Systeme climatisation solaire.pdf

REPUBLIQUE DU SENEGALUNIVERSITE CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR

0503

ECOLE SUPERIEURE POLYTECHNIQUE

CENTRE DE THIESDEPARTEMENT GENIE MECANIQUE

OPTION ELECTROMECANIQUE

CONCEPTION D'UN SYSTEME DE CLIMATISATIONSOLAIRE PAR REFROIDISSEUR AABSORPTION:

APPLICATION A DES RECEPTIFS HOTELIERS

PROJET DE FIN D'ETUDESEN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME D'INGENIEUR DE

CONCEPTION EN ELECTROMECANIQUE

Prsent par: Monsieur Mamadou Karass KANE

: Monsieur Abdou Khadir FALL

Professeur encadreur: Dr. Banda NDOYE

DEDICACES

Jeddie modeste travail :

Ma mre pour son affection, ses prires et toute l'attention qu'elleporte en moi. Elle a tma source de motivation et mon dsir d'allerplus loin et de donner le meilleur de moi

Mon pre pour ses prireset ses conseils. Je lui suis reconnaissantpour m'avoir inculqudes valeurstellesque se battredans la vie quoiqu'ilen cote pour mriterce qu'onobtient, L'ensemblede mes frreset surs quej'aime beaucoup.

Mon amiAbdou KhadirFAIL pour avoir acceptde supportermes tatsd'mependanttout le travail.Mes oncleset tantespourm'avoirsoutenuduranttoutmon cursus.L'ensemble de mes amis et promotionnaires.

Parlagrdu toutpuissant. je ddie cemodeste travail :

Notre prophte Mohamed (PSL)Mon regrettet cherpre qui m'a quittau coursde cette anne scolaire. Je luidois

recmmaissance pour les conseilset pour avoir fait de moi ce queje suis aujourd'hui. Que laterrede Diourbelvous soit lgre, pre.Ma mre pour son affection, ses encouragements et conseilsqui me sonttoujoursutiles.Mes frres et surs mais aussi SeynabouGUEYE et sonmari CheikhDlENG.Mon amiMamadouKarassKANE qui n'a mnag aucuneffortpour l'aboutissement de

notre travail.Je salue fortementsa comprhensionenvers moi.L'ensembledes talibsmourides en particulierOusmane NIANG et AbdoulayeFAIL.Tous mes amis et camaradesde promotion.

Remerciements

Nous tenons remercier:

> AllahLeToutPuissant de nousavoirdonnla santet lesmoyens deraliser ce travailen toutequitude;

> Monsieur BandaNDOYE, professeur audpartement Gniemcanique, poursasollicitude constante quant l'encadrement de ce projet;

> Lecorpsprofessoral dudpartement de Gniemcanique poursonabngation discrtemaistoutaussi efficace pournotreformation ;

> Tousnos camarades depromotion pour leursoutien moral et leursympathiquecompagnie larecherche dusavoir.

Merci vous tous.

SOMMAIRE

Ce prsent rapport sanctionne le travail accompli dans le cadre de notre projet de fin d'tudeintitul: Conception d'un systme de Climatisation solaire par refroidisseur absorption:

application des rceptifs hteliers.

Dans cette tude, l'application est faite sur deux rceptifs de la rsidence htelire de

MOUNANDAy ANE dans ledqlartement de Mbour.

Le but de ce travail est de proposer des solutions sur le plan technique, conomique et

financier pour l'implantation, le choix et le dimensionnement d'une installation de

climatisation centrale par refroidisseur absorption aliment par un champ de capteurssolaires thermiques pour cesrceptif et enfinde concevoir un systme de rgulation.Ainsi, le premier chapitre prsente le site denotre tude, dcrit les objectifs principaux de

.

notre projet en rsumant le cahier des charges propos par le client.

Apres cette prsentation, nous avons tudi le refroidissement par absorption tout en

choisissant le procd adquat notre systme.

Ensuite, nous avons effectu une tude dtaille des centrales de climatisation et procd au

calcul dubilan thermique deslocaux.

Aprs cette tude nous avons effectu le dimensionnement et le choix des quipements de

l'installation. Un systme d'appoint a t aussi prvu en vue de secourir le systme en casd'incapacit de l'nergie solaire satisfaire le besoin en eau chaude.

Dans la partie consacre la rgulation nous avons pu dvelopper les diffrentes

mthodes de rgulation ainsi que les caractristiques d'une chane de rgulation. L'unit de

surveillance distance partl contrle a t aussi bauche dans cette partie.

La dernire partie a t consacre l'tude conomique en dgageant l'investissement maisaussi le cot d'exploitation dusystme.

III

Projet de fin d'tudes

INTRODUCTION:

E.S.P. centre de This - Juillet 2007

1

CHAPITRE 1 : PRESENTATION DU SITE ET OBJECTIF DU PROJET 2

A. SITUATION GEOGRAPHIQUE: 2a. Situation climatique: 2b. Situation continentale: 2

B. CARACTERISTIQUE DU PROJET: 3a. Description des btiments climatiser: 3

1. Le restaurant : 32. La salle polyvalente: 4

b. Cahier des charges pour le bilan thermique: 4

CHAPITRE II : LE REFROIDISSEMENT PAR ABSORPTION 7A. PRINCIPE DE BASE DE LA REFRIGERATION A ABSORPTION 7B. LES PERFORMANCES DE LA REFRIGERATION A ABSORPTION: 10C. LES CYCLES THERMODYNAMIQUES: Il

a. Le cycle eau /bromure de lithium: Ilb. Le cycle eau /ammoniac : Il

D. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE LA REFRIGERATION PARABSORPTION Il

a. Avantages : Ilb. Inconvnients: 12

CHAPITRE III: LA CENTRALE DE CLIMATISATION 13A. DEFINITION: 13B. LES PROCEDES DE CLIMATISATIONS: 13

a. Procd. tout air : 13b. Procd eau pulse : 14c. Procd mixte : 15

C. LE SYSTEME A UN SEUL CONDUIT ET VOLUME D'AIR VARIABLE (VAV)SANS RECHAUFFAGE TERMINAL: 15

a. Principe de fonctionnement 15b. La centrale: 17

CHAPITRE IV: CALCUL DES CHARGES DE CLIMATISATION

A. GENERALITES:

B. LES CHARGES DUES A L'ENVIRONNEMENT INTERIEUR:a. Charges des aux occupants :b. Charges dues l'clairage:c. Charges dues aux machines lectriques:d. Charges dues la tuyauterie:e. Charges des au processus industriel:

C. LES CHARGES DUES AL'ENVIRONNEMENT EXTERIEUR :a. Charges dues au rayonnement solaire sur les vitrages:b. Charges dues aux changes thermiques par les parois extrieures:

1919191920212122222223

IV

Projet de fin d'tudes E.S.P. centre de This - Juillet 2007

c. Charges dues aux infiltrations d'air extrieur:

CHAPITRE V: LE TRAITEMENT DE L'AIR

A. DEFINITIONS:

B. CARACTERISTIQUES DE L'AIR TRAITE:

CHAPITRE VI : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DES EQUIPEMENTSA. CAISSON DE TRAITEMENT DE L'AIR

B. REFROIDISSEUR:a. Puissance du refroidisseur :b. Choix du refroidisseur :

C. SOURCE CHAUDE:a. Exposition nergtique du site :b. les capteurs solaires:

1. Capteurs plans de types vitrs:2. Capteurs sous vide:3. la production instantane du capteur solaire :4. Inclinaison des capteurs:5. Dimensionnement thorique de notre surface:

D. BALLONSTOCKAGE:

E. LESECHANGEURS:

F. SYSTEME D'APPOINT:

G. CIRCUIT DE TRANSFERT :a. Tuyauterie :b. les pompes de circulation:c. vase d'expansion:d. purgeurs et soupapes :

H. ISOLATION THERMIQUE:I. TUYAUTERIE D'AIR:

a. Pour le restaurant:1. Dtermination des dbits volumiques:2. Trac des rseaux: voir annexe E3. Calcul des diamtres de tronon :4. Les pertes de charges:5. Dtermination des points les plus dfavoriss:

b. Pour la salle polyvalente:1. -Dtermination des dbits volumiques:2. Trac des rseaux: voir annexe E3. Diamtre de tronon et Pertes de charge:4. Dtermination des points les plus dfavoriss:

c. Choix des conduits :1. VENTILATEURS:

a. Dfinitions :b. Calcul des ventilateurs et moteurs :

24

262627

32

32

3333343636373738383940404142444545464748

49494950505153545454545555565656

V


K. TOUR DE REFROIDISSEMENT:a. Gnralits :b. Calcul de la tour :


595961

CHAPITRE VII: LA REGULATION 63

A. GENERALITES: 63a. Rgulation en boucle ouverte : 63b. Rgulation en boucle ferme : 63c. Elment constituant une chaine de rgulation: 64

1. Les capteurs : 642. Les rgulateurs: 653. Les actionneurs: 65

d. Architecture d'un ensemble de rgulation: 65B. REGULATION DE L'INSTALLATION: 66

a. Fonctionnement du systme: 66b. Rgulation de la distribution d'air: 67

1. Rgulation de dbit et de pression de l'air: 672. Rgulation des moteurs des ventilateurs: 70

c. Rgulation du systme solaire et de la production d'eau glace: 74d. Tl-contrle de l'installation: Principe 75

CHAPITRE VIII: ETUDE FINANCIERE ET IMPACT SUR L'ENVIRONNEMENT 77

A. ESTIMATION FINANCIERE 77a. Cout du dispositif de distribution et de reprise d'air: 77

1. Cout de la tuyauterie de distribution du restaurant: 782. Cout de la tuyauterie de reprise du restaurant: 793. Cout des accessoires du restaurant: 804. Cout de la tuyauterie de distribution de la salle polyvalente: 816. Cout des accessoires du restaurant: 82

b. Cout de la rgulation : 831. Au niveau du restaurant: 832. Au niveau de la salle polyvalente: 83

c. Cout de la centrale de traitement d'air conditionne: 84d. Cot total des installations : 84

B. IMPACT ENVIRONNEMENTAL : 85

CONCLUSION: 86ANNEXE

BIBLIOGRAPHIE

VI

Liste des tableauxTableau 1.1 : Les dimensions des pices et terrasses du restaurant.i. 3

Tableau 1.2 : Les dimensions des pices et terrasses de la salle polyvalente 4

Tableau 4.1 : Dbits massiques moyens d'infiltrations dus aux portes et fentresextrieures 24

Tableau 4.2 : Charges vaincre au niveau des locaux du restaurant 25

Tableau 4.3 : Charges vaincre au niveau des locaux de la salle polyvalente .25

Tableau 5.1 : Dbits d'air neuf exigs au niveau des locaux .28

Tableau 5.2a: Caractristiques de l'air travers ces diffrents tats pour le restaurant 31

Tableau5.2b: Caractristiques de l'air travers ces diffrents tats pour la salle 31

Tableau 6.1: Puissance frigorifique requise pour le restaurant 33

Tableau 6.2: Puissance frigorifique requise pour la salle polyvalente 33

Tableau 6.3: Puissance des refroidisseurs 33

Tableau 6.4 : Rayonnement global au sol sur une surface horizontale (kWhlm2/jour) 36

Tableau 6.5:Temprature moyenne de l'air sec (OC) 37

Tableau 6.6: Temprature moyenne mensuelle de l'eau froide .37

Tableau 6.7: Caractristiques des chaudires .44

Tableau 6.8 : Epaisseurs exigs pour l'isolant de conductivit thermique =0,04w/m2/OC..48

Tableau 6.9 : conductivit thermique de quelques isolants utiliss 48

Tableau 6.10: dbits volumiques souffls et repris dans les locaux du restaurant 50

Tableau 6.11: Rcapitulation des rsultats du calcul du rseau de distribution durestaurant. 52

Tableau 6.12 : Rcapitulation des rsultats du calcul du rseau de reprise du restaurant ... 53

Tableau 6.13: Pertes de pression maximales dans le rseau araulique du restaurant. 53

Tableau 6.14: Dbits volumiques souffls et repris dans salle polyvalente 54

Tableau 6.15: Rcapitulation des rsultats du calcul du rseau de distribution de la sallepolyvalente 54

VII

Tableau 6.16: Rcapitulation des rsultats du calcul du rseau de reprise de la sallepolyvalente 55

Tableau 6.17: Pertes de pression maximales dans le rseau araulique de la salle

polyvalente 55

Tableau 6.18:Puissance dveloppes par les ventilateurs 57

Tableau 6.19: Rendements de ventilateurs 58

Tableau 6.20: Puissance requises des moteurs des ventilateurs 58

Tableau 6.21: Puissances des tours 62

Tableau 7.1 : Vitesse du moteur en fonction du nombre de paires de ples 73

Tableau 8.1: Prix de la tuyauterie de distribution du restaurant 78

Tableau 8.2: Prix de la tuyauterie de reprise du restaurant.. 79

Tableau 8.3: Prix des accessoires de distribution du restaurant. 80

Tableau 8.4: Prix des accessoires de reprise du restaurant 80

Tableau 8.5: Prix de la tuyauterie de distribution de la salle polyvalente 81

Tableau 8.6: Prix de la tuyauterie de reprise de la salle polyvalente 81

Tableau 8.7: Prix des accessoires de distribution de la salle polyvalente 82

Tableau 8.8: Prix des accessoires de reprise de la salle polyvalente 82

Tableau 8.9: Prix des appareils de rgulation du restaurant 83

Tableau 8.10: Prix des appareils de rgulation de la salle polyvalente 83

Tableau 8.11: Prix des quipements de la centrale 84

Tableau 8.12: Cots d'investissement 84

Tableaux de la partie Annexes

Tableau BI : Occupations moyennes des locaux vii

Tableau B2 : Densit moyenne d'clairage admissible des locaux viii

Tableau B3 : Appareils gaz ou lectriques prvus .ix

Tableau C.1 : Valeurs du coefficient de correction C (%) xi

Tableau C.2 : Apports dus aux occupants xii

VIII

Tableau C3-a: Valeurs du coefficient M pour clairage fluorescent

(1 . . , ) iii/ .urrunaires non encastres xm XIV

Tableau C3-b : Valeurs du coefficient M pour clairage fluorescent

(luminaires encastrs) 'clairage incandescent non encastr xv/xvi

Tableau C3-c : Valeurs du coefficient M pour clairage fluorescent incandescentencastr xvii

Tableau C4 : Apports de certaines machines xviii

Tableau CS : Coefficient de correction appliquer aux apports effectifs pour

tenir compte de l'altitude et du trouble de l'atmosphre xviii

Tableau C6 : Coefficient de correction N affectant les apports effectifs

maximaux d'un vitrage simple avec cran intrieur et fonctionnement continu xiv

Tableaux C7 : Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 0 Nord xx

Tableaux CS: Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 10 Nord xxi

Tableaux C9 : Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 20 Nord xxii

Tableaux CIO: Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 30 Nord xxiii

Tableaux CIl: Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 40 Nord xxiv

Tableaux Cl2 : Apport effectif d'un vitrage ordinaire et non protg en W/m2

pour une latitude 50 Nord xxv

Tableau C13 : Valeurs de la correction latitude/mois LM xxvi

Tableau Cl4 : Valeurs des carts virtuels de temprature ~8ev pour les murs xxvii

Tableau FI : Abaque donnant les pertes de charges, la vitesse et les diamtres

des conduites d'air d'aprs ASHRAE .1

IX

Tableau F2 : Coefficient de pertes de charges singulires dans les conduits d'air

(Source: COSTIC) .li

x

Liste des figuresFigure 1.1: Carte dela petite cote 2

Figure 2.1 : Cycle de la rfrigration par absorption 9

Figure 2.2 : Cycle thermodynamique de la solution H20/LiBr 10

Figure 3.1 : Schma de principe d'une centrale de climatisation 16

Figure3.2 : Elments d'un ensemble de climatisation centralise 18

Figure 5.1 : schma du traitement global de l'air 26

Figure 5.2a : Diagramme de conditionnement de l'air pour le restaurant .29

Figure 5.2b: Diagramme de conditionnement de l'air pour la salle polyvalente 30

Figure 5.3: Cycle de conditionnement de l'air ,31

Figure 6.1: schma du caisson '" 32

Figure 6.2: source chaude de l'installation 36

Figure 6.3 : liaison capteurs-ballon 41

Figure 6.4: Ballon de stockage muni d'un systme d'appoint chaudire .43

Figure 6.5 : Schmas d'une tour atmosphrique 59

Figure 6.6: Photo d'une tour air forc 60

Figure 6.7: Photo d'une tour air induit 60

Figure 7.1 : Rgulation en boucle ferme 63

Figure 7.2 : Architecture d'un ensemble de rgulation 66

Figure 7.3: Dispositif clapet d'air. 68

Figure 7.4: Principe de rgulation de dbit 68

Figure 7.5: Influence de l'ouverture des clapets sur le fonctionnement des ventilateurs ...... 69

Figure 7.6 : Principe de rgulation du ventilateur reprise 69

Figure 7.7: Schma quivalent d'un moteur asynchrone 70

XI

Figure 7.8: Bilan de puissance du moteur asynchrone 71

Figure 7.9: Schma de cblage du moteur 71

Figure 7.10: Schma du systme de tl contrle 76

Figures de la partie Annexes

Figure Al : Plan de masse du restaurant (vue de dessus) ii

Figure A2 : Faade principale du restaurant .iii

Figure A3 : Plan de masse de la salle polyvalente (vue de dessus) iv

Figure A4 : Faades principale et latrale de la salle polyvalente v

Figure El : Trac du rseau de distribution de l'air du restaurant xlvii

Figure E2 : Trac du rseau de reprise de l'air du restaurant. xlvii

Figure E3 : Trac du rseau de distribution et de reprise de l'air du restaurant xlviii

XII

Liste des annexesAnnexe A: Plans de masse des btiments .i

Annexe B : Valeurs d'occupations moyennes, niveaux d'clairement requis et

quipements prvus vi

Annexe C : Tableaux utilises dans le calcul des charges x

Annexe D : Feuilles de calcul du bilan des charges xxviii

Annexe E : Traces des tuyauteries xlvi

Annexe F : Valeurs et coefficients des pertes de pression xlix

Annexe G : Catalogues fournisseurs .lii

XIII

MOTSCLES

Air: milieu gazeux que nous respirons. Il contient de la vapeur d'eau, du gaz carbonique et

des gaz rares.

Air conditionn: air amen une temprature et un degr hygromtrique donnes l'aided'un climatiseur ou d'un conditionneur d'air.

Air neuf: air pris l'air libre pour une oxygnation approprie des locaux climatiser.

Air recycl: air repris pour tre rintroduit au niveau des locaux.

Air repris: air extrait des locaux et qui sera partiellement recycl et l'autre partie rejete l'air extrieur.

Apports thermiques: somme de toutes les sources thermiques responsables du

rchauffement d'un btiment.

Condenseur: changeur thermique dont la fonction est d'vacuer les calories.

Conditionnement d'air: expression utilise par les professionnels pour designer le

traitement d'air industriel.

Degr hygromtrique : il exprime la quantit d'eau contenue dans l'air une tempraturedonne par rapport la quantit maximale que cet air peut contenir la mme temprature.

Dtendeur: organe dont la fonction est de faire chuter la pression du fluide frigorigne dontla temprature.

Dtente adiabatique: dtente d'un fluide s'effectuant sans change de chaleur avec le milieuenvironnant.

Temprature de bulbe humide: est la temprature mesure par un thermomtre o le bulbeest recouvert d'une mche humide.

Gaine : tuyauterie d'air de grand diamtre en gnral

Diffuseur: bouche d'alimentation habituellement dispose au plafond ou une hauteur

donne de forme gnralement circulaire rectangulaire ou carre.

XIV

Evaporateur: Echangeur de chaleur dans lequel le fluide frigorigne est vaporis par la

chaleur extraite de la substance refroidir.

Filtre: appareil travers lequel on fait passer un liquide pour le dbarrasser des particules

solides qui s'y trouvent.

Fluide frigorigne: fluide assurant le transfert de chaleur.

Pressostat : appareil de fonctionnement automatique, lectrique ou pneumatique servant au

dmarrage et l'arrt d'une pompe d'une plage de refoulement donne.

Systme centralis: systme destin aux installations frigorifiques et la climatisation degrands volumes.

Thermostat: instrument commandes lectrique qui rgle le fonctionnement d'un appareil

de chauffage ou de refroidissement en rpondant aux changements de temprature. C'est un

appareil de rgulation 'servant maintenir une temprature sensiblement constante dans un

local.

Ventilation: Renouvellement naturel mcanique de l'air contenu dans un local

Ventilateur: appareil produisant un flux d'air au moyen de pales fixes au moyen d'une

hlice. Il existe une grande varit de ventilateurs.

Staff: Le mot Staff driverait de l'allemand staffieren (garnir, omer) ou du franais ancienestofer (toffe)

ASHRAE: American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers

Tour de refroidissement: Structure conue pour faire dissiper la chaleur de l'eau utilise

comme liquide rfrigrant.

xv


INTRODUCTION:


Durant cette dernire dcennie, une demande de confort accrue et des tempratures leves

en t, ont conduit un fort dveloppement de la climatisation dans les btiments tertiaires.

Les techniques passives ou semi actives quant elles, utilises depuis des sicles pour

maintenir des conditions intrieures confortables semblent avoir t oublies dans un grand

nombre de btiments rcents.

Ce dveloppement de la climatisation est responsable d'un fort pic de consommation

lectrique en t, le systme de production et de transport d'lectricit se rapprochant parfois

ces limites de capacit.

Associs aux ventuelles fuites de fluides frigorignes, ces pics de production

lectriques induisent une augmentation des gaz effet de serre, accentuant le cercle vicieux

du changement climatique.

De nombreuses solutions passives existent pour amliorer les conditions de confort

intrieur sans systme de climatisation, ou au moins rduire trs fortement les besoins de

rafrachissement. Ces solutions sont applicables aussi bien aux btiments neufs au stade de la

conception qu'aux btiments existants.

Par ailleurs, les techniques de rafrachissement solaire ont prouv, pour certains

d'entre elles, depuis plus de 10 ans, leur efficacit et leur fiabilit. Ces technologies utilisent

comme fluide frigorigne un fluide inoffensif (l'eau) et beaucoup moins d'nergie primaired'origine fossile ou fissile que les systmes classiques.

Alors, pourquoi ne pas utiliser l'nergie solaire pour maintenir en t des conditions de

confort satisfaisantes dans les btiments. Cette nergie trs disponible en Afrique est une

solution trs pertinente qui permet une conomie d'nergie lectrique et qui satisfait en

mme temps satisfait aux proccupations environnementales.

Ce travail vise concevoir un systme central de climatisation solaire par

refroidisseur absorption pour les deux grands btiments forte densit d'occupation de la

rsidence htelire de MUNA NDAy ANE : le restaurant et la salle Polyvalente.

Notre tude consistera dresser un plan d'excution pour la climatisation de ces

btiments, proposer une solution sur le plan technique, conomique et financier pour le choix

et le dimensionnement de l'installation, et enfin procder sa rgulation et la mise sur pied d'

un systme de surveillance distance par tl contrle notamment.

1


CHAPITRE 1: PRESENTATION DU SITE ET OBJECTIF DU PROJET

Cette partie prsente le site sur lequel porte notre tude et dveloppe les diffrents aspects

de notre projet. Elle donne ainsi un aperu des caractristiques essentielles du lieu enquestion qui est une rsidence htelire nomme MaUNA NDA y ANE, un complexe se

trouvant dans la zone lisse de NDA YANE, un village situ dans la communaut rurale de

SINDIA dans le dpartement de MBOUR. La rsidence est compose de 80 chambres avec

time shire de 28 villas, d'un restaurant, d'une salle polyvalente, d'une salle de gymnastique et

d'un btiment administratif.

A. SITUATION GEOGRAPHIQUE:

a. Situation climatique:La zone lisse de NDA YANE a un climat tropical et elle est bien ensoleille avec une

insolation moyenne solaire de 51OW1m2 La temprature moyenne annuelle est de 29 "C.

b. Situation continentale:Le complexe se trouve sur la petite cte dans le village de NDA YANE, localit positionne

sur l'axe YENE POPENGUINE, 1425 de latitude Nord et 1658 de longitude Est. Il est

Figure 1-1: Carte de la petite cte

2


B. CARACTERISTIQUE DU PROJET:Ce projet consiste:

proposer une solution sur le plan technique, conomique et financier pour le choix

et le dimensionnement d'une installation de climatisation par refroidisseur

absorption aliment par un champ de capteurs solaires thermiques pour le restaurant

et la salle polyvalente de la rsidence.

prvoir un systme de surveillance distance par tl contrle notamment.

disposer d'un modle des tablissements similaires.

a. Description des btiments climatiser:1. Le restaurant:

C'est un carr de 32,20 m de ct orient Sud Ouest. L'extrieur du btiment est

essentiellement vitr. Il est de niveau 1 avec une large terrasse.

Deux (2) portes s'ouvrent vers l'ouest; trois (3) vers l'est; un (1) vers le nord; un (1) vers lesud. Les dimensions des parties sont indiques sur le tableau 2 suivant.

ROC

Bureau 14.85 52

Resto et Bar 434.6 1520.96

Office 16 56

Vestiaire 14.9 52

Stockage Resto 24 84

Cuisine 96.2 336.7

Supermarch 139.4 487.9

Lingerie 14.85 52

Stockage supermarch 23.4 81.9

Service technique 25.6 89.5

SAS (6) 42 146.5Bureau supermarch 16 56

Couloir 26.4 92.4

Terrasse resto 196 686,2

Tableau 1-1: Les dimensions des pices et terrasses du restaurant

3

Projet de fin d'tudes' E.S.P. centre de This - Juillet 2007

2. La salle polyvalente:

Destine accueillir des expositions d'art et des scnes de thtre, ce btiment est d'une

superficie de 36,35 x 24,00 m et est orient Sud Ouest/Nord Est.

Les dimensions des locaux sont indiques par le tableau suivant:

Salle, scne, arrire552

scne2374

S.A.S 38.5 165.55

Tableau 1-2: Les dimensions des pices et terrasses de la salle polyvalente

b. Cahier des charges pour le bilan thermique:Ce village de vacances doubl d'un complexe htelier a pour objectif de jouer un grand rledans le secteur conomique du village de NDAYANE. En effet, ce projet vise dvelopper letourisme dans cette partie de la petite cte dont le potentiel sur ce domaine n'est pas bien

exploit. Un ensemble d'activits sera ainsi propos une clientle de type europen; le volet

culturel occupera une importante place.

Cette rsidence s'tend sur une superficie de 42 500 m2 et a une capacit de rception de 2680

clients en permanence et 2680 couverts pour le restaurant. L'architecture est d'un style

simple et respecte les contraintes de matrise et d'conomie d'nergie.

Par consquent, les matriaux utiliss, la structure des btiments, l'implantation, l'orientation,

l'environnement vgtal, sont conus et raliss de faon permettre l'utilisation des

phnomnes physiques naturels pour se rapprocher de la zone de confort. La structure et

l'orientation des diffrents btiments sont favorables une intgration des modules

photovoltaques.

Le plan de masse se dcompose en plusieurs btiments que sont des villas (T2, T3, T4), durestaurant-supermarch, de la salle polyvalente, de la piscine et de l'administration.

4


Orientations des locaux:Les btiments climatiser se trouvent 1425 de latitude nord et 1658 de longitude Est.L'tude est faite avec une altitude de 6m.

La faade principale du restaurant tant essentiellement vitre est oriente vers le Sud Ouest.

( Voir le plan de masse du restaurant figure Al de l'annexe A)

La salle polyvalente par contre ayant peu de vitrage a son la faade orient au SUD-OUEST

comme positionne dans le plan de masse.

( Voir le plan de masse de la salle polyvalente figure A2 de l'annexe A)

Description de l'enveloppe:

La structure est gnralement constitue de bton. Tous les ouvrages en bton (semelles,chanages escaliers, dalles, acrotre etc.....) seront doss 350 kg/rn"Les poteaux seront en bton coul enduit extrieur et intrieur.

Les murs seront en briques creuses, en structure lgre.

Les enduits seront doss 300 kg/m' en 15mm d'paisseur, la finition sera lisse pour

recevoir de la peinture.

Il est prvu aussi des poses de carreaux grs crame 30x30 ou grs maills au sol dans toutes

les pices, mais aussi des carreaux faence ivoire sur les murs des cuisines avec paillasse et

dans les toilettes jusqu' la hauteur de 1.80m.Les menuiseries seront constitues en bois fraqu ou rouge avec une couche d'impression

anti-termite.

La peinture-sera constitue de deux couches de glycrophtalique sur les boiseries et ouvrages

mtalliques aprs prparation et trois couches de vinyliques sur les enduits de ciment.

Les murs sont de couleurs claires.

Conditions extrieures de baseAvec le climat littoral, nous avons fix une temprature extrieure de base de 30c et une

humidit relative extrieure de 50%.

Conditions intrieures de base:Une temprature de base de 24 oc 28C nous parait tre une bonne fourchette. Pour les

calculs, on a pris une temprature intrieure de base de 24 "C avec une humidit relative de

60%.

5


Fentres et portes:Les fentres seront quant elle vitres .Les vitres sont simples avec cran intrieur et

fonctionnant en continu. Les pr cadres en aluminium seront prvus pour une meilleure

excution des chssis.

Les portes de dimension standard seront en bois.

OccupantsLes activits des occupants dpendent du type de local, le calcul de l'apport des occupants est

fait en prenant l'apport global d'enthalpie c'est--dire la chaleur correspondant au

mtabolisme de chaque occupant.

La densit d'occupation moyenne par m2 pour chaque local est mentionne dans le tableau

BI de l'annexe B.

clairage:L'clairage est du type luminaires fluorescents encastrs ou non encastrs selon le local.

La dure d'clairage et le temps coul aprs l'clairage dpendent aussi du local.

La densit d'clairage des locaux est donne dans le tableau B2 de l'annexe B.

Appareils lectriques ou gaz: Voir le tableau B3 de l'annexe B.

6


1

CHAPITRE II : LE REFROIDISSEMENT PAR ABSORPTION

Aux nergies traditionnellement utilises (notamment l'lectricit), il est videmment tentantde substituer une nergie gratuite, en l'occurrence celle qui provient de la rcupration de la

chaleur solaire. Cependant ce choix va introduire des contraintes technologiques.

En effet, le cycle thermodynamique retenu pour la production frigorifique devra tenir compte

du faible niveau thermique de l'nergie ainsi recueillie.

En climatisation solaire, les cycles thermodynamiques les plus utiliss sont les cycles

absorption.

A. PRINCIPE DE BASE DE LA REFRIGERATION A ABSORPTION

La mthode de rfrigration par absorption utilise un cycle purement thermique qui repose sur

des diffrences d'affinits entre deux corps, suivant leurs conditions thermodynamiques:

pression, temprature, concentration. Pour que l'affinit puisse se manifester et tre exploite,

il est ncessaire que l'un des deux corps au moins ne soit pas gazeux, et qu'ils ne soient pas

tous deux solides.

L'absorption est l'affinit entre deux fluides (liquide -liquide ou liquide - vapeur).Le fluide de travail du systme est une solution contenant un fluide de rfrigration (unrfrigrant) et un absorbant, qui ont l'un pour l'autre une forte affinit.On apporte de la chaleur une solution de rfrigrant et d'absorbant contenue dans le

gnrateur, ce qui produit une vaporation du rfrigrant, qui se spare du mlange en

abandonnant une solution pauvre en rfrigrant. La vapeur produite pntre dans le

condenseur, o elle se liqufie en cdant de la chaleur. L'ensemble gnrateur - condenseur

constitue la partie haute pression du systme.

Le rfrigrant liquide accumul dans le condenseur peut ensuite tre dtendu de cette zone

haute pression vers un vaporateur basse pression. L'nergie ncessaire la vaporisation est

emprunte au fluide circulant dans l'vaporateur qui va bien videmment tre refroidi.

Aprs vaporation du rfrigrant dans l'vaporateur et extraction de chaleur de l'accumulateurfroid ou du milieu rfrigrer, le rfrigrant pntre dans l'absorbeur; dans celui-ci, la vapeurdu rfrigrant se recombine avec le mlange en provenance du gnrateur, pauvre en

rfrigrant.Comme cette recombinaison est exothermique, il faut extraire de la chaleur de l'absorbeurafin de maintenir sa temprature suffisamment basse pour conserver l'affinit leve dont on a

7


1

besoin entre le rfrigrant et la solution. La solution rsultante, riche en rfrigrant, est

recueillie au fond deI'absorbeur et encore pompe dans le gnrateur pour y maintenir un

niveau et une concentration imposs. C'est la pompe de circulation qui assure la diffrence de

pression voulue dans le systme.

La ncessit de faire circuler de faon continue, d'une part, la solution pauvre en rfrigrant,

depuis le gnrateur temprature leve jusqu' l'absorbeur basse temprature,et d'autre part la solution riche en rfrigrant, contre - courant, suggre l'installation d'un

rcuprateur, simple changeur de chaleur mthodique qui minimise les pertes de chaleur de

associes aux transferts de fluides entre les deux composants. En l'absence de rcuprateur, la

charge thermique sur la source de chaleur et le rejet thermique associ l'absorbeur seraientaugments, d'o une diminution du coefficient de performance du systme.

Le refroidisseur absorption est donc compos essentiellement de:

un bouilleur

un condenseur

un dtendeur

un vaporateuret une ou deux pompes pour les transferts de solution ainsi que la tuyauterie et la rgulation.

Dans ces machines frigorifiques absorption on trouve les modles dits ouverts ou le

bouilleur et le condenseur d'une part et l'vaporateur et l'absorbeur d'autre part, sont placs

dans des enceintes distinctes. On trouve galement des units hermtiques ou les quatre

organes pnncipaux bien que pressuriss diffremment sont regroups dans la mme

enveloppe..

8


Circuit derefToidissenaentp ~ Condenseur

CompressionThermique

Gnrateur ouBouilleur

,

Echangeurrcuprateur

Source dechaleur

Dtendeur Haute pressionPompe deSolution

Circuitd'utilisation

Basse pression

vaporateur Absorbeur

Figure 2-1:Cycle de la rfrigration par absorption

-Au niveau du bouilleur on a une compression thermique,

-Le liquide ne subit pas de sous refroidissement dans le condenseur.

-La circulation du fluide dans les tuyaux n'engendre pas de pertes de charges.

-Dans l'absorbeur le gaz est instantanment transform puis mlang avec la solutionvenant du bouilleur pour tre pomp dans le bouilleur sans variation de temprature et de

pression.

9


p

Pk

Po

4(3)

5

Bsat~

o


2

1

h4=h5 hl h2

Figure 2-2 : cycle thermodynamique de la solution H20ILiBr

Les conditions de fonctionnement tant dfinies par :

Vaporisation: Po, 80 Condensation: Pk, 80

B. LES PERFORMANCES DE LA REFRIGERATION A ABSORPTION:

Les performances de l rfrigration absorption sont dtermines par les tempratures de ces

diffrentes composantes. Les tempratures du condenseur et de l'absorbeur dpendent

essentiellement de la temprature disponible pour le rejet de chaleur. La temprature del'vaporateur doit tre suffisante pour produire le refroidissement et les effets de

dshumidification voulus dans l'espace refroidir. Avec ces trois tempratures prescrites, la

temprature du gnrateur et par suite la chaleur ncessaire pour un fonctionnement

convenable sont fixes par des considrations thermodynamiques.

Le cycle absorption fonctionne trois niveaux de temprature. Nous trouvons en effet par

ordre de temprature croissante :

-le circuit d'eau glace (temprature moyenne: SOC) ;-le circuit de refroidissement (temprature moyenne: 40C) ;-le circuit de chauffage du bouilleur (temprature moyenne: SOOe).

10


C. LES CYCLES THERMODYNAMIQUES:Deux combinaisons absorbant-rfrigrant ont dj trouv un emploi tendu dans lesapplications de conditionnement d'air: le systme eau-bromure de lithium et le systme eau-ammoniac.

a. Le cycle eau !bromure de lithium:Dans ce systme le bromure de lithium est l'absorbant et l'eau est le rfrigrant .Cette

combinaison est trs utilise pour les applications solaires, parce que :

- Elle entrane des coefficients de performances levs aux tempratures de

fonctionnement des systmes solaires.

- Elles ncessitent des pressions de fonctionnement plus basses, permettant ainsi des

puissances de pompages plus faibles.

- On peut l'utiliser sans restriction dans les btiments commerciaux et rsidentiels.

Cependant cause, de la chert du bromure de lithium, on ne peut pas l'utiliser comme fluide

d'accumulation froide.

b. Le cycle eau lammoniac :Dans ce systme, l'eau sert d'absorbant et l'ammoniac est le rfrigrant. Il est ncessaire que

dans la machine, il soit prvu une colonne de rectification (sparateur) qui spare l'eau del'ammoniac avant le passage de ce dernier dans le condenseur.

L'emploi de l'ammoniac dans les btiments est limit par des rglementations de

construction, parce qu'il forme avec l'air des mlanges dtonants.

D. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DE LA REFRIGERATION PAR

ABSORPTION

a. Avantages:

- Pas de fluide frigoporteur nocif pour l'environnement.

- Pas de compression mcanique (et peu de pices en mouvement) donc limitation dubruit et des vibrations.

- Maintenance simplifie.

- Cot nergtique intressant par rapport l'lectricit ( peu prs quivalent l'tmais nettement moins cher l'hiver).

- Fiabilit et dure de vie (les machines absorption ont une dure de vie estime de 25 30 ans, ce qui est largement suprieur la dure de vie des machines compression

mcanique)Il


- Le poids et l'encombrement limits.

b. Inconvnients:


- son coefficient de performance est variable.

- Problmes de production pour les tempratures en dessous de Doc.

- Le liquide absorbant utilis peut se cristalliser et rendre le circuit non oprationnel.

12


CHAPITRE III : LA CENTRALE DE CLIMATISATION

Les centrales de climatisation sont conues pour refroidir les grands btiments. Elles

permettent d'alimenter en air conditionn les locaux qui sont soumis aux mmes conditions

d'exploitation.

A. DEFINITION:

Un systme de climatisation est l'ensemble des quipements dont les fonctions essentielles

sont:

Conditionner l'air des caractristiques donnes (temprature sche ou humide,l'humidit absolue, la puret de l'air. .. )

Distribuer l'air trait dans les locaux par le biais de conduites et quipements

terminaux.

Un procd de climatisation est dfini par le principe de conditionnement de l'air auquel la

centrale fait appel.

B. LES PROCEDES DE CLIMATISATIONS:

Ils peuvent tre classs selon la nature du fluide primaire utilis:

Les procds utilisant uniquement l'air: procd tout air

Ceux utilisant uniquement l'eau: procd eau pulse

Ceux utilisant l'eau et l'air : procd mixte

a. Procd tout air:

Dans ce cas aucun quipement de refroidissement et de dshumidification n'est ncessaire

dans les locaux climatiss. L'air conditionn et prpar par les quipements centraliss est

envoy directement dans les locaux. Il peut s'appliquer la climatisation de confort des

btiments requirent l~ contrle individuel de plusieurs zones comme dans les coles, lesbureaux, les hpitaux, les laboratoires et les htels.

Par le mode de distribution on distingue:

- Les systmes un seul conduit et volume d'air constant (VAC) : ces systmesfournissent directement l'air trait aux bouches de soufflage. Exemples :

)0> Les systmes compacts (les climatiseurs individuels, les armoires declimatisations)

13


~ Les systmes dissocies (les systmes uni zones sans rchauffage terminal auniveau du local) qui se divisent en plusieurs catgories: centrales de traitementd'air uni zones, centrales de traitement d'air uni zones installes l'extrieur

(Roof top, les centrales uni zones avec rchauffage terminal qui travaillent enfonction des saisons.

- Les systmes un seul conduit et volume d'air variable(VAV) : Pour ce systme nousavons une temprature constante mais un dbit variable et l'air est souffl directement

dans les locaux

- Les systmes de dplacement une conduite: ces systmes apportent de l'air, tout

prs du plafond faible vitesse, une temprature en dessous de la temprature

intrieure du local. Le dplacement de l'air est alors amorc de bas en haut par les

apports de chaleur en provenance des occupants et quipements. Il peut aussi l'tre par

l'vacuation de l'air repris.

- Les systmes deux conduits (dual duct) : partir du caisson, le systme alimentedeux gaines en air des conditions diffrentes (de l'air refroidi d'un cot et l'air chaudde l'autre).Une boite terminale au niveau de chaque local mlange les deux airs dansles proportions pour satisfaire les conditions de confort.

- Les systmes multizones : ils fournissent de l'air trait plusieurs zones partir d'un

seul caisson install de faon centrale. Les conditions requises dans chaque zone sont

satisfaites en mlangeant de l'air refroidi et de l'air rchauff travers les dampers de

zone dans le 'caisson. L'air ainsi trait est distribu par le biais d'un rseau de

conduites raison d'une gaine par zone

b. Procd eau pulse:

L'eau glace produite par la centrale est envoye aux niveaux des quipements terminaux

et ces derniers l'utilisent pour faire le traitement de l'air avant de le souffler dans le local.

On distingue :.

- Les systmes ventilo-convecteurs ou units compactes autonomes: surtout

utiliss pour climatiser les locaux excentrs ou comme quipement d'appoint.

- Les systmes de rafraichissement des locaux: ils permettent seulement de

diminuer les charges intrieures par un rafraichissement de l'air.

14


NB : ces systmes ne peuvent tre utiliss dans notre tude car l'investissement est trop

lev.

c. Procd mixte:

Les quipements centraliss fournissent l'eau glace et l'air pulss et distribus aux

quipements terminaux qui sont dans les locaux climatiser. On distingue selon l'appareil

terminal:

- Les systmes induction ejecto- convecteurs: l'air est puls dans le caisson del'ejecto-convecteur et par induction, une quantit d'air repris est mlang a celui-cipour garantir les conditions de confort.

- Les systmes 100% air avec rchauffage ou refroidissement terminal : c'est le

mme procd que les systmes tout air.

Du fait du nombre important de locaux desservir adquatement et le nombre important defentres dans le bar restaurant, il n'est pas prconis d'utiliser les systmes VAC.

Le cot de l'installation et d'exploitation tant trs lev pour les systmes induction, deux

conduits et les systmes multizones, nous utiliserons pour notre cas le systme un seul

conduit et volume d'air variable (VAV). Ainsi il permet de rpondre aux besoins des locauxdesservis et un contrle prcis de la temprature lorsqu'il est utilis pour des applications

normales. Il donne aussi une grande flexibilit dans l'amnagement des locaux, le gaspillage

d'nergie est infime et les frais de fonctionnements sont peu levs avec une dure de vie

comprise entre 20 et 30 ans.

Etant donn qu'on peut satisfaire les conditions de confort avec l'air venant directement des

quipements centraux, la variante la plus approprie pour notre cas est le systme un seul

conduit et volume d'air variable(VAV) sans rchauffage terminal.

C. LE SYSTEME A UN SEUL CONDUIT ET VOLUME D'AIR VARIABLECVAV) SANS RECHAUFFAGE TERMINAL:

a. Principe de fonctionnement

L'eau glace provenant de la machine absorption cde ses frigories l'air provenant de la

chambre de mlange. Cet air traverse ensuite l'humidificateur et le sparateur de gouttes qui

sont situs la sortie du caisson de traitement d'air.

15


Apres traitement de l'air et selon les conditions climatiques imposes dans les diffrents

btiments, l'air trait peut tre envoy aux locaux, un dbit variable en fonction des charges,

par un rseau de gaines.

L'envoi de l'air conditionn est assur par un ventilateur de soufflage plac au niveau de

chaque local et l'air vici est repris par un autre ventilateur dit de reprise. Une partie de l'air

repris sera rejete et l'autre partie sera mlange avec l'air neuf au niveau de la chambre demlange et le processus reprend ainsi de suite. L'air dlivr par la centrale est toujoursconditionn, rafrachi et dshumidifi.

Les pertes de chaleur observes au niveau des longues gaines peuvent tre compenses par

des rchauffeurs indpendants de la centrale et placs dans certaines portions de gaine.

Avec cette installation, la climatisation des diffrents locaux peut tre assure sans une trs

grande difficult.

refroidisseur

Air

Air r

-f- >~Eu

1

Locauxglace ~

\ r-- --neuf -l ~ Gaine/\ "

'7

---

1-Airrecycl

. , -

eJete pour les femmes, de 20%}.> pour les enfants, de 20 40%

.}.> pour un public mixte, de 10%

Le tableau B.1 [15] de l'annexe B donne les valeurs des occupations moyennes des diffrents

locaux.

b. Charges dues l'clairage:

L'clairage intrieur des locaux climatiser est source de dgagement de chaleur sensible.

Il existe actuellement deux types de lampes:

- Les lampes fluorescence

- Les lampes incandescence

Le refroidissement des luminaires s'impose dans les locaux o la puissance d'clairage est

grande. Et dans ce cas il se fait par circulation d'air ou d'eau et les lampes sont encastres

dans un faux plafond par lequel s'effectue la reprise d'air du local.

Cependant on calcule les apports dus a l'clairage par la relation suivante:

Qe =E.S.M (4.3)

20


O

E : est le niveau d'clairement du local donn au tableau B2 IlS) de l'annexe B.

S : est la surface du local en m2

M : le coefficient de correction qui tient compte du type d'clairage, de sa dure et du type

de construction donn au tableau C3 (lS) de l'annexe C.

NB : on majorera de 20% ces apports pour tenir compte de la puissance absorbe par lessupports lorsque les lampes ne sont pas encastres.

c. Charges dues aux machines lectriques:

Les machines lectriques rencontres dans les locaux climatiss sont diverses. Elles dgagent

toutes une quantit de chaleur mais certaines, en plus, apportent de l'humidit.

Ainsi elles peuvent tre classes en deux groupes :

- Celles qui ne modifient pas l'humidit: elles sont essentiellement constitues de

machines de bureau et dgagent l'quivalent calorifique de la puissance lectrique

absorbe.

- Celles qui modifient l'humidit du local climatiser: caractrises par un apport

d'enthalpie et d'humidit dans le local o elles sont installes.

Dans le cas o ces apports sont importants, on a intrt mettre en place uneextraction mcanique localise qui permettra une diminution importante de ces apports

dans le local.

Le tableau C4 IlS) de l'annexe C donne les apports d'enthalpie et d'humidit de

divers appareils.

d. Charges dues la tuyauterie:

L'air destin aux locaux est amen par les conduites qui traversent ces derniers.

La tuyauterie dans laquelle circule cet air froid apporte des frigories aux locaux traverss par

transfert de chaleur.

Cette absorption frigorifique est donne par la relation suivante:

Qtuy = k.l. (8 - SaAvec

k : coefficient linique d'absorption de la tuyauterie en W/m OC

(4.4)

21


1: longueur de la tuyauterie mesure l'intrieur du local en ma:temprature de l'air circulant dans la tuyauterie en ocai :temprature intrieure du local en oc

e. Charges des au processus industriel:

On rencontre en gnral deux processus dans les tudes de climatisation:

- la combustion des appareils gaz;

- l'vaporation des surfaces d'eau.

Les quipements prvus dans le restaurant sont tous des appareils gaz raccords chacun un

conduit d'vacuation. Donc l'apport dans le local est entirement sous forme enthalpie et est

donn par:

Qpi = O.2PeAvec

P, la puissance nominale de l'appareil gaz en W.

C. LES CHARGES DUES A L'ENVIRONNEMENT EXTERIEUR.:

Elles sont dues aux influences des facteurs climatiques sur notre environnement.

Ces charges peuvent se classer en trois catgories :

celles dues au rayonnement solaire

celles dues aux changes thermiques par les parois extrieures

et celles dues aux infiltrations d'air extrieur.

a. Charges dues au rayonnement solaire sur les vitrages:

L'apport travers les vitrages est donn par la relation suivante:

Qv =kt N. k2 S. QmaxO:

k, : coefficient d'encadrement

- k l =1.17 pour un encadrement mtallique;- k l = l pour un encadrement non mtallique.

(4.5)

(4.6)

22

Projet de fin d'tudes- E.S.P. centre de This - Juillet 2007

k2 : coefficient de correction des apports effectifs pour tenir compte de l'altitude et du troublede l'atmosphre donn au tableau CS [15] de l'annexe C ;

N: coefficient de correction affectant les apports effectifs d'un vitrage simple donn au

tableau C6 [15] de l'annexe C ;

S : la surface brute du vitrage en m2 ;

Qmax: apport effectif du vitrage en W1m2 donn dans les tableaux C7 CI2 [15] del'annexe C.

b. Charges dues aux changes thermiques par les parois extrieures:

Au niveau des parois extrieures, il rgne un change de chaleur par transmission. Lerayonnement solaire constitue la source prdominante de ce transfert.

Ces apports sont calculs par la relation suivante, en procdant paroi par paroi :

(4.7)Avec:

K : coefficient global de transfert de chaleur en W 1m2 OC

Spe : aire de la paroi travers laquelle se fait l'change de chaleur en m2

/1 eev : cart virtuel de temprature en "CDans les calculs, on utilise l'cart virtuel de temprature corrig donne par:

- pour les murs :

(4.8)

Avec:

LM : facteur correctif latitude -mois donn par le tableau cn [15] de l'annexe C

K, : facteur correctif li la couleur

-Kc= l pour une coloration sombre

-Kc=0.83 pour une couleur mdiane (vert, jaune, bleu)-Kc=0.65 pour-une couleur claire

- pour les vitrages:

(4.9)

23


Avec:

air itemprature de l'air l'intrieur du local

ae : temprature de l'air de l'extrieurLiaev : donn par le tableau C14 [lSI de l'annexe C.


c. Charges dues aux infiltrations d'air extrieur:

L'air extrieur qui pntre dans le local climatis provoque des variations d'enthalpie et

d'humidit. Ces gains ou pertes sont donns par les relations suivantes:

- enthalpie: Qe = qmas,v(he - ha- humidit: M = qmas,v(re - ra

en W (4.10)en kg / s (4.11)

qmas,v: dbit massique d'air sec d'infiltration ou de ventilation directement introduit dans

le local climatiser sans tre trait en kgas/s

On peut calculer qmas,v de la manire suivante:

(4.12)Avec:

qmas : dbit massique d'infiltration par m3 de local donn au tableau suivant:

V : volume du local climatiser en m3

he, hi : enthalpie spcifique de l'air extrieur ou intrieur en J/kgas

r e, ri: teneur en humidit de l'air extrieur ou intrieur en kg/kgasNombre de parois extrieures ayant des Dbit massique d'infiltration en

fentres ou des portes (kg/h.rn" de local)1 1.1

2 1.8

3 2.2

4 2.5

Tableau 4-1: Dbits massiques moyens d'infiltrations dus aux portes et fentresextrieures (Source: [15])

L'valuation des apports dans chaque local est effectue sur des feuilles de calcul donnes en

annexe D.

24


Les rsultats sont recueillis dans les tableaux suivants:

~ Pour le restaurant:


chargeslocal Enthalpie Humidit

(W) (%) (gth) (%)bar 78093,5 26,5 23543,5 58,0Stockage restaurant 851,2 0,3 375,8 0,9Bureau Sud-est 2489,5 0,8 465,9 1,1Vestiaire 307,1 0,1 141,3 0,3cuisine 139159,8 47,3 2462,8 6,1Salle tage 44996,3 15,3 10614,9 26,1Bureau supermarch 310,6 0,1 82,0 0,2lingerie 7745,1 2,6 369,0 0,9service technique 1 980,6 0,7 561,6 1,4stockage supermarch 1 356,6 0,5 336,2 0,8office 7723,3 2,6 298,0 0,7supermarch 9273,5 3,2 1 345,6 3,3

Tableau 4-2 : Charges vaincre au niveau des locaux du restaurant

Enthalpie totale Ho= 294287.1 W

Humidit Mo= 40596.6 g/h

~ Pour la salle polyvalente:

chargeslocal

Enthalpie (W) Humidit (g/h)Salle polyvalente 101031,8 38889,8

Tableau 4-3: Charges vaincre au niveau des locaux de la salle polyvalente

Enthalpie totale Ho= 101031,8W

Humidit Mo= 38889,8g/h

25


CHAPITRE V: LE TRAITEMENT DE L'AIR

A. DEFINITIONS:

Enthalpie del'air humide -----AHe ~ -----A Enthalpie de l'air

Appareil de traitement de ~ la sortiel'air Hs

Humidit Humidit dede l'air ----1\, ~ l'air lal'entre r-v' r-----v sortieMhe Mhs

.J.~ .J.tEnthalpie Humidit apporteapporte ou ou extraite parextraite par l'appareill'appareil

Figure 5-1 : Schma du traitement global de l'air

Nous admettons la convention suivante pour le schma d'un traitement global de l'air:

Lorsque l'enthalpie et l'humidit seront fournies au cours d'un traitement d'air, elles

constituent un


(5.4) M: quantit d'humidit apporte ou extraite par heure dans l'appareil en [kg/s]

Ho =qmas (h, -he) I', -r e = ~

qmas

B. CARACTERISTIQUES DE L'AIR TRAITE:

(5.5)

(5.6)

(5.7)

Ces caractristiques l'intrieur des locaux climatiser et dans l'air ambiant sont connues.

De mme les caractristiques de l'air souffl sont aussi connues. L'air neuf admis est

mlang de l'air recycl avant d'tre trait pour tre par la suite souffl au niveau du local.

Pour connatre la portion d'air recycler nous allons dterminer le taux de renouvellement

d'air neuf. Le taux de renouvellement d'air neuf est donn par :

T (qmas)anan =...;..;..;..;..;;.;.;.;;......--qmas

q (mas) an=dbit masse d'air neuf admettreqmas= dbit d'air souffler dans les locaux

- Pour le restaurant:L'air neuf est calcul en fonction du nombre d'occupants des locaux et de leurs besoins

individuels en oxygne. En effet, l'air conditionn, en plus de vaincre les charges thermiques

dans les locaux, permet d'apporter toute la quantit ncessaire en oxygne. Nous dterminons

cette quantit d'air neuf au niveau de chaque local et ensuite nous faisons la somme pour le

besoin total.

27

1Projet de fin d'tudes

Dbit d'air neuf par Nombre Dbit totallocaux

occupant (m3/h,pers) (m31h)d'occupantsBar (salle ROC et

30 421 12630Terrasse)office 30 4 120

cuisine 30 8 240

vestiaires 25 2 50

Service technique 25 2 50

Stockage restaurant 22 1 22

bureau 25 2 50

supermarch 22 1 22

Stockage22 1 22

supermarch

lingerie 22 2 44

Bureau 25 1 25

Salle de spectacle 30 552 16560

Tableau 5-1 : Dbits d'air neuf exigs au niveau des locaux

(Source : [15])Le dbit volumique d'air neuf total pour le restaurant est qvr =13275 m31h.

Pour l'ensemble des locaux climatiser, le volume spcifique de l'air est Vh= 0,856 m3lkgas

pour Si = 24C et


qmrc + q man = qmas

hm - (1- Tan) h rc + Tanhanrm = (1- Tan)rrc + Tanran


(5.9)(5.10)(5.11)

qmrc: dbit masse d'air recycl

hrc: enthalpie massique d'air recyclhm: enthalpie massique du mlange d'air neuf et d'air recycl

r m: humidit absolue du mlange d'air neuf et d'air recycl

han: enthalpie massique d'air neufTan: taux de renouvellement d'air neuf

On a: h., = 52.65 kJ/kgas

han = 64.20 kJ /kgas

rrc = 0,0112 kg/kgas

r an = 0,01331 kg/kgasL'application des formulas (5.10) et (5.11) nous donne:hm = 54.25 Kj/ kgas, r m=0,01149 kg/kgas. hs=43.72kJ /kgas

On en dduit: 8 m= 25 -c, m= 59 %, vhm=0.8593 m3/kgas

San =30ocfl)an =50 %

Sm =25 Ocfl)m=59 %

Sj=24 Ocfl)j =60 %

fl)s= 96%

Figure 5-2a: Diagramme de conditionnement de l'air pour le restaurant

29


- Pour la salle polyvalente:

Le dbit volumique d'air neuf total pour la salle polyvalente est qvsp =16560 m3/h

Pour l'ensemble des locaux climatiser, le volume spcifique de l'air est vh= 0,856 m3/kgas

pour ej = 24C et


La reprsentation de ces diffrents points nous donne le cycle suivant:

r (gtkgas)

2..0::::....- .../

3

o

16 24 25

Figure 5-3: Caractristiques de l'air souffler

Nous obtenons donc pour l'ensemble des points du cycle de traitement de l'air les

caractristiques suivantes :

Etat de h r vl'air

e (OC) CI (%) h (KJlkgas) (kcal/kgas) (glkgas) (m3Ikgas)

30 50 64 15.35886 13.31 0,8767

1 25 59 54,5 13,146 11.7 0,8601

2 16 96 43,72 10,46 10.92 0,8331

3 24 60 52,5 12.56 11.2 0,8565

Tableau 5-2a: caractristiques de l'air travers ces diffrents tats pour le restaurant

Etat de h r vl'air

e (OC) CI (%) h (KJlkgas)(kcal/kgas) (glkgas) (m3Ikgas)

30 50 64 15.35886 13.31 0,8767

1 26.91 55 58.196 13.923 12.22 0,8663

2 16 98 44.31 12.559 11.199 0,8334

3 24 60 52,5 12.56 11.2 0,8565

Tableau 5-2b : Caractristiques de l'air travers ces diffrents tats pour la salle

31


CHAPITRE VI : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DESEQUIPEMENTS

A. CAISSON DE TRAITEMENT DE L'AIR

Ce sont des machines pour le traitement complet de l'air composes de diffrentes sections

modulaires. Elles nettoient l'air travers des filtres dont l'efficacit est de plus en plus grande

selon les besoins et les applications; elles permettent d'agir sur la temprature et l'humidit de

l'air pour obtenir les caractristiques convenant davantage au type d'application aussi bien

dans le secteur de la climatisation domestique que dans certains procds industriels.

Les caissons de traitement d'air disponibles sur le march sont quips d'changeurs

plaques. L'efficacit de ces caissons varie entre 70% et 90%.

Les caissons sont fournis en fonction de leurs dbits d'air nominal.

Pour notre systme on a un dbit qy=27.72 m3/s =99800 m3/h pour le restaurant et

qy=9.425 m3/s=33930m 3/h pour la salle polyvalente.

Eau glace

Mlange d'air

entin de refroidissement

Figure 6-1 : Schma du caisson

Pour le choix du caisson l'offre de Carrier nous conduit retenir:

- Pour le restaurant, le modle 39 HQ 23-18Largeur: 23x160 +98

Hauteur: 18x160 +98

Dbit d'air nominal: 104000 m3/h- Pour la salle polyvalente, le modle 39 HQ 14-10

Largeur: 14x160 +98

Hauteur : 1Ox160 +98

Dbit d'air nominal: 35000 m3/h

32


B. REFROIDISSEUR:

a. Puissance du refroidisseur:

La puissance frigorifique utile est donne par :

Pu = qmas (hm - hs)


(6.1)Pour le restaurant on a :

hm = 54.25 Kj/ kgas, hs=43.72kJ/kgas et qmas = 33,276 kgas/s ce qui donne:

PUISSANCE Kcal/ h KWFRIGORIFIQUE

UTILE Pu 301366.7 350.4

Tableau 6-1:Puissance frigorifique requise pour le restaurant

Pour la salle polyvalente on a :

hm = 58.196 kJ/ kgas, hs=44.31 kJ/kgas et qmas = 11.313 kgas/s.

PUISSANCE Kcal/ h KWFRIGORIFIQUE

UTILE Pu 135117.6 157.1

Tableau 6-2:Puissance frigorifique requise pour la salle polyvalente

Puissance requise au niveau du serpentin de refroidissement:Avec une efficacit de l'changeur est E, la puissance requise au niveau du serpentin de

refroidissement est: . P serp = Pu/ E (6.2)Pour le dimensionnement on prend E= 70% et pour des raisons de scurit on fera une

majoration de 20%.La puissance frigorifique au niveau de notre refroidisseur est donne dans le tableau suivant:

btiments Puissance refroidisseur (kW)restaurant 600.7

Salle polyvalente 269.3

Tableau 6-3:Puissance des refroidisseurs

33


b. Choix du refroidisseur:


Les machines actuelles absorption sont de type simple effet, mais celles doubles effets

sont dotes de rendement proche de 1. De plus, de nouvelles machines de types triple effet

permettent d'atteindre des rendements de 1,2 1,3(le rendement est le rapport de lapuissance frigorifique sur la puissance calorifique de la source). Elles permettent de produiredu chaud et du froid de faon alterne ou simultane.

Les puissances des machines absorption vont maintenant de quelque_dizaines de kilowatts

(minimum autour de 20kW) plusieurs milliers de kilowatts. L'offre dans les petitespuissances (5 10 kW) est entrain de se dvelopper.L'installation complte de production de froid par machine absorption comprend en outre

un dispositif de refroidissement, en gnral une tour de refroidissement.

Les principaux fabriquant ou industriels prsents aujourd'hui sur le march sont:- Trane (352 3870 kW)- York (350 530 kW)- Carrier (l7 5300 kW)- Yazaki (l05 350 kW)- MCQUAy (35.0 5300 kW)- Climgaz (l0 105 et 116 46520 kW)

~ Carrier (ANNEXE G)Restaurant:

Groupe frigorifique RCH 040Puissance frigorifique 633 kW

Salle polyvalenteGroupe frigorifique RCH 020Puissance frigorifique 316 kW

34


~ YAZAKI (ANNEXE G)

Pour le choix des refroidisseurs Yazaki nous proposent des gammes standards et nous

choisissons les options suivantes :

Pour le restaurant:Couplage en parallle de trois (3) refroidisseurs WFC 50 (596 MBH -174 ,826 kW) plusun (1) refroidisseur WFC 20 (240 MBH -70 ,32 kW)Pour la salle polyvalente

Couplage en parallle de deux (2) refroidisseurs W FC40 (480 MBH -140,8 kW)

TRANE (ANNEXE G)

Restaurant

Groupe frigorifique ABSC 174

Puissance frigorifique 611 kW

Salle polyvalenteGroupe frigorifique ABSC 112

Puissance frigorifique 294 kW

La proposition de CARRIER est meilleure pour notre tude pour les raisons suivantes:

elle donne une puissance frigorifique qui tient compte de futures extensions possibles

de la climatisation

elle demande une puissance calorifique moindre au niveau du gnrateur

elle est l'quipement le plus rpandu en Afrique d'o la facilit d'avoir des pices de

rechange.

35


C. SOURCE CHAUDE:CAPTEURS

SOLAIRES

P01v1PE


POMPEBALLONTA1\.fPON

Figure 6-2:source chaude de l'installation

a. Exposition nergtique du site:

Pour un site donn, la quantit d'nergie reue par les capteurs dpend de l'exposition

nergtique du lieu, et des conditions d'implantation. Les donnes relatives au rayonnement

solaire peuvent tre obtenues partir des stations mtorologiques qui sont rparties sur

l'ensemble du territoire.

Le site considr ne dispose pas de station mtorologique cependant sa proximit par

rapport celle de Dakar, permet de faire le rapprochement des flux solaires entre Dakar

(latitude 1473) et le site (latitude 1425).

Les donnes mtorologiques du site sont:

Tableau 6-4 : Rayonnement global sur une surface horizontale (kWh/m2/jour) Moyennemensuelle (Source: Site de la NASA)

Le rayonnement total annuel =2244, 24 kWh/m2.an

36

rProjet de fin d'tudes E.S.P. centre de This - Juillet 2007

Tableau 6-5 : Temprature moyenne de l'air sec (OC)(Source: Site de la NASA)

'Temprature de l'eau froide (%)

EJEE r~tJr~~t~Jr:JI:JtJrlLat 14.25 IJ~J:~: MoyenneLon 16.58 Apr annuelle"",,,,",,,,,,,

1Projet de fin d'tudes

2. Capteun sous vide:

Les capteurs sous vide (ou caloduc) sont parmi les plus efficaces et les plus coteux. Cescapteurs conviennent mieux des applications temprature modre o la temprature

requise atteint 50 95 "C et/ou des applications o le climat est trs froid. Tout comme pourles capteurs solaires de types vitrs, les applications des capteurs sous vide comprennent le

chauffage de l'eau dans les rsidences, les btiments commerciaux, le chauffage des

btiments, ainsi que celui des piscines intrieures.

Compte tenu des tempratures (80C -95C) requises pour la bonne marche d'une machine absorption, il a t choisi d'employer des capteurs tubes sous vide qui ont la proprit deconserver des rendements levs, ces niveaux de tempratures

3. la production instantane du capteur solaire: Equation fondamentale:

La production nergtique instantane d'un capteur solaire peut tre dfinie par une quation

caractristique simple dans laquelle le capteur est caractris par sa surface et par deux

coefficients caractristiques. Cette quation est donne diffrentes formes suivant la

temprature du fluide qui sert de rfrence.

On utilise la temprature moyenne du fluide dans le capteur comme servant de rfrence. Au

niveau de la normalisationinternationale, on utilise plutt la temprature d'entre du fluide.On a ainsi les deux critures :

Pc = S[B X 1 - K(Th~ - T.,)] (6.3)

Ou (6.4)

Avec

Pc : puissance totale des capteurs (W)1: flux de rayonnement disponible sur le plan des capteurs (W/m2)Te: temprature ambiante (OC)Tfe : temprature d'entre du fluide au niveau du capteur (OC)Tfm: temprature moyenne du fluide l'intrieur capteur

S : surface des capteurs en (m')

38


B, Fra: coefficients caractristiques des gains du capteur (sans dimension)K, Fmi: coefficients caractristiques des pertes du capteur (W/m20C)La puissance totale des capteurs peut tre aussi calcule par la formule suivante :

p. = 11.-C lJ (6.5)

Pu : puissance utile des capteurs (W)11 : rendement du systme solaire.

Dfmition des coefficients caractristiquesEn toute rigueur, les coefficients caractristiques sont des variables dpendant des conditions

rgnant un moment donn. En pratique, un capteur donn peut tre caractris par un

couple unique (B, K) ou (Fla ,Fmi) dtermin par mesure dans des conditions normalises.On peut valuer les performances d'une installation solaire utilisant ce type de capteur partir

de ces valeurs normalises qui figurent, par exemple, dans les documents techniques des

capteurs commercialiss.

Le coefficient B est gnralement compris entre 0,7 et 0,8 pour les capteurs plans, entre 0,5 et0,8 pour les capteurs sous vide ( incidence normale),Le coefficient K est gnralement compris entre 3 et 10 W/m2c pour les capteurs plans,entre 1.5 et 3 W1m2 OC pour les capteurs sous vide.

Les valeurs de Fmet Fmi sont lgrement plus faibles que celles de B et K.

4. Inclinaison des capteurs :L'inclinaison dpend essentiellement de deux paramtres:

la latitude

la saisonnalit des besoins

Pour faciliter la dfinition des supports on utilisera des inclinaisons standards (15 et 30) carune variation de quelques degrs autour de la valeur optimale a une trs faible influence sur

les rsultats.

Le dbit d'eau chaude tant constant sur l'anne, l'angle d'inclinaison sur l'horizontale sera

proche de la latitude afin qu' l'quinoxe, l'incidence du rayonnement solaire soit normale

midi.

On adopte donc une inclinaison gale 14,25 pour le restaurant et pour la salle polyvalente

on prendra une inclinaison gale IS par rapport l'horizontale.

39


Les capteurs seront orients Sud/Sud -Ouest correspondant la position optimale pour lacaptation de l'nergie solaire.

Pour notre dimensionnement, nous allons prendre le rayonnement solaire moyen sur le plandes capteurs qui 500 W/m 2 et une dure d'ensoleillement de 12 h.

5. Dimensionnement thorique de notre surface:On a tudi les propositions de beaucoup de fournisseurs et on a retenu les capteurs sous vides

du fournisseur Jacques Giordano Industries qui donne: surface brute du capteur: 1,90 m-

surface de captage par capteur: 1,25 m2

Coefficient FTa : 0,5

Coefficient Frui : 1,25 W/m20C

Ainsi la surface est calcule avec la formule (6.4) pour une insolation moyenne de500W/m2, un rendement 11=90%, une temprature moyenne d'entre du fluide dans les

capteurs de Tfe=50C et une temprature ambiante de Te=29C.Et on a:

Restaurant:

Pu =275 kW Pc =306 kW S=1400 m2 de surface de captage soit 737 capteurs.

Salle polyvalente:Pu=200 kW Pc = 223 kW S =997 m2 de surface de captage soit 524 capteurs

D. BALLONSTOCKAGE:

Le stockage de l'nergie capte permet de pallier le caractre discontinu de l'nergie solaire.

L'accumulation de l'nergie dans le stockage se traduit par une lvation de sa temprature.

Il faut se rappeler que le rendement d'un capteur dpend essentiellement de la tempraturemoyenne du fluide qui la traverse, donc de la temprature au retour du stockage. L'une des

caractristiques essentielles de l'aptitude l'emploi du stockage sera de fournir, l'entre des

capteurs, un fluide dont la temprature sera la plus basse possible.

Le stock sera compos d'un ou plusieurs ballons quips d'une isolation thermique. La bonne

configuration consiste positionner le ou les ballons de stockage proximit du champ de

capteur afin de rduire" les pertes thermiques.

Les ballons de stockage sont des ballons types "TAMPON ECS" avec changeur de

chaleur incorpor. Ils seront calorifugs.

40


Le circuit primaire (circuit capteurs) est rempli en fluide thermique type Gilotherm autorisant un fonctionnement de moins(-) 60C 250C. Tous les autres circuitsfonctionnent l'eau.

Des vannes d'quilibrages TA control permettent un rglage et un contrle prcis du

dbit dans chaque circuit et sous-circuit, ce qui est indispensable au bon fonctionnement du

systme.

Calcul du volume du ballon tampon:Les ratios usuels sont de l'ordre de 50 litres de stockage pour IkW de puissance.

Soit:

Pour le restaurantPour une puissance des capteurs de 306 kW, le volume du ballon est:

Vb= 15300 L

Pour la salle polyvalente

Pour une puissance des capteurs de 223kW

Vb= 11150 L

E. LESECHANGEURS:En zone froide, il est ncessaire de protger les quipements solaires contre les risques de gel.

Dans la plupart des cas, les capteurs sont protgs par un fluide antigel, ce qui implique la

prsence d'un changeur. Cependant pour les pays tropicaux l'emploi d'changeur n'est pas

justifi. En effet la prsence de cet changeur entrane une baisse du rendement global dusystme car elle provoque, toutes choses tant gales par ailleurs, une augmentation de la

temprature de l'eau dans les capteurs, et donc une augmentation des pertes thermiques des

capteurs. Le systme concevoir ne comportera pas d'changeur externe.

systemes salis echangellr---_=::> systeme avec eclmgeur . c =:>

1

Figure 6-3: liaison capteurs-ballon

41


F. SYSTEME D'APPOINT:Un chauffe-eau solaire ne peut pas fournir de l'eau chaude tous les jours.Si l'ensoleillement est insuffisant ou si les besoins sont suprieurs aux prvisions: il faut

utiliser une autre source d'nergie comme appoint de chauffage.

Cependant:

- la priorit doit tre donne l'nergie solaire toujours,- le fonctionnement du chauffage d'appoint ne doit pas rduire le rendement du chauffe-eau

solaire,

- le ballon de stockage aura besoin d'une isolation thermique pousse afin de conserver

l'nergie solaire au mieux et rduire le recours au chauffage d'appoint,

- un voyant doit montrer que le chauffe-eau solaire marche correctement; sinon, l'eau chaude

pourrait tre fournie exclusivement par l'appoint sans que l'utilisateur se rende compte.

Cependant la nature du systme d'appoint dtermine le choix du ballon de stockage.

Les systmes les plus couramment utiliss sont:

L'appoint lectrique : une rsistance lectrique est installe en partie haute du ballon

de stockage et va chauffer l'eau en cas d'absence de l'nergie solaire. L'changeur du

circuit capteur est en bas du ballon.

L'appoint chaudire gaz: Un changeur de chaleur du circuit chaudire est mont

l'intrieur du ballon au dessus de celui du circuit capteurs.

L'appoint spar : un dispositif (chaudire gaz instantane, bois en chemine, fioul, chauffe eau lectrique etc.) indpendant fournit de l'eau chaude pendant lesjours non ensoleills.

Le nombre de jours qu'un chauffe-eau solaire puisse fonctionner sans appoint varie surtoutavec le climat, mais aussi suivant le dimensionnement de l'installation par rapport aux

besoins. [3D}.Etant donn que l'installation se fera dans une zone o l'ensoleillement est presque toujoursprsent, le systme d'appoint sera sollicit seulement dans les conditions o le solaire ne peutnous donner une eau qui est une temprature de SOC au moins.

Du fait du cout lev de l'nergie lectrique et de l'irrationalit de l'utilisation de l'lectricit

pour le chauffage, nous utiliserons le systme d'appoint avec chaudire gaz dont

l'changeur est l'intrieur du ballon de stockage.

42


changeur circuit. .

chaudire

changeur circuitcapteur

Figure 6-4: Ballon de stockage muni d'un systme d'appoint chaudire

(Source: [30])L'appoint doit permettre, pendant sa marche, de chauffer l'eau d ballon de stockage de sooe

1000 e donc il doit apporter l'eau une quantit de chaleur suffisante qui est donne par la

relation suivante:

(6.6)Avec:

Qe : quantit de chaleur cde l'eau du ballon en joule (l)p : masse volumique de l' eau=1kglL

V : volume du ballon en litres (L)cp: chaleur massique de l'eau= 41S5Jkg-'K-'

~e :gradient de temprature subi par l'eau= 100-S0 = 20C. Du fait de la possibilit qu'il y'ait des pertes entre la chaudire et le ballon, la chaudire doit

avoir une puissance suffisante pour assurer le bon fonctionnement de l'appoint.

Nous admettons que ces pertes reprsentent au maximum 20% de l'nergie cde et de ce fait

la puissance de la .chaudire sera donne par:

Pch = 1.2 Qe (6.7)tAvec Pch : puissance de la chaudire installer (W)

t : temps de fonctionnement ncessaire pour apporter l'nergie (s).Plus le temps est grand, plus la puissance est faible; plus il est petit, plus la puissance est

grande. Donc deux (2) heures de fonctionnement nous paraissent un bon compromis.

43


_pesqvbr--.

pel(6.8)

Pci: pouvoir calorifique inferieur du combustible gazeux utilis qui est le gaz naturel

commercial pour notre cas; Pci=35100kJ/m3.Le tableau suivant donne les caractristiques des chaudires installer :

Sallerestaurant

polyvalente

Puissance chaudire (kW) 213.4 155.5

Dbit nominal du bruleur

qvbr (m3/h)22 15.95

Tableau 6-7 : Caractristiques des chaudires

Ainsi nous prenons les produits de DE DIETRICH THERMIQUE qui donne:o Pour le restaurant: la chaudire CF509 de 245kW avec un bruleur

G303-5N,

o Pour la salle polyvalente: la chaudire CF507 de 18lkW avec un

bruleur G303-2N.

G. CIRCUIT DE TRANSFERT:Le rle du circuit de transfert est d 'assurer la circulation de l'eau dans les diffrents circuits.

Dans ces circuits on retrouve:

Des tuyauteries de circulations isoles,

Deux (2) pompes centrifuges de circulation, Des accessoires de scurit (vanne d'isolement, clapets anti -retour, vannes de rglage

du dbit, purgeurs, vase d'expansion)Les paramtres ncessaires leur dimensionnement sont: le dbit, le diamtre de tuyauterie,la puissance des pompes. Le dbit est proportionnel la surface des capteurs.

On utilise en gnral des dbits voisins de 65 l/h.m' de capteurs. Le dimensionnement destuyauteries et des pompes sont lis.

44


En effet, il s'agit d'assurer le dbit prvu dans les capteurs et que la perte de charge totale ducircuit (capteurs compris) soit infrieure la perte de charge autorise pour la pompe au dbitprvu.

a. Tuyauterie:

Le dimensionnement des tuyauteries est dfini de faon respecter la contrainte sur la perte

de charge . La configuration et la longueur des tuyauteries tant gnralement imposes, on

devra jouer sur le diamtre des tuyauteries.On veillera ne pas dpasser dans les tuyauteries une vitesse V= lm/s.A partir du dbit de rfrence par m2 de capteur (651/h.m2 capteur), on obtient:

- Pour le restaurant, Q=64350 l/h ;- Et pour la salle polyvalente, Q=257401/h.

Le diamtre des tuyauteries est donn par :

(6.9)

Ainsi on a:

- pour le restaurant, D= 96mm

- Pour la sa\le polyvalente, D= lOOmm

b. les pompes de circulation :

Les pompes utilises pour assurer la circulation de l'eau sont des pompes centrifuges.

E\les sont dimensionnes pour vaincre les pertes de charges du circuit sous la vitesse de

circulation maximale autorise par l'implantation du circuit hydraulique.Leur dbit tant connu, la hauteur manomtrique (Hmt) totale est donne par :

Avec:

LUr: somme des pertes de charges totales dans le circuit:. folH.r =0.0826 D~

f : coefficient de frottementD : Diamtre de la conduite (m)L : longueur de la conduite (m)

Z: hauteur gomtrique en (m) ; AZ= Om dans notre cas.

(6.10)

(6.11)

45


En plus le dbit de la pompe tant connu et est donne en haut.

D'aprs les catalogues on pourra connatre tous les caractristiques de la pompe choisie.

La puissance du moteur est dtermine par la relation :

P - K pg QHmot - TJ (6.12)

Dans laquelle :

Qest le dbit en fi3/SH est la hauteur manomtrique totale (Hmt) en mtre de colonne d'eau, calcule en tenantcompte des pertes de charge du fluide et de la nature du fluide caloporteur,

p est la masse volumique du fluide caloporteur en kg/rrr',

g est l'acclration dela pesanteur en m/s?

17 est le rendement de l'ensemble pompe /moteur, qui devra tre suprieur 80%

K est un coefficient de surpuissance, cornpris entre 1,15 et 1,25 pour s'affranchir des pertes de

charges dues l'entartrage des circuits.

c. vase d'expansion:Les tuyauteries d'expansion doivent permettre l'coulement du dbit de fluide caloporteur

correspondant la dilatation la plus rapide, avec une vitesse infrieure 0, lm/s.

Le diamtre nominal d de la tuyauterie d'expansion peut tre calcul par la formule

approche:

Avec:

d 120 a.Pccpp (6.13)

Pc: Puissance maximale du champ de capteur (kW),cp : capacit calorifique du fluide caloporteur (J/kg),A : coefficient de dilatation volumique moyen du fluide caloporteur entre OC etl1 0 "C,

p : masse volumique du fluide caloporteur 110C et la pression correspondante.Pc est calcule avec la formule (6.4) avec l'ensoleillement maximal correspondant au fluxnergtique solaire maximal observ en avril 12 h GMT qui est gal 1029 W/m2

La capacit utile du vase d'expansion doit tre au moins gale au volume correspondant la

dilatation du fluide caloporteur du circuit de transfert entre OC et 110C (soit 10% du volumedu circuit de transfert).

46


L'expansion du liquide caloporteur dans l'installation doit tre compense par la vase. Le

volume de ce dernier est donn par:

V -_ Vexkd (6.14)1Jv

V c : est le volume total du fluide caloporteur (litre)

k


H. ISOLATION THERMIQUE:Une mauvaise isolation de la tuyauterie et du ballon tampon peut dgrader de manire

notable, les performances d'une installation solaire. Pour limiter les pertes thermiques, les

tuyauteries doivent tre les plus courtes possibles.

On vitera de dpasser 3m linaires par m2 de capteurs solaire.

L'paisseur de l'isolant thermique des tuyauteries est choisie en fonction de ses proprits

thermiques. La rsistance thermique du calorifugeage doit tre au moins gale celle d'un

matriau de conductivit thermique =0,04w/m2/Oc, dont l'paisseur sans finition est indiquedans le tableau suivant.

Diamtre de la paisseur de l'isolant

tuyauterie =O,04w/m2/"c (mm)250 GO

Tableau 6-8 : Epaisseurs exigs pour l'isolant de conductivit thermique .=O,04w/m2/Oc. .

L'isolation thermique du circuit de transfert doit tre assure par un isolant protg des agents

extrieurs agressifs. On utilisera une protection par demi-coquilles prformes, celles-ci

seront poses joint alternatifs et maintenues par cerclage en fil, bandes ou feuillard nonoxydable l'intervalle maximum de O,Sm avec un minimum de 3 par longueur de demi-

coquille.

conductivit thermiqueIsolant

(w/m 2 "C)Lige agglomr =O,048

Lige expans pur =O,043Laine de verre =O,041

Polystyrne conforme la norme NF T 56-201 classe V =O,037Isolant cellules fermes (type Armaflex Ou autre) =O,035

Mousse rigide de polyurthanne, conforme la norme NFT 56-203, =O,024expanse en continu

Tableau 6-9 : conductivit thermique de quelques isolants utiliss

48


1. TUYAUTERIE D'AIR:


Le dimensionnement de la tuyauterie va se faire travers les points suivants :

La dtermination des dbits volumiques souffls et de ceux repris

Le trac rseaux de distribution et de reprise d'air

La dtermination du diamtre de chaque tronon pour chaque rseau

Le calcul des pertes de charges (singulires et rgulires) La dtermination des points les plus dfavoriss

L'tude se fera au niveau du restaurant et de la salle polyvalente.

a. Pour le restaurant:

1. Dtermination des dbits volumiques:

L'tude des rseaux d'air se fait sur la base du calcul des diffrents dbits d'air envoyer et

ceux reprendre dans les locaux. Connaissant les conditions internes et avec un cart de

soufflage fix 8 "C, nous pouvons dterminer les grandeurs physiques de l'air souffl et de

l'air repris :

ei =e2 = 24C ({J i = ({J2 = 60%

a la reprise: T 2 = 11.2 g/hh2 = 52.65k] /kgas

V2 = 0.856m3/kgas

Le dbit volumique est donn par :

qv = Vj X qmasAvec:

es = el = 16C({Js = ({Jl = 96%

au soufflage: Tl =T2 = 11.2g/hh2 = 43.72k]/kgas

V2 = 0.8331 m3/kgas

(6.17)

1

Vj : Volume spcifique en m3/kgas

qmas : donn par la formule (5.5) est le dbit massique d'air sec souffl ou repris.Les rsultats du calcul des dbits volumiques sont consigns dans le tableau suivant :

49

Projet de fm d'tudes E.S.P. centre de This - Juillet 2007

. Ho hl h2 vI V2 qmas qvI qv2local

(m3/kg) (m3/kg) (m3/s) (m3/s)(kW) (KJ/kgas) (KJ/kgas) (kg/s)bar 78,093 43.72 52,650 0,833 0,856 9,512 7,927 8,142

Stockage resto. 0,851 43.72 52,650 0,833 0,856 0,104 0,086 0,089

Bureau Sud-est 2,489 43.72 52,650 0,833 0,856 0,303 0,253 0,260

Vestiaires 0,307 43.72 52,650 0,833 0,856 0,037 0,031 0,032

cuisine 139,160 43.72 52,650 0,833 0,856 16,950 14,126 14,509

Salle tage 44,996 43.72 52,650 0,833 0,856 5,481 4,568 4,691

Bureau supermarch 0,311 43.72 52,650 0,833 0,856 0,038 0,032 0,032

lingerie 7,745 43.72 52,650 0,833 0,856 0,943 0,786 0,808

service technique 1,981 43.72 52,650 0,833 0,856 0,241 0,201 0,207

stockage supermarch 1,357 43.72 52,650 0,833 0,856 0,165 0,138 0,141

office 7,723 43.72 52,650 0,833 0,856 0,941 0,784 0,805

supermarch 9,274 43.72 52,650 0,833 0,856 1,130 0,941 0,967

Tableau 6-10: Dbits volumiques souffls et repris dans les locaux du restaurant

2. Trac des rseaux: voir annexe E3. Calcul des diamtres de tronon :

Une fois le trac de la tuyauterie ralis, on peut maintenant dterminer les diamtres des

tronons de chaque rseau.

Aprs avoir fait l'inventaire de tous les locaux desservis par le tronon, chaque local disposant

d'un dbit de base qvb donne par la norme, le dbit traversant le tronon QT est la somme desdbits de base .

(6.18)

1

qvb : dbit volumique donn dans le tableau ci-dessus

Ensuite on se fixe une vitesse d'coulement de l'air dans le tronon.

Le choix de la vitesse rsulte d'un compromis entre le prix deI'installation et celui de son

exploitation. A ces deux contraintes principales, s'ajoutent plusieurs contraintes secondairesque sont:

Les contraintes architecturales et d'isolation thermique qui limitent les grandes sections

50


Les contraintes acoustiques qui limitent les grandes vitesses (c'est--dire les petitessections). C'est le cas pour les salles de spectacle, auditorium, chambre d'htel, etc. .. et lavitesse ne doit pas dpasser 6 8 mis.

Et le diamtre est donn par la relation suivante :

g =J'thrrV

v : vitesse de l'air l'intrieur du tronon mis

4. Les pertes de charges:

L'air subit, lors de son dplacement, une perte de pression appele perte de charge.

Ces pertes de charges rsultent de deux phnomnes:

-Le frottement de l'air au niveau des parois: ce sont les pertes rgulires,

(6.19)

-Les obstacles (coudes, rtrcissement, largissement, vannes etc.) rencontrs par l'airsur son parcours: ce sont les pertes singulires.

les pertes rgulires:

Elles sont donnes par la relation gnrale :

f : coefficient de frottement du trononD : diamtre du tronon en (m)

p : masse volumique de l'air (kg/m')

Onaaussi Hl = j X LCe qui implique que : j = f ~; p

L v2Hl=f--pD 2L : longueur du tronon en (m)

V : vitesse de l'air en (mis)

Hl : en (Pa)

(6.20)

(6.21)

(6.22)

j : Perte de charge par unit de longueur de tuyauterie.L'abaque Ft [26] de l'annexe F donne, en fonction du dbit volumique, les vitesses

recommandes par l'ASHRAE pour les installations de conditionnement d'air, ainsi que les

pertes de charge linaires qu 'elles crent suivant le diamtre de la conduite.

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les pertes singulires :


Ces pertes dues aux changements de direction ou de section sont donnes par la relation

suivante:

v2n, = z-P (6.23): Coefficient de perte de charge singulire Hs : en (Pa)

Le tableau F2 [5] de l'annexe F donne les valeurs de pour diffrentes singularits.Les rsultats de calcul des diamtres de tronon et des pertes de charge sont consigns dans

les tableaux su

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