2010/2011 4 - GC La régulation Les principes de base Les organes de réglage
La régulation Régulation = maintien d un paramètre à une valeur de consigne Chaîne de régulation Observation Détection d un écart Action 1. Observation (ex: sonde de température) 2. Détection d un écart (ex: régulateur) 3. Action (ex: vanne)
La régulation La boucle fermée - observation du paramètre régulé - correction pour agir sur le paramètre Consigne Régulateur Observation Système Action Avantage : résultat garanti! / Problème : inertie de la boucle Exemple : Action Régulateur Observation local Local
La régulation La boucle fermée (exemple : chauffer un four)
La régulation La boucle ouverte - observation du paramètre perturbateur principal - action sur le système Observation Consigne Régulateur Système Action Problème : résultat non garanti / Avantage : rapidité de réaction! Exemple : Action Régulateur Observation extérieur Local
La régulation La boucle ouverte (exemple : chauffer un four)
La régulation Pour un bon confort? Régulation globale + Régulation locale (boucle ouverte) (boucle fermée) Confort humain : fonction de la température, de l humidité relative, de la vitesse de l air,...
La régulation La loi de correspondance En boucle ouverte, il faut donner une loi de correspondance au régulateur entre : le paramètre mesuré et le paramètre à régler Régulateur Te Text Te 70 C Qm Ts 20 C Text
La régulation Courbe de chauffe Loi de correspondance entre la température de départ et la température extérieure (facteur influant principal) Text Tdép
La régulation Compensations Ajustement de la loi de correspondance (grâce à des sondes complémentaires par exemple) Effet du vent Te Droite de chauffe Ensoleillement, apports internes Text
La régulation Les organes de réglage Vanne 2 voies Robinet thermostatique Vanne 3 voies
La régulation Les organes de réglage : la caractéristique intrinsèque Kv Kv = débit en m3/h qui traverse un organe de réglage soumis à une pression différentielle de 1 bar L organe de réglage crée une perte de charge singulière P : ΔP 2 V k. 2g k. Q/S 2g avec P = 1 bar, on a par définition Kv = Q et donc : 2 k 2g.S 2.Q 2 Q Kv. ΔP (pour de l eau) Remarque : Kvs = Kv lorsque l organe de réglage est ouvert à 100%
La régulation Les organes de réglage : l autorité L autorité sert à quantifier la progressivité d un organe de réglage a ΔP ΔP v,100 v,100 ΔP r,100 P v,100 : perte de charge dans l organe de réglage ouvert à 100% P r,100 : perte de charge dans le tronçon régulé en débit (lorsque l organe de réglage est ouvert à 100%) En pratique : 0,3 < a < 0,7 (on essaie d obtenir a = 0,5) a < 0,3 : la vanne a une efficacité réduite a > 0,7 : la vanne crée trop de perte charge
La régulation Les organes de réglage : dimensionnement a = 0,5 P r,100 = P v,100 Qv,100 Kvs. ΔP v,100 Kvs Choix de vanne : Kvs,réel Calcul de l autorité réelle si a<0,3 ou a>0,7 Remarque : les pertes de charges amenées par les organes de réglage doivent être prises en compte pour le choix des pompes
La régulation Les organes de réglage : dimensionnement voie directe bipasse Pour limiter les perturbations dans la voie commune liées au fonctionnement de la vanne (les PdC dans voie directe et bipasse varient mais pas la pompe): voie commune P r,100 + P v,100 < 0,5.H m Ce type de schéma permet de vérifier les conditions préconisées ci-dessus. Mais
La régulation Exemple : dimensionnement des vannes de régulation
La régulation Exemple : Régulation d une chaudière à 2 allures
La régulation Observation Détection d un écart Action Entrées (sondes) Régulateur Sortie (organes de réglage) Les principales «entrées» utiles en chauffage : - température (air, eau), humidité relative (air) - détection de présence - vent, ensoleillement - sonde de pollution (CO, Nox, )
Sonde de température Le principe général : * le comportement électrique d un élément varie en fonction de la température du local (ex : Pt100, thermocouple, thermistance) Information «analogique» vers le régulateur * Le matériau se dilate/contracte en fonction de la température (ex : bilame) Information «logique» vers le régulateur
Thermostat d ambiance Il agit comme un limiteur = équipé d un contact qui commute lorsque la valeur limite programmée est atteinte => Information «logique» (souvent associé au circulateur / à une V3V de «zone de chauffage»)
Sonde sur l eau : applique / plongeuse «doigt de gant» Temp. extérieure
La régulation centralisée GTC : Gestion Technique Centralisée 1 centrale gère l ensemble du système => intelligence centralisée
La régulation centralisée GTB : Gestion Technique du Bâtiment 1 centrale et plusieurs unités locales gèrent le système => intelligence répartie Immotique / Domotique ensemble des techniques, services, infrastructures (entreprise / habitat)
La régulation centralisée Fonctions de la GTB * Télé-exploitation * Télé-maintenance * Télé-suivi * Télé-formation * Télé-assistance Confort Sécurité Optimisation Maintenance
2010/2011 4 - GC Diagnostic de performances Conception bioclimatique Mais comment réduire les besoins de chauffage? 1. Le D.P.E 2. Les principes de la conception bioclimatique 3. Des exemples de solutions «bioclimatiques»
1. Diagnostic de Performance Energétique Bâtiment économe (en kwh/m2/an) 50 A 51 à 90 B 91 à 150 C 151 à 230 D 231 à 330 E 331 à 450 451 à 590 F G 591 à 750 H > 750 Bâtiment énergivore (en kwh/m2/an) I
1. Diagnostic de Performance Energétique Origines : La directive européenne 2002/91 (16/12/02) sur la performance énergétique des bâtiments prévoit : renforcement la réglementation des bâtiments neufs, mise en place de réglementations lors des rénovations, instauration de l inspection des chaudières et des systèmes de climatisation obligation d un certificat de performance énergétique (appelé ultérieurement par la France, diagnostic) à la vente, à la location et à la construction
1. Diagnostic de Performance Energétique Textes de mise en œuvre du DPE en France : - loi n 2004-1343 du 9 décembre 2004 - - décret n 2006-1147 du 14 septembre 2006 - depuis 2007, le DPE doit être inséré dans le dossier de diagnostics techniques au moment des ventes et des locations Quelques références utiles : - Diagnostic de Performance Energétique : Guide à l usage du diagnostiqueur - Aide pour l établissement du diagnostic de performance énergétique des bâtiments existants proposés à la vente en France métropolitaine Pour télécharger des documents ou plus d infos récentes : www.logement.gouv.fr
1. Diagnostic de Performance Energétique Limites : - pas d obligation si le local n a pas de système de chauffage fixe (par ex : une cheminée uniquement) - s applique à la France métropolitaine (climatologie et usages des départements d outre-mer diffèrents) - affichage du DPE pour les ERP > 1000m 2 Qui établit le DPE? - personne possédant un certificat de compétence (donné par un organisme agréé) + «indépendante» : notaire, agent immobilier, entrepreneur de bâtiment intervenant dans les travaux = NON maître d'œuvre ou architecte = OUI Combien ça coûte? - coût variable : jusqu à 300 Euros par «étude»
1. Diagnostic de Performance Energétique Contenu du DPE : a. Partie Energétique - quantité d énergie consommée ou estimée (chauffage, production d ECS, ventilation, refroidissement et éclairage intégré pour les bâtiments tertiaires) - étiquette énergie - recommandations d amélioration b. Partie Information et Sensibilisation à l effet de serre - montant des frais liés à la consommation énergétique, - quantité d énergie d origine renouvelable produite par des équipements installés et utilisés par le bâtiment, - indicateur d émissions de gaz à effet de serre (éq.co2) du aux consommations en énergie finale - étiquette climat
1. Diagnostic de Performance Energétique Etiquette ENERGIE Etiquette CLIMAT Bâtiment économe 50 A Bâtiment Faible émission de GES 5 A Bâtiment 51 à 90 B 6 à 10 B 91 à 150 C 11 à 20 C 151 à 230 D 21 à 35 D 231 à 330 331 à 450 E F XXX 36 à 55 56 à 80 E F 451 à 590 G kwh EP /m².an 81 à 110 G XX 591 à 750 > 750 Bâtiment énergivore H I 111 à 145 > 145 Forte émission de GES H I kg éqco 2 /m 2.an
1. Diagnostic de Performance Energétique Le «Pré-Diagnostic» Énergétique avec préconisations C est une étude rapide (3 jours maxi.) - relevé et analyse des données de site = phase d «inventaire» (visites, mesures, factures, relevés de consommation, ) - évaluer les gisements d économies d énergie (bilan annuel) = recours à des logiciels (3CL-DPE, Comfie-DPE ) - orienter le maître d ouvrage vers des interventions simples à réaliser des études plus approfondies - chiffrer les interventions (temps de retour sur investissement) - types de préconisations : - actions immédiates = peu d investissement - actions prioritaires = rentabilité élevée - actions utiles = peuvent être différées + propositions pour des systèmes de gestion adaptés
2. La conception Bioclimatique Profiter des aspects POSITIFS du climat pour minimiser la facture énergétique répartir les pièces en fonction de l orientation capter le soleil en hiver / protéger du soleil en été stocker et restituer la chaleur se protéger des vents dominants
2. La conception Bioclimatique Energie? Maison à l abri Forme compacte Baies vitrées au Sud Eau? Maquette - Centre d'information sur l'energie et l'environnement
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» a) Mur Trombe avec lame d air ventilée Air chaud Ouverture possible en été Mur en béton épais surface noire Lame d air Air «froid» Vitrage
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» Maison «Trombe» (Font-Romeu - Odeillo)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» b) Les toitures végétalisées Intérêt : - inertie de la toiture (= réduction des charges) - rétention d eau de pluie - confort : esthétique (?), acoustique (?) Couche végétale Support Couche drainage Membrane étanche
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» b) Les toitures végétalisées Magasin Décathlon (Allemagne) Ecole maternelle à Montmorency (95)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» c) Le puits canadien / le puits provençal Le principe : utiliser la chaleur ou la fraîcheur du sol pour pré-traiter l air neuf introduit dans le local (on limite les puissances maximales appelées) 30 C 19 C 2 m 60 m
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» c) Le puits canadien / le puits provençal Température ( C) 15 10 5 0 0 2 4 6 10 d après www.herzog.nom.fr En hiver, le sol est une réserve de «chaleur» Janvier Avril Juillet En été, le sol est une réserve de «fraîcheur» Profondeur du sol (m)
Saturargues (34) Maison ventilée avec puits canadien Vue de la maison Entrée du puits
Saturargues (34) Maison ventilée avec puits canadien Hiver
Saturargues (34) Maison ventilée avec puits canadien Eté
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» d) Les façades «double-peau» Schéma de principe : d après CSTB
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» d) Les façades «double-peau» Les avantages : utilisation des gains solaires (hiver) =réduction de la demande d'énergie de chauffage, utilisation réfléchie des protections solaires (été) = réduction des besoins d'énergie de rafraîchissement, refroidissement nocturne efficace («free-cooling»), amélioration de l'isolation aux bruits extérieurs, augmentation de la durée de vie des éléments de façade
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» e) Le stockage d énergie Le principe : stocker de la chaleur ou de la fraîcheur durant une période (pour la redistribuer au moment opportun ) Systèmes de stockage : - sol - conteneurs d eau & parois - matériaux à changement de phase Remarque : suivant l inertie du système de stockage, on joue sur le différentiel «jour/nuit» ou «hiver/été»
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» e) Le stockage d énergie Exemple 1: conteneurs d eau Hiver
Exemple 2: Les matériaux à changement de phase Les MCP dans les textiles
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» f) Un architecte allemand : Rolf DISH Bâtiment à énergie positive
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» f) Un architecte allemand : Rolf DISH Bâtiment à énergie positive : détails
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» f) Un architecte allemand : Rolf DISH Un quartier à énergie positive (à Freiburg)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» f) Un architecte allemand : Rolf DISH Des maisons individuelles
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques» f) Un architecte allemand : Rolf DISH aux logements collectifs