Distribution des fluides - astro.puc.clnlaporte/Teaching_files/cours_2011.pdf · Système d’adduction Conduits ... Les ressources en eau sont de 3 types : ... noeuds et R réservoirs,

Distribution des fluides

Nicolas [email protected]

Observatoire Midi-PyrénéesLaboratoire d'astrophysique de Toulouse-Tarbes

Bureau 149

mailto:[email protected]

Avant-Propos● 16h de Cours/TD (8*2h)

– Fascicules de cours – 2 sujets de T.D.

● Le vendredi de 15h30 à 17h30+ le 18 Mai de 13h30 à 15h30+ le 25 Mai de 13h30 à 15h30

● Semaine 14,17,18,20,21 et 22● Examen le Mercredi 07 Juin 2010

Introduction● 70% de la planète Terre● Eau douce : 3%● Répartition Inégale => sources de conflits

– Éthiopie vs Soudan vs Égypte

– Ouganda vs Kenya vs Tanzanie

– États-Unis vs Mexique

– Etc...

● « Objectifs du Millénaires » de l' ONU : réduction par 2 du nombre de personnes n'ayant pas accès à l'eau potable d'ici à 2015,

● Sommet de Johannesbourg (2002) : réduction par 2 du nombre de population n'ayant pas de système d'assainissement des eaux usées

● Forum Mondial de l'eau à Istanbul (2009) : plus de la moitié de la population terrestre sera touchée par des problèmes liés à l'eau d'ici 2030

==> Nécessité d'éviter le gaspillage d'eau● 1 litre sur 4 est perdu dans les réseaux de distribution français (Ministère de

l'écologie, 2009)

Plan du cours● Introduction● Rappels de Mécanique des Fluides● Le cycle de l'eau● Réseaux de distribution extérieurs

– Réseau ramifié– Réseau maillé

● Réseaux de distribution intérieurs– Distribution d'eau froide– Production et Distribution d'eau chaude

Rappels de Mécanique des Fluides● Théorème de Bernoulli :

La somme des pressions et des énergies mécaniques par unité de volume est constante tout le long du tube

de courant aux pertes de charges prêts● Régime d'écoulement

– Laminaire– Turbulent– Transitoire

Daniel Bernoulli1700 -1782

Le cycle de l'eau naturelle

BesoinsRessourcesFaisabilité du projet

Captage brut de l’eau naturelle

Système d’adduction Conduits

avec station de pompage éventuelle

Traitement des eaux

Stockage

Distribution Réseaux Extérieurs

Distribution Réseaux Intérieurs

Réseau Evacuation Intérieur(eaux usées)

Réseau Evacuation Extérieur(eaux pluviales)

Epuration

Ecoulement en charge (sous pression)Ecoulement à surface libre (sauf cas particulier)

Le cycle de l'eau

Besoins en eau

Traitement de l'eau● Traitement physique

– Électrique– Magnetique

● Traitement chimique– Oxydation– Clarification

● Traitement bactériologique– Desinfection

Biblio : http://www.ademe.fr/partenaires/boues/pages/f14.htm

Partie 1

Les réseaux de distribution extérieurs

Conditions de fonctionnement● Les différents types de réseaux de distribution

extérieurs :

Conditions de fonctionnement

● La pression– Dépend de la topographie des lieux et n'est donc pas identiques

en tout point du circuit.– Une pression trop importante est source de dégats (fuites aux

joints, etc..)– La pression maximale varie au cours de la journée– La pression ne doit pas être inférieure à 15mce pour assurer le

bon fonctionnement des installations.– Si la topographie l'exige, des « stations de relevage » doivent être

ajoutées pour assurer la pression minimum.


● Pression nécessaire à l'alimentation d'habitation à étage :

● 15mce pour 1 étage● 20mce pour 2 étages● 40mce pour 3 étages● Etc...

● En général, on considère qu'il faut 1bar de pression pour 10m de hauteur.


● Application : La Tour Montparnasse– 59 étages– 210m➔ Quelle est la pression à fournir au

sol pour alimenter en eau le dernier étage de la tour ?

✗ 1mce = 9 806,7 Pa● 214,1mce !

➔ Pression au sol trop importante, nécessité de positionner des stations de relevage


● Les conduites spéciales d'incendie– Durée moyenne d'extinction d'un incendie : 2h– Quantité d'eau nécessaire à l'extinction : 120m3

➔ Moto-pompe à incendie 60m3/h

● Besoin de disposer à proximité d'habitation de réserve d'eau naturel ou artificiel permettant de mobiliser 120m3 d'eau en 2h


● L'équation de Bernouilli est donnée par :

● Les besoins en eau ne sont pas constant sur la Les besoins en eau ne sont pas constant sur la surface de la Terre et varient en fonction de la saison, surface de la Terre et varient en fonction de la saison, du jour de la semaine et de l'heure.du jour de la semaine et de l'heure.

● Les ressources en eau sont de 3 types : météoriques, Les ressources en eau sont de 3 types : météoriques, superficielles et souterrainessuperficielles et souterraines

● L'eau est traité selon des procédés physiques et L'eau est traité selon des procédés physiques et chimiqueschimiques

Ce qu'il faut retenir du cours précédent

U 2

2gz P

gJ=cste

● Le débit maximum qui sera demandé dans l'année ou la journée est appelé le débit de pointe et est donné par la formule de Tribut tel que :

où n est le nombre d'abonnés desservisdesservis par ce tronçon● Il existe deux types de réseau de distribution : maillé et ramifiéIl existe deux types de réseau de distribution : maillé et ramifié

● Le diamètre de la conduite doit être compris entre 60mm et 15cm Le diamètre de la conduite doit être compris entre 60mm et 15cm pour éviter l'augmentation des pertes de chargespour éviter l'augmentation des pertes de charges

● La vitesse est donnée par :La vitesse est donnée par :● 0,5m/s < v < 1m/s ==> 0,5m/s < v < 1m/s ==> La limite supérieur prime sur la limite La limite supérieur prime sur la limite

inférieureinférieure


Ql.s−1=AnBnc

Q=US=U 4 D2

4

● Conditions spéciales d'incendie (Juin 2004)Conditions spéciales d'incendie (Juin 2004)1)1) Le réservoir doit disposer en permanence de 120mLe réservoir doit disposer en permanence de 120m33 d'eau d'eau 2)2) Le débit minimum à prévoir dans les conduite est de 60 Le débit minimum à prévoir dans les conduite est de 60 mm33/h /h

➔ Débit en l/s ?Débit en l/s ?3)3) Compte tenu du débit et des conditions de vitesse, le Compte tenu du débit et des conditions de vitesse, le

diamètre minimale des conduites est de .......diamètre minimale des conduites est de .......4)4) La pression disponible au droit des prises constitués par les La pression disponible au droit des prises constitués par les

bouches d'incendies ne doit pas être inférieur à 1 barbouches d'incendies ne doit pas être inférieur à 1 bar5)5) L'écartement maximal des bouches d'incendies est de 400mL'écartement maximal des bouches d'incendies est de 400m

● Le débit des CSI ne se cumule pas avec le Le débit des CSI ne se cumule pas avec le débit de distribution de l'eau dans les débit de distribution de l'eau dans les réseaux de distributions extérieursréseaux de distributions extérieurs


Chapitre 3 : Étude du réseau Chapitre 3 : Étude du réseau ramifiéramifié

Objectifs :Objectifs : 1)1) Déterminer le débit de pointe transitant dans Déterminer le débit de pointe transitant dans

chacun des tronçonschacun des tronçons2)2) Déterminer la vitesse moyenne, le diamètre des Déterminer la vitesse moyenne, le diamètre des

conduites et les pertes de charges dans chacun conduites et les pertes de charges dans chacun des tronçonsdes tronçons

3)3) Déterminer la pression disponible en tout point Déterminer la pression disponible en tout point du réseau de distribution extérieurdu réseau de distribution extérieur

● Méthode : Étude tronçon par tronçon– Les résultats doivent TOUJOURSTOUJOURS être présentés

dans un tableau

Chapitre 3 : Etude du réseau Chapitre 3 : Etude du réseau ramifiéramifié

TronçonsR-11-2

n Q (l/s)

Ø (m)

U (m/s)

j (mce/m)

L (m)

J (mce)

P/ρg + z (amont)

P/ρg + z (aval)

Z (m)

P/ρg (mce)

Étude du réseau ramifié : Étude du réseau ramifié : ApplicationApplication

● On considère le réseau de distribution ci-dessous :

● 1000 abonnés sur le réseau● Consommation journalière moyenne : 1000l/jour/abonné● Cote maximale du réservoir 105m (dont 5m de garde)

Étude du réseau ramifié : Étude du réseau ramifié : ApplicationApplication

● Conditions spéciales d'incendie Conditions spéciales d'incendie

On refait le dimensionnement en posant un débit Q=17l/s et en conservant les diamètres déjà déterminés (on ne gardera que des diamètres supérieur à 15cm en début de réseau)

TronçonsR-1 171-2 17

Q (l/s)

Ø (m)

U (m/s)

j (mce/m)

L (m)

J (mce)

P/ρg + z (amont)

P/ρg + z (aval)

Z (m)

P/ρg (mce)

● Les conditions spéciales d'incendie sont :1)1)Réservoir avec 120mRéservoir avec 120m33 d'eau disponible en permanence d'eau disponible en permanence2)2)Débit de 60mDébit de 60m33 /h /h3)3)Diamètre minimal des conduites de 150mmDiamètre minimal des conduites de 150mm4)4)Distance maximale entre 2 bornes à incendie : 400m Distance maximale entre 2 bornes à incendie : 400m

● Les objectifs d'un dimensionnement de réseau sont :Les objectifs d'un dimensionnement de réseau sont :1)1)Déterminer le débit de pointe sur chaque tronçonDéterminer le débit de pointe sur chaque tronçon2)2)En déduire la vitesse moyenne dans la conduite, le diamètre de En déduire la vitesse moyenne dans la conduite, le diamètre de

celle-ci et les pertes de charges associéescelle-ci et les pertes de charges associées3)3)Calculez la pression disponible en tout point du réseauCalculez la pression disponible en tout point du réseau

● La prise en compte des conditions spéciales La prise en compte des conditions spéciales d'incendie dans un réseau de distribution extérieur d'incendie dans un réseau de distribution extérieur implique d'imposer un débit de 17l/simplique d'imposer un débit de 17l/s


TD1 : Étude des réseaux de distributions extérieurs

Données :

consommation journalière moyenne : 1000l/ab/jour

formule de Tribut :

cote maximal du réservoir : 130m

hauteur de garde : 5m

Q=0,018 n0,137n0,345

● Utiliser majoritairement en zone urbaineUtiliser majoritairement en zone urbaine● Caractéristiques :Caractéristiques :

– Alimenté par un nombre R de réservoir (à la différence du Alimenté par un nombre R de réservoir (à la différence du réseau ramifié qui n'est alimenté que par 1 seul)réseau ramifié qui n'est alimenté que par 1 seul)

– Réseau constitué de T tronçonsRéseau constitué de T tronçons– Réseau reliant N pointsRéseau reliant N points– Réseau formant M maillesRéseau formant M mailles

● La théorie des graphes (La théorie des graphes (ensemble de points reliés ensemble de points reliés entre eux)entre eux) donnent : donnent :

T = N +M + R-1T = N +M + R-1

Chapitre 3 : Étude du réseau Chapitre 3 : Étude du réseau maillémaillé


R1

R3

R2

R= ?M= ?N= ?T = ?

● Le dimensionnement d'un réseau maillé se fait en résolvant un système d'équation issus de l'écriture de plusieurs lois.

● Il existe 3 lois qui s'appliquent à un réseau maillé :

– Loi des noeuds– Loi des mailles– Loi des chemins


Gustav Kirchhoff1824-1887

La somme des débits arrivant à un noeud et celui La somme des débits arrivant à un noeud et celui consommé au noeud considéré est égale à la consommé au noeud considéré est égale à la

somme des débits qui en repartent.somme des débits qui en repartent.

Loi des noeudsLoi des noeuds

∑i=1

N

qiqn=0

où qi est le débit transitant dans le tronçon i (>0 si arrive, <0 si repart) et q

n le débit

consommé au point n

●Le réseau est constitué de N points, on écrit alors N lois des noeuds

Dans une maille, la somme des pertes de charges de Dans une maille, la somme des pertes de charges de chaque tronçon est nullechaque tronçon est nulle

Loi des maillesLoi des mailles

∑i=1

n

J qi=0


n le débit


●Le réseau est constitué de M mailles, on écrit alors M lois des mailles

La somme des pertes de charges sur un chemin est La somme des pertes de charges sur un chemin est égale à la différence de hauteur piézométrique égale à la différence de hauteur piézométrique

entre les points à charge fixe situés aux extrémités entre les points à charge fixe situés aux extrémités du chemindu chemin

Loi des cheminsLoi des chemins

∑i=1

n

J qi=H


n le débit


●Le réseau est constitué de N points, on écrit alors N lois des noeuds

Étapes de résolutionÉtapes de résolution● Résolution de ce système à T équations se Résolution de ce système à T équations se

fait par une méthode de linéarisationfait par une méthode de linéarisation● Méthode :Méthode :

– On définit arbitrairement les débits dans chaque tronçonOn définit arbitrairement les débits dans chaque tronçon– On dimensionne le réseau pour ces débitsOn dimensionne le réseau pour ces débits– On corrige le dimensionnement par approximation On corrige le dimensionnement par approximation

successives de façon a satisfaire la loi des noeuds, la loi successives de façon a satisfaire la loi des noeuds, la loi des mailles et la loi des cheminsdes mailles et la loi des chemins

– On linéarise les équations informatiquementOn linéarise les équations informatiquement

!!!!! Déplacement de cours !!!!!● Absence le 23 Février 23 Février (mercredi prochain)(mercredi prochain)● Remplacement (au choix) :Remplacement (au choix) :

– Vendredi 25 Février de 10h00 à 12h00Vendredi 25 Février de 10h00 à 12h00– Vendredi 11 Mars de 10h00 à 12h00Vendredi 11 Mars de 10h00 à 12h00– Vendredi 18 Mars de 10h00 à 12h00Vendredi 18 Mars de 10h00 à 12h00

● Les objectifs d'un dimensionnement de réseau sont :Les objectifs d'un dimensionnement de réseau sont :1)1)Déterminer le débit de pointe sur chaque tronçonDéterminer le débit de pointe sur chaque tronçon2)2)En déduire la vitesse moyenne dans la conduite, le diamètre de En déduire la vitesse moyenne dans la conduite, le diamètre de

celle-ci et les pertes de charges associéescelle-ci et les pertes de charges associées3)3)Calculez la pression disponible en tout point du réseauCalculez la pression disponible en tout point du réseau

● Dans un réseau maillé composé de M mailles, N Dans un réseau maillé composé de M mailles, N noeuds et R réservoirs, le nombre de tronçon T est noeuds et R réservoirs, le nombre de tronçon T est donné par : T = R+M+N -1 donné par : T = R+M+N -1

● Le dimensionnement d'un réseau maillé se fait par Le dimensionnement d'un réseau maillé se fait par résolution d'un système de résolution d'un système de TT équations issues de équations issues de l'application de 3 lois :l'application de 3 lois :

1)1)Loi des noeudsLoi des noeuds2)2)Loi des cheminsLoi des chemins3)3)Loi des maillesLoi des mailles


Partie 2 Partie 2

Les réseaux de distribution Les réseaux de distribution intérieursintérieurs

Chapitre 5 : Éléments de Chapitre 5 : Éléments de technologie en plomberietechnologie en plomberie

● Lieux d'utilisation de l'eau dans une habitation :Lieux d'utilisation de l'eau dans une habitation :– Salle de bainSalle de bain– CuisineCuisine– SanitaireSanitaire– ......

● Les appareils de puisages sont :Les appareils de puisages sont :– RobinetsRobinets– DouchesDouches– WCWC– ......

● Objectif du chapitre : présenter les différents Objectif du chapitre : présenter les différents éléments de plomberie utilisés chez les éléments de plomberie utilisés chez les particuliers.particuliers.

Les différents élémentsLes différents éléments

Permettent de faire varier le débit sur les points de

prélèvements

Permettent d'isoler une partie du réseau pour faire

des réparations

Permettent de vider l'élément considéré de son

eau pour effectuer des réparations

Permettent d'éviter le retour d'eau dans le

réseau publicRéduit la pression supplémentaire engendré par le chauffage de l'eau

Permet d'augmenter la pression de l'eau arrivant du réseau extérieur

Permet d'abaisser la pression de l'eau arrivant du réseau extérieur

Fonctionnement du surpresseur● Il est toujours associé à un groupe électro-pompe (G.E.P.) qui

refoule de l'eau dans un réservoir fermé contenant de l'air.● L'air est donc comprimé par l'arrivé d'eau● L'air comprimé va chasser l'eau dans les conduites du réseau

de distribution avec la pression engendrée par la compression

Fonctionnement du surpresseur● La mise en marche du G.E.P. Est pilotées par un contacteur

manométrique qui reçoit les variations de pressions de l'air comprimé.

● Pour corriger les variations de pressions, on modifie le volume d'air dans le G.E.P.

● Cette correction de volume se fait à partir de la loi de Mariotte donnée par :

PV=cste

Application : La pression délivrée par le réseau extérieur est de 1 bars, on souhaite faire fonctionner un appareil nécessitant au minimum une pression de l'eau de 3 bars. Quelle est la modification que l'on doit apporter au volume d'air du surpresseur p/r au volume d'air ne modifiant pas la pression de l'eau (ie p/r au volume pour lequel la pression est égale à la pression délivrée par le réseau extérieur) ?

Chapitre 6 : La distribution d'eau Chapitre 6 : La distribution d'eau froide froide

● Le principe de dimensionnement d'un réseau de distribution d'eau froide est identique à celui d'un réseau de distribution extérieur :

– Calcul des débits– Détermination des diamètres,

vitesses et pertes de charges dans les conduites

– Calcul de la pression en tout point du circuit

● La méthode est cependant un peu différente :

– Calcul de débit probable (et non de débit de pointe)

– Début à partir du circuit le plus défavorisé

Détermination des débits probables● Chaque appareil fonctionne avec un débit propre appelé débit débit

de basede base.

● Un conduite alimente un ensemble d'appareil, le débit transitant dans la conduite devra donc être la somme des débits de base de tout les appareils installés sur celle-ci : c'est le débit brutdébit brut

● Tout les appareils ne fonctionnent pas en même temps, prendre en compte le débit brut entraînerait un surdimensionnement surdimensionnement

Débit de base Lavabo Bidet Baignoire Douche WC réservoir Lave-Linge Lave-Vaisselle0,2 0,2 0,2 0,33 0,2 0,12 0,2 0,10,2 0,2 0,2 0,33 0,2

EvierEau froide (l/s)

Eau chaude (l/s)

Qbrut=∑i=1

N

Qbase

Détermination des débits probables● Plus le nombre d'appareil branchés sur une conduite est grand,

plus la probabilité qu'ils fonctionnent simultanément est faibles (chapitre 1 ...)

● Si on considère cette probabilité de fonctionnement simultané, on peut alors définir le débit probabledébit probable

où y est la probabilité donné par ::

avec xx le nombre de robinets branchés sur cette conduiteSi le robinet délivre de l'eau froide ETET de l'eau chaude, le

robinet compte pour 22

Q prob= y Qbrut

y= 0,8x−1

Recherche du circuit le plus défavorisé

● Le circuit le plus défavorisécircuit le plus défavorisé est celui qui présente le plus de plus de contraintes au niveau des pertes de chargescontraintes au niveau des pertes de charges entre l'entrée et la sortie.

● Application sur le circuit E-S1 :

E

S1 S3S2

U E2

2gzE

PE

g=

U S1

2

2gz S1

PS1

gJ E−S 1

● Les termes d'énergie cinétique peuvent-être négligé (cf TP 4 du S1 et chap 3)

● La pression d'entrée est connue d'après le dimensionnement du circuit extérieur.

● La pression à la sortie est imposée par le cahier des charges du réseau intérieur.

● La dénivelé entre l'entrée et la sortie est connue.

==> Seul les pertes de charges restent à déterminer==> Seul les pertes de charges restent à déterminer

U E2

2gz E

PE

g=

U S1

2

2gz S1

PS1

gJ E−S 1


● Les pertes de charges sont de deux types :

– PdC dûs aux appareils (JC), elles se calculent tel que :

● Détermination du débit● Recherche dans les abaques

● En abscisse on positionne le débit● On cherche l'intersection avec les lignes

transverses● On choisit une solution pour laquelle 2 < J(mce) <6

– PdC dûs au circuit : pertes de charges singulières et linéaires

● PdC singulières faibles devant PdC linéaires● On considére que les pertes de charges totales dus au

circuit représentent 115% des pertes de charges linéaires (méthode du coefficient 1,15j, DEMO)


1,15 j=PE−∑

i=1

N

JC z S1−zEPS1

LE−S1

Le circuit le plus défavorisé sera celui pour Le circuit le plus défavorisé sera celui pour lequel le coefficient 1,15j sera le plus faiblelequel le coefficient 1,15j sera le plus faible

● C'est le circuit qui a le moins d'énergie à perdre● Le dimensionnement d'un circuit de distribution intérieure d'eau

froide commence toujours par lecommence toujours par le dimensionnement du circuit le circuit le plus défavorisé.plus défavorisé.

● La méthode de dimensionnement suivie dépend du coefficient La méthode de dimensionnement suivie dépend du coefficient moyen jmoyen j

moyenmoyen calculé sur tout le réseau : calculé sur tout le réseau :


< 0,05

>0,15

jmoyen

(mce/m) Nature du réseau

Type de calcul

Correction du circuit

très défavorisé

Conditions de vitesse inférieure

Surpresseur

0,05 < j < 0,15 Réseau type courant calcul au jm

Peu défavorisé(pr

ession disonible

importante)

Conditions de vitesse supérieure

(petits diamètres)

Réducteur de pression

Dimensionnement du réseau de distribution d'eau froide

● La condition sur les vitesses dans un réseau de distribution intérieur d'eau froide est :

0,5 < U(m/s) < 1,50,5 < U(m/s) < 1,5● Comme pour le dimensionnement des réseaux extérieurs de

distribution, les résultats se présente sous la forme d'un tableau.

Tronçons y12

x Q (l/s)

Ø (m)

U (m/s)

j (mce/m)

L (m)

J (mce)

P/ρg + z (amont)

P/ρg + z (aval)

Z (m)

P/ρg (mce)

TD2 : Étude d'un réseau de distribution intérieure d'eau froide

Colonne F : 1 T2 / niveau avec evier, lavabo, douche, bidet, branchement lave-linge, et WC à réservoir ++ production d'eau chaude individuelle et pression minimum de branchement 15mce

Colonne G et H : 2 T4 / niveau avec evier, lavabo, douche, bidet, baignoire normale, branchement pour lave vaisselle, branchement lave-linge, et WC à réservoir ++ production d'eau chaude collective et pression minimum de branchement 15mce pour G et 25mce pour H


Méthode de dimensionnement d'un réseau intérieur de distribution d'eau froide

1) Calcul des débits probable

2) Recherche du circuit le plus défavorisé

3) Dimensionnement à partir des abaques (U, D, j, P)

1) On commence par la ceinture principale2) On prend en compte le critère sur les vitesses

d'écoulement3) Les résultats sont portées dans un tableau

Chapitre 7 : La production d'eau Chapitre 7 : La production d'eau chaude sanitairechaude sanitaire

● Ils existent deux systèmes de production d'eau chaude :

– La production locale : l'ECS est produite dans chaque appartement

– La production centralisée : l'ECS est produite dans une chaufferie commune à l'immeuble

● Le dimensionnement de l'appareil est effectué à partir des besoins et des chaudières disponibles sur le marché.

Production centralisée d'eau chaude sanitaire (E.C.S.)

● La production est assurée par un ballon de stockage placé dans la chaufferie de l'immeuble.

● Les caractéristiques du ballon à déterminer sont au nombre de deux :

● Le volume de stockage● La puissance du réchauffage qui lui est associé

● Les deux possibilités de système sont :● Semi-accumulation (gros volume, petite puissance)● Semi-instantanée (petit volume, grosse puissance)

● En thermodynamique, l'énergie est donnée par :

● Les différentes étapes de chauffage de l'eau par un ballon de stockage :

● Chauffage tout au long du puisage● Puisage d'un volume V

p demandé par un appt

● Le volume équivalent d'eau froide est injecté dans le ballon

● L'eau du ballon est chauffé jusqu'à atteindre une température T

m


E=mc pT

Bilan Thermodynamique du Ballon avant le puisage :


E=V sto c p T stomoy

Prélèvement d'un volume d'eau :E=V sto c p T sto−V p c pT stoP t p

Injection du même volume d'eau froide :E=V sto c p T sto−V p c pT stoV p c pT fP t p

Bilan à la fin du puisage :V stoc pT sto−V p c pT stoV p c pT f P t pV stoT stomini

c p

● Le ballon doit donc avoir une puissance de chauffage P supérieur à :

● Une fois le volume de stockage fixé, on peut en déduire la puissance minimum et choisir ainsi le ballon le mieux approprié.


PV p Cp T stomoy

−T f −V sto C pT stomax−T stomin

t p

● La température maximum de stockage ne doit pas dépasser 75°C

● La température minimum de stockage est définie par rapport aux conditions de confort de l'immeuble :

● Tmini

= Tdésiré

+ 5K ==> très bon confort● T

mini = T

désiré + 7,5K ==> bon confort

● Tmini

= Tdésiré

+ 10K ==> confort moyen● Le volume de stockage est définit à partir du nombre

d'appartement dans l'immeuble :


1 2 3 4 5 6 et plus

75 ou 100 150 200 250 300 300

Type d'apptVolume de stockage(l) pour 1 appt

Étude d'un système à semi-accumulation

● Dans un système à semi-accumulation, le volume puisé est donné par :

où VPJ

est donné par :

● Le temps de puisage à prendre en compte dépend du nombre de logement considéré.

V p=0,75 NLV PJ

1 2 3 4 575 105 150 180 240

Type apptV

PJ (l)


● Pour de petits ensemble (N <50) :

ou N est le nombre de logement standard (T3-T4 avec une baignoire de 150 L)

● Si le logement considéré n'est pas un logement standard, on applique une correction donnée par :

t p=5 N0,905

15N0,92

Coefficient

180 1,2

150 1

135 0,9

Douche 0,60,4

Equipement principal Volume (l)Baignoire

luxeBaignoire standardBaignoire

sabot

Lavabo Evier


● Pour de grands ensemble (N >50) :– On définit le volume puisé journalier maximum au cours de

l'année définit tel que :

– On peut ensuite définir un volume moyen horaire :

V PJ max=V PJ CmC j

Qmoyhoraire=

V PJ max

24


Exemple : Un immeuble est composé de 3 étages avec 15 T1 et 12 T2 par étage sans baignoire mais avec une douche et un lavabo-évier.

Calculer le temps de puisage nécessaire pour cette habitation.

Systèmes semi-instantanés● Dans ce cas, le temps de puisage est fixé à 10mn (ie le temps

de remplissage acceptable d'une baignoire de 150L)● Le volume puisé est alors donné par :

ou y est le coefficient de simultanéité tenant compte de l'équipement des logements :

avec N le nombre de logement standard (expliqué précédemment)

● Le débit de pointe est déterminé à partir du débit de puisage (donné pour T=40°C) de l'appareil nécessitant le plus grand débit d'alimentation. L'eau stocké n'étant pas à 40°C, on doit alors appliqué une correction :

V p= y.N.Q pte . t

y= 1N−1

0,17

Q pte=Q puisage .40−T froide

T stomoy−T froide

● On peut alors en déduire facilement la pression minimale nécessaire à l'aide de la relation précédente :

Systèmes semi-instantanés

PV p Cp T stomoy

−T f −V sto C pT stomax−T stomin

t p

La distribution d'eau chaude sanitaire

● La méthode de dimensionnement du réseau de distribution d'eau chaude est la même que pour l'eau froide :

– Calcul des débits probables

– Recherche du circuit le plus défavorisé

– Détermination de la vitesse, des pertes de charges et du diamètre des conduites

– Calcul de la pression disponible en tout point du circuit

● A cela s'ajoute le dimensionnement d'un circuit de bouclage.

Le circuit de bouclage● L'objectif du circuit de bouclage est de faire circuler faire circuler

de l'eau chaude à proximité des points de puisage de l'eau chaude à proximité des points de puisage de façon à éviter son refroidissementde façon à éviter son refroidissement

● Le circuit de bouclage est indispensable lorsque le point de puisage est éloigné de plus de 10m du générateur d'ECS.

● La chute de température entre le générateur d'ECS et le point de puisage est de ~5 à 10°C. Tout dépend donc du cahier des charges qui impose la température au point de puisage, il faudra donc ajouter ~5 à 10°C pour connaître la température à laquelle l'eau doit être produite.

Le circuit de bouclage● Il faut donc dimensionner les conduites de

retour. La vitesse de circulation de l'eau chaude dans ces conduites doit être comprise entre 0,3 et 0,5m/s.

● Mais aussi dimensionner la pompe de circulation de l'eau.

Le circuit de bouclage● L'énergie perdue dans le circuit de distribution

est donnée par :

ou ΔT = Tm-T et T

m=(T

E +T

S )/2

et T : température ambiante● De plus, l'énergie perdue par un radiateur dans

lequel circule de l'eau chaude est donnée par :

Q=K.S.L.T

Q=q. . c E−S

Le circuit de bouclage● Ainsi, en égalant les deux expressions

précédentes, on a :

● Le débit est alors donnée par (en l/h) :

● Si le débit de puisage est exprimé en Qcal/h, alors l'expression précédente s'écrit (cf. Thermo) :

K.S.L.T=q.c. . E−S

q= K.S.L.T c E−S

q=Q p

E−S

Le circuit de bouclage ● On peut alors compléter le tableau de

dimensionnement du circuit de bouclage :

● Une fois les débits connues, on détermine à partir des abaques eau chaude la vitesse (0,3<U<0,5 m/s), et les pertes de charges.

Tronçons

Ø (m) λ e Ks θE

θS

θm

θ Δθ L (m) Qpuisage

q (l/h)

Un tronçons = une modif de ptés

Déjà dimensionné

CdC

CdC

ABAQUES

CDC

CDC

CALCUL

CDC

CdC CdC Plus grand débit des installations

relation

FIN DU MODULE ET3.2FIN DU MODULE ET3.2● La suite :La suite :

– Mercredi 23 Mars : correction du sujet de Mercredi 23 Mars : correction du sujet de 2010 2010

● Le préparer (lire, méthode de résolution …)Le préparer (lire, méthode de résolution …)● Relire le cours et les T.D. et préparer des Relire le cours et les T.D. et préparer des

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