CHAUFFAGE ET CLIMATISATION DU CONSERVATOIRE

Partie A CHAUFFAGE ET CLIMATISATION DU CONSERVATOIRE CORRIGÉ Corrigé A1

A.1.1. A.1.1.1 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.1.1.2 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.1.1.3 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

A.1.1.4 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.1.1.5 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.1.2.1 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.1.2.2 Déterminez le volume du ballon nécessaire au fonctionnement correct de l installation. V = (305 1,5 60) / (4,18 5) = 1313 l A.1.2.3 Les ballons utilisés sont-ils correctement dimensionnés? OK avec les 1500 l A.1.2.4 Avec les ballons de 1 500 litres, calculez le temps minimum entre 2 démarrages du compresseur. Temps min entre 2 démarrages est égal à 1min 42s A.1.2.5 Si on décidait d installer un ballon de 2 500 litres, quelle en serait la conséquence sur le fonctionnement du compresseur? Avec des ballons de 2 500 litres, le compresseur démarrera moins souvent. Corrigé A3

A.1.2.6 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.1.3.1 A partir du document réponse 1, que permet d alimenter le ballon d eau glacée? CTA A.1.3.2 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.1.4.1 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.1.4.2 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

A.1.4.3 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.1.4.4 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.1.4.5 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.1.4.6 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)) = 18,87 10-3 m 3 /s soit 68 m 3 /h A.1.4.7 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.1.4.8 A quel équivalent électrique pourrait-être associé l échangeur EG1? A un transformateur Corrigé A5

A.1.5. Étude de l échangeur à plaques EG2 (fonctionnement en mode été) A.1.5.1 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.1.5.2 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.1.6.1 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.1.6.2 Calculez le COP instantané. COP = P thco / P elec = 272,86 / 81,48 = 3,35 A.1.6.3 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.1.6.4 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

A.1.6.5 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.1.6.6 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.1.6.7 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

Document réponse D DR1 (thermofrigopompe) Corrigé A8

A.2. ÉTUDE D UNE CENTRALE DE TRAITEMENT DE L AIR Étude de l association moteur variateur de vitesse (DR2 page A23) A.2.1.1 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.2.1.2 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.2.1.3 Calculez la fréquence nominale du moteur. f = ns x p = (12 000 / 60) x 1 = 200 Hz A.2.1.4 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.2.1.5 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.2.1.6 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

A.2.1.7 Calculez la consigne de fréquence à appliquer au variateur pour obtenir une vitesse de 11 390 tr/min. On considère que le glissement du moteur est constant et égal au glissement nominal. g = (ns n) / ns = (12 000 11 800) / 12 000 = 0,017 ns = n / (1 g) = 11 390 / (1 0,017) = 11 583 f = ns x p = 11 583 / 60 = 193 Hz A.2.1.8 bfr ACC DEC LSP Indiquez ci-dessous le réglage des paramètres proposés du variateur pour notre application. 50 Hz ACC = 10 50 / 193 = 2,6 s DEC = 12 50 / 193 = 3,1 s 0 Hz HSP (à régler pour une vitesse de 11 390 tr/min) ItH UnS FrS LO Fdt 193 Hz 2 A 230 V 200 Hz FtA 80 193 /100 = 154,4 Hz Corrigé A10

A.2.2. Étude de la régulation A.2.2.1 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.2.3.1 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.2.3.2 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.2.3.3 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

Document réponse DR2 Corrigé A12