dimensionnement des installations sanitaires eau froide eau chaude capteurs solaires

Dimensionnement des installations sanitaires• Eau froide• Eau chaude• Capteurs solaires

1° Dimensionnement de la production d’eau chaude

Situation 1 : Habitation domestique

Solution 1 : production électrique instantanée

Besoin instantané le plus intense ? ( = puissance maximale ? )

Remplir l’eau d’un bain : 140 litres d’eau à 40° en 10 minutes !

Puissance électrique ?Ampérage ?

Remarques :- on compte 40°… même si l’eau est à 37° pour tenir compte

des pertes des tuyauteries.- l’eau froide arrive en moyenne à 10°C.

Puissance ?

Puissanceeau = débiteau x ceau x T°eau

= (14O l. /10 min.) x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K

= 0,84 m³/h x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K

= 29 kW





Ampérage ?

Puissance = U x I x cos = 230 V x I x 1 (cos = 1 puisque charge purement résistive)

D’où I = 29.000 W / 230V x 1 = 126 A !!!

Problème : ampérage total d’une habitation = …40… 50… A

Un fusible de 110 A est inimaginable dans une habitation !

Voici un producteur d’eau chaude instantané … mais son petit débit limite la puissance à 1 kW !


Solution 2 : production électrique à accumulation de nuit

Quel volume de stockage ?

Imaginons un logement de 5 personnes : tableau 200 litres à 60°C

Imaginons un temps de chauffage de 5 heures… Quelle puissance de la résistance chauffante ?

Activité Besoins en ECS à 60°C

Logement 1 personne2 personnes3 personnes4 personnes5 personnes

50 litres/ jour 75 litres/ jour100 litres/ jour150 litres/ jour 200 litres/ jour

Hôtellerie étoile (douches)1-2 étoiles (douches/bains)3-4 étoiles(bains)

75 litres/chambre/jour100 litres/chambre/jour150 litres/chambre/jour

Restauration Traditionnelle (50 à 150 repas/j)Commerciale (500 repas/j)Cuisine centrale (5000 repas/j)

12 litres/repas 5 litres/repas 1 litres/repas

Santé Résidence pour personnes âgéesHôpitauxFoyer pour handicapés

40 litres/lit/jour50 litres/lit/jour100 litres/lit/jour

Internat 40 litres/interne

Sport En salleSur terrain extérieur (foot, ….)

25 litres/pers40 litres/pers


Solution 2 : production électrique à accumulation de nuit

Puissance = Energie /temps

= ( 0,2 m³ x 1,16 kWh/m³.K x (60-10) ) / 5 h

= 2,3 kW

Ampérage = P / ( U x cos ) = 2.300 W /( 230 V x 1)

= 10 Ampères OK !

Avantage : tarif électrique de nuit à ½ prix si compteur bihoraire !

A quand Calgon dans l’eau chaude sanitaire ?!

200 litres d’eau à 60°C, cela fait combien de douches à 40° ? (*)

Pour les filles… Pour les gars…

(*) en réalité 37° mais on ajoute 3° de pertes…

sachant que 1 douche = 8 litres/minute x 5 minutes = 40 litres à 40°C

sachant que 1 douche = 8 litres/minute x 5 minutes = 40 litres à 40°C

Energie 1 = Energie 20,2 m³ x 1,16 x (60° – 10°) = Vol x 1,16 x (40° – 10°)

Volume à 40°C = 333 litres soit 8 douches !

(… ajout de 133 litres d’eau froide dans le mitigeur)

200 l.60°C Vol ?

40°C

200 litres d’eau à 60°C, cela fait combien de douches à 40° ?


Solution 3 : production instantanée au gaz

A nouveau, une puissance maximale de 29 KW est nécessairepour chauffer l’eau du bain.

Remarque :cette puissance est supérieureà celle nécessaire pour le chauffage d’un appartement ou d’une maison bien isolée.

Donc, si production mixte (Chauffage + ECS),ne plus calculer la puissance de chauffage !Ce sera toujours la valeur de 29 kW qui dimension-nera l’installation.


Solution 4 : production à accumulation gaz ou fuel.

Le serpentin dans le ballon aura une puissance de quelques kW puisqu’ona le temps de recharger le ballon.

Comme le ballon peut être rechargé en journée, son volume sera plus petit que celui des ballons électriques.

Situation 2 : Immeuble à appartements

Solution 1 : production décentralisée

Le dimensionnement est identiqueà celui d’une habitation individuelle.


Solution 2 : production centralisée

Problème :Comment comptabiliser un immeuble de 3 studios et 5 appartements à 3 chambres ?

Ramener tout à un nombre N de logements unitaires !

« logement unitaire » ? = 1 living + 3 chambres = 3,5 occupants en moyenne = 1 sdb standard avec bain de 140 litres

N = ∑ (Fp * ∑ (Fe * Fs))

Facteur Nbre personnes Facteur équipements Facteur simultanéité


Fp ? … indique le nombre moyen de personnes dans un logement ramené à celui du logement unitaire

Taille du logement R

Nombre moyen de personnes

P

Coefficient personnes

Fp

1 2 (2,5) 0,6 (0,7)

1,5 2 (2,5) 0,6 (0,7)

2 2 (2,5) 0,6 (0,7)

2,5 2,3 0,7

3 2,7 0,8

3,5 3,1 0,9

4 3,5 1

4,5 3,9 1,1

5 4,3 1,2

5,5 4,6 1,3

6 5 1,4

6,5 5,4 1,5

7 5,6 1,6

R La taille d’un logement est déterminée en tenant compte uniquement du séjour et du nombre de chambres. Une chambre de plus de 10 m² est comptée pour une unité. Une chambre de moins de 10 m² est comptée pour une demi-unité.

P lorsqu’un immeuble comporte principalement des appartements de taille 1, 1,5 ou 2 pièces,

la valeur « P » est augmentée d’une demi-unité.

Exemple : un appartement avec 1 chambre parents et une petite chambre enfants de moins de 10 m² présente un R = 2,5 et donc sera comptabilisé comme 0,7 x la capacité d'un logement unitaire.


Fe ? … caractérise le volume de puisage d’un appareil sanitaire

Appareils dimensions (mm)

Volume de puisage (l)

Coefficient équipement

Fe

Baignoire petite 120 0,9

1600*700 140 1

1600*750 160 1,1

1700*700

1800*750 200 1,4

Douche avec une pomme normale

40 0,3

Douche avec une pomme de luxe

75 0,5

Douche avec pomme normale et deux pommes latérales

100 0,7

Par pomme supplémentaire 30 0,2

Lavabo 17 0,1

Bidet 20 0,15

Lave-mains 9 0,05

évier 30 0,2

Exemple : un bidet sera comptabilisé avec un Fe de 0,15 x la contenance d'un bain ordinaire


Fs ? … représente un facteur de simultanéité d’un appareil au sein d'un logement

Equipement prévu dans un logement

Coefficient simultanéité Fs

Equipement normal

Salle de bains avec :

- 1 bain ordinaire ou 1 douche ordinaire

1

- un lavabo 0

- une cuisine avec un évier 0

Equipement de

confort

Salle de bains avec :

- un bain 1

- une douche 1

- un lavabo 0

- un bidet 0

Une cuisine avec un évier 0

Autres locaux dans le même logement :

- bain 0,5

- douche 0,5

- lavabo 1

- bidet 1

Exemples :

• Si logement comprenant un équipement normal, seule la consommation du bain est prise en compte.

• Si logement comprenant 2 salles de bains, l’une avec un bain l’autre avec une douche, Fs = 1 pour le bain et Fs = 0,5 pour la douche.

• Si logement comprenant une salle de bains, avec bain et douche, Fs = 1 pour chaque équipement.


Solution 2 : production centralisée

Exemple global : un immeuble comportant 12 logements :5 studios avec 1 douche 3 appartements de 2 chambres avec 1 salle de bains ordinaire4 appartements de 3 chambres avec 1 salle de bains + 1 salle de douche avec lavabo

Quel sera le nombre de logements unitaires ?

N = 5 x 0,6 x (0,3 x 1) + 3 x 0,8 x (1 x 1) + 4 x 1 x (1 x 1 + 0,3 x 0,5 + 0,1 x 1) = 8,3 logements unitaires

Débit de pointe

0250500750

1000125015001750200022502500275030003250350037504000

1 10 100 1000

Nombre d'appartements unitaires

litres / 10 min

Nbre Appart.

Unitaires

Débit de pointe

Litres/10 min

1 140

2 200

3 240

5 310

10 420

20 620

30 780

50 1060

80 1400

100 1600

150 2200

200 2700

300 3750


Quel est le débit de pointe d’eau à 40°C de cet immeuble ?

Pour 8 appartements unit. : environ 375 Litres/10 min.


Quelles solutions centralisées ?

1° Accumulation totale des besoins journaliers ?

12 logements x 200 litres = 2.400 litres … ?

Peu réaliste …



2° Production instantanée des 375 litres / 10 min ?

Puissance de chauffe = 0,375 m³/(1/6 h) x 1,16 kWh/m³.K x (40° - 10°) K = 78,3 kW !

Or le chauffage des 8 logements = 10 kW x 8 = 80 kW … doublement de la puissance de la chaudière ?



3° Compromis : semi-accumulation ? = accumulation « tampon » (= réserve d’eau chaude pour vaincre la période critique des bains) + puissance limitée pour assurer le chauffage de l’eau

Nbre Logements

Volume (litres)

Puissance (kW)

1 140 3,5

1,5 170 4

2 190 5

2,5 235 6

3 260 6,5

4 300 8

5 380 9

6 410 10

7 450 11

8 530 12

9 545 14

10 600 15

12 725 17

14 745 20

16 920 21

18 960 23

20 1000 26

Exemple : pour 8 logements unitaires,ballon tampon de 530 litres et puissance de chauffe de 12 kW.

2° Dimensionnement des tuyauteries

• WC, lavabos, machines à laver, lave-vaisselle 6 l/min• éviers, douches 12 l/min • bains 15 l/min

1° calculer ∑Qu, la somme des débits qui traversent ce conduit, avec :

2° calculer Qp le débit de pointe, sur base du facteur de simultanéité SIM :

Qp = ∑Qu x SIM (l/min)

avec :SIM = coefficient de simultanéité tenant compte du nombre n d'appareils :

= 1 / √(n -1) sauf si SIM ≤ 0,3 , alors SIM = 0,3 [sans dim.]

3° calculer Dc, le diamètre intérieur de la conduite qui laisse passer ce débit avec une perte de charge limitée.

Application à un immeuble de logements ?

A vous…!

6 blocs identiques juxtaposés

Dans chaque bloc : rez + 1er étage : duplex 3 chambres2ème étage : appartement 2 chambres3ème étage : appartement 2 chambres

Total : 6 Duplex à 3 chambres et 12 appartements à 2 chambres, soit 18 logements

Equipements :

• Cuisine avec 1 évier et 1 raccordement lave-vaisselle• Salle de bains normale avec 1 lavabo,1 wc,1 baignoire standard 140 litres

Nombre de logements standards : Duplex 3 chambres : R = 4 , p = 3,5 Appartement 2 chambres : R = 3 , p = 2,7 SdB normale : F=1 Nombre de logements unitaires : N = (6 x 3,5 x 1 + 12 x 2,7 x 1) / 3,5 = 15,25On prendra 16 logements unitaires équivalents par sécurité.

Dimensionnement de l'ECS :

Besoins maxima en 10 minutes : ≈ 520 litres ≈ 4 bains pris simultanément pour les 18 logements (500/140)

Puissance de chauffe si production instantanée = couvrir la demande maximum : P = Energie/temps = (0,52 m³ x 1,16 kWh/m³.K x 30 K) / (1/6) h = 110 kW !

Stockage complet si tout devait être fait par ballon électrique chauffé la nuit : Soit 18 ballons de 200 litres dispersés = 3,6 m³ … inimaginable !

• Semi-accumulation : ballon de 920 litres et puissance de 21 kW

Dimensionnement des conduits d‘eau froide sanitaire :

Exemple : conduit dont le débit est le plus élevé (à la base d’une colonne verticale avec 11 équipements sanitaires) :

3 bains : 3 x 15 l/min3 lavabos : 3 x 6 l/min3 wc : 3 x 6l/min1 lave-vaisselle : 6 l/min1 évier : 12 l/min

Total : 99 l/min

•Qp = ∑Qu x SIM = ∑Qu x 1 / √(n -1) = 99 x 1/ √(11 -1) = 31 (l/min)

• D’où un diamètre intérieur de 18 mm !

Et les capteurs solaires ?

-90 -75 -60 -45 -30 -15 0 15 30 45 60 75 90

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Facteur correctif en fonction de l'orientation et de l'inclinaison du capteur

Orientation

Inclinaison

100105110115100105110115

11.05

1.1

1.15

1.2

1.2

1.25

1.25

1.3

1.3

1.3

1.35

1.35

1.351.4

1.4

1.41.45

1.451.5

1

1.05

1.1

1.15

1.2

1.25

1.3

1.3

1.351.351.4

1.41.45

1.00

1.05

1.10

1.151.20

1.251.30

1.35

1.35

1.40

1.41.45

Est Sud Ouest

1.101.15

1.201.25

1.301.35

1.40

1.05

• Choisir l’inclinaison• Dimensionner surface de capteurs et ballon de stockage

Et s’il fallait dimensionner des capteurs solaires pour le centre sportif d’Aywaille ?

Pour établir un premier ordre de grandeur : • il faut couvrir 40% des besoins d’eau chaude.• il y a en moyenne 80 sportifs par jour à raison de 25 litres/pers.• les capteurs ont un rendement moyen annuel de 40%.• l’apport solaire moyen en Belgique est de 1000 kWh/m².an.

Et s’il fallait dimensionner des capteurs solaires pour le centre sportif d’Aywaille ?

Pour établir un premier ordre de grandeur :

• Besoins ECS = 0,40 x 80 p x 0,025 m³/p x 1,16 x (60-10) x 365 = 16.936 kWh/an• Energie captée = 0,40 x 1000 kWh/m².an = 400 kWh/m².an• Surface capteurs = 16.936 /400 = 42 m²

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