rapport PFE GUISSE Bara Etude du chauffage du …eprints2.insa-strasbourg.fr/790/1/rapport_PFE_GUISSE...PFE : étude du chauffage bâtiment montage de l’usine de Flins Projet de

PFE : étude du chauffage bâtiment montage de l’usine de Flins

Projet de Fin d’études Bara GUISSE GM5 option Énergétique Industrielle 2008 0

Introduction

Dans le cadre de la formation d’ingénieur INSA de Strasbourg, nous sommes amenés à réaliser un stage de fin d’études pour l’obtention du diplôme. Ce stage doit ajouter une application concrète à l’ensemble des connaissances déjà acquises lors des trois années de formation.

Ayant décidé d’opter pour une orientation dans le domaine de l’énergétique, j’ai donc choisi un sujet de stage qui devait me permettre de consolider mes connaissances dans ce domaine.

L’entreprise RENAULT proposait un stage dont le sujet était de: « Faire l’étude d’optimisation du chauffage du Bâtiment Montage de l’usine de Flins en faisant l’état des lieux, le diagnostic des problèmes liés au fonctionnement et proposer des solutions d’amélioration ».

En fait, le problème de RENAULT est de faire l’étude du chauffage de l’ensemble des bâtiments de l’usine, on retient une solution pragmatique qui est de faire l’étude pour un bâtiment particulier, étude qui sera ensuite transposée à l’ensemble de tous les bâtiments.

J’ai postulé pour effectuer ce stage car le sujet est une application directe de ce que j’ai appris durant ma dernière année en option énergétique industrielle à l’INSA.

Ce stage s’est déroulé de février à juin 2008 à l’usine RENAULT Pierre LEFAUCHEUX de Flins.



Remerciements

Je tiens à remercier mes tuteurs de stage Mr Franck PILLON tuteur entreprise et

Mme Carmen VASILE-MULLER tuteur école pour leur disponibilité tout au long de ce stage.

Mes remerciements vont aussi pour Mr Claude LEBOUDER chef du département

maintenance de l’usine de Flins ainsi qu’à Mr Jean-Claude HUARD chef d’atelier de la centrale thermique.

Aussi j’adresse mes remerciements à l’ensemble du personnel de la centrale qui n’a ménagé aucun effort pour le bon déroulement de ce stage.



TABLE DES MATIERES

I. Présentation du groupe renault............................................................................................4

1. L’alliance renault-nissan ................................................................................................4

a.Structure ......................................................................................................................4

b.principales activités du groupe....................................................................................5

2. Chiffres clés ...................................................................................................................6

a.Chiffres clés.................................................................................................................6

b.actionnariat de renault au 31 décembre 2007..............................................................6

c.Renault Contrat 2009...................................................................................................6

3. usine Renault-Flins.........................................................................................................8

a.Petite histoire de L’usine.............................................................................................8

b.Situation au sein de son environnement......................................................................8

c.Usine de Flins en quelques chiffres.............................................................................8

4. Présentation de la centrale thermique de Flins...............................................................9

d.Les activités de la centrale ..........................................................................................9

e.Le chauffage de l’usine ...............................................................................................9

II. Le projet...........................................................................................................................10

5. Politique économique et énergétique de l’usine...........................................................10

6. Démarche de la centrale thermique de Flins ................................................................10

III. État des lieux ..................................................................................................................10

1. Emplacement des aérothermes dans le bâtiment..........................................................11

2. Délimitation des surfaces de chauffage........................................................................13

a.Première moitié du bâtiment allant du poteau 3a au poteau 32.................................13

b.Deuxième moitié du bâtiment allant du poteau 32 au poteau 62. .............................14

3. Problèmes relevés sur les aérothermes.........................................................................15

a.Mise en place des aérothermes..................................................................................15

b.Problèmes liés au fonctionnement des aérothermes..................................................18

4. Réseau du bâtiment ......................................................................................................19

a.État initial du réseau en 1970 ....................................................................................19

b.Ramification sur le réseau.........................................................................................22

IV. Étude thermique du bâtiment zone par zone..................................................................23

1. La démarche .................................................................................................................25

a.Maillage par zone ......................................................................................................25

b.Mesure point par point ..............................................................................................26

c.Température moyenne...............................................................................................26



d.Écart entre températures réelles et la température de consigne ................................26

e.Écarts entre températures réelles et GTC (valeur mesurée par les sondes)...............27

f. Cartographie thermique ............................................................................................27

2. Mesures et exploitation des résultats............................................................................28

a. Tableau : zone 1, zone 2, zone 3 ..............................................................................28

b. Tableau : zone 4, zone 5, zone 6 ..............................................................................29

c. Tableau : zone 7........................................................................................................31

d. Tableau : zone 10, zone 11, zone 12 ........................................................................32

e. Tableau : zone 15, zone 18, zone 19 ........................................................................33

3. Cartographie thermique................................................................................................34

a. La cartographie par rapport à la température de consigne .......................................34

b. Cartographie par rapport à la température moyenne de chaque zone. .....................36

V. Infiltration d’air frais dans le bâtiment par les ouvrants. ................................................38

a. Quai de déchargement. .............................................................................................39

b. Gare routière.............................................................................................................40

VI. Estimation des besoins de chauffage du bâtiment .........................................................43

1. Introduction ..................................................................................................................43

2. Construction .................................................................................................................43

3. Calcul déperditions du bâtiment...................................................................................46

a. Déperditions par renouvellement d’air .....................................................................46

b. Puissance de réchauffage des infiltrations d’air .......................................................46

c. Déperditions par l’enveloppe du bâtiment. ..............................................................47

d. Densité de flux thermique de la paroi vitrée. ...........................................................47

e. Déperditions de la façade côté DB1. ........................................................................52

f. Déperditions de la façade DA1. ................................................................................54

g. Déperdition par la toiture .........................................................................................58

h. Déperdition de la façade DA4..................................................................................60

i. Déperdition du plancher bas......................................................................................61

4. Récapitulatif des déperditions dans le bâtiment D sauf DB2.......................................64

j. Calcul des déperditions de l’extension DB2. ............................................................66

5. Le besoin en chauffage du bâtiment.............................................................................69

6. Conclusion sur l’étude des besoins en chauffage.........................................................69

VII. Solution alternative aux aérothermes............................................................................70

7. Avantage des panneaux rayonnants .............................................................................71

8. Principe d’installation ..................................................................................................71

VIII. Conclusion...................................................................................................................73



I. PRESENTATION DU GROUPE RENAULT

1. L’ALLIANCE RENAULT-NISSAN

a. STRUCTURE Le 27 mars 1999, Renault est entré dans le capital de Nissan à hauteur de 36,8 % et

a procédé au rachat des filiales financières de Nissan en Europe. Le montant total de la transaction a atteint 643 milliards de yens (environ 5 milliards d’euros et 5,4 milliards de dollars). Aujourd’hui, Renault détient 44,3 % du capital de Nissan, et Nissan détient 15 % du capital de Renault. Chacune des deux sociétés est directement intéressée au résultat de son partenaire.

Résultat d’un choix de principes fondateurs qui prône l’équilibre dans l’Alliance et fait jouer la complémentarité entre deux groupes d’envergure mondiale, l’Alliance a démontré sa capacité à accroître les performances propres de chacun des deux partenaires dans le respect de leur identité respective. Renault et Nissan ont vendu 6 160 046 véhicules en 2007, nouvelle année de ventes record, en hausse de 4,2 % par rapport à 2006, atteignant une part de marché mondiale de 9,1 %.

L’alliance Renault-Nissan est un groupe sans équivalent, composé de deux entreprises mondiales liées par des participations croisées, et piloté par une société de management stratégique, Renault-Nissan b.v. L’Alliance repose sur deux entreprises autonomes, avec leur propre culture et leur propre identité de marque, partageant une stratégie de croissance rentable et une communauté d’intérêts. Les ambitions de l’alliance Renault-Nissan pour l’avenir : devenir l’un des trois premiers constructeurs automobiles mondiaux en termes de qualité, de technologie et de rentabilité.



Figure 1: organigramme simplifié du groupe RENAULT

b. PRINCIPALES ACTIVITES DU GROUPE Depuis l’accord définitif signé le 2 janvier 2001 avec Volvo, les activités du Groupe sont réparties en deux branches principales :

� l’automobile ; � le financement des ventes.

Par ailleurs, deux participations viennent compléter ces deux branches d’activités : � la participation de Renault dans le capital d’AB Volvo ; � la participation de Renault dans Nissan.

Ces participations sont mises en équivalence dans les comptes du Groupe.



2. CHIFFRES CLES

a. CHIFFRES CLES Groupe Renault - Exercice 2006 Chiffre d’affaires 39 969 millions €

Résultat net - part du Groupe 2 886 millions €

Effectifs 128 893 Nombre de véhicules vendus 2 433 610

Groupe Renault - Exercice 2007 Chiffre d’affaires 40 682 millions €

Résultat net - part du Groupe 2 669 millions €

Effectifs 130 179 Nombre de véhicules vendus 2 484 472

b. ACTIONNARIAT DE RENAULT AU 31 DECEMBRE 2007

Figure 2: répartition des actions du groupe

c. RENAULT CONTRAT 2009 Le plan Renault Contrat 2009, annoncé le 9 février 2006, a pour ambition de positionner durablement Renault comme le constructeur automobile généraliste européen le plus rentable. Renault prend trois engagements majeurs :

• La future Laguna, lancée en 2007, sera parmi les 3 meilleures de son segment en qualité de produit et de service.

Les progrès réalisés sur ce produit seront appliqués avec la même exigence à l’ensemble de la gamme, partout dans le monde. En matière d’environnement, la gamme Renault se situe aujourd’hui parmi les plus efficaces du monde en matière de consommation de carburant et d’émissions de CO2. L’objectif est de s’améliorer encore en vendant dès 2008 1 million de véhicules émettant moins de 140 g de CO2/km, dont un tiers émettant moins de 120 g.

• Une marge opérationnelle de 6 % en 2009. Renault continuera d’améliorer sa compétitivité par un programme de réduction des coûts et d’optimisation des investissements, en bénéficiant notamment des synergies développées avec Nissan dans le cadre de l’Alliance.

• Une croissance des ventes de 800000 véhicules entre 2005 et 2009.



Renault lancera 26 produits d’ici à 2009 pour répondre aux besoins et attentes des clients de tous ses marchés. La moitié de ces lancements constituent une extension de la gamme actuelle. Le volume des ventes réalisé hors d’Europe passera de 27 % à 37 % en 2009.

Figure 3: organigramme général de Renault



3. USINE RENAULT-FLINS

Créée en 1952, l’usine de Flins a fabriqué 17 modèles différents et plus de 15 millions de véhicules. Aujourd'hui, outre la fabrication de Clio, elle produit des pièces pour d'autres sites Renault et pour Nissan. L'année 2007 a été marquée par la fin de la fabrication de la Twingo I (28 juin) et l’arrêt de l’équipe de nuit sur Clio 3 en août après les congés d’été. C’est aussi l’année de l’arrêt définitif de la dernière chaudière au fioul. Les chaudières fonctionnent en totalité au gaz naturel.

a. PETITE HISTOIRE DE L’USINE.

En 1950, l’extension de la production de la régie de RENAULT ne pouvant plus se faire dans le cadre des établissements existants, la création d’une nouvelle usine est décidée. Le choix de la régie se porte sur un terrain de 224 hectares, situé à l’époque en seine et Oise, maintenant Yvelines, dans la vallée de la seine, sur le territoire des communes de Flins et d’Aubergenville. A 36 Km de Billancourt, ce terrain se trouve desservie par l’autoroute de l’ouest, raccordé à la voie ferrée et situé en bordure de Seine.

L’usine de Flins a porté le nom de Pierre LEFAUCHEUX, en souvenir du premier Président-Directeur Général de la régie RENAULT. Source de tous les fluides nécessaires à la marche de l’usine, la centrale est un des premiers bâtiments mis en chantier.

b. SITUATION AU SEIN DE SON ENVIRONNEMENT

Située dans les Yvelines, à 45 kilomètres à l'Ouest de Paris, l'usine de Flins est implantée sur les communes de Flins et Aubergenville, à l'aplomb d'une nappe phréatique constituant une ressource en eau potable et en bordure d'une réserve naturelle. Avec des axes de communication privilégiés - autoroute A13, ligne SNCF Paris/Le Havre et la Seine qui borde sa partie Nord - l'usine bénéficie de trois modes d'expédition : voies routière (62%), ferroviaire (21%) et fluviale (17%).

c. USINE DE FLINS EN QUELQUES CHIFFRES � Quelques chiffres :

237 hectares dont 67 bâtiments 16 405 000 véhicules depuis 1952 1,11 milliards d’euros d’actifs 1,8 milliards d’euros de coûts annuels

� Activité de l’usine Production de Clio Production de pièces de rechange Activité pièces de rechange.

� L’outil de production Un flux d’assemblage Ligne Clio

� Production 1100 véhicules par jour sur 3 équipes Un volume 336 642 véhicules en 2006

� Le personnel Effectifs : 4338 inscrits dont 3740 périmètre usine.

� Les certifications de l’usine Environnement : audit de suivi de la certification ISO 14001 mars 2005 Assurance qualité : certifications ISO 9001 version 2000 audit de suivi 2005 audit UTAC 2006 La sécurité incendie : renouvellement du label Risque hautement protégé en février 2005



4. PRESENTATION DE LA CENTRALE THERMIQUE DE FLINS Constitué d’un bâtiment ayant approximativement les dimensions suivantes : 75m x 50m x 23m, la centrale de l’Usine de Flins se trouve en bordure de la seine, face à Juziers.

Figure 4: Plan Usine Renault de Flins

d. LES ACTIVITES DE LA CENTRALE La centrale fabrique et /ou distribue les fluides suivants :

• La vapeur pour le chauffage des étuves de peintures et les bains de cataphorèses. • L’eau chaude : pour le chauffage de l’Usine, pour le conditionnement d’air des

étuves de peinture. • L’air comprimé • L’énergie électrique • L’eau déminéralisée partielle et totale • L’eau incendie • L’eau filtrée • L’eau potable

e. LE CHAUFFAGE DE L’USINE Un circuit d’eau chaude, produit à partir de vapeur dans un préparateur, permet de chauffer l’usine au moyen de plus de 1800 aérothermes qui soufflent de l’air chaud dans les ateliers. La circulation de cette eau chaude, de 80 à 120°C, dans un réseau dont le développement est 30 kms d’environ, est faite au moyen de 6 pompes assurant un débit de 3500 m3/h. Pour faire une comparaison cette installation de chauffage permettrait de chauffer une ville de 35 000 habitants.

Centrale thermique Bâtiment de l’étude



II. LE PROJET

5. POLITIQUE ECONOMIQUE ET ENERGETIQUE DE L’USINE. La sensibilité accrue aux problèmes de protection de l’environnement ainsi que l’augmentation du coût de l’énergie ont poussé le groupe RENAULT à s’inscrire dans une démarche de réduction des consommations énergétiques. Depuis quelques années, l’usine de Flins a engagé plusieurs actions, notamment le remplacement des chaudières fioul par une unité de cogénération gaz.

6. DEMARCHE DE LA CENTRALE THERMIQUE DE FLINS La centrale de Flins, s’alignant dans cette même lancée, entreprend plusieurs actions pour répondre aux exigences du groupe. Ce projet de fin d’études au sein de l’usine de Flins rentre dans le cadre de cette politique de réduction des consommations énergétiques liée au chauffage. Il permettra de :

� Faire l’état des lieux du chauffage du bâtiment. � Faire la répartition des appareils de chauffage par rapport au process1. � Localiser les zones2 de fortes déperditions � Trouver des pistes d’amélioration du chauffage actuel des bâtiments � Faire le bilan économique et énergétique � Proposer des pistes de réductions des consommations

III. ÉTAT DES LIEUX L’état des lieux permet dans un premier temps d’avoir les informations nécessaires sur le fonctionnement du chauffage. L’étude portera principalement sur le bâtiment D qui sert de modèle. La démarche utilisée sera transposée sur les autres bâtiments. L’objectif visé par cet état des lieux est de faire le diagnostic de fonctionnement du chauffage du bâtiment et de localiser les problèmes de chauffage. L’état des lieux se déroule en plusieurs étapes ; chaque étape permet de récolter un ensemble d’informations pour l’amélioration du chauffage. Les différentes étapes de l’état des lieux sont :

• Cartographie des aérothermes du bâtiment. • Mesure des températures ambiantes réelles suivant les conditions de chauffage et

Text. • Calcul des écarts de température entre Tcons et Tréelle • Calcul des écarts de température entre Tréelle et TGTC • Cartographie thermique du bâtiment • Localisation des zones mal chauffées. • Détermination théorique des points de prise de température de zones.

1 Désigne l’activité principale réalisée dans chaque bâtiment. La chaine de fabrication est composée de process. 2 Chaque bâtiment est divisé en plusieurs zones de chauffage composé d’un ensemble d’appareils pilotés simultanément



1. EMPLACEMENT DES AEROTHERMES DANS LE BATIMENT. Une cartographie des appareils de chauffage permet de localiser l’ensemble des aérothermes du bâtiment. Il existe en effet des plans d’emplacement des aérothermes mais avec les changements de gamme de voitures et le déplacement du process de fabrication de voiture, on ajoute et on déplace souvent des appareils et les plans ne sont pas toujours mis à jour. Cette cartographie des appareils de chauffage permettra aussi de revoir l’efficacité du chauffage en déterminant les zones de chauffage utiles caractérisées par la présence d’opérateurs. Repérage des appareils de chauffage Les poteaux constituants les supports du bâtiment sont alignés par rangée et sont nommés de A à E. Entre chaque rangée de poteaux il y a une travée ; ainsi dans le bâtiment D il y a 4 travées allant de DA1 à DA4. Les poteaux sont numérotés de 3a à 62, l’emplacement de chaque aérotherme est obtenu en donnant l’adresse du poteau le plus proche. Exemple : Aérotherme C45 : situé sur la ligne C au poteau 45 Le chauffage du bâtiment est réparti en zones, chaque zone comporte un certain nombre d’aérothermes pilotés simultanément à partir de la GTC1. On peut ainsi envoyer des températures de consigne différentes. Les températures ambiantes des zones sont contrôlées par des capteurs d’ambiance Pt100 qui renvoient les données à la GTC. Le bâtiment D avec le raccordement CD, comporte 16 zones de chauffages numérotées de 1 à 19 sans les zones 9,8, 14.

Figure 5: découpage en zone de chauffage

Emplacement entre les poteaux 3a-32 Dans le plan que je présente dans ce rapport j’ai divisé le bâtiment en deux parties afin de mieux représenter les aérothermes. Les aérothermes vapeur-air sont représentés en rouge et ceux eau –air en vert.

1 GTC : Gestion Technique Centralisée un système informatique gère à partir de la centrale le pilotage du chauffage. Toutes les données (débits, température aller-retour, température ambiante…) sont contrôlées.



Figure 6: emplacement des aérothermes entre 3a et 32

Le volume total de cette partie du bâtiment est de : 276*80*8=176640m3 On décompte : 52 aérothermes recycleurs eau-air 14 aérothermes recycleurs vapeur-air. Les flèches donnent le sens de soufflage des aérothermes, celles coudées à 90° indiquent un soufflage vers le sol. Emplacement entre les poteaux 32-62 Cette partie du bâtiment comporte l’extension DB21 qui commence à partir du poteau 58 bis. Au niveau de l’extension DB2 le chauffage se fait principalement par CTA2, avec des bouches de soufflage représentées en bleu sur le plan. Avec le déplacement du process ou la fermeture d’une chaîne ; certaines bouches de soufflage sont fermées. Ainsi la puissance fournie pour le chauffage peut devenir insuffisante en raison de certaines conditions extérieures.

1 C’est l’extension du bâtiment à partir du poteau 58, cette partie a été ajoutée au bâtiment depuis quelques années pour les besoins du process 2 CTA Centrale de Traitement d’Air principalement dans la partie DB2 où les voitures sont démarrées.



Figure 7: emplacement des aérothermes entre 32 et 62

On décompte : 54 aérothermes recycleurs eau-air 7 aérothermes recycleurs vapeur-air

2. DELIMITATION DES SURFACES DE CHAUFFAGE L’objectif du chauffage étant de chauffer les parties du bâtiment occupées par les opérateurs, il est donc intéressant de revoir l’emplacement des aérothermes par rapport au process (les opérateurs se trouvent à l’emplacement du process). Sur le plan suivant, on visualise les différentes parties occupées et non occupées du bâtiment.

a. PREMIERE MOITIE DU BATIMENT ALLANT DU POTEAU 3A AU POTEAU 32.

Figure 8: délimitation du chauffage/process 3a-32



On a sur le plan en 1, l’entrée du bâtiment D, cette zone n’est pas occupée par le process mais une partie est dédiée à la formation des nouveaux opérateurs ; le chauffage y est donc obligatoire pour le confort. En 2, on a l’implantation du process, cette zone doit être chauffée, le process occupe pratiquement toute la longueur de cette moitié du bâtiment. On note sur le plan une répartition irrégulière des aérothermes ce qui se traduira par des zones capacitaires et des zones moins capacitaires même si on verra par la suite avec le calcul des besoins de chauffage que le bâtiment dans sa globalité est capacitaire en chauffage. En 3, on a une grande surface de stockage, on note une importante circulation d’engins de manutention. Le chauffage dans cette zone ne doit pas être à la même consigne que dans les zones occupées. On remarque surtout une bonne répartition et un nombre important d’aérothermes.

b. DEUXIEME MOITIE DU BATIMENT ALLANT DU POTEAU 32 AU POTEAU 62.

Dans cette deuxième moitié on a le TCM (Tombée de Chaîne Mécanique) et l’extension DB 2 c’est là que se déroule la phase finale du processus de montage de la voiture. On a une forte population dans cette partie du bâtiment, le chauffage de la TCM est assuré par des aérothermes mais dans l’extension DB2 le chauffage se fait par CTA (centrale de traitement d’air) avec des bouches de soufflages (ronds bleus sur le plan). Avec le changement de gamme de voiture certaines bouches de soufflage d’air chaud sont fermées. On note en DB2 entre les poteaux 58 et 62 très peu d’aérothermes.

Figure 9 : limitation du chauffage/process 32-62

2 2

3 DB2



3. PROBLEMES RELEVES SUR LES AEROTHERMES.

L’état des lieux a permis de relever les différents problèmes liés aux aérothermes. Il existe deux grandes familles de problèmes : la première est liée à la mise en place (agencement, hauteur, direction de soufflage du flux de chaleur), la deuxième famille est liée au fonctionnement même des aérothermes (débit d’air soufflé, température de soufflage, encrassement de la batterie de chauffe).

a. MISE EN PLACE DES AEROTHERMES

• PLACEMENT Le chauffage doit permettre d’apporter un confort thermique aux opérateurs de la chaîne. Les appareils de chauffage doivent donc permettre d’atteindre cet objectif. On note sur la rangée centrale du bâtiment (rangée C) un ensemble d’aérothermes très éloignés du process dont l’énergie thermique chauffe un grand volume inoccupé.

Figure 10: visualisation du chauffage hors process

Ce schéma permet de mieux visualiser le problème. En effet comme mentionné précédemment les travées DA2 et DA3 ne sont pas peuplées et les flux de chaleur des aérothermes n’atteignent pas les opérateurs situés sur la chaine car leurs portées sont faibles. Bien que les aérothermes ne puissent pas être placés très proche des opérateurs pour des raisons de nuisances liées au courant d’air et au bruit surtout pour les vieux modèles très bruyants, on doit veiller à ce que l’air chaud arrive à chauffer les opérateurs.

• ORIENTATION DU FLUX D’AIR CHAUD Le flux d’air chaud en sortie d’aérotherme est dirigé par des ailettes réglables pour les aérothermes en chauffage de volume. Sur les aérothermes utilisés pour faire rideau d’air chaud au niveau des entrées on installe des buses pour diffuser la chaleur sur la largeur de la porte.

DA 1 DA 2 DA 3



Figure 11: ailettes réglables « chauffage de volume »

Figure 12: buse de diffusion pour rideau d'air

L’orientation des ailettes est mal réglée sur beaucoup d’aérothermes. Sur certains, le flux d’air est directement dirigé vers le sol augmentant ainsi le courant d’air car la section de passage devient réduite avec l’angle des ailettes. Sur d’autres aérothermes on note de grandes ouvertures des ailettes, l’air chaud est donc diffusé presque horizontalement. Avec la tendance naturelle de l’air chaud à avoir un mouvement ascendant, une bonne partie de la chaleur est ainsi perdue par la toiture.

Cas 1

Figure 13: cas 1 mauvais réglage « volets grands ouverts »

1

L’air chaud reste en hauteur, la température est

19°C

18°

14°

15°C

Stratification



Cas 2

Figure 14: Mauvais réglage : courant d’air chaud sur opérateurs

Figure 15: exemple d'un mauvais réglage "fort courant d'air"

Cas 3

Figure 16: cas 3 bon réglage des volets " pas de courant d'air, température de consigne atteinte"

21°

21

19°C

17°C



Remarque importante :

Un bon réglage des ailettes d’aérothermes est nécessaire afin de limiter les courants d’air, de bien diffuser la chaleur et d’atteindre la température de consigne à hauteur d’homme. Comme vu sur les figures précédentes un mauvais réglage peut entraîner des pertes considérables. Dans le cas d’ailettes grandes ouvertes (perpendiculaires avec la verticale), la hauteur d’implantation des appareils fait que l’aérotherme chauffe l’air situé en hauteur dans le bâtiment. L’air chaud monte ensuite et sort facilement à l’extérieur avec le manque d’étanchéité du bâtiment en entrainant de grandes pertes énergétiques. On ne peut pas définir de manière simple un angle pour les ailettes, le réglage se fait pour chaque aérotherme car il dépend de l’emplacement (distance/opérateurs), de la puissance (débit de soufflage) de la hauteur de l’aérotherme. Après montage de l’appareil on doit procéder au réglage des ailettes pour faire travailler l’aérotherme efficacement comme dans le cas 3.

b. PROBLEMES LIES AU FONCTIONNEMENT DES AEROTHERMES.

• L’ENCRASSEMENT Ces problèmes de disfonctionnement sont majoritairement liés à la maintenance, ils concernent le plus souvent les vieux appareils qui ont fonctionné un certain nombre d’années. En effet il n’existe pas de plan de maintenance systématique sur les appareils, ainsi la poussière s’accumule au fil du temps sur les pales du ventilateur et sur la batterie de chauffe qui constitue la surface d’échange entre le fluide caloporteur et l’air. Cet encrassement entraîne un mauvais échange thermique et réduit ainsi la puissance utile de l’appareil. Le rendement chute considérablement, certains appareils soufflent de l’air presque à la même température que l’ambiance.

• LA TEMPERATURE DE SORTIE AEROTHERME : L’encrassement entraîne un mauvais échange thermique, la température de sortie de l’aérotherme encrassé est donc inférieure à la température normale dans le cas d’un bon échange (pas d’encrassement). La diminution de la différence de température entre l’air entrant et sortant entraine une diminution de la puissance utile.

• DEBIT D’AIR PULSE : L’encrassement cause une diminution de la section de passage de l’air, le débit d’air est ainsi réduit. Cette réduction du débit d’air de même que la différence de température

entraine une chute de puissance de l’aérotherme voir formule ci-dessous.

Encrassement surface d’échange rendement



4. RESEAU DU BATIMENT Le chauffage du bâtiment est composé de trois réseaux principaux (situés le long des rangées A, C et E). La distribution est réalisée par des boucles de Tichelmann pour chaque réseau. Cette distribution permet d’auto-équilibrer le réseau. Les trajets hydrauliques pour chaque corps de chauffe sont identiques. Remarque : Les réseaux du bâtiment ont subi quelques modifications avec des ajouts ou des déplacements d’appareils par de petites ramifications sur les réseaux principaux. Les appareils ajoutés suivent le même bouclage que le réseau initial mais ils modifient les débits entrants dans les appareils en aval. D’après les informations que j’ai reçues, aucun réglage de débit n’est réalisé sur les réseaux après ajout d’appareils. Cette situation entraîne une mauvaise répartition du débit et un mauvais fonctionnement des aérothermes.

a. ÉTAT INITIAL DU RESEAU EN 1970 Le chauffage se décompose de la façon suivante :

� Trois réseaux principaux A, C et E. � D’un réseau ramifié D � D’un rideau de porte � D’un appareil recycleur.

Il faut noter qu’à cette date il n’existait pas encore l’extension DB2. Caractéristiques des réseaux : Réseau A Anciennes unités Unités actuelles

Soit

42 appareils Réseau B Anciennes unités Unités actuelles

Soit

35 appareils Réseau C Anciennes unités Unités actuelles



Soit

50 appareils Ramification D Anciennes unités Unités actuelles

Soit

Rideau de porte Anciennes Unités Unités actuelles

Soit

Appareils recycleurs

Soit

L’ensemble de ces réseaux constitue la puissance totale disponible théorique dans le bâtiment. Le dimensionnement d’origine s’est fait avec des marges très importantes. Mais les hypothèses de calculs de l’époque ont changé. C’est le cas pour la température extérieure de référence qui est de -7°C pour la région mais qui pour RENAULT est ramenée à -5°C. REMARQUE

A l’époque du dimensionnement des installations, les débits d’eau chaude nécessaires aux appareils étaient obtenus en admettant une chute de température de 40°C (120°C aller, 80°C retour). Aujourd’hui le vieillissement des appareils de chauffage a fait que leur rendement a beaucoup chuté. Avec l’encrassement on a moins d’échanges sur la batterie d’où une faible puissance utile.

Dans le cas d’un mauvais échange la différence entre l’air entrant et sortant dans la batterie est faible.



Figure 17 Schéma simplifié Batterie de chauffe



b. RAMIFICATION SUR LE RESEAU Depuis la conception des principaux réseaux du bâtiment, plusieurs ramifications ont été rajoutées. Ces ramifications sont mises en place lorsque le process se déplace dans le bâtiment, lorsque des aérothermes sont rajoutés ou lors de l’ouverture d’une nouvelle porte entraînant la mise en place de rideau d’air. L’ajout de ramification sur les réseaux n’est pas toujours correctement réalisé dans certains endroits, on note plusieurs aérothermes branchés sur le même tirage du réseau. Cette situation entraîne des réductions des débits entrant dans les appareils de chauffage et fait baisser les puissances des aérothermes. Exemple de problème sur le réseau

Qa Qa Qa

Qa

Figure 18: configuration initiale équilibrée

Eau chaude ALLER

Eau chaude RETOUR

Figure 19: configuration actuelle déséquilibrée

Eau chaude ALLER

Eau chaude RETOUR 6 5

Qa Qa Qr

Qr -Q’a Qr -2Q’a Q’

4

1 2 3

Q1 Q1-Qa Q1-2Qa Q1-3Qa

Q1-3Qa-Qr

4

1 2 3

Aérotherme

Qr

Q1 Q1-Qa Q1-2Qa Q1-3Qa

Q1-3Qa-Qr

Q’a



Dans ces deux configurations, on a le réseau initial et le réseau actuel, le réseau actuel est caractérisé par le rajout d’un certain nombre d’appareils qui n’existaient pas lors de la conception et l’équilibrage du réseau de départ. Le rajout d’aérothermes sur le réseau modifie les débits d’alimentation des appareils raccordés sur la même ramification. Cette situation est observée à plusieurs endroits du réseau. Dans la configuration initiale les débits respectifs des appareils sont : Q1 : débit d’alimentation du réseau. Qa : débit d’alimentation d’aérotherme. Qr : débit d’alimentation du rideau d’air chaud. Le rajout d’appareils de chauffage sur le réseau comme dans l’exemple modifie le débit du rideau d’air chaud de la porte. Le débit Qr réglé au départ devient insuffisant pour faire fonctionner de manière optimale le rideau. Les aérothermes ajoutés sont alimentés avec un débit Q’a inférieur à Qa entraînant une réduction de la puissance thermique.

IV. ÉTUDE THERMIQUE DU BATIMENT ZONE PAR ZONE Les dimensions du bâtiment (L*l*h 560m * 80 m * 8 m) donnent un grand volume chauffé. Le chauffage par zone utilisé dans les grands bâtiments se justifie facilement. Le découpage par zone de chauffage n’est pas fait de manière uniforme, les différentes zones sont distinctes en surface, exposition au vent, nombres d’appareils, occupation et présence ou non d’ouvrants.

Figure 20: plan de zone du bâtiment

Comme dit plus haut dans ce rapport, les zones sont pilotées séparément à partir de la GTC on peut envoyer des températures de consignes différentes par zone. Une sonde de température ambiante Pt100, 4-20 mA placée dans chaque zone fait le relevé de la température ambiante. La mesure relevée permet d’asservir le fonctionnement des aérothermes à partir de l’armoire électrique de la zone.



Figure 21: affichage GTC du découpage par zone poteau 0 à 47

Figure 22: Affichage GTC du découpage par zone poteau 47 à 63

L’étude de l’efficacité du chauffage, de la fiabilité des sondes de température et de la localisation des zones mal chauffées nécessite de faire des mesures sur le terrain. Ces mesures ont été effectuées en prenant en compte les divers paramètres qui influencent directement la valeur de la température mesurée (température extérieure, température de consigne envoyée). Les températures « aller » et « retour » d’eau chaude dans le réseau sont tabulées en fonction de la température extérieure sous abris. Principaux objectifs de l’étude thermique :

� Localiser les zones de grandes déperditions. � Déterminer les écarts entre températures de consigne et températures réelles

mesurées. � Localiser les points froids. � Déterminer les points de température d’équilibre par zones. � Vérifier le bon fonctionnement des capteurs de température ambiante (relevé des

écarts).



� Trouver les emplacements optimaux des sondes de températures.

1. LA DEMARCHE Afin d’atteindre les objectifs fixés ci-dessus dans cette campagne de mesures j’ai réfléchi sur la démarche à mettre en place et opté pour la suivante.

Figure 23: protocole de mise

a. MAILLAGE PAR ZONE L’étendue des zones de chauffage impose de définir différents points de mesures, ces différents points sont ainsi obtenus par un maillage de toutes les zones du bâtiment. On n’a pas le même nombre de points de mesures dans toutes les zones car le maillage est régulier et les surfaces des zones sont différentes.



Figure 24: exemple de la zone 3

b. MESURE POINT PAR POINT Dans une zone on peut avoir différents niveaux de températures, on peut avoir dans certains endroits des températures localement supérieures aux consignes de chauffage (déperditions limitées, proximité d’aérothermes….) et dans d’autres des températures très faibles (proximité d’ouvrants, courant d’air froid….). On fera donc un relevé point par point de la température de zone.

c. TEMPERATURE MOYENNE On choisira de prendre arbitrairement la température de la zone comme étant la moyenne arithmétique des températures locales des points de la zone. Les mesures des sondes de températures ambiantes sont affichées sur la GTC, le calcul de la température moyenne de la zone permettra ensuite de comparer la valeur mesurée et celle calculée.

d. ÉCART ENTRE TEMPERATURES REELLES ET LA TEMPERATURE DE CONSIGNE

Les consignes envoyées varient en fonction des zones et de la température extérieure. L’envoi d’une température de consigne dans une zone se traduit par une température d’aller-retour d’eau chaude et d’un débit. La consigne étant la même sur touts les points d’une zone, le calcul des écarts permet de voir sur une zone les endroits mal chauffés ou bien chauffés. Pour cela on se fixe des intervalles définissant le chauffage en fonction de la valeur de l’écart. Le calcul des écarts sert à faire la cartographie en utilisant le code de couleur suivant, la cartographie permettra ensuite de connaître les zones d’intervention prioritaires.

NB : Pour faire appaitre les écarts inférieurs, le signe négatif est laissé volontairement apparaître sur la valeur des écarts.



e. ÉCARTS ENTRE TEMPERATURES REELLES ET GTC (VALEUR MESUREE PAR LES SONDES).

Les sondes de températures ambiantes envoient leur mesure sur la GTC ; ainsi on peut contrôler les températures dans chaque zone. Cependant, on n’est pas sûr que les valeurs affichées soient exactes. Les sondes sont normalement placées à une hauteur de 1,5m du sol dans un endroit calme de la zone, mais avec le déplacement du process et l’évolution du bâtiment certaines sondes peuvent se retrouver sous courant d’air, ou au-dessus d’un appareil dégageant de la chaleur. Parfois, les sondes peuvent avoir des problèmes d’étalonnage qui se traduisent par un décalage de la mesure ce qui nécessite une correction sur l’affiche GTC (+ ou – quelques dixième de degrés voire quelques degrés). Le calcul de ces écarts permet donc d’identifier les sondes qui nécessitent une intervention qui peut être un replacement ou un réétalonnage. Il faut noter qu’au niveau de la centrale « d’où partent les consignes de chauffage », on se fie à la température affichée sur la GTC, il arrive donc que les operateurs sur la chaine se plaignent du froid alors qu’on a 20°C affiché sur les écrans de la GTC. Pour atteindre les températures de consignes, on augmente les températures d’aller d’eau chaude de chauffage. Ainsi, les fausses mesures des sondes de températures peuvent entraîner des surconsommations énergétiques car la température réelle d’une zone peut être égale ou même supérieure à la consigne alors que la sonde affiche une valeur inférieure.

f. CARTOGRAPHIE THERMIQUE C’est une carte découlant des résultats de mesures et de calculs des différents écarts. Les résultats sont en effet visualisés sur le plan du bâtiment avec un code de couleur. Cette cartographie est très intéressante car elle permet de voir les endroits prioritaires, les causes probables d’un mauvais chauffage (position par rapport les ouverts des bâtiments). Deux cartographies sont établies :

� Répartition de la température par rapport à la température de consigne.

La première montre la répartition de la température par rapport à la température de consigne d’une zone. Avec la dispersion de l’emplacement de certains aérothermes et les réglages de volets on peut avoir des points chauds et des points froids dans une même zone. Elle permet aussi de voir sur la chaîne les endroits où on note un mauvais chauffage. L’ensemble du bâtiment peut être capacitaire en chauffage, alors que certaines zones sont défavorisées à cause de grandes déperditions ou d’un nombre insuffisant d’appareils de la zone.

� Répartition de la température par rapport à la température moyenne de la zone

Cette cartographie donne les informations nécessaires sur la température de zone. Avec le calcul de la température moyenne d’une zone de chauffage on calcule les différents écarts



avec les températures des points de la même zone. La cartographie est ensuite réalisée avec les écarts et un code de couleur.

2. MESURES ET EXPLOITATION DES RESULTATS. Les résultats de mesures sont présentés sous formes de tableaux.

a. TABLEAU : ZONE 1, ZONE 2, ZONE 3 T amb extPT mesure Heure ZONE 1 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 2 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 3 Ecart % Ec/cons

1 09h18 17,7 0,0% 10,6% 09h03 17,2 2,1% 7,5% 09h38 18,2 -0,1% 13,8%2 09h19 18 1,6% 12,5% 09h04 17,2 2,1% 7,5% 09h39 18,3 0,5% 14,4%3 09h20 18,5 4,5% 15,6% 09h40 17,5 3,9% 9,4% 09h40 18,5 1,6% 15,6%4 09h21 18,5 4,5% 15,6% 09h05 17,6 4,5% 10,0% 09h41 18,4 1,0% 15,0%5 09h24 16,9 -4,6% 5,6% 09h12 16,8 -0,3% 5,0% 09h42 18,3 0,5% 14,4%6 09h25 17,7 0,0% 10,6% 09h10 17 0,9% 6,3% 09h54 18,1 -0,6% 13,1%7 09h25 17,9 1,1% 11,9% 09h07 17,6 4,5% 10,0% 09h53 17,9 -1,7% 11,9%8 09h26 17,9 1,1% 11,9% 09h08 17,5 3,9% 9,4% 09h45 18 -1,2% 12,5%9 09h34 17 -4,0% 6,3% 09h14 15 -11,0% -6,3% 09h46 18,1 -0,6% 13,1%

10 09h32 17,4 -1,7% 8,7% 09h15 15,3 -9,2% -4,4% 09h48 18,1 -0,6% 13,1%11 09h28 17,6 -0,6% 10,0% 09h16 16,3 -3,3% 1,9% 09h48 18,1 -0,6% 13,1%12 09h36 17,4 -1,7% 8,7% 09h17 17,2 2,1% 7,5% 09h50 18,3 0,5% 14,4%13 09h51 18,5 1,6% 15,6%14 09h52 18,2 -0,1% 13,8%15

10,68%8,93%

13,84%6,39%5,3%

18,220,016,0

Moy zoneMesure GTCconsigneEcart: réelle/GTCEcart: réelle/consigne

16,918,016,0

17,718,016,01,6%

9,6°C 9°C 9,4°C

Figure 25: TABLEAU : ZONE 1, ZONE 2, ZONE 3

• ZONE 1 Les résultats de cette zone sont satisfaisants : l’écart entre la température moyenne de la zone (17,7°C) et la température relevée par la sonde de la GTC (18°C) est de 1,6%. On considère que la sonde de température fonctionne normalement. La colonne Ecart% donne l’écart entre la température du point de mesure et la température moyenne de la zone. La colonne donnant l’écart avec la température de consigne montre que tous les points de la zone sont bien chauffés, la consigne est dépassée sur tous les points. La température moyenne de la zone dépasse la consigne avec un écart de 10,68%.

• ZONE 2 La zone 2 présente un problème de chauffage localement sur quelques points : c’est le cas pour le point 9 (cf. le plan de maillage des zones) considéré comme un point critique car l’écart est inférieure à -10%. Sur cette zone, on a un quai de déchargement de sièges, l’étanchéité sur ce quai est mal assurée et ce problème est à l’origine d’importantes déperditions par entrée d’air. L’écart entre la température réelle de la zone et la GTC est supérieur à 5% (écart maxi toléré), la mesure de la sonde de température est considérée mauvaise, la sonde doit ainsi être ré-étalonnée. L’écart réelle/consigne est positif et égale à 5.3%, la zone est globalement capacitaire.



• ZONE 3 L’état du chauffage sur cette zone est correct, on dépasse la consigne de chauffage sur tous les points de la zone. Cette zone est très dense, les entrées d’air sont faibles, les températures des différents points donnent des écarts supérieurs à 10% par rapport à la consigne. La sonde présente un défaut d’étalonnage, l’écart de sa mesure par rapport à la température réelle est de 8,93% (20°C au lieu de 18,2°C).

b. TABLEAU : ZONE 4, ZONE 5, ZONE 6 T amb extPT mesure Heure ZONE 4 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 5 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 6 Ecart %

1 11h30 18,8 2,4% 17,5% 9h02 18,7 0,8% -25,2% 8h51 20,8 -2,7% -16,8%2 11h31 18,7 1,8% 16,9% 9h04 18,6 0,3% -25,6% 8h52 20,9 -2,3% -16,4%3 11h32 18,7 1,8% 16,9% 9h05 19 2,5% -24,0% 8h53 21,2 -0,9% -15,2%4 11h34 18,8 2,4% 17,5% 9h10 17,6 -5,1% -29,6% 8h55 21,1 -1,3% -15,6%5 11h34 18,5 0,8% 15,6% 9h11 17,9 -3,47% -28,4% 8h57 21,8 1,9% -12,8%6 11h35 18,5 0,8% 15,6% 9h14 18,4 -0,77% -26,4% 8h59 21,7 1,5% -13,2%7 11h00 17,7 -3,60% 10,6% 9h15 19,6 5,70% -21,6% 9h00 22,2 3,8% -11,2%8 11h01 18 -1,97% 12,5%9 11h02 18,3 -0,34% 14,4%

10 11h03 18,7 1,8% 16,9%11 11h04 18,9 2,9% 18,1%12 11h04 18,4 0,2% 15,0%13 11h05 18,4 0,2% 15,0%14 11h06 18,4 0,2% 15,0%15 10h56 18 -1,97% 12,5%16 10h55 18,2 -0,88% 13,8%17 10h54 18,3 -0,34% 14,4%18 10h54 18,5 0,8% 15,6%19 10h53 17,8 -3,06% 11,3%20 10h51 17,8 -3,06% 11,3%21 10h47 18,2 -0,88% 13,8%

Ecart: réelle/GTC

8,5°C

Ecart: réelle/consigne

10,9°C

ConsigneMesure GTC

Moy zone

2,01%14,8%

18,5422,0025,00

-15,7%-25,8%

18,3618,00

8,6°C

16,00

-14,5%

21,3921,5025,00

-0,53%


• ZONE 4 La zone 4, de même que la zone 3, ne présente pas de problèmes, on a un bon chauffage et une bonne répartition de la chaleur sur la zone. L’écart entre la température réelle et la consigne de chauffage de chauffage montre que la zone est capacitaire et les déperditions sont faibles comparé aux autres zones. La sonde affiche une valeur correcte, sa valeur est presque identique à la température moyenne de la zone. L’écart entre la consigne et la température de la zone est important, l’air chaud est aspiré en continu lors du démarrage de la chaine. La température réelle est décalée de -15% par rapport à la mesure de la sonde.

• ZONE 5 C’est zone n’est pas très grande comparée aux autres zones mais elle présente des difficultés de chauffage. Dans le tableau, on remarque que pour une température extérieure de 8,6°C on a une consigne de chauffage de 25°C et malgré cette consigne la température moyenne de la zone est de 22°C il faut noter que le nombre d’aérothermes sur cette zone n’est pas très important et qu’on a beaucoup d’extraction d’air et de renouvellement d’air.



Le volume d’air extrait est supérieur à celui introduit (introduction par soufflage d’air chaud à 20°C par CTA). Cette situation crée une dépression dans le bâtiment et favorise des entrées par les ouvrants et la toiture (vitrage ouvrants sur la toiture). Ce problème est présent au niveau de la TCM1 et DB2 et ce déséquilibre aéraulique crée un courant d’air sur l’ensemble du bâtiment l’ensemble du bâtiment.

Figure 27: process de renouvellement d'air dans le bâtiment DB2 « image GTC »

Le démarrage des voitures en DB2 (sortie de chaine de montage) entraîne des dégagements de CO2 et d’autres polluants, le renouvellement d’air dans cette partie du bâtiment est assuré par plusieurs introducteurs qui soufflent de l’air chaud donc par de déperditions. Le taux de renouvellement est de 3 vol/h théorique mais ce taux est difficilement respecté.

1 Tombée de chaine mécanique

Figure 28: infiltrations du bâtiment et sens des courants d'air

Quai Vents

< Bâtiment D

Bâtiment C

C-D

Q Soufflage

Extraction



DateT amb extPT mesure Heure ZONE 7 Ecart % Ec/cons

1 9h27 20,1 -9,0% -19,6%234 9h30 22 -0,40% -12,0%5 9h31 22,2 0,5% -11,2%6 9h40 21,9 -0,86% -12,4%7 9h41 21,5 -2,67% -14,0%8 9h42 23,2 5,03% -7,2%9 9h 22,5 1,9% -10,0%

1011 9h45 22,6 2,3% -9,6%12 9h46 22,8 3,2% -8,8%

Ecart: réelle/GTC-11,64%

24,0025,00

22,09

-7,96%

28/02/20088,5°C

Moy zoneMesure GTC

Consigne


Des mesures réalisées sur les appareils donnent les résultats suivants. Les valeurs sont exprimées en vol/heure

Théorique réel Théorique Réel32 400 60 000 0 100 000 020 160 120 000 0 130 000 044 390 240 000 80 336 250 000 88 7956 720 60 000 044 780 90 000 23 860 80 000 67 90027 600 49 061 0 40 000 25 0009150 10 909 0 15 000 13 000

11000 80 000 0 36 000 0

43 000 72 000 45 300 72 000 27 000

43 200 36 000 13 600 35 000 27 200

TOTAL 282 400 817 970 163 096 758 000 248 895

Soufflage ExtractionBesoin

Figure 29: relevé des débits de renouvellement d'air

Ces mesures sont prises comme exemple car elles révèlent l’état des installations le jour des mesures, dans tout les cas l’extraction est supérieure à l’introduction dans le bâtiment.

• ZONE 6 La zone 6 présente les mêmes problèmes que la zone 5 avec l’effet de l’extraction sur la température. Les mesures montrent les difficultés de chauffage sur la zone. La sonde de température ambiante de la zone est correcte.

c. TABLEAU : ZONE 7 Comme les zones précédentes cette zone subit l’effet du déséquilibre du bâtiment. On note de grands écarts entre la température de consigne et celle des points de la zone. Les mesures sur les points 2, 3, et 10 ne sont pas réalisées à cause de l’inaccessibilité. Cette zone comporte deux portes pour la sortie des voitures vers le circuit de roulage, à chaque ouverture de portes un grand volume d’air frais rentre dans la zone créant d’importantes chutes de température. La sonde mesure des valeurs différentes de celles réelles de la zone.

Figure 30: TABLEAU : ZONE 7



d. TABLEAU : ZONE 10, ZONE 11, ZONE 12 Il n’existe pas de zones 8 et 9 dans le bâtimentT amb extPT mesure Heure ZONE 10 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 11 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 12 Ecart % Ec/cons

1 8h42 18,9 -2,9% -24,4% 9h18 18,7 -2,2% -25,2% 9h47 21 1,0% -16,0%2 8h43 19 -2,4% -24,0% 9h19 18,9 -1,1% -24,4% 9h48 21,6 3,9% -13,6%3 8h45 19,6 0,7% -21,6% 9h20 19,4 1,5% -22,4% 9h50 20,9 0,6% -16,4%4 8h47 19 -2,4% -24,0% 9h21 20,6 7,8% -17,6% 9h52 20,6 -0,9% -17,6%5 8h48 19,5 0,2% -22,0% 9h22 18,4 -3,7% -26,4% 9h53 20,6 -0,9% -17,6%6 8h49 20,8 6,8% -16,8% 9h23 18,7 -2,2% -25,2% 9h54 20 -3,8% -20,0%7 9h24 19 -0,6% -24,0%8 9h25 19,2 0,5% -23,2%

Ecart: réelle/GTC 0,9%-16,9%

25,00-5,0%

8,6°C 8,8°C

Moy zone

8,4

Mesure GTCConsigne


20,820,625,025,0

-6,8%-23,6%-22,1%

19,4720,50

19,120,5


• ZONE 10 On a une bonne répartition de la température dans la zone, les écarts de températures des différents points sont inférieurs à 10%. Cette zone ne comporte pas beaucoup d’aérothermes, la consigne de chauffage n’est pas atteinte et les écarts avec la température de consigne sont inférieurs de 20% sur presque tous les points de la zone.

• ZONE 11 Cette zone présente les mêmes problèmes que la zone 10, les températures de consigne de chauffage ne sont pas atteintes. Le nombre d’aérothermes n’est pas important dans la zone. Ces deux zones 10 et 11 présentent la particularité d’être moins denses que les autres zones. Les aérothermes sont éloignés les uns des autres ce qui explique les valeurs des écarts entre la température moyenne et celle des points de mesure.

• ZONE 12 Cette zone se trouve au bout du bâtiment, c’est une zone de grande de déperdition par entrée d’air. Les seuls aérothermes dans cette zone sont ceux de la ceinture du bâtiment. Le chauffage est réalisé par CTA, comme les autres zones du DB2 la consigne de chauffage n’est pas atteinte. La sonde affiche la bonne température sur la GTC, l’écart est de seulement 0,9% donc acceptable.



e. TABLEAU : ZONE 15, ZONE 18, ZONE 19 La zone 13 n’était pas accessible lors de la campagne de mesure, elle était en travaux et les appareils de chauffage étaient hors service. Les zones 15,16 et 17 appartiennent aux deux bâtiments D et C, la cartographie sera limitée au bâtiment D. T amb extPT mesure Heure ZONE 15 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 18 Ecart % Ec/cons Heure ZONE 19 Ecart % Ec/cons

1 10h22 18 3,9% 12,50% 9h57 17,5 3,6% 9,4%2 12h10 21,5 -1,0% -10,4% 10h24 17,8 2,8% 11,25% 9h59 17,4 3,0% 8,7%3 12h11 21,3 -1,9% -11,3% 10h25 17,7 2,2% 10,63% 10h00 17,2 1,8% 7,5%4 10h25 17,3 -0,1% 8,1% 10h01 17,3 2,4% 8,1%5 12h12 21,6 -0,5% -10,0% 10h26 15,8 -8,8% -1,3% 10h02 16,9 0,0% 5,6%6 12h13 21,8 0,4% -9,2% 10h31 17,7 2,2% 10,63% 10h03 17,2 1,8% 7,5%7 10h32 17,5 1,0% 9,4% 10h04 17,1 1,2% 6,9%8 12h15 21,8 0,4% -9,2% 10h33 17,4 0,5% 8,7% 10h06 16,5 -2,4% 3,1%9 12h16 21,8 0,4% -9,2% 10h35 16,5 -4,7% 3,1% 10h05 15,5 -8,3% -3,13%

10 12h17 22,2 2,2% -7,5% 10h03 13 -23,1% -18,8%11 10h43 17,8 2,8% 11,3% 10h09 17,7 4,7% 10,6%12 10h40 17,6 1,6% 10,0% 10h11 18 6,5% 12,5%13 10h38 17,5 1,0% 9,4% 10h13 17,3 2,4% 8,1%14 10h37 16,9 -2,4% 5,6% 10h17 16,5 -2,4% 3,1%15 10h36 17 -1,9% 6,3% 10h18 15,6 -7,7% -2,5%

10h19 15,8 -6,5% -1,3%

Ecart: réelle/GTC

16,9019,0016,00

-11,1%5,6%

12°C

17,3217,0016,001,9%8,3%

12°C


Moy zoneMesure GTC 21

243,40%

12,5°C

21,71

Consigne

-9,5% Figure 32: TABLEAU : ZONE 15, ZONE 18, ZONE 19

• ZONE 15 La zone est globalement mal chauffée, elle comporte des ouvrants non étanches la température de la zone chute considérable à chaque ouverture de porte. On note un bon nombre d’aérothermes dans la zone. L’orientation de quelques appareils de la zone est à revoir. La sonde de température est en bon état, l’écart est de 3,4% <5%.

• ZONE 18 C’est une zone avec une grande densité d’opérateurs qui sont concentrés sur la travée DA2 autour du process. On atteint facilement les consignes de chauffage, il faut remarquer qu’on a un certain nombre d’aérothermes dans la zone. L’écart entre la température réelle et la consigne montre que la zone est capacitaire. Sur seul des points de la zone on note un écart inférieur avec la température de consigne. La sonde ne nécessite pas de réétalonnage sa mesure est considérée exacte.

• ZONE 19 Comme la zone 18, la zone 19 est très grande, elle comporte un lieu de stockage et un lieu de montage. Une porte NERGECO assure l’accès des engins de manutention, l’ouverture de la porte entraine un grand courant d’air, en période de froid la température chute instantanément à chaque ouverture. Le courant d’air provoqué au niveau de cette porte circule tout le long bâtiment. Les points en amont de la porte ont des températures correctes par rapport à la consigne. Touts les points de la zone ont des températures qui dépassent la consigne sauf ceux qui se trouvent sur le chemin de courant d’air froid comme le point 10.



La température sur ce point est de 13°C pendant que la température moyenne de la zone est de 16.9°C. L’entrée d’air frais doit être supprimée à cet endroit pour éviter les chutes de température provoquées sur l’ensemble du bâtiment. La sonde de température de la zone doit être réétalonné car on note un grand écart entre sa mesure et la température réelle.

3. CARTOGRAPHIE THERMIQUE

Deux cartographies thermiques sont réalisées, la première est réalisée par rapport à la température de consigne de chauffage de la zone et la deuxième par rapport à la température moyenne de la zone. Chacune de ces deux cartographies donne plusieurs informations sur l’état général du chauffage du bâtiment.

a. LA CARTOGRAPHIE PAR RAPPORT A LA TEMPERATURE DE CONSIGNE

Les résultats tirés de cette cartographie sont très intéressants, en effet ils permettent de voir tout de suite les points froids du bâtiment et aussi les endroits chauffés ou même surchauffés. Les zones prioritaires où une intervention doit être faite, sont les points froids couverts par le process (rectangle rouge sur le plan). On voit que la partie centrale du bâtiment est bien chauffée, les travées DA2 et DA3 ne présentent pas de problèmes de chauffage. Cela est du par un nombre important d’aérothermes dans la partie centrale du bâtiment. Les endroits mal chauffés sont pour la plupart situés sur le process donc dans les endroits occupés. On note dans les zones 1 et 19 des problèmes qui affectent tout le bâtiment, ces problèmes sont liés aux infiltrations d’air. En effet, dans la zone 1, le quai de déchargement n’est pas étanche ainsi lors du déchargement de camion, on a en continu de l’air frais qui rentre dans le bâtiment et fait chuté la température sur une bonne longueur de la travée. On a le même problème dans la zone 19, les aérothermes installés pour faire un rideau d’air ne fournissent pas la puissance nécessaire, ainsi à chaque ouverture de la porte un grand volume d’air rentre dans le bâtiment. En DB2 on a beaucoup de surfaces mal chauffées, l’extraction d’air contribue beaucoup à la baisse de température dans cet endroit du bâtiment, un rééquilibrage aéraulique s’impose pour résoudre ce problème.





b. CARTOGRAPHIE PAR RAPPORT A LA TEMPERATURE MOYENNE DE CHAQUE ZONE.

Cette cartographie donne la distribution de la chaleur dans les zones. Selon l’orientation des appareils de chauffage, on a des parties qui sont mieux chauffées que d’autres au niveau des zones. Une zone de chauffage peut être capacitaire sans que toute la zone soit bien chauffée. La localisation de la chaleur est souvent due à un mauvais brassage de l’air car dans une installation de chauffage par air pulsé, on doit assurer un bon taux de brassage. La sonde de température doit avoir une position dans la zone qui lui permet de donner la température la plus proche de la « température d’équilibre » de la zone. La difficulté de trouver ce point de température d’équilibre nous amène à prendre le point qui donne la température la plus proche de la température moyenne. La sonde doit être placée au point qui donne le plus petit écart par rapport à la température moyenne de la zone. L’emplacement optimal est déterminé et matérialisé par un point vert dans les différentes zones de la cartographie.


Projet de Fin d’études Bara GUISSE GM5 Option Énergétique Industrielle 2008 37



V. INFILTRATION D’AIR FRAIS DANS LE BATIMENT PAR LES OUVRANTS.

On a relevé dans le bâtiment un grand problème lié aux entrées d’air frais. Ces entrées d’air sont à l’origine d’importantes chutes de températures, car le volume d’air consomme de l’énergie pour monter à la température d’équilibre qui sera plus basse que la température du bâtiment avent l’introduction de cet air frais. Le renouvellement d’air dans le bâtiment s’effectue avec un taux de brassage théorique de 3 vol/h, avec un déséquilibre noté sur les débits extraits et introduit dans le bâtiment (voir tableau relevé des débits de renouvellement d’air). Cette situation de déséquilibre favorise l’introduction d’air frais, car le volume restant (différence entre volume extrait-introduit) va s’introduire naturellement par les ouvertures du bâtiment. Dans ce type de bâtiment avec une mauvaise étanchéité, le bilan aéraulique de renouvellement d’air doit être équilibré. Ce déséquilibre est à l’origine du courant à l’intérieur sur presque tout le long du bâtiment jusqu’au DB2. Le bâtiment doit être mis en léger surpression pour minimiser les infiltrations d’air.

Lors du déchargement des camions on constate des entrées de grands volumes d’air dans le bâtiment. En effet lors du déchargement des camions qui a lieu au niveau des gares routières (endroits reliés au bâtiment et dédiés au stationnement des camions pour le déchargement), les engins transitent entre le bâtiment et la gare.

Quai Vents

< Bâtiment D

Bâtiment C

C-D

Q Soufflage

Extraction

Figure 33: Plan des entrées d’air et sens des courants d'air dans le bâtiment

RUE 8



A chaque ouverture de porte un grand volume d’air est aspiré dans le bâtiment cette aspiration d’air frais est facilitée par la différence de pression qui existe entre l’intérieur et l’extérieur du bâtiment.

a. QUAI DE DECHARGEMENT. Le quai de déchargement de sièges est situé à l’entrée du bâtiment entre les poteaux A3a et B3a. L’étanchéité peut être assurée par un sas étanche avec bourrelets en caoutchouc pour des flottes standardisées de véhicules. Ce modèle Crawford Hafa assure l’étanchéité avec des bourrelets en mousse ; il est conçu pour des applications où les véhicules ont des dimensions identiques. Il s’agit d’une solution peu coûteuse, qui répond à la plupart des demandes des clients puisque le bourrelet en mousse réduit légèrement la largeur de l’ouverture disponible. Le bourrelet supérieur sera adapté à la hauteur des véhicules.

Figure 34: quai de déchargement sièges Figure 35: sas avec bourrelets en caoutchouc Données catalogue Crawford

Conception simple mais efficace Le bourrelet en mousse est revêtu d’une toile PVC résistante d’une épaisseur de 3,5 mm, avec double trame pour une grande résistance à l’usure. Options utiles - Toile supérieure pour un ajustement de la hauteur - Renforcement supplémentaire des parties latérales Caractéristiques techniques Hauteur nominale 2800, 2900 mm Largeur nominale 2800, 3000 mm Largeur des bourrelets 300 mm Profondeur des bourrelets 300 mm



Sas de quai gonflable

Un système de sas gonflable est installé dans un des bâtiments de l’usine (bâtiment L), mais ce système nécessite beaucoup de maintenance. Il est surtout utilisé dans le domaine de l’agroalimentaire où la chaine du froid doit être rigoureusement respectée.

Figure 36: sas gonflable bâtiment L Figure 37: problème d'étanchéité

b. GARE ROUTIERE Au niveau de la jonction des bâtiments C et D sur la rue 8 (voir plan plus haut), on a une configuration qui favorise l’introduction d’air dans le bâtiment. En effet le vent pris entre les deux bâtiments s’échappe en remontant le bâtiment par la hauteur et en s’introduisant dans le bâtiment lors des ouvertures de portes. Lors du déchargement des camions les caristes circule entre la gare et le bâtiment par deux portes automatisées NERGECO. Mais cette automatisation ralentit le déchargement et fait perdre beaucoup de temps aux opérateurs. Pour résoudre ce problème, les caristes bloquent le fonctionnement automatique des deux portes NERGECO. L’air frais s’introduit ainsi dans le bâtiment durant tout le déchargement. La dépression crée par l’extraction en DB2, fait circuler l’air frais sur tout le long du bâtiment. Cette situation rend le chauffage difficile à réaliser car une grande partie de la chaleur fournie par les appareils de chauffage sert à réchauffer l’air entrant.



• SOLUTION POUR LA GARE ROUTIERE ENTRE C ET D RUE 8 : L’installation des doubles rideaux sur les deux portes NERGECO avait pour but d’empêcher l’introduction d’air dans le bâtiment, mais cette solution a généré d’autres problèmes sur le temps de cycle du déchargement des camions qui est devenu plus long. Pour résoudre définitivement ce problème on peut envisager la fermeture de la gare routière une fois le camion en place et durant tout le déchargement. Cette solution sera réalisée avec deux portes centrales en toiles épaisses coulissantes transversalement. Avant

Après

Figure 40: quai abrité Figure 41: déchargement

Figure 38 : gare routière déchargement de pneus Figure 39: ouverture simultanée des rideaux



• GARE ROUTIERE PORTE 8-630 « TOUJOURS SUR LA RUE 8 » Des rideaux plastiques sont installés sur l’accès de cette gare pour stopper l’entrée d’air dans le bâtiment mais cette solution n’est pas efficace car les rideaux ne couvrent pas toute la surface de la porte. En effet, comme le montre la photo, les rideaux sont sectionnés pour laisser le passage des camions dans la gare. Les autres rideaux sont sections à la même hauteur pour ne pas gêner l’accès des opérateurs dans la gare. Solution Une solution pour cette gare est d’installer une porte Megadoor à ouverture verticale. Cette grande porte automatisée est suffisamment grande pour permettre l’accès des camions dans la gare. Une petite porte installée à coté serait réservé aux piétons.

Figure 42: Gare routière « porte 8-630 » Figure 43: solution avec porte Megadoor



Figure 44: Megadoor Crawford

Megadoor Crawford Porte pliante à relevage verticale, vitesse ouverture entre 0.1 et 0.6m/s Résistant au vent et aux intempéries

VI. ESTIMATION DES BESOINS DE CHAUFFAGE DU BATIMENT

1. INTRODUCTION Le calcul des besoins de chauffage a pour objectif de prouver que la puissance installée pour le chauffage du bâtiment est suffisante. Ce calcul permettra de montrer que l’ensemble des aérothermes ne fonctionne pas normalement et aussi de montrer que le bâtiment est capacitaire en puissance de chauffage comme le pensent les agents de la centrale thermique de l’usine. Dans ce calcul on fera apparaître les densités de flux thermiques de toutes les parois du bâtiment afin d’avoir une idée sur les déperditions statiques de l’enveloppe du bâtiment. La rénovation de l’ensemble du bâtiment est très chère, mais on pourra envisager de faire l’isolation des parois les plus critiques.

2. CONSTRUCTION Le bâtiment est de construction ancienne (année de mise service 1952). Il est construit selon les normes de l’époque. Du point de vue thermique on est loin d’être en conformité avec la réglementation thermique en vigueur (la RT2005). Les informations sur les détails de construction du bâtiment ne sont pas disponibles ; toutes les dimensions sont mesurées sur les parties accessibles et des estimations sont faites sur les parties non accessibles du bâtiment. Dimension principales de l’enveloppe du bâtiment Longueur = 537m Largeur = 80m Hauteur = 8m



Figure 45: repérage des façades

537 m

80 m

Figure 46 : Enveloppe du bâtiment

Travée

Façade DB1 Façade DA4

Façade DB2

Façade DA1



Figure 47: Vue de face simplifiée du bâtiment

Toutes les façades du bâtiment comportent une partie vitrée, dont le but est d’apporter la lumière du jour et le rayonnement solaire dans le bâtiment. La toiture La toiture est constituée d’une dalle en béton en forme arquée et une pente vitrée. Cette forme constitue le motif de la toiture, elle est répétée à intervalle régulier entre chaque poteau.

80≈ m

h≈8m vitrage

Figure 49: aperçu simplifié vitrage de la paroi coté travée AD1

21 57 58 62 1 1a

3a 22

Figure 48 : vue du petit coté du bâtiment coté DB1



3. CALCUL DEPERDITIONS DU BATIMENT.

a. DEPERDITIONS PAR RENOUVELLEMENT D’AIR Le renouvellement mécanique de l’air du bâtiment se fait principalement dans la partie DB2 du bâtiment. L’air introduit est soufflé à environ 24°C en sortie de bouches de soufflage. Ainsi le renouvellement d’air dans le bâtiment ne crée pas de déperditions thermiques car la température de soufflage est supérieure à la température ambiante du bâtiment. Débit de fuite L’âge du bâtiment, la grandeur des surfaces non étanches, les ouvertures du bâtiment et les trous sur les vitrages entrainent de grandes infiltrations d’air dans le bâtiment. Il est très difficile d’estimer le débit d’infiltration d’air dans l’ensemble de l’enveloppe du bâtiment, on va donc l’estimer en se basant sur les critères Renault.

b. PUISSANCE DE RECHAUFFAGE DES INFILTRATIONS D’AIR En se basant sur le standard de dimensionnement des installations de chauffage par aérothermes de RENAULT, il faut considérer une infiltration d’air équivalent à 0.5 vol/h pour les bâtiments de petites et moyennes dimensions et 0.3 vol/h pour les bâtiments plus importants. Le volume du bâtiment est de 308800 m3

hmQV /92640308800*3.0 3

inf ==

hmQV /92640 3inf =

Puissance de réchauffage :

Figure 50: schéma toiture



)(* θ∆= Pmréchauff CQP

Vm QQ *ρ= 3/29.1 mkg=ρ

kgkJCp /004.1=

θ∆ =22°C

KWPréchauff 2.7333600

))5(17(*92640*004.1*29.1 =−−=

KWPréchauff 2.733=

c. DEPERDITIONS PAR L’ENVELOPPE DU BATIMENT. Les déperditions par l’enveloppe du bâtiment sont égales aux déperditions statiques, ils comprennent les pertes surfaciques (parois) et linéiques (ponts thermiques). Dans un souci de simplification des calculs ( au vu la complexité du bâtiment) les déperditions linéiques seront prises égales à 30% des déperditions surfaciques sur le vitrage et 20% sur les murs. Le calcul des déperditions surfaciques est fait façade par façade. Le nombre d’aérothermes par façade doit être de telle sorte que leur puissance cumulée compense les déperditions de la façade.

d. DENSITE DE FLUX THERMIQUE DE LA PAROI VITREE. Le simple vitrage a une épaisseur de 3 mm, les dimensions des cadres varient selon les façades. La densité de flux exprimée en Watt/mètre carré est la même sur toute les parois vitrées c’est pour cette raison que son calcul est fait en premier. Ainsi, sur les différentes parois, on obtient la puissance perdue en faisant le produit avec la surface du vitrage. Coefficient de transmission U du simple vitrage.



La densité de flux traversant la paroi est donnée par la formule :

th

ei

R

θθϕ −=

ϕ : exprimé en 2/ mW

thR : résistance thermique de la paroi en WKm /.2

Calcul de thR

U1=

vλ [W/m.K] : coefficient d’échange par conduction du verre

ei hh , [W/m 2.K]Coefficient d’échange par convection-rayonnement respectif des parois

intérieure et extérieure. Les valeurs de ei hh , sont tabulées, λ=1.15 W/m.K.

17.0=+ sesi RR

WKmRth /.172.015.1

10.317.0 2

3

=+=−

KmWR

Uth

vitre ./793.51 2==

KmWU vitre ./793.5 2=

L e, λverre

hi he H

λλe

RRh

e

hR sesi

evith ++=++= 11



Densité de flux de thermique pour une température intérieure de 17°C et -5°C extérieure.

)(* eU ivitrevitre θθϕ −= �2/5.127)517(*793.5 mWvitre =+=ϕ

2/5.127 mWvitre =ϕ

Remarque : Cette valeur de densité de flux thermique est très importante, le simple vitrage du bâtiment est à une part importante sur les consommations énergétiques. Mais comme déjà mentionné plus haut, il n’est pas envisageable de refaire tout le vitrage du bâtiment car le bâtiment lui-même a fait son temps et une telle action serait un investissement sur un bâtiment dont la durée de vie sera bientôt atteinte.



Figure 51 : façade DB1 entrée bâtiment





e. DEPERDITIONS DE LA FAÇADE COTE DB1. La façade DB1 est le petit coté du bâtiment, c’est l’entrée principale du bâtiment, elle comporte comme toutes les autres façades un vitrage et un mur. La surface du mur n’est pas très grande, une partie de cette façade est aménagée pour le déchargement de camion, et une autre partie relie le bâtiment D au bâtiment EE1 (voir plan de repérage des façades). Déperditions par le vitrage avec l’extérieur : La puissance échangée est donnée par :

11 * vitrevittrev Sϕ=Φ

1vitreS : est la surface de la paroi vitrée coté DB1.

1vΦ : est la puissance thermique traversant la paroi vitrée coté DB1.

Calcul de 1vitreS

21 2982*8.020*5*10*)6.0*5.0( mSvitre =−=

21 298mSvitre =

11 * vitrevitrev Sϕ=Φ � Wv 37399298*5.1251 ==Φ

Déperditions par les Ponts thermiques du vitrage (cadre en béton). Les déperditions par les ponts thermiques des cadres du vitrage sont estimées à 30% des déperditions par transmission du vitrage. Cette hypothèse est motivée par l’état des joints du vitrage (importance des déperditions linéiques) et de la vieillesse des cadres du vitrage. Ainsi on obtient pour les déperditions linéiques sur cette façade :

WKPt 22.111 =Φ

1PtΦ Déperditions par ponts thermiques égalent à 30% de 1vΦ

Déperditions totale par le vitrage coté DB1 Ainsi on obtient pour le vitrage de façade coté DB1.

11 PtvV Φ+Φ=Φ

VΦ : déperditions totales sur le vitrage de la paroi.

KWV 6.48=Φ

KWv 4.371 =Φ



Puissance échangée par le mur avec l’extérieur : Cette façade du bâtiment comporte une partie inférieure en béton (mur) d’une hauteur de 0.5m. L’épaisseur du mur est égale à 40 cm il sert de support et contribue à la rigidité du bâtiment. Coefficient de transmission du mur. Cette façade du bâtiment comporte une partie béton sans isolation thermique. Le mur comporte dans ses faces intérieures et extérieures du mortier en ciment d’épaisseur respectives de 1 cm et 1.5 cm.

Figure 52: coupe du mur détail des matériaux

thmur R

U1= : coefficient de transmission du mur.

mi

mi

b

b

me

mesesith

eeeRRR

λλλ++++=

mee , mie , be représentent respectivement les épaisseurs du mortier extérieur, intérieur et du

béton.

WKmRth /.282.0930.0

10*1

2.2

10*20

5.1

10*5.117.0 2

222

=+++=−−−

1cm 20cm 1.5cm

Mortier de ciment int λ=0,930

Béton lourd armé λ= 2,200

Mortier de ciment ext λ=1.5



KmWR

Uth

mur2./55.3

1 ==

KmWUmur

2./55.3=

Densité de flux traversant le mur Comme pour le vitrage la densité de flux est égale à :

)(*1 eU imurDBmur θθϕ −=

2

1 /1.78 mWDBmur =ϕ

Puissance thermique échangée avec l’extérieur : La puissance thermique est donnée par :

11 * DBmurmurmur S ϕ=Φ

2

1 1042*80*4.080*5.0 mSmur =+=

D’où Wmur 81221.78*1041 ==Φ

KWmur 81 =Φ

Les ponts thermiques du mur apportent une déperdition égale à environ 20% de la puissance échangée par la paroi avec l’extérieur.

KWponts 6.1=Φ

Puissance totale traversant la façade est donc égale à :

pontsmurVT Φ+Φ+Φ=Φ 11

KWDBtot 591 =Φ

f. DEPERDITIONS DE LA FAÇADE DA1. Cette façade est la plus grande du bâtiment, une grande partie des déperditions ont lieu sur cette façade, il faut cependant noter que toute la façade n’est pas directement liée avec l’extérieur. Certaines surfaces de la paroi extérieure donnent sur des locaux chauffés.



Figure 53: façade DA1



Coefficient de transmission du mur en béton Seule l’épaisseur du mur change dans le calcul, par rapport à la première résistance thermique calculée.

cmeb 15=

mi

mi

b

b

me

mesesith

eeeRRR

λλλ++++=

Le calcul donne une résistance thermique WKmRth /.259.0 2= soit un coefficient de

transmission de :

KmWU ADmur ./86.3 21 =

Densité thermique traversant le mur

)(*1 eimurADmur U θθϕ −=

))5(17(*86.31 −−=ADmurϕ 2

1 /85 mWADmur =ϕ

Puissance traversant le mur en béton de la façade.

murmurADmur S ϕ*1 =Φ

La surface totale du mur est donnée de :

3.2*8*39.2*38*3*9.28*8*17*8*9.25.3*749.62*3.5*24.131 +−++++=S

9.2*8*84*5.43.2*8*33.2*88*12 +−++=S

8*3.2*31.7*88*3.2*28*6.2*45.3*41.7*83 ++++−=S

8*13.2*8*29.2*84 ++=S

2

4321 5.1098 mSSSSSmur =+++=

Ce qui nous donne pour les déperditions :

KWDAmur 931 =Φ

Déperditions par les ponts thermiques du mur

KWmurponts 19=Φ

Déperditions par le vitrage de la façade coté DA1



On a le même vitrage que celui de la façade précédemment étudiée (coté DB1), seule la surface change car celle de cette façade est plus importante. La densité de flux reste la même elle est égale à :

2/5.127 mWvitre =ϕ

Ainsi la puissance thermique échangée avec l’extérieur est :

vitreVDAvitrage S ϕ*1 =Φ

VS : est la surface vitrée de la façade.

Surface du vitrage coté DA1

3*5.575*5.201*8*7.1

6.0*8*26.0*8*38*5*6.08*7.1*18*6*6.08*8*7.1

11*8.1*5.208.1*6*156*7*8.134*8.1*6759.6*624.13*8.1

22

21

++++++++=

+++++=

V

V

S

S

2221 VVV SSS += 215624791075 mSV =+=

21562mSV =

Ce qui nous donne une déperdition totale à travers les vitres de :


WDAvitrage 1992681 =Φ

Ponts thermiques du vitrage Les déperditions linéiques sont égales à 30% de celles surfaciques du vitrage.

WVponts 59780=Φ

On obtient un total sur la façade de :

KWDA 3711 =Φ



g. DEPERDITION PAR LA TOITURE La toiture est composée d’un vitrage et d’une dalle en béton. Le vitrage est incliné d’environ 30° par rapport à la verticale on peut ainsi utiliser dans les calculs les mêmes formules que pour un vitrage vertical. La dalle est composée de deux couches de béton différentes.

• Une première couche en béton plein d’épaisseur 5 cm • Une deuxième couche en béton cellulaire 6 cm

Schéma de la toiture reliant entre deux poteaux : La toiture du bâtiment est constituée par un motif répété à intervalle régulier de 8 m de longueur jusqu’au poteau 57.

La densité de flux traversant le vitrage de la toiture est la même que celle qui traverse les parois latérales car l’angle d’inclinaison du vitrage permet d’utiliser les mêmes formules que dans le cas d’un vitrage vertical. Les déperditions par le vitrage de la toiture du bâtiment (sans la partie DB2) sont :

VtoitvitreDVtoit S*ϕ=Φ

WDVtoit 8139606384*5.127 ==Φ

Béton plein



KWDVtoit 814=Φ

Ponts thermiques du vitrage de la toiture (30%).

WKtoitVponts 244=Φ

Déperditions de la dalle en béton Coefficient de déperditions de la dalle de la toiture.

toitthtoit R

U1=

cellubéon

bétoncellu

pleinbéton

bétonsesitoitth

eeRRR

λλ+++=

Données

WKmRR sesi /.14.0 2=+

cellubétone = 6 cm,

pleinbétone =5 cm

pleinbétonλ =1.75 W·m-1·K-1

cellubétonλ =0.24 W·m-1·K-1

WKmRth /.418.0 2= � KmWU toit2/38.2=

Connaissant le coefficient de transmission thermique, la densité de flux est donnée par : )(* baseeidalledalle U θθϕ −=

2/4.52 mWdalle =ϕ

Déperditions par transmission de la dalle de la toiture.

toitdalledalle S*ϕ=Φ

WKdalle 1696=Φ

Part des ponts thermiques de la dalle de la toiture (20%).

WKdalleponts 339=Φ

On obtient une déperdition totale de la toiture du bâtiment de :

KWToit 3093=Φ



h. DEPERDITION DE LA FAÇADE DA4 Cette façade est opposée à la façade DA1 et a presque la même architecture, elle est composée d’un vitrage et d’un mur. La longueur de cette façade est cependant plus courte car une partie de la façade est supprimée pour relier les deux bâtiments C et D. Le vitrage comme le mur ont les mêmes densités de flux que celles de la façade. Déperditions par le vitrage coté DA4 La densité de flux est :

2/5.127 mWvitre =ϕ

Ainsi la puissance thermique échangée avec l’extérieur est :


VS est la surface du vitrage, elle est égale à :

8*4.28*4*8.141*6.3

8*8.18.1*8*44.2*8*38*2*4.28*5*8.120*35.2*8.1

+++++++++=VS

2523mSV =

D’où

W67,44 KDAvitrage =Φ

Déperditions par les ponts thermiques du vitrage de la façade.

KWDAVponts 2,204 =Φ

Déperditions par le mur coté DA4 La densité de flux traversant le mur est déjà calculée dans les étapes précédentes. Elle est égale à :

21 /85 mWADmur =ϕ

Les déperditions sont égales à :

murDAmurDAmur S ϕ*44 =Φ

Surface du mur :



5.4*9.18*4.23*88*3*4.28*2*4.23*8*28*2*820*5.45.2*54 ++++++++=DAmurS

245.6458*4.28*4*38*5*9.15.3*8 m=++++ 2

4 45.645 mS DAmur =

Ainsi la puissance échangée par le mur avec l’extérieur sur cette façade est de :

WKDAmur 8,544 =Φ

Déperditions par les ponts thermiques du mur de la façade.

WKDAmurponts 9,104 =Φ

On obtient une déperdition totale sur la façade de :

WKDA 4.1534 =Φ

i. DEPERDITION DU PLANCHER BAS On considère le plancher sur terre-plein constitué d’une dalle en contact avec sol sur la totalité de sa surface. La dalle est non isolée, son coefficient de transmission thermique dépend de la dimension caractéristique du plancher noté 'B .

Il est donnée par P

AB

*2/1' =

A : surface du plancher P : périmètre du plancher.

20cm béton Sol argileux

Figure 54 : schéma simplifié des déperditions par le plancher bas



La dimension caractéristique du plancher est égale à : Longueur du bâtiment (sans DB2) : L=482.5m Largeur : l=80m

mB 8.67' = Pour faire le calcul des déperditions par le plancher bas, on doit connaître l’épaisseur totale équivalente du plancher notétd .

Elle est donnée par la formule suivante :

)( fsesit RRRwd +++= λ

w : est l’épaisseur totale du mur du plancher toutes couches comprises. λ : conductivité thermique du sol.

fR : résistance thermique du plancher.

sesi RR , : résistance thermique superficielle intérieure et extérieure.

L’épaisseur de la dalle est de 20 cm de béton plein. λ est égale à /KW.m1.50 pour un sol argileux comme c’est le cas à Flins.

Wk /.m 0.17R 2si =

Wk /.m 0.04R 2se =

Wk /.m 0R 2f =

D’où

mdt 515.0=

Dans le cas où l’épaisseur équivalente est inférieure à la dimension caractéristique du

bâtiment'Bd t ≤ , le coefficient de transmission thermique de base est donné par :

+

+= 1ln

2 '

'0tt d

B

dBU

πλ

λ

KmWU 20 /177.0=

La densité de flux traversant le plancher bas est de :

)( int0 extplancher TTU −=ϕ 2 W/m3.84=plancherϕ

Puissance perdue.



plancherplancherplancher S*ϕ=Φ

KWplancher 2.148=Φ

A cette valeur on peut ajouter 10% pour prendre en compte l’irrégularité de l’épaisseur de la dalle. Soit

KWplancher 163=Φ

Afin de prendre en compte la contribution des déperditions linéiques des refends, des liaisons avec les murs des parois extérieures et des autres liaisons avec la dalle on peut estimer les déperditions par ponts thermiques à 30% de la puissance perdue par transmission.

KWplancherponts 48=Φ



4. RECAPITULATIF DES DEPERDITIONS DANS LE BATIMENT D SAUF DB2.

Le tableau ci-dessous regroupe les différents des calculs précédents.

Façade Vitrage Mur en béton P T* vitrage P T mur

U U

KmW ./793.5 2 KmW 2./55.3

Densité de flux Densité de flux Pourcentage Pourcentage

2/5.127 mW 2/1.78 mW 30% 20%

Surfaces Surfaces 2298m

2104m Déperditions

Déperditions

Déperditions Déperditions

façade DB1

KW38 KW1.8 WK4.11 WK6.1

U U

KmW ./793.5 2 KmW ./86.3 2

Densité de flux Densité de flux Pourcentage Pourcentage 2/5.127 mW

2/85 mW 30% 20%

Surfaces Surfaces 21562m 25.1098 m

Déperditions

Déperditions


Façade DA1

WK2.199 KW4.93 W8.59 K WK6.18

U U

KmW ./793.5 2 25.1098 m


2/85 mW 30% 20%

Surfaces Surfaces 2523 m 245.645 m

Déperditions

Déperditions


façade DA4

W67.4K KW55 20.2KW KW11

U U

KmW ./793.5 2 KmW 2/38.2


2/4.52 mW 30% 20%

Surfaces Surfaces 23846 m 232376m Déperditions Déperditions


Toiture

KW814 WK1696 KW2.244 KW339

Figure 55: tableau récapitulatif des déperditions



Suite tableau récapitulatif

Façade Vitrage Dalle PT* vitrage PT plancher U

KmW 2/177.0

Densité de flux Pourcentage

2/4.52 mW 30%

Surface

238600m Déperditions

Déperditions

Dalle

KW163 KW48

P T* : Ponts Thermique Les déperditions par transmission du bâtiment par -5°C degré extérieur et 17°C intérieur est égale à :

MWDép 89.3= A cette valeur il faut ajouter les déperditions de l’extension DB2 pour avoir la déperdition totale de l’ensemble du bâtiment.



j. CALCUL DES DEPERDITIONS DE L’EXTENSION DB2. Cette partie est une extension du bâtiment d’origine pour répondre aux besoins d’espace du process. L’enveloppe de cette partie est métallique, elle comporte comme le bâtiment principal une partie en simple vitrage. La partie métallique est faite par deux tôles avec des perforations sur 50% de la surface, elles sont séparées par de la laine de verre de 10 cm d’épaisseur pour assurer l’isolation.

• COEFFICIENT DE TRANSMISSION DES PAROIS METALLIQUES DB2.

Figure 56: coupe de l'isolation DB2

Les perforations des 2 tôles sur 50% de la surface ont un effet sur la résistance thermique de la paroi. Ainsi, la résistance thermique de la paroi est donnée par :

isol

isol

acier

aciersesith

eeRRR

λλ+

++=

*2)(*5.0

Données : Laine de verre /KW.m0,04 -1=isolλ

cmeisol 10=

Tôles en acier :

Tôle perforée Isolant laine de verre 10cm

10cm 1mm



1/K-W.m45=acierλ

mmeacier 1=

Perforation à 50 % de la surface WKmRR sesi /.17.0 2=+ WKmRth /.335.0 2=

D’où un coefficient de transmission thermique de :

KmWUmet ./98.2 2=

La densité de flux de la paroi métallique est donc égale à :

)(* int extmétmétalparoi TTU −=ϕ

• Puissance perdue par les parois.

métalparoimétalparoimétalparoi S ϕ*=Φ

Surface métallique coté DA1 2

1 361 mSDA = Surface métallique petit coté DB2 2

2 381 mSDB ≈ Surface métallique coté DA4

21 196mSDA ≈

Déperditions paroi métallique coté DA1

WDAmétal 301581 =Φ

Déperditions ponts thermiques de la paroi côté DA1 WDApontsmétal 5.60311 =Φ

Déperditions paroi métallique coté DB2

WDBmétal 249782 =Φ

Déperditions ponts thermiques de la paroi côté DB2 WDBpontsmétal 49962 =Φ

Déperditions paroi métallique coté DA4

WDAmétal 301581 =Φ

Déperditions ponts thermiques de la paroi côté DA4 WDApontsmétal 60324 =Φ

Déperdition par la partie murale petit coté DB2 La densité de flux thermique, traversant le mur est la même que celle précédemment calculée. La puissance perdue est connue avec la surface du mur.

murmurDBmur S ϕ*2 =Φ 2259msmur = 2

2 /1.67 mWDBmur =ϕ

Ainsi,

2/56.65 mWmétalparoi =ϕ



WDBmur 173792 =Φ

Récapitulatif des parois de l’extension

Façade Vitrage mur Enveloppe métallique

P T* enveloppe

P T mur/vitre

U U

KmW ./793.5 2

KmW ./98.2 2

Densité de flux

Densité de flux

Pourcentage Pourcentage

2/5.127 mW 2/56.65 mW 20% 20%

Surfaces Surfaces 299m 2460 m

Déperditions

Déperditions


Coté DA1&DA4

KW6.12 KW1.30 KW0.6 WK5.2

U U

KmW ./05.3 2 KmW ./98.2 2

Densité de

flux Densité de

flux Pourcentage Pourcentage

2/1.67 mW 2/56.65 mW 20% 20%

Surfaces Surfaces

304 2381 m Déperditions

Déperditions


Petit Coté DB2 (sortie D)

20.4KW KW9.24 W9.4 K KW07.4

Figure 57: tableau récapitulatif des déperditions des parois en DB2



5. LE BESOIN EN CHAUFFAGE DU BATIMENT. Le besoin en chauffage d’un bâtiment est la quantité d’énergie qu’il faut apporter à ce bâtiment pour compenser les déperditions thermiques de l’édifice et maintenir la température d’ambiance souhaitée à l’intérieur de ce dernier. Les apports internes du process ne sont pas pris en compte dans le calcul de ces besoins selon les critères de dimensionnement Renault. Pour Renault le besoin de chauffage du bâtiment s’obtient par les étapes suivantes.

1. Réaliser le bilan thermique du bâtiment. 2. Rajouter 20% à la déperdition calculée pour permettre aux moyens de

chauffage de monter le bâtiment en température rapidement. 3. Rajouter une puissance équivalente au réchauffage des infiltrations d’air en

prenant en compte un manque d’étanchéité de 0.5 vol/h pour les bâtiments de petites dimensions et 0.3 vol/h pour les bâtiments de plus importants.

Besoin en chauffage = Déperditions + 20% + puissance réchauffage infiltrations Les déperditions totales du bâtiment sont égales à : Déptotal= 4 ,19 MW La puissance de réchauffage calculée au début de cette section est égale à : Préchauffage =0.733 MW On peut donc estimer les déperditions totales du bâtiment à :

Besoin en chauffage du bâtiment= 5.76 MW

Une étude menée par le TECHNOCENTRE de Renault avait estimé les besoin à 6 MW .

6. CONCLUSION SUR L’ETUDE DES BESOINS EN CHAUFFAGE. Le nombre d’appareils (aérothermes introducteurs et recycleurs) recensés dans le bâtiment est de 128 en considérant la puissance utile unitaire de chaque appareils égale à 108 KW. On trouve une puissance totale installée de 13,8 MW. Les différents problèmes relevés lors de l’état de lieux (infiltrations incontrôlés d’air, encrassement des aérothermes, mauvaise orientation des volets d’aérothermes) sont à l’origine des problèmes. La puissance installée est bien supérieure au besoin de chauffage.



VII. SOLUTION ALTERNATIVE AUX AEROTHERMES Le chauffage par aérotherme n’est pas adapté aux grands bâtiments mal isolés. En effet ce type de chauffage nécessite une bonne étanchéité pour garder l’air chaud à l’intérieur du local. Il existe une solution de chauffage par rayonnement utilisant des panneaux dans les quel on fait circuler de l’eau chaude ou de la vapeur selon les technologies de fabrication. Les panneaux rayonnants sont utilisés afin de chauffer, par rayonnement, des grands environnements industriels. L’absence de mouvements d’air ainsi que la stratification réduite de la chaleur permettent de pouvoir compter sur un coût de gestion particulièrement favorable. Les panneaux rayonnants peuvent être utilisés en été pour le rafraichissement d’ambiance. L’avantage principal de cette solution est que contrairement aux aérothermes, les panneaux peuvent être installés au-dessus de la chaîne de montage ainsi, seuls les endroits occupés sont chauffés. Rappel Comme dit plus haut dans ce rapport il existe des zones chauffées et non occupées voir (photos ci-dessous). Étant donné que l’objectif est de chauffer les zones occupées, on peut faire des économies sur le chauffage en supprimant les aérothermes de ces zones et en assurant un confort thermique aux opérateurs avec des panneaux rayonnants.

Figure 58: aérothermes sur travée DA2 Figure 59: aérothermes sur travée DA3



Figure 60: chauffage d’endroits inoccupés

7. AVANTAGE DES PANNEAUX RAYONNANTS Par rapport aux aérothermes, les panneaux rayonnants ont plusieurs avantages dont les principaux sont les suivants :

• Chauffage direct par rayonnement sur les surfaces • Pas de mouvement d’air • Faible coût de maintenance • Flux thermiques dirigés vers le sol • Installation et déplacement suivant le process • Utilisation des réseaux d’eaux chaudes actuels • Adaptés pour le chauffage de bâtiments mal isolés • Meilleur rendement

Il existe néanmoins quelques inconvénients liés aux encombrements au-dessus de la chaîne de montage.

8. PRINCIPE D’INSTALLATION

Figure 61 : cône de rayonnement Figure 62: simulation du montage

DA 1 DA 2 DA 3

Panneau



Deux fournisseurs sont contactés et une visite du site est effectuée, un devis sera fourni pour l’achat et l’installation des panneaux rayonnants.



VIII. CONCLUSION

Tout au long de mon stage j’ai eu l’opportunité d’aborder différents problèmes que peut rencontrer un ingénieur dans une entreprise.

Le travail réalisé s’est avéré très enrichissant pour mon expérience personnelle, tout

d’abord dans l’aspect technique mais aussi dans l’aspect relationnel.

Pour l’aspect technique, j’ai eu à me confronter à un réel problème pratique de gestion de projet. Les objectifs du stage étaient bien définis ; Après une période d’adaptation dans l’entreprise j’ai pu mener mon projet à terme en apportant des solutions aux différents problèmes liés au chauffage du bâtiment.

Le fait de devoir travailler avec plusieurs services différents de l’entreprise m’a permis de développer un grand sens du relationnel. En effet pour mener à bien le projet j’ai été amené à contacter différentes personnes de l’usine, voire des fournisseurs extérieurs. Après cette expérience je pense personnellement qu’il est indispensable à un ingénieur d’avoir un réel sens du relationnel pour pouvoir accomplir ses missions.



Table des illustrations

Figure 1: organigramme simplifié du groupe RENAULT.....................................................5

Figure 2: répartition des actions du groupe............................................................................6 Figure 3: organigramme général de Renault ..........................................................................0 Figure 4: Plan Usine Renault de Flins....................................................................................9 Figure 5: découpage en zone de chauffage ..........................................................................11 Figure 6: emplacement des aérothermes entre 3a et 32 .......................................................12 Figure 7: emplacement des aérothermes entre 32 et 62 .......................................................13 Figure 8: délimitation du chauffage/process 3a-32..............................................................13 Figure 9 : limitation du chauffage/process 32-62 ................................................................14 Figure 10: visualisation du chauffage hors process .............................................................15 Figure 11: ailettes réglables « chauffage de volume ».........................................................16 Figure 12: buse de diffusion pour rideau d'air .....................................................................16 Figure 13: cas 1 mauvais réglage « volets grands ouverts »................................................16

Figure 14: Mauvais réglage : courant d’air chaud sur opérateurs........................................17

Figure 15: exemple d'un mauvais réglage "fort courant d'air".............................................17

Figure 16: cas 3 bon réglage des volets " pas de courant d'air,............................................17 Figure 17 Schéma simplifié Batterie de chauffe ....................................................................0 Figure 18: configuration initiale équilibrée ...........................................................................0 Figure 19: configuration actuelle déséquilibrée.....................................................................0 Figure 20: plan de zone du bâtiment ....................................................................................23 Figure 21: affichage GTC du découpage par zone poteau 0 à 47 ........................................24

Figure 22: Affichage GTC du découpage par zone poteau 47 à 63 .....................................24

Figure 23: protocole de mise................................................................................................25 Figure 24: exemple de la zone 3 ..........................................................................................26 Figure 25: TABLEAU : ZONE 1, ZONE 2, ZONE 3 .........................................................28

Figure 26: TABLEAU : ZONE 4, ZONE 5, ZONE 6 .........................................................29

Figure 27: process de renouvellement d'air dans le bâtiment DB2 « image GTC ».....30 Figure 28: infiltrations du bâtiment et sens des courants d'air ...............................................0 Figure 29: relevé des débits de renouvellement d'air ...........................................................31 Figure 30: TABLEAU : ZONE 7...........................................................................................0 Figure 31: TABLEAU : ZONE 10, ZONE 11, ZONE 12 ...................................................32

Figure 32: TABLEAU : ZONE 15, ZONE 18, ZONE 19 ...................................................33

Figure 33: Plan des entrées d’air et sens des courants d'air dans le bâtiment ........................1

Figure 34: quai de déchargement sièges ..............................................................................39 Figure 35: sas avec bourrelets en caoutchouc......................................................................39 Figure 36: sas gonflable bâtiment L.....................................................................................40 Figure 37: problème d'étanchéité .........................................................................................40 Figure 38 : gare routière déchargement de pneus ................................................................41 Figure 39: ouverture simultanée des rideaux .......................................................................41 Figure 40: quai abrité ...........................................................................................................41 Figure 41: déchargement......................................................................................................41 Figure 42: Gare routière « porte 8-630 » .............................................................................42 Figure 43: solution avec porte Megadoor ............................................................................42 Figure 44: Megadoor Crawford ...........................................................................................43 Figure 45: repérage des façades ...........................................................................................44 Figure 47: Vue de face simplifiée du bâtiment ....................................................................45



Figure 46 : Enveloppe du bâtiment ........................................................................................1 Figure 48 : vue du petit coté du bâtiment coté DB1 ..............................................................1 Figure 49: aperçu simplifié vitrage de la paroi coté travée AD1 ...........................................1

Figure 50: schéma toiture.......................................................................................................1 Figure 51 : façade DB1 entrée bâtiment ................................................................................1 Figure 52: coupe du mur détail des matériaux .....................................................................53 Figure 53: façade DA1...........................................................................................................1 Figure 54 : schéma simplifié des déperditions par le plancher bas........................................1

Figure 55: tableau récapitulatif des déperditions .................................................................64 Figure 56: coupe de l'isolation DB2.....................................................................................66 Figure 57: tableau récapitulatif des déperditions des parois en DB2..................................68

Figure 58: aérothermes sur travée DA2 ...............................................................................70 Figure 59: aérothermes sur travée DA3 ...............................................................................70 Figure 60: chauffage d’endroits inoccupés ..........................................................................71 Figure 61 : cône de rayonnement .........................................................................................71 Figure 62: simulation du montage........................................................................................71

Documents

rapport PFE GUISSE Bara Etude du chauffage du …eprints2.insa-strasbourg.fr/790/1/rapport_PFE_GUISSE...PFE : étude du chauffage bâtiment montage de l’usine de Flins Projet de