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Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laborato

Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 1 : Chaudière Les grandeurs suivantes ont été relevées sur une chaudière (située à Lausanne), d’une puissance de 13kW : Nombre d’heures de fonctionnement : 820 [h/an] Puissance de maintien de la température : 400 [W] Chaudière sans chauffe-eau, ayant un rendement nominal de 87% (selon le constructeur) Déterminez son rendement moyen annuel. On précise que le nombre moyen de jours de chauffage annuel dans le région lausannoise se situe aux alentours de 210 jours/an (soit environ 7 mois plein) Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 2 : Chaudière Une petite chaudière à mazout moderne présente les caractéristiques mesurées suivantes : température des fumées : 220°C température ambiante dans la chaufferie : 20°C concentration de gaz carbonique dans les fumées : 8% Quel est son rendement de combustion ? Est-il suffisant ? Cette chaudière présente des pertes en fonctionnement égales à 5% de sa puissance nominale, et ses pertes de maintien en température représentent 3% de sa puissance nominale. Quel est le rendement de la chaudière ? Cette chaudière a une puissance de 30 kW et consomme 3’000 litres de mazout par an. Quel est son rendement annuel si elle n'est utilisée que pour le chauffage d'un bâtiment à Lausanne? Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 3 : PAC On vous propose une pompe à chaleur (PAC) air-eau d’une puissance de 12 kW ayant un coefficient de performance (COP) de 3.3. En lisant mieux la documentation, vous vous apercevez que ces caractéristiques sont valables pour une température extérieure de 7°C et pour une production d’eau chaude de 35°C. Que déduire du COP si la température extérieure est de -10°C et si la température d’eau chaude doit être de 55°C ? Quelle est la puissance thermique de la PAC dans ces conditions extrêmes, si la puissance mécanique ne change pas ? Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 4 : Capteurs solaires Les besoins en eau chaude sanitaire d’un immeuble sont estimés à 1’600 litres à 55°C par jour. Au chauffe-eau électrique d’origine, on décide d’adjoindre des capteurs solaires comme appoint. Esquissez le schéma de l’installation. Déterminez approximativement la surface des capteurs et le coût de l’installation (2 fois le coût des capteurs). L’opération est-elle rentable ? Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 5 : Capteurs solaires Trois capteurs présentent les caractéristiques suivantes : Lequel choisissez-vous pour chauffer une piscine (25°C), de l'eau chaude (50°C) et pour une application industrielle à 100°C ? A quelle température doivent pouvoir résister les matériaux des capteurs mentionnés ci-dessus et les conduites de raccordement ? En d'autres termes, quelle est la température maximale que peuvent atteindre, en été, les trois capteurs ci-dessus? 1’200 10.0 0.95 Absorbeur sélectif 1’500 03.5 0.90 Capteur sélectif couvert 1’000 02.0 0.70 Capteur évacué Prix/m² K α0 Capteur Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 5 : Tableau de résultats ……………… ……………… ……………… 1’200 Absorbeur sélectif ……………… ……………… ……………… 1’500 Capteur sélectif couvert ……………… ……………… ……………… 1’000 Capteur évacué 100°C 50°C Tc = 25°C Prix/m2 Capteur Prix des capteurs pour 1 kW ……………… ……………… ……………… ……………… Absorbeur sélectif ……………… ……………… ……………… ……………… Capteur sélectif couvert ……………… ……………… ……………… ……………… Capteur évacué 100°C 50°C Tc = 25°C Tmax Capteur Surface nécessaire pour 1 kW ……………… ……………… ……………… 10.0 0.95 Absorbeur sélectif ……………… ……………… ……………… 03.5 0.90 Capteur sélectif couvert ……………… ……………… ……………… 02.0 0.70 Capteur évacué 100°C 50°C Tc = 25°C K α0 Capteur Rendement pour qs = 500 W/m2 et Text = 10°C Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 6-8 : Divers Quelle quantité d'énergie faut-il annuellement pour chauffer l'eau chaude consommée par une personne ? Une pompe à chaleur a un rendement technique ηPAC de 50%. Quel sera son COP si on l'utilise pour chauffer de l'eau de chauffage à 30°C en puisant la chaleur dans la nappe phréatique (10°C). Que devient-il si on désire produire de l'eau chaude (55°C) en puisant la chaleur dans l'air extérieur (0°C)? Dimensionnez approximativement un chauffe-eau solaire destiné à un immeuble locatif comprenant 8 appartements de 5 pièces, dont 4 chambres. Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercices 9-11 : Divers Afin d’évaluer les performances techniques d’un bâtiment locatif (3 étages, surface au sol de 30 x 15 m2), les consommations suivantes ont été relevées : Mazout : 30’000 kg/an Electricité : 40’000 kWh/an Qu’en déduisez-vous ? Je remarque que l’installation thermosolaire de mon chalet (altitude d’environ 2000m) fournit moins d’énergie en moyenne annuelle que la même installation située en plaine, dans un endroit ayant le même ensoileillement. Pourquoi ? Pourriez-vous calculez dette différence ? La chaudière d’un bâtiment situé à Fribourg fonctionne en moyenne 750 heures par an. Que pouvez-vous déduire de son rendement ? Cette installation est-elle correctement dimensionnée ? Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 12 : Coût du kWh utile Une villa, d’une surface au sol de 150 m2 et munie d’une chaudière à gaz, possède un indice de dépense énergétique de chauffage de 500 MJ/m2.an. L'investissement de la chaudière étant de 12’000 CHF et celui de la cheminée de 6’000 CHF, quel est le prix de revient du kWhth utile ? A quelle différence (au niveau de la structure du prix de revient du kWh) pourrait-on s’attendre dans le cas d’une installation industrielle ? Données : Amortissement de la chaudière : 15 ans Amortissement de la cheminée : 30 ans Taux d’intérêt : 7% Prix du combustible : 0.036 CHF/kWh Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 12 : (suite) x Chaudière Frais de combustible Frais d’entretien Charges financières annuelles Energie utile Prix du kWh utile Frais d’exploitation / + x + + Coût de l’énergie utile de chauffage Facteur d’annuité Facteur d’annuité Citerne et cheminée Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 13 : Optimisation Soit un système de chauffage PAC (eau/eau) – appoint électrique, d’une puissance totale de 100 kW. Estimez la puissance optimale de la PAC (COP=3), minimisant le coût du kWh thermique. Données : Fonction coût PAC : IPAC = 15’000 + 1’000 QPAC [CHF] Fonction coût chauffage électrique : IEl. = 2’000 + 100 QEl. [CHF] Facteur de recouvrement : Fr = 0.1 Demande d’énergie de chauffage : Q [kW] t [heures] 6’000 Qut él. Qut PAC Qél. QPAC . . 100 kW . . . Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Exercice 14 : Cas de la Suisse Evaluez, dans le cas de la Suisse, la consommation annuelle d’énergie finale nécessaire au chauffage des bâtiments et le coût qui en découle. Données : Nombre de bâtiments : 2 millions (dont 1 million pour l’habitât) Surface brute de plancher (SBP) : 672 x 106 m2 (valeur … 1.2 x 1012 CHF) Surface de référence énergétique (SRE) : 0.9 x SBP Indice de dépense énergétique (IDE) : 650 MJ/m2.an (moyenne suisse) Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Evolution de la consommation finale Energies renouvelables Chaleur à distance Electricité Gaz Carburants Combustibles pétroliers Déchets industriels Charbon Bois Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Consommation finale par groupe Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Consommation finale par agent Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Caractéristiques de capteurs Energétique du Bâtiment 2007-2008 Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques Laboratoire de Systèmes Energétiques uploads/Science et Technologie/ exercices-enonces.pdf