Les principes de base Les organes de réglage · Maison ventilée avec puits canadien Entrée du...
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La régulation
Les principes de base
Les organes de réglage
2010/2011 4 - GC
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Régulation
= maintien d’un paramètre à une valeur de consigne
Chaîne de régulation
1. Observation (ex: sonde de température)
2. Détection d’un écart (ex: régulateur)
3. Action (ex: vanne)
Observation Détection d’un écart Action
La régulation
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La boucle fermée
- observation du paramètre régulé
- correction pour agir sur le paramètre
Avantage : résultat garanti ! / Problème : inertie de la boucle…
Action
Régulateur
Observation Système
Consigne
La régulation
Local
Action ObservationRégulateur
local
Exemple :
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La régulation
La boucle fermée (exemple : chauffer un four)
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La régulation
La boucle ouverte
- observation du paramètre perturbateur principal
- action sur le système
Problème : résultat non garanti / Avantage : rapidité de réaction !
Action
RégulateurObservation
Système
Consigne
Exemple :
Local
Action ObservationRégulateur extérieur
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La régulation
La boucle ouverte (exemple : chauffer un four)
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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, ...
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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
Text
Te
Régulateur
TsQm
La régulation
Te
Text
70 C
20 C
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Courbe de chauffe
La régulation
Text
Tdép
Loi de correspondance entre la température de départ
et la température extérieure (facteur influant principal)
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Compensations
Te
Text
Droite de chauffe
Effet du vent
Ensoleillement, apports internes
Ajustement de la loi de correspondance (grâce à des sondes
complémentaires par exemple)
La régulation
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Les organes de réglage
Vanne 2 voies
Vanne 3 voies
La régulation
Robinet thermostatique
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Les organes de réglage : la caractéristique intrinsèque Kv
La régulation
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 :
avec P = 1 bar, on a par définition Kv = Q et donc :
(pour de l’eau)
Remarque :
Kvs = Kv lorsque l’organe de réglage est ouvert à 100%
22
22
.Q2g.S
k
2g
Q/Sk.
2g
Vk.ΔP
ΔPKv.Q
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Les organes de réglage : l’autorité
La régulation
L’autorité sert à quantifier la progressivité d’un organe de réglage
Pv,100 : perte de charge dans l’organe de réglage ouvert à 100%
Pr,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)
r,100v,100
v,100
ΔPΔP
ΔPa
a < 0,3 : la vanne a une
efficacité réduite
a > 0,7 : la vanne crée
trop de perte charge
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Les organes de réglage : dimensionnement
La régulation
a = 0,5 Pr,100 = Pv,100
v,100v,100 ΔPKvs.Q
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
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Les organes de réglage : dimensionnement
La régulation
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):
Ce type de schéma permet de
vérifier les conditions préconisées
ci-dessus. Mais…
Pr,100 + Pv,100 < 0,5.Hmvoie
commune
bipasse
voie
directe
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Exemple : dimensionnement des vannes de régulation
La régulation
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Exemple : Régulation d’une chaudière à 2 allures
La régulation
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La régulation
Régulateur
Entrées
(sondes)
Sortie
(organes de réglage)
Observation Détection d’un écart Action
Les principales « entrées » utiles en chauffage :
- température (air, eau), humidité relative (air)
- détection de présence
- vent, ensoleillement
- sonde de pollution (CO, Nox,…)
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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
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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 »)
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Temp. extérieure
« doigt de gant »
Sonde sur l’eau : applique / plongeuse
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GTC : Gestion Technique Centralisée
1 centrale gère l’ensemble du système
=> intelligence centralisée
La régulation centralisée
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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)
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* Télé-exploitation
* Télé-maintenance
* Télé-suivi
* Télé-formation
* Télé-assistance
Confort
Sécurité
Optimisation
Maintenance
Fonctions de la GTB
La régulation centralisée
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Diagnostic de performances
Conception bioclimatique
Mais comment réduire les besoins de chauffage ?
2010/2011 4 - GC
1. Le D.P.E
2. Les principes de la conception bioclimatique
3. Des exemples de solutions « bioclimatiques »
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Bâtiment énergivore (en kWh/m2/an)
Bâtiment économe (en kWh/m2/an)
> 750
591 à 750
I
H
A
B
C
D
E
F
G
≤ 50
51 à 90
91 à 150
151 à 230
231 à 330
331 à 450
451 à 590
1. Diagnostic de Performance Energétique
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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
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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
1. Diagnostic de Performance Energétique
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
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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 > 1000m2
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
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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
Contenu du DPE :
1. Diagnostic de Performance Energétique
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XX
Bâtiment
Forte émission de GES
Faible émission de GES
H
I> 145
111 à 145
B
C
D
E
F
G
≤ 5
6 à 10
11 à 20
21 à 35
36 à 55
56 à 80
81 à 110
A
kgéqCO
2/m2.an
XXX
Bâtiment
Bâtiment énergivore
Bâtiment économe
> 750
591 à 750
I
H
A
B
C
D
E
F
G
≤ 50
51 à 90
91 à 150
151 à 230
231 à 330
331 à 450
451 à 590kWhEPEP/m².an
Etiquette ENERGIE Etiquette CLIMAT
1. Diagnostic de Performance Energétique
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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
1. Diagnostic de Performance Energétique
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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
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Maquette - Centre d'Information sur l'Energie et l'Environnement
Maison à l’abri
Forme compacte
Baies vitrées au SudEnergie ?
Eau ?
2. La conception Bioclimatique
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Mur en béton épais
surface noire
Air chaud
Air «froid»
Ouverture possible en été
Lame d’air
Vitrage
a) Mur Trombe avec lame d ’air ventilée
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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Maison « Trombe » (Font-Romeu - Odeillo)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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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 »
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b) Les toitures végétalisées
Ecole maternelle à Montmorency (95)
Magasin Décathlon (Allemagne)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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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)
60 m
2 m
30°C19°C
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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Janvier
Avril
Juillet
c) Le puits canadien / le puits provençal
d’après www.herzog.nom.fr
En hiver, le sol est une
réserve de « chaleur »
En été, le sol est une
réserve de « fraîcheur »
Profondeur du sol (m)
Température (°C)
00
15
10
5
2 4 6 10
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Entrée du puits
Vue de la maison
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Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Hiver
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Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Eté
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d) Les façades « double-peau »
d’après CSTB
Schéma de principe :
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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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 »
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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 »
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e) Le stockage d’énergie
Hiver
Exemple 1:
conteneurs
d’eau
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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Les MCP
dans les textiles
Exemple 2:
Les matériaux à changement de phase
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f) Un architecte allemand : Rolf DISH
Bâtiment à énergie positive
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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f) Un architecte allemand : Rolf DISH
Bâtiment à énergie positive : détails
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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f) Un architecte allemand : Rolf DISH
Un quartier à énergie positive (à Freiburg)
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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f) Un architecte allemand : Rolf DISH
Des maisons individuelles…
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f) Un architecte allemand : Rolf DISH
…aux logements collectifs
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »