Partie 6 - Bilan de puissance et énergie de chauf… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - AC 2022

Partie 6: comment optimiser la gestion des énergies pour le chauffage de l'eau des bassins, de l'eau chaude sanitaire et des locaux ?

La piscine Boiséo a un besoin important en énergie thermique destinée à:

chauffer l'eau des bassins;

chauffer l'eau chaude sanitaire (ECS) pour les douches, les lavabos, et le local du personnel;

chauffer les locaux.

DT2 - Diagramme SysML des exigences pour le complexe aquatique

La production d'énergie thermique est assurée par 3 systèmes:

des panneaux solaires thermiques posés horizontalement sur le toit du bâtiment, d'une puissance de $45\text{ kW}$;

trois pompes à chaleur (PAC) d'une puissance totale de $75\text{ kW}$;

une chaudière à gaz d'une puissance de $700\text{ kW}$.

Données de fonctionnement et caractéristiques thermiques

En fonctionnement nominal, c'est-à-dire pour maintenir la température de l'eau dans le bassin et chauffer les locaux, la consommation est de $300\text{ kW}$. Cette puissance est prioritairement fournie par les panneaux solaires thermiques et les pompes à chaleur.

La piscine est alimentée en eau par le réseau public. L'eau arrive à une température de $12\text{ }^\circ\text{C}$. Les bassins contiennent $660\text{ m}^3$ d'eau. Lors du remplissage des bassins, il faut chauffer l'eau pour qu'elle puisse atteindre sa température nominale de $28\text{ }^\circ\text{C}$.

$$W = \Delta\theta \cdot m \cdot C_p$$

$\Delta\theta$: différence de température en $^\circ\text{C}$

$m$: masse de l'eau en $\text{kg}$ (rappel: $1\text{ m}^3$ d'eau a une masse de $1000\text{ kg}$)

$C_p$: chaleur massique de l'eau $= 4185\text{ J}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot^\circ\text{C}^{-1}$

$W$: énergie en Joules

6.3

Calculer la puissance maximum $P_{\text{Max}}$ que peuvent fournir ces trois modes de chauffage lorsqu'ils fonctionnent en même temps.

En fonctionnement nominal, c'est-à-dire pour maintenir la température de l'eau dans le bassin et chauffer les locaux, la consommation est de $300\text{ kW}$. Cette puissance est prioritairement fournie par les panneaux solaires thermiques et les pompes à chaleur.

6.4

Calculer dans ce cas la puissance $P_{\text{ch}}$ que doit fournir la chaudière à gaz.

Déterminer la marge de puissance $P_{\text{Marge}}$ restant pour la chaudière à gaz.

La piscine est alimentée en eau par le réseau public. L'eau arrive à une température de $12\text{ °C}$.

Les bassins contiennent $660\text{ m}^3$ d'eau.

Lors du remplissage des bassins, il faut chauffer l'eau pour qu'elle puisse atteindre sa température nominale de $28\text{ °C}$.

On rappelle que: $W = \Delta\theta \cdot m \cdot C_p$

$\Delta\theta$: différence de température en °C

$m$: masse de l'eau en kg

$C_p$: chaleur massique de l'eau $= 4185\text{ J}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{°C}^{-1}$

$W$: énergie en Joule

$1\text{ m}^3$ d'eau a une masse de $1000\text{ kg}$

6.5

Calculer la quantité d'énergie thermique $W_{\text{th}}$ qu'il faut fournir pour chauffer l'eau. Exprimer ce résultat en Joule puis en $\text{kW}\cdot\text{h}$.

6.6

On prendra une puissance disponible pour chauffer l'eau de $500\text{ kW}$. Déterminer le temps en heures nécessaire à la montée en température de l'eau.

Le choix se porte sur une chaudière à gaz de puissance $700\text{ kW}$. Indiquer l'avantage de disposer d'une chaudière de grande puissance.