de rafrachissement d'air base sur l'vaporation de l'eau, le refroidisseur pourra travailler soit en mode sec, soit en mode adiabatique selon les demandes.

Afin damliorer sensiblement ses performances charge partielle, le ventilateur (principale source de consommation lectrique) sera motoris par un moteur haute efficacit command par variation de vitesse.

Le refroidisseur et sera situ sur la terrasse technique (voir plan dimplantation en Annexe Technique).

Description (ex : refroidisseur JACIR TOPAZ) :

Longueur 3.6 mtres Largeur 2.5 mtres Hauteur 2.8 mtres Poids 3.3 tonnes



4.5 DIMENSIONNEMENT DU REFROIDISSEUR EVAPORATIF TOUR FERMEE (VARIANTE)

En variante, la tour ferme sera galement dimensionne pour vacuer la totalit de la puissance thermique maximale apporte la machine, soit galement une puissance thermique du refroidisseur de 80.6 kW.

En considrant un rgime de fonctionnement identique dans ces conditions de 31C en sortie de refroidisseur (temprature humide extrieure de 32C), le dbit ncessaire est galement de 20 m3/h.

Afin damliorer sensiblement ses performances charge partielle, le ventilateur (principale source de consommation lectrique) sera galement motoris par un moteur haute efficacit command par variation de vitesse.

Le refroidisseur et sera situ sur la terrasse technique (voir plan dimplantation variante en Annexe Technique).

Description :

Longueur 2 mtres Largeur 1,2mtres Hauteur 2.5 mtres

4.6 EMPLACEMENT DU LOCAL TECHNIQUE

Certains fournisseurs proposent de prquiper en usine un container avec les principaux quipements (machi absorption, tampons froid et chaud, accessoires hydrauliques et lectriques, automates) prvu pour la livraison sera utilis en local technique, il aura t pralablement amnag pour tre conforme la rglementation (Ventilation haute/basse, clairage), et sera situ sur la terrasse technique.

Description :

Longueur 6 mtres Largeur 2.4 mtres Hauteur 2.6 mtres Poids 7 tonnes



5. DESCRIPTION DE LINSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION

5.1 DESCRIPTIONDE L'INSTALLATION A ABSORPTION

5.1.1 Champs de capteurs

Champ de 42 capteurs positionns plat sur la structure mtallique porteuse (orientation Nord + 15Est, inclinaison 10/horizontale).

Cette structure devra pouvoir supporter les contraintes lies aux capteurs (poids de lordre de 76 kg par capteur), une note de calcul de rsistance devra imprativement tre ralise en pralable toute mise en place de capteurs.

Les capteurs seront poss par batteries avec tous les accessoires ncessaires (notamment vannes darrt et dquilibrage, purgeurs dair automatiques, flexibles et raccords). Pour les capteurs Sol U.5 DG de marque Schco, on peut prvoir :

- 7 batteries de 6 capteurs

Ils seront accessibles depuis la terrasse technique pour les oprations de maintenance.

5.1.2 Machine absorption

La machine absorption pourra tre positionne proximit des capteurs dans son local technique, lextrieursur la terrasse technique,sur un socle de supportage en bton

Ses dimensions seront de lordre de 0.76m (L) x 0.97m (p) x 1.98m(h).

5.1.3 Rseaux

Le rseau primaire (boucle capteur/gnrateur) sera ralis en cuivre croui, calorifug par un isolant performant, assez pais (40mm environ), adapt aux hautes tempratures, de typeISOPIRFLAM+ARMACAL, ou quivalent, en mousse rigide, avec protection mcanique et anti-U.V.

Tous les accessoires ncessaires au bon fonctionnement de linstallation seront mis en place, et notamment les filtres, limiteurs de pression, soupapes de scurit, vases dexpansion, purgeurs, vannes darrt et dquilibrage.

5.2 FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION RETENUE

La machine absorption retenue fonctionnera en pr-refroidissement avant le compresseurdu groupe deau glace.

Le diagramme de principe de linstallation en Annexe Technique illustre le principe prvu: - Un circuit solaire compos de batteries de capteurs. Chaque batterie sera quipe dune vanne disolement,

dune vanne dquilibrage type STAD TA Control, ainsi que dun purgeur dair automatique. - Le circuit en provenance des capteurs, est reli par lintermdiaire dune vanne 3 voies un ballon tampon

directement en amont du groupe adsorption. La vanne sera rgule par un rgulateur diffrentiel rgl en fonction des tempratures de leau provenant des capteurs et de celle mesure en bas du ballon tampon, afin doptimiser le fonctionnement du circuit solaire (circulation ds lors que la diffrence de temprature permet daccumuler de lnergie calorifique dans le ballon, ou de faire fonctionner la machine en direct).



La machine absorption, puise dans deux ballons tampon (ct chaud et ct froid) par lintermdiaire de circulateurs assurant un dbit adapt, la machine est connecte au circuit deau glace avec un rgime de temprature de7-12C, au circuit deau chaude avec un rgime de temprature de83-88C,et est refroidie par le circuit de refroidissement adiabatique avec un rgime deau de 31-35C

5.3 SYSTEME DE TELECONTROLE

De la mme faon que les installations solaires de production dE.C.S. Le systme absorption sera muni dun systme de tlsuivi, afin de permettre un suivi efficace, il sera indispensable de prvoir une instrumentation consquente sur linstallation, afin de suivre prcisment tous les paramtres de fonctionnement.

Par ailleurs, compte tenu de la spcificit de ces systmes, linstallation devra galement imprativement faire lobjet dun contrat dentretien et de suivi par lentreprise ayant ralis les travaux.

Un dispositif dalarmes devra signaler efficacement toute dfaillance du systme.

Les diffrents paramtres importants suivre sont les suivants : - Retour Marche circulateur solaire - Retour Marche circulateur gnrateur - Retour Marche circulateur vaporateur - Retour Marche circulateur systme de refroidissement - Retour tat de la vanne trois voies du circuit solaire - Temprature du dpart des capteurs - Energie solaire rcupre (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur le dpart

vers les capteurs associ deux sondes, lune sur le dpart et lautre sur le retour des capteurs) : E = .)).(/(.16,1. TretTdphLQt - Energie utilise au gnrateur (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur le

retour du gnrateur associ deux sondes, lune sur lentre et lautre sur la sortie du gnrateur) : E = .).).(/(.16,1. TsortTenthLQt - Energie fournie par lvaporateur (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur

larrive lvaporateur associ deux sondes, lune sur lentre et lautre sur la sortie de lvaporateur) : E = .).).(/(.16,1. TsortTenthLQt - Energie lectrique consomme par les quipements de linstallation solaire hors appoint et hors

distribution (mesure par un compteur lectrique) - Energie lectrique consomme par lappoint



6. BILANS ENERGETIQUES DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION

6.1 BASE DE CALCUL Etant donn le principe de fonctionnement retenu pour linstallation et le dimensionnement des quipements, on considrera que la totalit de lnergie solaire produite sera consomme.

Les donnes de ltude sont les suivantes :

- Donnes mtorologiques :

La station mtorologique de rfrence est la station Mto France situe Pamandzi, qui mesure rgulirment le rayonnement solaire avec du matriel de prcision.Un fichier horaire a galement t ralis par des universitaires dans le cadre de simulations thermiques dynamiques, mais les moyennes de rayonnement solaire mensuelles sont trs diffrentes des donnes relevs par Mto France. Nous avons donc dcid pour la prsente tude de nous baser sur les donnes releves par la station de Pamandzi, et de raisonner en terme de bilan nergtique global sur des journes moyennes pour chaque mois. Les donnes sont rpertories dans le tableau suivant :

Jan Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc T ext (C) 27.4 27.5 27.6 27.5 26.8 25.5 24.5 24.1 24.6 25.8 26.9 27.4 Irradiation (kWh/j/m) 5.029 4.784 5.120 5,573 5.344 5.134 5.241 5.850 6.161 6.264 5.892 5.653

- Donnes des capteurs : Comme nous lavons dit, nous allons tudier la production solaire dans le cas de capteursSchco SOL U.5 DG, de caractristiques suivantes :

Capteurs retenu * S entre unit (m) Nbre capteurs S totale (m) Schco SOL U.5 DG 0,49 2,47 42 104

* : dans les conditions de fonctionnement prvues

6.2 DEPERDITION CLIMATISATION SOLAIRE Les dperditions ont t quantifies selon le fonctionnement du groupe de climatisation, ainsi que les diffrentes tempratures dapplication des rseaux :

Pertes thermiques sur le rseau deau chaude :

Ces pertes sont les pertes thermiques en journe et en nuit sur les canalisations calorifuges et le ballon tampon chaud sur lensemble de la journe. Pour lvaluation, on peut distinguer les pertes de jour et de nuit, qui correspondent des fonctionnements diffrents.

Energie en Wh Dnomination 2 061 Ballon stockage durant arrt 2 615 Ballon stockage durant fonctionnement 8 318 Pertes thermiques linaire durant arrt 8 806 Pertes thermiques linaire durant fonctionnement 21 800 Pertes thermiques totale durant 24H



Pertes thermiques sur le rseau deau froide :

De mme, ct froid, linstallation de climatisation solaire engendrera des pertes thermiques au travers des canalisations de raccordement vers le rseau deau glace existant, ainsi quau travers du ballon tampon froid, et quelques calories directement apportes par les circulateurs sur la partie eau glace.

Energie en Wh Dnomination 1 152 Perte ballon stockage durant 24h 346 Pertes thermiques linaires

2 565 Echauffement circulateurs 4 063 Pertes thermiques totale durant 24H

6.3 PRODUCTION CALORIFIQUE SOLAIRE

Lnergie thermique disponible au niveau du gnrateur a t value en fonction des donnes mtorologiques, des caractristiques des capteurs (efficacit, surface unitaire, nombre) et de leur implantation (orientation, inclinaison), ainsi que des pertes journalires prcdemment estimes.

Le calcul donne les rsultats nergtiques suivants, au niveau de lnergie fournie au gnrateur par les capteurs :

Jan Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc Energie mensuelle

(kWh) 7945 6826 8088 8520 8442 7849 8280 9242 9419 9896 9308 8930 Energie journalire

(kWh) 256 244 261 284 272 262 267 298 314 319 300 288 Energie journalire avec dperdition

(kWh) 234 222 239 262 251 240 245 276 292 297 278 266

6.4 PRODUCTION FRIGORIFIQUE SOLAIRE

Etant donn le COP Thermique de la machine adsorption, que lon peut prendre gal 0,64 en t et 0.7 en hiver pour notre installation (temprature de refroidissement un peu plus basse), la production de froid que lon peut obtenir peut donc sestimer comme suit :

Energie mensuelle Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc COP gnrateur

Absorption 0,64 0,64 0,64 0,64 0,7 0,7 0,7 0,64 0,64 0,64 0,64 0,64 Production froid kWh/jour nette 150 142 153 168 175 168 172 177 187 190 178 170 Production froid kWh/jour avec

pertes thermiques 146 138 149 164 171 164 168 173 183 186 174 166



6.5 COUVERTURE FRIGORIFIQUE SOLAIRE EN SEMAINE

En comparant les productions frigorifiques solaires mensuelles avec les besoins froid mensuels, on obtient les taux de couverture solaire mensuels en froid apports par la climatisation solaire durant les priodes de semaine.

Le tableau et le graphique suivants reprennent les rsultats journaliers moyens de ces apports :

Energie mensuelle Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc Besoin froid kWh/j 1 690 1 654 1 555 1 397 1 235 1 115 1 099 1 171 1 303 1 439 1 557 1 639

Couv Solaire 9% 8% 10% 12% 14% 15% 15% 15% 14% 13% 11% 10%

Le taux de couverture thorique moyen sur lanne de la climatisation solaire en semaine est de 12%.

6.6 COUVERTURE FRIGORIFIQUE SOLAIRE LE WEEK-END

En comparant les productions frigorifiques solaires mensuelles avec les besoins froid mensuels, on obtient les taux de couverture solaire mensuels en froid apports par la climatisation solaire durant les priodes de week-end.

Le tableau et le graphique suivants reprennent les rsultats journaliers moyens de ces apports :

Energie mensuelle Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc besoin froid kWh/j 507 496 466 419 371 335 330 351 391 432 467 492

Couv Solaire 29% 28% 32% 39% 46% 49% 51% 49% 47% 43% 37% 34%

Le taux de couverture thorique moyen sur lanne de la climatisation solaire en weekend est de 40%.



6.7 CONSOMMATION ELECTRIQUE CLIMATISATION SOLAIRE Les diverses consommations lectriques des installations de climatisation solaire ont t estimes comme suit :

Consommation dnergie journalire des pompes :

Dnomination Puissance elec nominale en W Consommation / Jour en kWh Circuit solaire 650 3.25 Stockage chaud 1260 7.56 Refroidissement 2700 16.2 Stockage froid 825 4.95

Energie journalire totale 32 kWh

Les pompes ont t slectionnes au plus juste selon les diffrents dbits et pertes de charges intgrer sur les circuits hydrauliques, et avec des temps de fonctionnement estims 6h par jour en moyenne.

Consommation dnergie journalire du gnrateur absorption :

Marque Modle Puissance lectrique W Conso / Jour en kWh YAZAKY WFC SC 10 210 1.7

Le gnrateur absorption fonctionnera en moyenne 8h par jour, la puissance prise en compte pour ltude est celle de la documentation du constructeur donne en Annexe Technique.

Consommation dnergie journalire du refroidisseur adiabatique :

Marque Modle Puissance lectrique W Conso / Jour en kWh JACIR TOPAZ T2B10 9 700 34.9

Les consommations nergtiques ont t calculs, selon les prconisations du fabriquant, aprs demande de slection selon les conditions climatiques de Mayotte. Les conditions climatiques retenues sont de 32C et 80% HR, pour un rgime deau de 35/31. Les ventilateurs du refroidisseur adiabatiques sont quips dun variateur lectronique de vitesse afin de limiter la consommation nergtique.

Consommation dnergie journalire de la tour de refroidissement ferme en variante :

Marque Modle Puissance lectrique W Conso / Jour en kWh EWK C 441 - 5 7 700 27.7

Les ventilateurs de la tour de refroidissement seront galement quips dun variateur lectronique de vitesse, qui a t pris en compte dans le calcul de la consommation.

Consommation dnergie annuelle selon le type de refroidisseur :

Dsignation Consommation annuelle en kWh Clim solaire avec refroidissement adiabatique 25 024

Clim solaire avec tour de refroidissement ferme 22 396

Lvacuation des calories par lintermdiaire de la tour de refroidissement ferme, permettrait dconomiser 2 628 kWh soit 230 /an, cependant lentretien se rvle nettement plus cher et plus rgulier que sur le refroidisseur adiabatique (traitements deau et contrles), de surcroit ce type de refroidisseur ncessite une dclaration l'inspection des installations classes au sens de la rubrique 2921.



6.8 BILAN ENERGETIQUE GLOBAL / COEFFICIENT DE PERFORMANCE ABSORPTION

Afin de prsenter un ratio reprsentatif de lefficacit de la machine, comparable celui du groupe deau glace prvu en base, nous avons calcul un coefficient de performance global de linstallation de climatisation solaire, avec galement prise en compte du type de refroidisseur.

Le coefficient de performance quivalent correspond au rapport entre lnergie produite par la climatisation solaire et lnergie lectrique consomme par linstallation (circulateurs, aerorefrigerant...).

Evolution annuelle du coefficient de performance avec refroidisseur adiabatique :

Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc Production de froid

par jour en kWh 146 138 149 164 171 164 168 173 183 186 174 166 COP quivalent

Production de froid 2.12 2 2.16 2.37 2.48 2.37 2.43 2.5 2.65 2.7 2.52 2.41

Le coefficient de performance quivalent moyen pour la climatisation solaire quipe dun refroidisseur adiabatique est de 2,4. Si lon rapporte ce coefficient au COP du groupe deau glace compression, on est peu prs quivalent, ce qui signifie qu productions frigorifiques quivalentes, linstallation de climatisation solaire consommera autant dlectricit que le groupe compression. Il ny a donc pas dintrt nergtique aire fonctionner une machine absorption Mayotte.

Evolution annuelle du coefficient de performance avec tour de refroidissement ferme :

Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc Production de froid

par jour en kWh 146 138 149 164 171 164 168 173 183 186 174 166 COP quivalent

Production de froid 2.38 2.25 2.43 2.67 2.79 2.67 2.73 2.82 2.98 3.04 2.84 2.71

Le coefficient de performance quivalent moyen pour la climatisation solaire quipe dune tour de refroidissement ferme est de 2.7.

Le coefficient de performance quivalent est lgrement suprieur compar la climatisation solaire quipe du refroidisseur adiabatique, cela correspond la diffrence dnergie relev dans le chapitre consommation lectrique climatisation solaire . Cette diffrence est corrler avec le cout de maintenance supplmentaire pour la tour de refroidissement ferme.



7. BILAN ECONOMIQUE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ABSORPTION

7.1 DETAIL ESTIMATIF DES COUTS DE LINSTALLATION RETENUE

Le tableau suivant rcapitule les cots estimatifs poste par poste des deux installations tudies :

Dnomination du poste Installation solaire avec refroidisseur adiabatique

Installation solaire avec tour de refroidissement ferme

Production solaire 71 989 71 989 Gnrateur absorption 77 730 77 730

Refroidissement 97 320 88624 Distribution primaire 19 893 19 893

Electricit Regul Supervision 30 000 30 000 Conteneur technique 8 000 8 000

Divers (tudes,essais, mise en service) 32 000 32 000 TOTAL 336 932 328 236

7.2 EVALUATION DES COUTS DEXPLOITATION ANNUELS DE L'INSTALLATION

Le cot dexploitation de linstallation de climatisation solaire sera d aux consommations lectriques des circulateurs, du refroidisseur, la consommation deau du refroidisseur ainsi que les frais de maintenance et de provisionnement pour le renouvellement du matriel.

Les cots dlectricit sont valus partir du tarif EDM Vert Moyenne Utilisations.

Cot nergtique de linstallation solaire avec tour de refroidissement adiabatique

Comme prcis dans le chapitre consommation lectriques climatisation solaire le poste une consommation lectrique denviron 25 024 kWh/an, soit environ 2 455 /an en prenant en compte le cot de contribution au service public de llectricit (CSPE).

Cot nergtique de linstallation solaire avec tour de refroidissement ferme

Comme prcis dans le chapitre consommation lectriques climatisation solaire le poste une consommation lectrique denviron 22 396 kWh/an, soit environ 2 102 /an en prenant en compte le cot de contribution au service public de llectricit (CSPE).

Cots dexploitation de linstallation :

Concernant la maintenance pure des installations, on peut tabler sur un cot annuel denviron 5000 euros par an.

A cela, il faut ajouter la consommation deau des refroidisseurs, que lon peut estimer dans un premier temps environ 2,4 m3/j (6heures par jour entre 0,25 et 0,5 m3/h), ce qui reprsente une consommation annuelle denviron 876 m3/an, soit environ 2500/an. Une solution ventuellement plus respectueuse de lenvironnement serait de voir si lon pourrait rcuprer de leau de pluie pour assurer une partie de ces besoins, sachant que le cot dun dispositif de rcupration des eaux de pluie sera de toute faon onreux

Enfin, dans le cas du refroidisseur par tour ferme, on peut tabler sur un cot annuel de produits de traitement deau, contrles et entretien dencore environ 3000 euros par an.



7.3 BILAN ECONOMIQUE BRUT DE LOPERATION

Le tableau suivant rsume le bilan conomique de lopration, sans prendre en compte les diffrentes aides financires envisageables et sans prendre en compte la production deau chaude sanitaire :

Installation solaire refroidisseur adiabatique

Installation solaire tour refroidissement ferme

Solution de rfrence 100% compression

Surcot d'investissement ( H.T) 336 932 328 236 - Consommation annuelle (kWhe) 25 024 22 396 24 880 Surcot d'exploitation (/an) 9 955 12 602 - Temps de retour brut (ans) Pas dintrt conomique

Pas dintrt conomique

-

Quelle que soit la solution de refroidissement envisage, la mise en place dune installation de climatisation solaire sur le sige dEDM na pas dintrt conomique, car :

- Linvestissement est trs consquent - Les cots dexploitation sont nettement plus levs que sans climatisation solaire, puisquil ny a que peu,

voire pas du tout dconomies dnergie, et par contre la vue de la complexit technique ainsi que des traitements deau le cas chant, les cots dentretien sont trs levs

7.4 AIDES ENVISAGEABLES

A la vue de lintrt conomique non avr, qui plus est sans rel intrt nergtique, il est trs peu probable quune telle installation soit ligible une quelconque aide linvestissement.



8. DIMENSIONNEMENT DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION

Le prsent paragraphe a pour objet de prsenter une variante faisant appel une technologie par AD-sorption, telle quactuellement exprimente par une entreprise de gnie climatique et solaire la Runion. La machine, au lieu de fonctionner avec une solution liquide (Absorbant), va utiliser un matriau solide appel Silicagel (Adsorbant).

Groupe adsorption ACS 15 Schma de principe de fonctionnement simplifi

8.1 METHODE DE DIMENSIONNEMENT

Lvaluation des besoins froid (scnario de rfrence) correspond une puissance froid de 200kWf, comme pour le dimensionnement prcdent. La machine adsorption slectionne peut dlivrer une puissance frigorifique maximale de 23kWf, dans des conditions de fonctionnement idales (temprature boucle ballon tampon 72/65C, temprature de refroidissement 32/27C, temprature de boucle deau glace 10/15C). Sa puissance froide sera donc en permanence infrieure la demande de froid, et la machine adsorption retenue fonctionnera au maximum de ses capacits, en parallle du groupe eau glace qui sera donc moins sollicit.

La surface de capteurs sera ensuite value en fonction des donnes suivantes : - Irradiation solaire maximale de 1000W/m - Conditions extrieures correspondantes : 29C / 80% HR - COP Thermique de la machine adsorption dans des conditions idales : 0,65 - Coefficients defficacit des capteurs retenus (capteurs plans haute efficacit) - Conditions de fonctionnement (Temprature de sortie des capteurs de lordre de 85C (T moyenne dans

les capteurs denviron 75C).

Le refroidisseur vaporatif, sera dimensionn pour pouvoir vacuer toute la chaleur (utilise par la machine adsorption + prleve sur le rseau deau glace) dans les conditions les plus dfavorables pour le gnrateur.

8.2 CHOIX DE LA MACHINE A ADSORPTION

Le constructeur du groupe adsorption retenu pour ltude est SorTech en raison de lexploitation de machines de cette marque sur lile de la Runion avec des retours dexploitation encourageants (historiquement, cette technologie a t plus tudie en Allemagne, la France tant plus focalise sur labsorption). Comme prcis dans le paragraphe prcdent, le groupe sera dune puissance maximale de 23 kWf la rfrence constructeur est ACS 15.

Cette puissance semble adapte dans loptique dutiliser la totalit de lnergie produite.

En fonctionnement, les caractristiques des fluides seront proches de : - Rgime de temprature du rseau deau glace : 7-12C (Temprature du rseau) - Temprature de leau chaude en entre de gnrateur : 70C en moyenne - Temprature de retour du circuit de refroidissement : 31C au maximum



Remarques :

- Il aurait t intressant pour amliorer la performance de la machine absorption, daugmenter le rgime de temprature du rseau deau glace : 10-15C, mais cela ncessiterait de slectionner des ventilo convecteurs plus puissants (plus de batteries dchange, de niveaux de ventilation), le coefficient de performance thermique est donc rduit de 15% pour avoir le mme rgime de temprature que sur le rseau deau glace (7-12C).

- Plus la temprature deau chaude en entre de gnrateur sera proche des 65-70C et meilleur sera le rendement thermique de la machine adsorption (adsorption basse temprature ).

- Moins la temprature de retour de circuit de refroidissement sera leve, meilleur sera le rendement de la machine, do le choix dun refroidisseur vaporatif comme le met en avant le tableau ci-dessous :

- Il faudra galement imprativement prendre grand soin dharmoniser le mode de rgulation du groupe eau glace avec le fonctionnement du groupe adsorption en parallle

- La fiche technique en Annexe Technique reprend les caractristiques principales de la machine retenue

8.3 DIMENSIONNEMENT DE LA SURFACE DE CAPTEURS SOLAIRES

La surface de capteurs solaires sera dimensionne en fonction des donnes spcifies au paragraphe 8.1 avec un coefficient de performance thermique de 0.65 afin que les capteurs puissent capter lnergiencessaire pour le gnrateurmme dans le cas o le rgime de temprature de la boucle deau glace serait augmente 10-15C, nous utiliserons galement les coefficients defficacit des capteurs retenus.

Pour cette simulation, tout comme la simulation avec la technologie absorption nous avons retenu des capteurs SOL U.5 DG de Schco. Ces derniers sont de type plans vitrs (double vitrages, quadruple revtement anti-rflchissants), haute efficacit, et dune grande fiabilit. De plus, ils sont conus pour et ont dj t mis en uvre sur un systme de climatisation solaire :

Leurs caractristiques sont les suivants : - Coefficients defficacit :

o Rendement optique : 0 = 0.798 o Coefficient de pertes thermiques : a1 = 2.275 W/m/K

a2 = 0.022 W/m/K - Surface dentre unitaire : 2,5 m

La fiche technique de ces capteurs est donne en Annexe Technique du prsent rapport.

Temp Sortie Refroidisseur

Puissance gnrateur COP thermique (Rgime deau 10-15C)

26C 23 kW 0.65 31C 17 kW 0.55 36C 2 kW 0.28



Implantation des capteurs :

Etant donn larchitecture du site, les capteurs seront implants sur les toitures, sur les pans idalement orients (Nord+15Est), selon la pente de la toiture, galement idalement incline par rapport lhorizontale (10, ce qui assure des apports importants lt tout en garantissant un auto-nettoyage efficace des capteurs). Les champs de capteurs seront qui plus est localiss proximit immdiate de la machine absorption, ce qui limitera au maximum les pertes calorifiques des rseaux. Il est noter plusieurs contraintes prendre en compte pour le calepinage dfinitif des capteurs :

- Projet dinstallation de modules photovoltaques - Ombres portes non ngligeables occasionnes par la toiture technique et les quipements quelle

supportera (groupe deau glace, CTA, machine adsorption, refroidisseur)

Surface de capteurs :

Le COP thermique de la machine pris en compte pour le dimensionnement des capteurs est de 0.65. Cela correspond un fonctionnement optimal de linstallation avec une temprature extrieure avoisinant les 27C ce qui est souvent le cas sur lile.

La puissance thermique ncessaire pour assurer une production nominale de 23kWf est donc de : Puissance entre gnrateur : 35.4 kW.

En considrant une perte thermique entre la sortie des capteurs et lentre du gnrateur de moins de 5%, on en dduit la puissance ncessaire en sortie des capteurs : Puissance sortie capteurs : 37.2 kW.

Dans ces conditions de fonctionnement (Puissance incidente G de 1000W/m, Text Ta de 30C, Tmoyennne capteurs Tm de 75C), lefficacit thorique des capteurs est la suivante :

= 0 a1/G x (Tm-Ta) a2/G x (Tm-Ta) = 0.65

La surface de capteurs permettant de produire la puissance ncessaire dans ces conditions de fonctionnement est alors de :

S capteurs : 57 m, ce qui correspond 23 capteurs.

8.4 DIMENSIONNEMENT DU REFROIDISSEUR EVAPORATIF ADIABATIQUE

Le refroidisseur vaporatif sera dimensionn pour vacuer la totalit de la puissance thermique maximale apporte la machine, soit :

- Puissance froid : 23 kW - Puissance dentre gnrateur : 35.4 kW

Soit une puissance thermique du refroidisseur de 58.4 kW.

En considrant un rgime de fonctionnement dans ces conditions de 31C en sortie de refroidisseur (temprature humide extrieure de 32C), on obtient un dbit ncessaire de 14 m3/h.

Le refroidisseur sera de type adiabatique, qui est une mthode de rafrachissement d'air base sur l'vaporation de l'eau, le refroidisseur pourra travailler soit en mode sec, soit en mode adiabatique selon les demandes.

Afin damliorer sensiblement ses performances charge partielle, le ventilateur (principale source de consommation lectrique) sera motoris par un moteur haute efficacit command par variation de vitesse.

Le refroidisseur et sera situ sur la terrasse technique (voir plan dimplantation en Annexe Technique).



Description (ex : refroidisseur JACIR TOPAZ) :

Longueur 3.6 mtres Largeur 2.5 mtres Hauteur 2 mtres Poids 2.5 tonnes

8.5 EMPLACEMENT DU LOCAL TECHNIQUE

Certains fournisseurs proposent de prquiper en usine un container avec les principaux quipements (machine adsorption, tampons froid et chaud, accessoires hydrauliques et lectriques, automates) prvu pour la livraison sera utilis en local technique, il aura t pralablement amnag pour tre conforme la rglementation (Ventilation haute/basse, clairage), et sera situ sur la terrasse technique.

Description :

Longueur 6 mtres Largeur 2.4 mtres Hauteur 2.6 mtres Poids 7 tonnes



9. DESCRIPTION DE LINSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION

9.1 DESCRIPTION DE L'INSTALLATIONS RETENUE

9.1.1 Champs de capteurs

Champ de 23 capteurs positionns plat sur la structure mtallique porteuse (orientation Nord + 15Est, inclinaison 10/horizontale).

Cette structure devra pouvoir supporter les contraintes lies aux capteurs (poids de lordre de 76 kg par capteur), une note de calcul de rsistance devra imprativement tre ralise en pralable toute mise en place de capteurs.

Les capteurs seront poss par batteries avec tous les accessoires ncessaires (notamment vannes darrt et dquilibrage, purgeurs dair automatiques, flexibles et raccords). Pour les capteurs Sol U.5 DG de marque Schco, on peut prvoir :

- 3 batteries de 5 capteurs - 2 batteries de 4 capteurs

Ils seront accessibles depuis la terrasse technique pour les oprations de maintenance.

9.1.2 Machine adsorption

La machine adsorption pourra tre positionne proximit des capteurs dans son local technique, lextrieur sur la terrasse technique, sur un socle de supportage en bton.

Ses dimensions seront de lordre de 0.79m (L) x 1.34m (p) x 1.39m (h).

9.1.3 Rseaux

Le rseau primaire (boucle capteur/gnrateur) sera ralis en cuivre croui, calorifug par un isolant performant, assez pais (40mm environ), adapt aux hautes tempratures, de type ISOPIRFLAM+ARMACAL, ou quivalent, en mousse rigide, avec protection mcanique et anti-U.V.

Tous les accessoires ncessaires au bon fonctionnement de linstallation seront mis en place, et notamment les filtres, limiteurs de pression, soupapes de scurit, vases dexpansion, purgeurs, vannes darrt et dquilibrage.

9.2 FONCTIONNEMENT DE L'INSTALLATION RETENUE

La machine adsorption retenue fonctionnera en pr-refroidissement avant le compresseur du groupe deau glace.

Le diagramme de principe de linstallation en Annexe Technique illustre le principe prvu : - Un circuit solaire compos de batteries de capteurs. Chaque batterie sera quipe dune vanne disolement,

dune vanne dquilibrage type STAD TA Control, ainsi que dun purgeur dair automatique. - Le circuit en provenance des capteurs, est reli par lintermdiaire dune vanne 3 voies un ballon tampon

directement en amont du groupe adsorption. La vanne sera rgule par un rgulateur diffrentiel rgl en fonction des tempratures de leau provenant des capteurs et de celle mesure en bas du ballon tampon, afin doptimiser le fonctionnement du circuit solaire (circulation ds lors que la diffrence de temprature permet daccumuler de lnergie calorifique dans le ballon, ou de faire fonctionner la machine en direct).



La machine adsorption, puise dans deux ballons tampon (ct chaud et ct froid) par lintermdiaire de circulateurs assurant un dbit adapt, la machine est connecte au circuit deau glace avec un rgime de temprature de7-12C, au circuit deau chaude avec un rgime de temprature avoisinant les 70C, et est refroidie par le circuit de refroidissement adiabatique avec un rgime deau fluctuant entre 26 et 31C suivant les conditions climatiques.

9.3 SYSTEME DE TELECONTROLE

De la mme faon que les installations solaires de production dE.C.S. Le systme absorption sera muni dun systme de tlsuivi, afin de permettre un suivi efficace, il sera indispensable de prvoir une instrumentation consquente sur linstallation, afin de suivre prcisment tous les paramtres de fonctionnement.

Par ailleurs, compte tenu de la spcificit de ces systmes, linstallation devra galement imprativement faire lobjet dun contrat dentretien et de suivi par lentreprise ayant ralis les travaux.

Un dispositif dalarmes devra signaler efficacement toute dfaillance du systme.

Les diffrents paramtres importants suivre sont les suivants : - Retour Marche circulateur solaire - Retour Marche circulateur gnrateur - Retour Marche circulateur vaporateur - Retour Marche circulateur systme de refroidissement - Retour tat de la vanne trois voies du circuit solaire - Temprature du dpart des capteurs - Energie solaire rcupre (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur le dpart

vers les capteurs associ deux sondes, lune sur le dpart et lautre sur le retour des capteurs) : E = .)).(/(.16,1. TretTdphLQt - Energie utilise au gnrateur (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur le

retour du gnrateur associ deux sondes, lune sur lentre et lautre sur la sortie du gnrateur) : E = .).).(/(.16,1. TsortTenthLQt - Energie fournie par lvaporateur (mesure par un compteur volumtrique metteur dimpulsions sur

larrive lvaporateur associ deux sondes, lune sur lentre et lautre sur la sortie de lvaporateur) : E = .).).(/(.16,1. TsortTenthLQt - Energie lectrique consomme par les quipements de linstallation solaire hors appoint et hors

distribution (mesure par un compteur lectrique) - Energie lectrique consomme par lappoint



10. BILANS ENERGETIQUES DE LA CLIMATISATION SOLAIRE PAR ADSORPTION

10.1 BASE DE CALCUL Etant donn le principe de fonctionnement retenu pour linstallation et le dimensionnement des quipements, on considrera que la totalit de lnergie solaire produite sera consomme.

Les donnes de ltude sont les suivantes :

- Donnes mtorologiques :

La station mtorologique de rfrence estla station Mto France situe Pamandzi, qui mesure rgulirement le rayonnement solaire avec du matriel de prcision.Un fichier horaire a galement t ralis par des universitaires dans le cadre de simulations thermiques dynamiques, mais les moyennes de rayonnement solaire mensuelles sont trs diffrentes des donnes releves par Mto France. Nous avons donc dcid pour la prsente tude de nous baser sur les donnes releves par la station de Pamandzi, et de raisonner en terme de bilan nergtique global sur des journes moyennes pour chaque mois. Les donnes sont rpertories dans le tableau suivant :

Jan Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc T ext (C) 27.4 27.5 27.6 27.5 26.8 25.5 24.5 24.1 24.6 25.8 26.9 27.4 Irradiation (kWh/j/m) 5.029 4.784 5.120 5,573 5.344 5.134 5.241 5.850 6.161 6.264 5.892 5.653

- Donnes des capteurs : Comme nous lavons dit, nous allons tudier la production solaire dans le cas de capteurs Schco SOL U.5 DG, de caractristiques suivantes :

Capteurs retenu * S entre unit (m) Nbre capteurs S totale (m) Schco SOL U.5 DG 0,65 2,47 23 57

* : dans les conditions de fonctionnement prvues

10.2 DEPERDITION CLIMATISATION SOLAIRE Les dperditions ont t quantifies selon le fonctionnement du groupe de climatisation, ainsi que les diffrentes tempratures dapplication des rseaux :

Pertes thermiques sur le rseau deau chaude :

Ces pertes sont les pertes thermiques en journe et en nuit sur les canalisations calorifuges et le ballon tampon chaud sur lensemble de la journe. Pour lvaluation, on peut distinguer les pertes de jour et de nuit, qui correspondent des fonctionnements diffrents.

Energie en Wh Dnomination 1030 Ballon stockage durant arrt 1453 Ballon stockage durant fonctionnement 5204 Pertes thermiques linaire durant arrt 7338 Pertes thermiques linaire durant fonctionnement

15025 Pertes thermiques totale durant 24H



Pertes thermiques sur le rseau deau froide :

De mme, que pour le ct froid, linstallation de climatisation solaire engendrera des pertes thermiques au travers des canalisations de raccordement vers le rseau deau glace existant, ainsi quau travers du ballon tampon froid, et quelques calories directement apportes par les circulateurs sur la partie eau glace.

Energie en Wh Dnomination 960 Pertes ballon stockage 288 Pertes thermiques linaires 2007 Echauffement circulateurs 3255 Pertes thermiques totale durant 24H

10.3 PRODUCTION CALORIFIQUE SOLAIRE

Lnergie thermique disponible au niveau du gnrateur a t value en fonction des donnes mtorologiques, des caractristiques des capteurs (efficacit, surface unitaire, nombre) et de leur implantation (orientation, inclinaison), ainsi que des pertes journalires prcdemment estimes.

Le calcul donne les rsultats nergtiques suivants, au niveau de lnergie fournie au gnrateur par les capteurs :

Jan Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc Energie mensuelle

(kWh) 5590 5495 5691 6401 6138 5897 6020 6719 6848 7195 6549 6493 Energie journalire

(kWh) 186 177 190 206 198 190 194 217 228 232 218 209 Energie journalire avec dperdition

(kWh) 171 162 175 191 183 175 179 202 213 217 203 194

10.4 PRODUCTION FRIGORIFIQUE SOLAIRE

Etant donn le COP thermique de la machine adsorption, que lon peut prendre gal 0,4 en t et 0.5 en hiver pour notre installation (temprature de refroidissement un peu plus basse), la production de froid que lon peut obtenir peut donc sestimer comme suit :

Energie mensuelle Janv Fv Mars Avril Mai Juin Juil Aot Sept Oct Nov Dc COP gnrateur

Absorption 0,4 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,4 0,4 0,4 0,4 Production froid kWh/jour nette 69 65 70 96 91 88 90 101 85 87 81 78 Production froid kWh/jour avec

pertes thermiques 65 62 67 93 88 84 86 98 82 84 78 75

INSTALLATION DE CLIMATISATION SOLAIRE

COTEL Ingnierie Bureau dtudes techniques Code APE 7112B

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Climatisation Solaire EDM