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L’Institut des Sciences Appliquées et Economiques Centre du Liban associé au Co

L’Institut des Sciences Appliquées et Economiques Centre du Liban associé au Conservatoire National des Arts et des Métiers CNAM Département : Mécanique. Spécialité : Energétique. Option : Froid et climatisation. MÉMOIRE D’INGÉNIEUR Titre : Optimisation de la climatisation d’une villa Membres de jury : Pr. Christophe MARVILLET Dr. Tony JABBOUR Dr. François Khoury Réalisé par : Alain Saadé 8333 f Beyrouth à 10 / 2 / 2015 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Remerciements Je voudrais remercier, en remerciant Dieu, ma famille, mes amis, plus particulièrement mes parents, tous mes professeurs au CNAM Beyrouth et également tous les membres du jury qui ont daigné juger ce modeste travail, notamment Pr. Christophe Marvillet, docteur Tony Jabbour et docteur François Khoury, TUTEUR du projet pour son soutien précieux. Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page i de vi Table des matières Nomenclature………………………………………………………………………………….iii Liste des figures……………………………………...………………………………………...iv Liste des tableaux…………………………………………………………………………...…vi Introduction…………………………………………………………………………………….1 Chapitre 1 : Machine à absorption I) Définition et types de pompes à chaleur………………………………………….…2 II) Intérêts de l’utilisation des PAC thermique…………………………………….…...3 III) Machines à absorption liquide……………………………………………………...4 IV) Machines à simple effet……………………………………………………………..4 IV-1) Description du cycle…………………………………………………………………...…4 IV-2) Modélisation thermodynamique du cycle à simple effet avec échangeur de solution……5 Chapitre 2 : Machine à compression mécanique VRV ou DRV: I) Définition d’un système VRV ou DRV……………………………………………..8 II) Composantes d’un système DRV………………………………………….….…….9 III) Le contrôle du système.…………………………………….…...............................11 IV) Modes de fonctionnement.…………………………………………………..……..12 a) Refroidissement seul …………………………………………………………………....…12 b) Chauffage seul ………………………………………………………………………….....13 c) Refroidissement principal………………………………………………………………....13 d) Chauffage principal………………………………………………………………………..14 e) Mode d’équilibre ……………………………………………………………………….....14 V) Avantages de la climatisation VRV ou DRV.………………………………..……15 VI) Fluides frigorigènes.…………………………………………………………..……16 Chapitre 3 : Echanges thermiques I) Les phénomènes de transferts thermiques………..………………………………...17 II) Les techniques de construction au Liban……………………………………….….18 III) Confort thermique d’été………………...………………………………………….19 IV) Les gains de chaleur..……………………………………………….……………...20 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page ii de vi Chapitre 4 : Etude de la villa I) Architecture de la villa ………..……..…………………………………………...24 II) Calcul des coefficients de transmission des parois avant isolation……………….31 III) Calcul des coefficients de transmission des parois après isolation……………….38 IV) Bilan froid de la villa……………………………………..…………………….…46 a) Données de calcul…………………………………………………………………..……...46 b) Bilan froid du sous-sol………………………………………………………......................47 c) Bilan froid du rez-de chaussée……………………………………………………………..47 d) Bilan froid du premier étage……………………………………..………………………...48 e) Calcul des puissances thermiques par unité de surface……………………………………48 Chapitre 5 : Choix des machines I) Choix de la machine à absorption…………….……………………………..........49 II) Spécifications de la machine à absorption …………….….……………………....51 III) Choix des unités intérieures pour la machine à absorption……………………….55 IV) Utilisation des capteurs solaires…………………………………………………..57 V) Tour de refroidissement (TDR)…………………………………………………...64 VI) Choix de la machine VRV…………………………………………………….…..66 VII) Choix des unités intérieures pour la machine VRV….......……………………….69 VIII) Utilisation des panneaux solaires photovoltaïques pour les VRV………………...72 Chapitre 6 : Comparaison des deux systèmes et choix convenable de la machine I) Comparaison écologique…………..………………………………………………...74 II) Comparaison de l’efficacité……………………..…………………………………..78 III) Comparaison économique……………………..……………………………………79 a) Coût d’investissement…………………………………………………………………………79 b) Coût d’exploitation pour un an………………………………………………………………..80 IV) Comparaison des surfaces nécessaires pour les installations…………………….....81 V) Tableau de comparaison…………………………………………………………….82 Conclusion …………...…………………………………………………………………...83 BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………….……84 Annexe………………...……………………………………………………..……...…….85 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page iii de vi Nomenclature PAC : Pompe à chaleur VRV : Volume de Réfrigérant Variable DRV : Débit de Réfrigérant Variable COP : Coefficient de performance (sans dimension) COA : Coefficient d’amplification (sans dimension) EX : Efficacité de l'échangeur de solution FR : Taux de circulation (sans dimension) h : enthalpie spécifique (kJ/kg) m:Débit (Kg/s) P:Pression (kPa), (bar) Q : Energie thermique (KW) T : Température (OC), (K) X : Titre du frigorigène ou de l'absorbant dans la solution (%) υ : Volume spécifique (m3/kg) ρ : Densité (kg/m3) a : Absorbeur AHX : Absorber Heat exchanger c : Condenseur, carnot e : Evaporateur f : Frigorigène g : Générateur h : Théorique l :Liquide s : Solution v : Vapeur Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page iv de vi Liste des figures Figure 1-1 : Représentation d’une PAC à compression mécanique…………………….……..2 Figure 1.2: Machine à absorption avec échangeur de solution qui permet de réduire la chaleur fournie au générateur…………………………...….…….....4 Figure 2-1 : Système DRV 2 tubes, schéma principal……………………………………..….9 Figure 2-2 : Unités extérieures côte à côte…………………………………………………...10 Figure 2-3 : Réseau à 2 tubes…………………………………………………………………10 Figure 2-4 : Réseau à 3 tubes…………………………………………………………………11 Figure 2-5 : Système DRV 3 tubes, demande de froid uniquement……………………….....12 Figure 2-6 : Système DRV 3 tubes, demande de chaud uniquement……………………..….13 Figure 2-7 : Système DRV 3 tubes, refroidissement principal…………………………….....13 Figure 2-8 : Système DRV 3 tubes, chauffage principal…………………………………..…14 Figure 2-9 : Système DRV 3 tubes, demande de froid = demande de chaud………………...14 Figure 4-1 : Vue extérieur de l’entrée de la villa……………………………………………..24 Figure 4-2 : Vue intérieure de la villa………………………………………………………...25 Figure 4-3 : Plan du sous-sol………………………………………………………………....26 Figure 4-4 : Plan du Rez-de chaussées…………………………………………………….....27 Figure 4-5 : Plan du premier étage…………………………………………………………...27 Figure 4-6 : Coupe de la villa suivant la section A-A………………………………………..28 Figure 4-7 : Coupe de la villa suivant la section B-B………………………………………...28 Figure 4-8 : Schéma des élévations de la partie Nord…………………………………….….29 Figure 4-9 : Schéma des élévations de la partie Sud…………………………………………29 Figure 4-10 : Schéma des élévations de la partie Est………………………………………...30 Figure 4-11 : Schéma des élévations de la partie Ouest……………………………………...30 Figure 4-12 : Composition des murs extérieurs sans isolation……………………………….31 Figure 4-13 : Composition des murs intérieurs………………………………………………32 Figure 4-14 : Composition des plafonds sans isolation……………………...........................33 Figure 4-15 : Composition du plancher du sous-sol sans isolation…………………………..35 Figure 4-16 : Composition des murs extérieurs avec isolation ……………………………....38 Figure 4-17 : Composition des murs intérieurs……………………………………………….40 Figure 4-18 : Composition des plafonds avec isolation ……………………………………...40 Figure 4-19 : Composition du plancher du sous-sol avec isolation ………………………….42 Figure 4-20 : Composition des vitres à double vitrage……………………………………….43 Figure 5-1 : Schéma du fonctionnement des machines mises en parallèles…………………50 Figure 5-2 : Schéma de la machine à absorption choisie…………………………………….51 Figure 5-3: Schéma arrière de la machine à absorption……………………………………...53 Figure 5-4: Schéma côté droit de la machine à absorption…………………………………...54 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page v de vi Figure 5-5: Schéma avant de la machine à absorption……………………………………….54 Figure 5-6: Schéma côté gauche de la machine à absorption………………………………...54 Figure 5-7: Schéma couvercle de la machine à absorption…………………………………..54 Figure 5-8: Performance de la machine WFC-SC20…………………………………………58 Figure 5-9: Shéma des collecteurs solaires choisis…………………………………………...61 Figure 5-10: Schéma de la chaudière à condensation à gaz GPL « Type VKK 656 »……….62 Figure 5-11: Schéma du réservoire de 6 000 litres de gaz GPL « PD 5500 / AD Merkbaltter »…………………………………………………63 Figure 5-12 : TDR « AT/UAT 14-74 »……………………………………………………....64 Figure 5-13 : Schéma des dimensions de la TDR……………………………………………65 Figure 5-14 : Dimensions et installation de la machine VRV………………………………..68 Figure 5-15 : Schéma d’une installation de panneaux solaires……………..………………..73 Figure 6-1 : Schéma du nouvel immeuble à construire...…………………………………….82 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page vi de vi Liste des tableaux Tableau 2-1 : Exemple de contrôle de la fréquence du compresseur……………..…………12 Tableau 3-1 : La correction de la couleur de la surface………………………….….…….....20 Tableau 3-2 : Les valeurs de CLTD en fonction du temps…………………..………...…….21 Tableau 3-3 : Convention d’échanges superficiels………………………..……………..…...29 Tableau 4-1 : Coefficients globaux d’échanges thermiques…….…………………….……..46 Tableau 4-2 : Bilan froid du sous-sol………………………………………………………...47 Tableau 4-3 : Bilan froid du Rez-de chaussée………………………………………………..47 Tableau 4-4 : Bilan froid du premier étage…………………………………………………...48 Tableau 5-1 : Spécifications de la machine…………………………………………………..52 Tableau 5.2 : Tableau des unités intérieures choisies pour la machine à absorption………...55 Tableau 5.3 : Tableau des spécifications des unités intérieures « DAIKIN »………………..56 Tableau 5-4 : Catalogue des TDR d’evapco. ………………………………………………...65 Tableau 5-5: Tableau des dimensions de la TDR…………………………………………….66 Tableau 5-6 : Spécification des machines extérieurs « Hitachi »…………………………….67 Tableau 5.7 : Tableau des unités intérieures choisies pour les VRV………………………...69 Tableau 5-8 : Tableau des unités intérieures pour les VRV (Duct type)……………………..70 Tableau 5-9 : Tableau des unités intérieures pour les VRV (Wall type)……………………..71 Alain Saadé Optimisation de la climatisation d’une villa Page 1 de 98 Introduction La possibilité de produire du froid par utilisation directe de l’énergie primaire, notamment celle des énergies fossiles, a donné toutes leurs places aux machines à absorption dans le domaine du froid et de la climatisation. Ces machines, qui offrent l’avantage de ne pas comprendre de machines tournantes à l’exception d’une pompe sont les seules, parmi ce type de machines, ayant atteint le développement industriel. En effet, le regain d’intérêt enregistré ces dernières années par rapport à ces systèmes « connus depuis plus d’un siècle » est impressionnant ; il est lié non seulement à la diversification des énergies primaires, mais également à cause de leur caractère écologique car n’utilisant pas de fluides nocifs pour l’environnement et au souhait de beaucoup de pays de trouver une solution aux problèmes de surcharge des réseaux électriques durant les saisons chaudes, problème engendré par la climatisation à compression. D’autres qualités ont contribué au développement de ces machines comme la longévité, la fiabilité et le bas niveau sonore. Notre client, « Maroun Eid Sader » cherche à utiliser dans sa villa, un système de climatisation optimisé, c’est pour cela il nous a demandé de faire une étude dans le domaine de climatisation basée sur deux systèmes, le système de VRV à compression mécanique et le système à absorption à compression thermique, afin de les comparer uploads/Industriel/ 2015-th-18615-saade-alain.pdf