CHAUFFAGE ET CLIMATISATION DU CONSERVATOIRE

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1 Partie A CHAUFFAGE ET CLIMATISATION DU CONSERVATOIRE CORRIGÉ Corrigé A1

2 A.1.1. A Étude des différents éléments de la pompe à chaleur A partir des documents techniques DT A1 à DT A3, indiquez l élément qui restitue les calories à la source chaude. Le condenseur restitue les calories à la source chaude A A partir des documents techniques DT A1 à DT A3, indiquez l élément qui prélève les calories à la source froide. L évaporateur prélève les calories à la source froide Le compresseur de la PAC permet la circulation du fluide frigorigène. Il est entraîné par un moteur asynchrone triphasé à cage démarré en étoile triangle. A Dessinez ci-dessous l allure du couple moteur en fonction de la vitesse pour un démarrage étoile triangle. Le passage de couplage étoile en couplage triangle s effectue à 80% de la vitesse de synchronisme du moteur. Le moteur doit il démarrer avec le compresseur en charge ou avec le compresseur à vide? Justifiez votre réponse. Démarrage à vide du compresseur car le couple de démarrage du moteur (C n /3) est supérieur au couple résistant du compresseur. Pour un démarrage en charge du compresseur ce n est pas le cas. Corrigé A2

3 A Indiquez l intérêt du point de vue de l intensité d utiliser un démarrage étoile triangle par rapport à un démarrage direct? Pointe d intensité au démarrage divisée par 3 A Quel est l inconvénient principal lié à des démarrages trop fréquents? Risque d échauffement du moteur du compresseur A.1.2. Étude du ballon du réseau d eau chaude A A partir des températures aux bornes du condenseur (document réponse N 1) fléchez en rouge le sens de circulation du réseau primaire d eau chaude. Répondre sur le document réponse N 1 (A15) A Déterminez le volume du ballon nécessaire au fonctionnement correct de l installation. V = (305 1,5 60) / (4,18 5) = 1313 l A Les ballons utilisés sont-ils correctement dimensionnés? OK avec les 1500 l A Avec les ballons de litres, calculez le temps minimum entre 2 démarrages du compresseur. Temps min entre 2 démarrages est égal à 1min 42s A Si on décidait d installer un ballon de litres, quelle en serait la conséquence sur le fonctionnement du compresseur? Avec des ballons de litres, le compresseur démarrera moins souvent. Corrigé A3

4 A En plus de son rôle d alimentation en eau chaude, quelle est la fonction du ballon du réseau d eau chaude? Il permet de stocker de l eau chaude afin de faire tampon entre la production et la demande d eau chaude. Il évite les courts-cycles de la PAC. A.1.3. Étude du ballon du réseau d eau glacée A A partir du document réponse 1, que permet d alimenter le ballon d eau glacée? CTA A A partir des températures aux extrémités du condenseur (document réponse N 1) fléchez en bleu le sens de circulation du réseau primaire d eau glacée. Répondre sur le document réponse N 1 (A15) A.1.4. Étude de l échangeur à plaques EG1 (fonctionnement en mode hiver) A Le circuit eau glacée primaire et le circuit nappe phréatique sont séparés. Pourquoi? Pour éviter de mélanger les réseaux pour des problèmes de pollution de la nappe : le réseau d eau glacée primaire est rempli d eau glycolée. A Effectuez, à l aide du document réponse 1, les relevés de température sur l échangeur 1 (EG1) : - la température de l eau au pompage sur la nappe - la température de l eau au rejet sur la nappe - la température de l eau à l entrée de l échangeur 1 (côté évaporateur) - la température de l eau à la sortie de l échangeur 1 (côté évaporateur) θ pompage nappe : 14,6 C θ entrée EG1 (évapo) : 13 C θ rejet nappe : 10,1 C θ sortie EG1 (évapo) : 18,8 C Corrigé A4

5 A Fléchez en vert le sens de circulation du réseau d eau de la nappe phréatique sur le document réponse 1. Répondre sur le document réponse 1 (A15) A D après les températures relevées sur l échangeur 1, que se passe-t-il, d un point de vue transfert de calories, au niveau de cet échangeur? Justifiez votre réponse et précisez le sens de transfert. On s aperçoit que des calories ont été absorbées dans la nappe phréatique car θ entrée échangeur = 13 C et θ sortie échangeur = 18,8 C et que la température de rejet est < à la température de pompage. Le sens de transfert se fait de la nappe vers l évaporateur A Déduisez des questions précédentes et de la remarque de la page précédente le rôle de l échangeur EG1 Le rôle de l échangeur 1 est d assurer l apport de calories puisées dans la nappe phréatique (source froide) vers l évaporateur en Hiver A On désire quantifier l échange de calories entre le circuit nappe et le circuit d eau glacée primaire. Calculez le débit d eau (en m 3 /h) que doivent assurer les pompes de la nappe phréatique pour le point de fonctionnement donné sur le doc. réponse 1. (Remarque 100% correspond à 100% d ouverture de la vanne proportionnelle VE1). q vn =355 / (0,001 4,18 (14,6-10,1)) = 18, m 3 /s soit 68 m 3 /h A De quelle manière et avec quel(s) élément(s) peut-on faire varier la puissance échangée au niveau de EG1? On fait varier la puissance au niveau de l échangeur en modifiant le débit par l intermédiaire de la vanne proportionnelle VE1 A A quel équivalent électrique pourrait-être associé l échangeur EG1? A un transformateur Corrigé A5

6 A.1.5. Étude de l échangeur à plaques EG2 (fonctionnement en mode été) A D après les températures indiquées sur l échangeur EG2 (DT A4), que se passe-t-il au niveau de cet échangeur, justifiez votre réponse? On s aperçoit que des calories ont été fournies à la nappe phréatique car θ entrée < θ sortie échangeur 2 A Quel est le rôle de l échangeur EG2? Le rôle de l échangeur 2 est de céder des calories venant du condenseur vers le circuit nappe phréatique en été A.1.6. Étude du coefficient de performance réel (COP) de la pompe a chaleur A Calculez, en vous aidant du document réponse 1, la puissance thermique au niveau du condenseur pour un débit de 50 m 3 /h. P thco = (1000 x 50 x 4,18 x 4,7) / 3600 = 272,86 kw A Calculez le COP instantané. COP = P thco / P elec = 272,86 / 81,48 = 3,35 A Si on veut produire la même quantité de chaleur Pc avec des résistances électriques, quelle sera la puissance électrique consommée? P consommée = P thermique = 272,86 KW, ce qui signifie que l on paierait 3,35 fois plus d électricité qu actuellement A Calculez le COP instantané en vous aidant du document DT A4 pour un débit de 50 m 3 /h. Pth Ev = (1000 x 50 x 3,85 x 0,8) / 3600 = 42,78 kw COP = P thev / P elec = 42,78 / 22,23 = 2,06 Corrigé A6

7 A En comparant le COP au niveau du condenseur à celui au niveau de l évaporateur, que pouvez-vous en déduire? COP Hiver est supérieur au COP été A Quel est l intérêt d une PAC d un point de vue énergétique? L intérêt de la PAC est de diminuer la consommation d énergie électrique pour une même puissance thermique. La diminution est de l ordre de 3 à 5 pour une PAC eau/eau A Quels sont les intérêts d utiliser une pompe à chaleur eau/eau avec pompage sur une nappe phréatique par rapport à une pompe à chaleur air/eau : La θ de la source froide (nappe) reste constante. Elle est donc peut sensible aux conditions météo ce qui permet d optimiser les échanges entre le condenseur et la nappe ou entre l évaporateur et la nappe en fonction de la saison. Cela permet d avoir un meilleur COP. Corrigé A7

8 Document réponse D DR1 (thermofrigopompe) Corrigé A8

9 A.2. ÉTUDE D UNE CENTRALE DE TRAITEMENT DE L AIR Étude de l association moteur variateur de vitesse (DR2 page A23) A Déterminez le couplage du moteur et représenter la plaque à bornes. Réseau triphasé 230V à la sortie du variateur ; Moteur 230/400V Couplage triangle A Sur quelle grandeur électrique doit-on agir pour faire varier la vitesse d un MAS? Pour faire varier la vitesse d un MAS on agit principalement sur la fréquence. A Calculez la fréquence nominale du moteur. f = ns x p = ( / 60) x 1 = 200 Hz A Pourquoi doit on maintenir le rapport U/f = constante? Pour pouvoir disposer du couple max de la Mas sur l ensemble de la plage de vitesse. A Le rapport U/f reste t-il toujours constant? Justifiez votre réponse. Non. Diminution du couple disponible après la fréquence nominale (200 Hz). On ne dispose pas du couple max à faible vitesse pour les moteurs auto-ventilés. A Pour un pilotage du moteur par un variateur, pour une amplitude de 0 à 125% de la fréquence nominale, dessinez sur la page suivante : En bleu la courbe de la tension efficace à ses bornes ; En vert l allure théorique du couple du moteur ; Vous indiquerez les valeurs caractéristiques de tension et de fréquence. Corrigé A9

10 A Calculez la consigne de fréquence à appliquer au variateur pour obtenir une vitesse de tr/min. On considère que le glissement du moteur est constant et égal au glissement nominal. g = (ns n) / ns = ( ) / = 0,017 ns = n / (1 g) = / (1 0,017) = f = ns x p = / 60 = 193 Hz A bfr ACC DEC LSP Indiquez ci-dessous le réglage des paramètres proposés du variateur pour notre application. 50 Hz ACC = / 193 = 2,6 s DEC = / 193 = 3,1 s 0 Hz HSP (à régler pour une vitesse de tr/min) ItH UnS FrS LO Fdt 193 Hz 2 A 230 V 200 Hz FtA /100 = 154,4 Hz Corrigé A10

11 A.2.2. Étude de la régulation A Complétez le schéma de raccordement électrique de la régulation en complétant le document réponse DR2. Répondre sur le document réponse 2 (A23) A.2.3. Étude de la maintenance des atomiseurs Microniser. A A l aide de la documentation technique DT A15, déterminez la durée de vie, en heures, des roulements choisis. L10 = 2270 millions de tours L10 en h = 3319 h A L entretien préventif tous les ans est-il justifié? Les atomiseurs fonctionnent 3000 h/ans. Les roulements ont une durée de vie de 3319 h. L entretien préventif tous les ans est donc justifié (On garde une marge de 319 h de fonctionnement). A La prestation de la maintenance préventive consiste entre-autres à une application d un vernis d isolation sur le bobinage et l intérieur des flasques. Justifiez cette opération? Présence de vapeur d eau donc imprégnation des bobinages vérifiée et renforcée. Corrigé A11

12 Document réponse DR2 Corrigé A12