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
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
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 :
La régulation
La boucle fermée (exemple : chauffer un four)
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
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 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
Courbe de chauffe
La régulation
Text
Tdép
Loi de correspondance entre la température de départ
et la température extérieure (facteur influant principal)
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
Les organes de réglage
Vanne 2 voies
Vanne 3 voies
La régulation
Robinet thermostatique
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
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
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
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
Exemple : dimensionnement des vannes de régulation
La régulation
Exemple : Régulation d’une chaudière à 2 allures
La régulation
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,…)
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 »)
Temp. extérieure
« doigt de gant »
Sonde sur l’eau : applique / plongeuse
GTC : Gestion Technique Centralisée
1 centrale gère l’ensemble du système
=> intelligence centralisée
La régulation 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)
* Télé-exploitation
* Télé-maintenance
* Télé-suivi
* Télé-formation
* Télé-assistance
Confort
Sécurité
Optimisation
Maintenance
Fonctions de la GTB
La régulation centralisée
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 »
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 »
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
Ecole maternelle à Montmorency (95)
Magasin Décathlon (Allemagne)
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)
60 m
2 m
30°C19°C
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
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 »
Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Entrée du puits
Vue de la maison
Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Hiver
Saturargues (34)
Maison ventilée avec puits canadien
Eté
d) Les façades « double-peau »
d’après CSTB
Schéma de principe :
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
Hiver
Exemple 1:
conteneurs
d’eau
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »
Les MCP
dans les textiles
Exemple 2:
Les matériaux à changement de phase
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
3. Des exemples de solutions «bioclimatiques »