2010/2011 CHAUFFAGE 4 - GC Cours : 14 séances (A.Trombe, L.Adolphe, C.Oms) TD : 8 séances (S. Ginestet, M.Moisson, C.Oms) Tests : 1 QCM (30%) + 1 Contrôle final (70%) 4 séances 2 séances 2 séances 4 séances 2 séances Isolation thermique RT 2005/2012 Aéraulique - Ventilation Production de chaleur (combustion, chaudières) Emission, distribution, régulation de chaleur (émetteurs et réseaux) Diagnostic & Conception bioclimatique
CHAUFFAGE Cours : 14 séances (A.Trombe, L.Adolphe, C.Oms) TD : 8 séances (S. Ginestet, M.Moisson, C.Oms) Tests : 1 QCM (30%) + 1 Contrôle final (70%) Question de cours / QCM : mardi 19 octobre (11h05 11h55) objet : cours, séances 1 à 10 sans document Contrôle final : lundi 6 décembre (11h 12h30) objet : cours + TD Doc. autorisé : 1 feuille recto/verso
2010/2011 4 - GC introduction, rappels, etc
Le chauffage Déperditions d un local - qualité de l isolation - ventilation Régulation Emission Distribution Production
Bilan thermique Principe du bilan thermique d hiver Le bilan thermique permet d estimer la puissance de chauffe à installer pour combattre les déperditions d un bâtiment. à travers les parois flux d air = calcul des déperditions statiques et dynamiques du bâtiment dans la condition la plus défavorable (minimum nocturne) par rapport à des conditions extérieures «de base» Le calcul est mené uniquement sur les échanges sensibles Le calcul des déperditions permet d estimer la consommation d un bâtiment
Bilan thermique Zones climatiques et températures de base - Trappes - Nancy - Macon - Rennes - La Rochelle - Agen - Carpentras - Nice H1 H2 H3 H1 H2 H3 θ base = -9 C θ base = -6 C θ base = -3 C Correction selon l altitude : Z<400m : 0 C 200m <Z< 800m : -2 C Z>800m : -4 C
Les déperditions statiques Bilan thermique déperditions surfaciques : Surfaces (Ai) coefficient U [W/m².K] déperditions linéiques : Liaisons (Li) coefficient ψ [W/m.K] Deperd Statiques = (U.A i i + Ψ.L i i )x(θ int -θ ext ) Remarques : - si le local adjacent est «non chauffé» : utilisation du facteur «b» - Rappel : coefficient U pour une paroi 1 U 1 e = + h λ ext i i i + 1 h int
Les déperditions dynamiques Bilan thermique renouvellement d air obligatoire (réglementation) perméabilité de l enveloppe («fuites») Qv (en kg/s) Deperd Dynamiques = Q v x C p,air x (θ int -θ ext ) Remarques : C p,air = 1,02 kj/kg.k ρ air = 1,2 kg/m 3 Perméabilité : - logement individuel : 1,3 m 3 /h.m 2 Exemples de débits réglementaires : - salle de cours : 15 m 3 /h - chambre d'hôpital : 18 m 3 /h - salle d eau (logement) : 15 m 3 /h - cuisine (logement F4) = 60 + 15 x 4 = 120 m 3 /h - logement collectif, bureaux, hôtels, enseignement, : 1,7 m 3 /h.m 2 - autres : 3 m 3 /h.m 2
Bilan thermique Coefficient caractéristique Ubat (RT2005) Le coefficient Ubat est caractéristique de l enveloppe d un bâtiment : Ubat= bi.(ui.ai + Ψi.Li) Ai [W/m².K] avec b : coef. d atténuation vers les locaux non chauffés Il permet d analyser «l'efficacité» de l enveloppe d un bâtiment vis-à-vis des déperditions : il doit répondre aux attentes de la réglementation thermique en vigueur (RT2005). ex: maison individuelle Ubat < 1,2.Ubat ref.
Le chauffage Bois Charbon de bois Bois Charbon de bois Bois Charbon Mazout Gaz Ordures Electricité Géothermie
Le chauffage Charbon de bois : technique des meules
Le chauffage Chaufferie Poêle à bois
Le chauffage Déperditions d un local - qualité de l isolation - ventilation Régulation Emission Distribution Production
2010/2011 4 - GC La production de chaleur La combustion Les générateurs de chaleur
Sources d é énergie Combustibles Solides : Charbon, Bois, Déchets, Ordures Liquides : Fioul Gazeux : Gaz naturel Autres sources d énergie Solaire Géothermie Electricité (origine fr. : nucléaire 78%, hydro. 14%, thermique 8%) Ordre d idée du Prix de l énergie 1kWh de chaleur (en 2008) = - fioul : 8c - gaz : 9c - bois : 3c - électrique : 12c
La combustion Définition C est une réaction chimique exothermique (réaction d oxydation = liée à l O 2 ) Comburant (l air) Combustible Il y a rupture des liaisons des molécules du combustible, et recombinaison avec les molécules du comburant pour obtenir des molécules plus «stables» (CO 2,H 2 0, SO 2, N 2 ) Cette réaction nécessite une énergie d activation (en général : de la chaleur, une étincelle, une flamme)
La combustion Réactions de combustion comburant produits de combustion chaleur de combustion H 2 + 1/2 (O 2 ) H 2 O + 241,8 kj.mol -1 S + (O 2 ) SO 2 + 71 kj.mol -1 CO + 1/2 (O 2 ) CO 2 + 283 kj.mol -1 CH 4 + 2 (O 2 ) CO 2 + 2 H 2 O + 803,2 kj.mol -1 C 2 H 4 + 3 (O 2 ) 2 CO 2 + 2 H 2 O + 1332 kj.mol -1 C 2 H 6 + 7/2 (O 2 ) 2 CO 2 + 3 H 2 O + 1406 kj.mol -1 C 3 H 8 + 5 (O 2 ) 3 CO 2 + 4 H 2 O + 2012,6 kj.mol -1 C 4 H 10 + 13/2 (O 2 ) 4 CO 2 + 5 H 2 O + 2661 kj.mol -1
Définitions La combustion - pouvoir comburivore (Va) quantité d air nécessaire pour assurer la combustion complète de 1 Nm 3 de gaz (combustion neutre) Remarque : volume d air = volume d O 2 / 0.21 - pouvoir fumigène (Vf) quantité de fumées dégagées par la combustion complète de 1 Nm 3 de gaz (combustion neutre) Remarque : les éléments «inertes» sont comptabilisés Vf = Vproduits_combustion + Vinertes N 2 apporté par l air H 2 O apporté par l air inertes apportés par le combustible
Définitions La combustion - pouvoir calorifique inférieur et supérieur (PCi et PCs) PCi : quantité de chaleur dégagée par 1 Nm 3 de gaz, en considérant : H 2 O sous forme vapeur PCs : quantité de chaleur dégagée par 1 Nm 3 de gaz, en «condensant» la vapeur d eau des fumées PCs = PCi + Mvap.Lvap (avec Lvap = 2500 kj.kg -1 à 0 C) Gaz : 10% Fuel : 6% Charbon : 3%
Grandeurs utiles La combustion (gaz) 1 Nm 3 = 1 m 3, dans les conditions normales de pression et de température ( 0 C, 1 atm ) Masse molaire d un gaz (kg.mol -1 ) Masse molaire des composés élémentaires : H = 1 g.mol -1, C = 12 g.mol -1, N = 14 g.mol -1, O = 16 g.mol -1 ex: Air (21% O 2, 79% N 2 ) M m,air = 29.10-3 kg.mol -1 Volume molaire d un gaz (m 3.mol -1 ) V m = 22,4.10-3 m 3.mol -1 (dans les conditions normales) V m = 22,4 l.mol -1 Masse volumique d un gaz (kg.m -3 ) M v = M m / V m
Types de combustion La combustion (gaz) - combustion neutre combustion complète d un gaz, sans excès ni défaut d air = pas d O 2, pas d imbrûlés dans les fumées - combustion incomplète = on trouve des imbrûlés dans les fumées (ex: CO) - combustion complète = on ne trouve pas d imbrûlés dans les fumées - combustion avec excès d air = on retrouve de l O 2 dans les fumées on définit l excès d air par la relation : on définit le facteur d air par la relation : E air n = = Vair Va Va Vair Va
Diagramme de combustion La combustion (gaz) Le diagramme de combustion permet de déterminer le type de combustion à partir de la teneur en O 2 et en CO 2 Droite de Grebel teneur en CO 2 (en fonction de la teneur en O 2 ) des fumées sèches (on ne considère pas H 2 0), pour une combustion complète. Diagramme d Ostwald reprend la droite de Grebel + représentation des droites d égal CO/CO 2 et de H 2 /CO 2 + représentation des lignes d excès d air Ce diagramme permet de caractériser une combustion à partir de 2 mesures (O 2 et CO en général)
Analyseur de fumées Sonde de mesure Cellules d analyses (O 2, CO) Dessiccateur
Combustion neutre Combustion complète (avec excès d air) Pas de combustion 15 Teneur en CO 2 (%) Facteur d air n=1 Teneur en O 2 (%) 0 21 0
La combustion (gaz) Le rendement de combustion si l eau formée est condensée si l eau reste en vapeur η PCs η PCi PCs Qf = PCs PCi Qf = PCi avec Qf = la chaleur perdue dans les fumées Qf = Σ Hi.Vi (i : composant des fumées) H : enthalpie entre T amb et T fumées Rque : Estimation du % perdu dans les fumées (eau «vapeur») Tf Ta Pertes (%) = σ Formule approchée de Siegert [%CO 2 ] (σ = 0,45 à 0,5)
La combustion (gaz) Doc GDF