Exercice 1 : Chaudière

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1 Exercice 1 : Chaudière Les grandeurs suivantes ont été relevées sur une chaudière (située à Lausanne), d une puissance de 13kW : Nombre d heures de fonctionnement : 820 [h/an] Puissance de maintien de la température : 400 [W] Chaudière sans chauffe-eau, ayant un rendement nominal de 87% (selon le constructeur) Déterminez son rendement moyen annuel On précise que le nombre moyen de jours de chauffage annuel dans le région lausannoise se situe aux alentours de 210 jours/an (soit environ 7 mois plein) Exercice 2 : Chaudière Une petite chaudière à mazout moderne présente les caractéristiques mesurées suivantes : température des fumées : 220 C température ambiante dans la chaufferie : 20 C concentration de gaz carbonique dans les fumées : 8% Quel est son rendement de combustion? Est-il suffisant? Cette chaudière présente des pertes en fonctionnement égales à 5% de sa puissance nominale, et ses pertes de maintien en température représentent 3% de sa puissance nominale Quel est le rendement de la chaudière? Cette chaudière a une puissance de 30 kw et consomme litres de mazout par an Quel est son rendement annuel si elle n'est utilisée que pour le chauffage d'un bâtiment à Lausanne?

2 Exercice 3 : PAC On vous propose une pompe à chaleur (PAC) air-eau d une puissance de 12 kw ayant un coefficient de performance (COP) de 33 En lisant mieux la documentation, vous vous apercevez que ces caractéristiques sont valables pour une température extérieure de 7 C et pour une production d eau chaude de 35 C Que déduire du COP si la température extérieure est de -10 C et si la température d eau chaude doit être de 55 C? Quelle est la puissance thermique de la PAC dans ces conditions extrêmes, si la puissance mécanique ne change pas? Exercice 4 : Capteurs solaires Les besoins en eau chaude sanitaire d un immeuble sont estimés à litres à 55 C par jour Au chauffe-eau électrique d origine, on décide d adjoindre des capteurs solaires comme appoint Esquissez le schéma de l installation Déterminez approximativement la surface des capteurs et le coût de l installation (2 fois le coût des capteurs) L opération est-elle rentable?

3 Exercice 5 : Capteurs solaires Trois capteurs présentent les caractéristiques suivantes : Capteur Capteur évacué α K 020 Prix/m² Capteur sélectif couvert Absorbeur sélectif Lequel choisissez-vous pour chauffer une piscine (25 C), de l'eau chaude (50 C) et pour une application industrielle à 100 C? A quelle température doivent pouvoir résister les matériaux des capteurs mentionnés ci-dessus et les conduites de raccordement? En d'autres termes, quelle est la température maximale que peuvent atteindre, en été, les trois capteurs ci-dessus? Exercice 5 : Tableau de résultats Capteur Capteur évacué Capteur sélectif couvert Absorbeur sélectif Capteur Capteur évacué Capteur sélectif couvert Absorbeur sélectif Capteur Capteur évacué Capteur sélectif couvert Absorbeur sélectif α T max K Prix/m Rendement pour q s = 500 W/m 2 et T ext = 10 C T c = 25 C 50 C 100 C Surface nécessaire pour 1 kw T c = 25 C 50 C 100 C Prix des capteurs pour 1 kw T c = 25 C 50 C 100 C

4 Exercice 6-8 : Divers Quelle quantité d'énergie faut-il annuellement pour chauffer l'eau chaude consommée par une personne? Une pompe à chaleur a un rendement technique η PAC de 50% Quel sera son COP si on l'utilise pour chauffer de l'eau de chauffage à 30 C en puisant la chaleur dans la nappe phréatique (10 C) Que devient-il si on désire produire de l'eau chaude (55 C) en puisant la chaleur dans l'air extérieur (0 C)? Dimensionnez approximativement un chauffe-eau solaire destiné à un immeuble locatif comprenant 8 appartements de 5 pièces, dont 4 chambres Exercices 9-11 : Divers Afin d évaluer les performances techniques d un bâtiment locatif (3 étages, surface au sol de 30 x 15 m 2 ), les consommations suivantes ont été relevées : Mazout : kg/an Electricité : kwh/an Qu en déduisez-vous? Je remarque que l installation thermosolaire de mon chalet (altitude d environ 2000m) fournit moins d énergie en moyenne annuelle que la même installation située en plaine, dans un endroit ayant le même ensoileillement Pourquoi? Pourriez-vous calculez dette différence? La chaudière d un bâtiment situé à Fribourg fonctionne en moyenne 750 heures par an Que pouvez-vous déduire de son rendement? Cette installation est-elle correctement dimensionnée?

5 Exercice 12 : Coût du kwh utile Une villa, d une surface au sol de 150 m 2 et munie d une chaudière à gaz, possède un indice de dépense énergétique de chauffage de 500 MJ/m 2 an L'investissement de la chaudière étant de CHF et celui de la cheminée de CHF, quel est le prix de revient du kwh th utile? A quelle différence (au niveau de la structure du prix de revient du kwh) pourrait-on s attendre dans le cas d une installation industrielle? Données : Amortissement de la chaudière : 15 ans Amortissement de la cheminée : 30 ans Taux d intérêt : 7% Prix du combustible : 0036 CHF/kWh Exercice 12 : (suite) Chaudière Citerne et cheminée Facteur d annuité x x Facteur d annuité Frais de combustible Frais d entretien + + Charges financières annuelles + Frais d exploitation Coût de l énergie utile de chauffage Energie utile / Prix du kwh utile

6 Exercice 13 : Optimisation Soit un système de chauffage PAC (eau/eau) appoint électrique, d une puissance totale de 100 kw Estimez la puissance optimale de la PAC (COP=3), minimisant le coût du kwh thermique Données : Fonction coût PAC : I PAC = Q PAC [CHF] Fonction coût chauffage électrique : I El = Q El [CHF] Facteur de recouvrement : F r = 01 Demande d énergie de chauffage : 100 kw Q él Q PAC Q [kw] Q ut él Q ut PAC t [heures] Exercice 14 : Cas de la Suisse Evaluez, dans le cas de la Suisse, la consommation annuelle d énergie finale nécessaire au chauffage des bâtiments et le coût qui en découle Données : Nombre de bâtiments : 2 millions (dont 1 million pour l habitât) Surface brute de plancher (SBP) : 672 x 10 6 m 2 (valeur 12 x CHF) Surface de référence énergétique (SRE) : 09 x SBP Indice de dépense énergétique (IDE) : 650 MJ/m 2 an (moyenne suisse)

7 Evolution de la consommation finale Energies renouvelables Chaleur à distance Electricité Gaz Carburants Combustibles pétroliers Déchets industriels Charbon Bois Consommation finale par groupe

8 Consommation finale par agent Caractéristiques de capteurs

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