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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
Situation 1 : Habitation domestique
Solution 1 : production électrique instantanée
Situation 1 : Habitation domestique
Solution 1 : production électrique instantanée
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 !
Situation 1 : Habitation domestique
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
Situation 1 : Habitation domestique
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° ?
Situation 1 : Habitation domestique
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.
Situation 1 : Habitation domestique
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.
Situation 2 : Immeuble à appartements
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
Situation 2 : Immeuble à appartements
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.
Situation 2 : Immeuble à appartements
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
Situation 2 : Immeuble à appartements
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.
Situation 2 : Immeuble à appartements
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
Situation 2 : Immeuble à appartements
Quel est le débit de pointe d’eau à 40°C de cet immeuble ?
Pour 8 appartements unit. : environ 375 Litres/10 min.
Situation 2 : Immeuble à appartements
Quelles solutions centralisées ?
1° Accumulation totale des besoins journaliers ?
12 logements x 200 litres = 2.400 litres … ?
Peu réaliste …
Situation 2 : Immeuble à appartements
Quelles solutions centralisées ?
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 ?
Situation 2 : Immeuble à appartements
Quelles solutions centralisées ?
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