Exercice : Dimensionnement de chauffage

Dans les quatre chapelles définies dans le DTR1, on souhaite maintenir une température de 20°C avec une humidité relative de 70%.

En période de culture, les contraintes dues au climat sont les suivantes :

  • température de l’air : - 8 °C

  • humidité relative de l’air : 80 %

  • température du sol (à l’intérieur de la serre) : +10°C

Question

Q1 / Citer les différents modes de transferts thermiques.

Indice

Transmission de la chaleur

Question

Q2 /Calculer la résistance thermique totale (en m2·K·W-1) « Rsvi » des parois vitrées.

| Résistance thermique | DTR2 |

Question

Q3 / Calculer la surface vitrée totale d’une serre « SV » (quatre chapelles juxtaposées).

| DTR1 | DTR2 |

Question

Q4 / Calculer la déperdition thermique totale « Dvi » (en W·K-1) à travers l’ensemble des parois vitrées.

| Déperdition des parois |

Question

Q5 / Calculer le flux de pertes thermiques « Φparois », au travers de ces parois.

| Flux thermique|

Question

Q6 / Calculer la surface du sol intérieur de la serre « SSol ».

| DTR1 |

Question

Q7 / En supposant que la température moyenne à la surface du sol intérieur de la serre pendant la période de chauffe est de TSol = 10°C et que le coefficient d’échange convectif entre l’air intérieur et le sol U = 6,0 W·K-1·m-2, calculer le flux de pertes thermiques « Φsol » par le sol.

| Flux thermique|

Afin de changer l’air de la serre tout en ajustant sa température et son hygrométrie, on est amené à effectuer une ventilation même en période de chauffage. On a déterminé que le débit moyen d’air nécessaire à la ventilation est de 0,005 m3·s-1 pour un m2 de surface au sol de la serre. Le volume de la serre est de 8869 m³.

Question

Q8 / Calculer les pertes par ventilation de la serre « PV » (en W) données par la formule :

\(\mathbf{ P_{V}= Cv_{air} \times Q_{V} \times \Delta T }\)     avec \(\left\lbrace\begin{array}{lll} P_{V} \text{ : pertes par renouvellement d'air en Watt} \\ Cv_{air}\text{ : chaleur volumique de l'air : }Cv_{air}=1224  J \cdot m^{-3} \cdot K^{-1}\\\text{Qv : débit volumique total de ventilation en }m^{3} \cdot s^{-1}\\\Delta \text{T : Différence de température entre l'intérieur et l'extérieur en Kelvin (K) ou en degré  Celsius (°C)}\end{array} \right.\)

La durée annuelle de chauffe de la serre est de 180 jours. Compte tenu de la position géographique et de l’orientation de la serre, cette serre reçoit du soleil pendant la durée de chauffe, un éclairement énergétique évalué en valeur moyenne à 100 W.m-2.

Question

Q9 / À partir d’un bilan énergétique, montrer que la puissance moyenne de chauffage annuel pendant cette période est d’environ 653,7 kW.

Question

Q10 /Calculer le besoin annuel de chauffage de cette serre en kW·h·an-1.