Partie 6 - Bilan thermique et puissances · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole - EE 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.

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 kW;

trois pompes à chaleur (PAC) d'une puissance totale de 75 kW;

une chaudière à gaz d'une puissance de 700 kW.

Fonctionnement nominal

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 kW. Cette puissance est prioritairement fournie par les panneaux solaires thermiques et les pompes à chaleur.

Données pour le remplissage et le chauffage de l'eau

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

Les bassins contiennent 660 m³ d'eau.

Lors du remplissage des bassins, il faut chauffer l'eau pour qu'elle puisse atteindre sa température nominale de 28 °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 J·kg⁻¹·°C⁻¹

$W$: énergie en Joule

1 m³ d'eau a une masse de 1000 kg

DT2 - Diagramme SysML des exigences pour le complexe aquatique

6.3

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

6.4

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.

Calculer dans ce cas la puissance $P_{\text{ch}}$ que doit fournir la chaudière à gaz, puis déterminer la marge de puissance $P_{\text{Marge}}$ restant pour la chaudière à gaz.

6.5

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

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 $28^\circ\text{C}$.

Données:

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

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

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

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

$W$: énergie en Joule

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.