bts fluides-energies-environnements - Eduscol
Production solaire chauffage 56445 x 0,35. ECS 7629 x 0,7 Total solaire = 25096
kW.h ... Session 2015. E3 ? Étude des Installations. Code : FEBEISI. Page : 1/9 ...
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SHAPE \* MERGEFORMAT
ÉLÉMENTS DE CORRECTION
E3 ÉTUDE DES INSTALLATIONS OPTION B
SESSION 2015
Consommation du bâtiment :
Chauffage : BV = 1120 200 = 920 W/°C
Dju = 3652 doù Cb = 56445 kW.h
i = 0,7
ECS 400 x 365 x 4,18 x (55 10) = 7629 kW.h
Consommation de linstallation 1 :
Chauffage + ECS produite par chaudière gaz =
56445 +ð 7629
SHAPE \* MERGEFORMAT
0,85
= 75381 kW.h
Consommation installation 2 :
Production solaire chauffage 56445 x 0,35
ECS 7629 x 0,7 Total solaire = 25096 kW.h
Consommation appoint :
56445 +ð 7629 -ð 25096
SHAPE \* MERGEFORMAT
0,85
= 45856 kW.h
Economie annuelle : 80093 48722 ( ou
25096
SHAPE \* MERGEFORMAT
0,85
) = 29525 kW.h
Temps de retour :
Economie annuelle : 29525 x 0,083 = 2451 ¬
Surcoût réel de la solution solaire : 31200 x 0,65 = 20280 ¬ d où Tr = 8,3 ans
Bilan CO2 :
Gain annuel en émission de CO2 : 29525 x 0,274 = 8090 kg CO2 / an
Le paramètre ayant la plus grande influence sur le bilan d une installation solaire est la surface de capteurs. Le taux de couverture augmente avec cette surface tandis que la productivité des capteurs, en kW.h/m2, diminue.
BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS - correctionSession 2015E3 Étude des InstallationsCode : FEBEISIPage : 1/9- Nont pas été prises en compte les émissions liées au cycle de vie des matériels spécifiques (capteurs, ballon, échangeur) ainsi que celles résultant de la consommation de la pompe solaire.
2.1 Chauffage
La caractéristique dun système PSD est que le stockage des calories solaires se fait dans les dalles, le fluide caloporteur alimentant la surface de captage circulant directement dans ces dalles.
Avantages :
pas de ballon de stockage solaire « chauffage »
pas déchangeur entre les capteurs et les dalles, doù une température de fonctionnement de ceux-ci plus basse et un meilleur rendement du système solaire
Inconvénients :
circulation du fluide caloporteur dans lensemble du circuit chauffage (puissance transportée plus faible pour un même débit, augmentation des pertes de charges et des risques de fuite)
difficulté de régulation liée au déstockage « en direct » des calories solaires
Pendant les arrêts nocturnes de la pompe solaire P5, le fluide caloporteur se refroidit dans la surface de captage au contact de lextérieur. Au redémarrage de cette pompe, une partie du débit de ce fluide est réinjecté dans la chaudière, via la bouteille hydraulique. Doù une température de retour très basse.
Risque : condensation locale et détérioration rapide du corps de chauffe si la chaudière nest pas adaptée (cf CCTP § 4)
2.2 Régulation du plancher chauffant « centre daccueil »
2.2.1 et 2.2.2 : Schéma fonctionnel de régulation
BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS - correctionSession 2015E3 Étude des InstallationsCode : FEBEISIPage : 2/9Graphes de fonctionnement
Régulation : pour Text = 0°C, Tdépart planchers H" 34°C
Sécurité : thermostat arrêtant la pompe P1 si la température de départ planchers atteint 55°C. Le différentiel statique peut être fixé à 5°C.
Graphe d action
50°C
Pompe P1
1
20°C
- 21°C 19°C
Température extérieure
0
50°C 55°C
1 Température départ planchers
0
28 34
2.3 Production ECS
- Etat des vannes en fonctionnement normal
V1V2V3V4V5V6V7OuvertexxxxxFerméexx
Rôle des vannes
Vanne V2 : utilisée pour bipasser le ballon solaire en cas dintervention sur linstallation solaire, lappoint assurant alors seul la production ECS
Vanne V5 : utilisée pour bipasser le ballon dappoint en cas dintervention sur celui-ci. La production dECS est alors confiée à linstallation solaire seule.
Vanne Vb : mitigeur en tête de distribution afin alimenter les points de puisage en ECS à 55°C quelle que soit la température de production en amont dans les ballons, solaire ou appoint. Obligatoire en collectif.
BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS - correctionSession 2015E3 Étude des InstallationsCode : FEBEISIPage : 3/9 Modification du schéma
Cette modification propose de bipasser le ballon dappoint dés que la température dans le ballon solaire dépasse la température de distribution, soit 55°C. La vanne 3 voies dirigera alors directement lECS vers le mitigeur, sans passer par le ballon dappoint.
Le différentiel du régulateur peut être fixé à 5°C environ, le mitigeur assurant une température de distribution constante.
SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
3.1 Dimensionnement du plancher chauffant zone « Réception »
Coefficients démission
±h =
Rbas Rtot
et ±b =
0,07
Rhaut Rtot
0,03 1
avec Rbas =
+
1,6
0,01
1,15
0,1
+
11,6
0,2
= 0,156 m2.°C/W
1
Rhaut =
1,6
+ +
0,04
1,4
+ = 2,706 « Rtot = 3,005 m2.°C/W
5
D où ±h = 95 % et ±b = 5 %
BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS - correctionSession 2015E3 Étude des InstallationsCode : FEBEISIPage : 4/9
La puissance à installer est donc de
Calcul de la température de sol
8500
SHAPE \* MERGEFORMAT
0,95
= 8947 W
Surface chauffante = 5 x 70 x 0,2 = 70 m2
8750
¸=
SHAPE \* MERGEFORMAT
11,6x70
= 10,8°C d où ¸sol = 29,8°C
Cette valeur est incompatible avec les prescriptions du DTU 65.14 (cf § 5.5) Ce dimensionnement ne peut donc être validé.
Une augmentation du pas, qui conduit à une augmentation de la surface chauffante (se rapprochant de la surface disponible) donc à une diminution de la température de sol. Elle permettra de plus de diminuer la longueur de tube à installer.
- Raccordement hydraulique du réseau « Communs»
La fonction du by-pass entre la vanne 3 voies et la pompe est dabaisser le niveau de température départ planchers de 80 à 50 °C dans les conditions nominales, la vanne 3 voies étant maintenue à pleine ouverture dans ces conditions.
Le fluide solaire circulant en direct dans les planchers
Débit total dans les planchers (pompe P1) P = 45 kW
¸ = 10°C (régime 50/40)
c = 3,76 kJ/kg.°C qm = 1,2 kg/s d où QvP1 = 4464 l/h (avec Á = 1036 kg/m3)
Débit dans la voie commune P = 45 kW
¸ = 40°C (régime 80/40)
c = 3,76 kJ/kg.°C Qvvoie com = 1116 l/h d où Qv bp = 3348 l/h
Sélection vanne 3 voies
La documentation indique Kvs = 7,5 m3/h
Qv
D où pv = (
SHAPE \* MERGEFORMAT
Kvs
)2 = 0,022 b = 220 daPa pour un fonctionnement à l eau pure
soit pv = 297 daPa avec le fluide caloporteur
297
L autorité est de
SHAPE \* MERGEFORMAT
235 +ð 297
= 0,56
Cette autorité est satisfaisante, la sélection de la vanne peut donc être validée.
3.2.3 Sélection de la pompe
Les caractéristiques techniques de la pompe sont débit 4,5 m3/h (cf question 3.2.2)
Hm = 235 + 297 + 5500 = 6032 daPa = 6 mCE
BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS - correctionSession 2015E3 Étude des InstallationsCode : FEBEISIPage : 5/9D où la sélection PRIUX MASTER 32-65 Abaque ! Pélec = 120 W en mode p-c
3.3 Raccordement hydraulique des capteurs
L équilibrage hydraulique est essentiel sur ce type d installation car un champ de capteur sous-alimenté en débit verra sa température moyenne augmenter et son rendement diminuer rapidement, cette perte de rendement pouvant même provoquer larrêt total de production du champ en question et une chute importante du bilan solaire annuel. Un montage en boucle de Tickelman est donc conseillé car il permet
De réaliser un équilibrage parfait des champs de capteurs montés en parallèle (ceux-ci étant de surfaces identiques, donc parcourus par le même débit)
De pallier aux erreurs et imprécisions de mise en service dans le cas dutilisation de vannes ou tés de réglages, ainsi quau risque de déréglage en cours de maintenance.
Cette boucle doit être réalisée de préférence sur laller des capteurs puisque la température du fluide y est plus faible, donc les déperditions linéiques (en hiver en particulier) réduites dautant.
Voir page suivante
Dimensionnement
Débits : le constructeur préconise un débit de 40 l/h.m2 de surface totale dabsorbeur. Chaque champ présente une surface de 5 x 2,3 = 11,5 m2.
Doù un débit de 464 l/h.champ.
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