Soutenance mémoire
PROCEDURES POUR ASSURER L’ECLAIRAGE
Source de confort et de productivité, l’éclairage représente 40 % de la quantité d’électricité consommée dans les bâtiments. La qualité de l’éclairage (stabilité de la lumière et continuité de service) dépend de celle de l’énergie électrique ainsi consommée.
Les principales évolutions technologiques dans le domaine de l’éclairage sont liées aux économies d’énergie, pour cette raison, les installations nouvelles sont équipées de lampes à haut rendement lumineux.
Un rayonnement lumineux artificiel peut-être produit à partir de l’énergie électrique selon deux principes : l’incandescence et l’électroluminescence.
L’incandescence
C’est la production de lumière par élévation de température. Les niveaux d’énergie sont en très grand nombre, et par conséquent, le spectre de rayonnement émis est continu. Le cas le plus courant est un filament chauffé à blanc par la circulation d’un courant électrique. L’énergie fournie est transformée en effet Joule et en flux lumineux.
La luminescence
C’est le phénomène d’émission par la matière d’un rayonnement lumineux visible ou proche du visible. Ainsi l’électroluminescence des gaz consiste au rayonnement lumineux émis par un gaz soumis à une décharge électrique.
Et comme nous concevons un bâtiment vert nous allons recourir aux luminaires qui assurent les luminosités nécessaires à faible consommation électrique. D’ou le choix des lampes fluo compactes qui ont été développées pour remplacer les lampes à incandescence : elles apportent une économie d’énergie significative (15 W contre75 W pour une même luminosité) etune augmentation de la durée de vie 8000 h en moyenne.
Fonctionnement des lampes fluo-compactes
Dans ces tubes, une décharge électrique provoque la collision d’électrons avec des ions de vapeur de mercure, d’où un rayonnement ultraviolet par excitation des atomes de mercure. Le matériau fluorescent, dont est recouvert l’intérieur des tubes, transforme alors ce rayonnement en lumière visible. Ils nécessitent l’emploi de deux dispositifs : l’un pour l’allumage appelé « starter » et l’autre pour la limitation du courant de l’arc après allumage.
Les fonctions de starter et de ballast sont assurées par un circuit électronique intégré à la lampe.
La compensation
Le courant absorbé par l’ensemble tube et ballast étant essentiellementinductif, le facteur de puissance est très faible (en moyenne entre 0,4 et 0,5). Dans notre installation qui comportant un grand nombre de tubes, il est nécessaire de prévoir une compensation pour améliorer le facteur de puissance.
Une compensation centralisée avec des batteries de condensateurs peut être prévue.
Les condensateurs de compensation sont alors dimensionnés de manière que le facteur de puissance global soit supérieur à 0,85. Dans le cas le plus fréquent, celui de la compensation parallèle, sa capacité est en moyenne de 1 μF pour 10 W de puissance active, pour tout type de lampe.
Par suite l’alimentation du système d’éclairagesera donnée par la Figure II-6 ci dessous.
CHOIX DES LUMINAIRES
Après avoir déterminé globalement le type de lampes qui sera adopté dans notre école, il nous reste de préciser quel modèle sera utilisé dans les différents espaces. Une étude sur un programme concernant l’éclairage DIALUX de Philips nous permet de prévoir la luminance, le niveau du lux en chaque point de la chambre ainsi que le nombre nécessaire de luminaires à utiliser en fonction des dimensionsdel’espace et du lux recommandé.
POTENTIEL DE RECHAUFFEMENT DE L’ATMOSPHERE (Global Warming Potential)
Les GES proviennent de la combustion de carburant sont principalement le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4), l’oxyde nitreux (N2O).
Ces gaz diffèrent dans leur capacité à piéger la chaleur dans l’atmosphère. Cette capacité nommée potentiel de réchauffement planétaire (PRP) contribue au changement climatique en élevant la température dans l’atmosphère. Le Dioxyde de carbone (CO2) est le gaz auquel on a assigné un potentiel de réchauffement de 1. Les émissions des autres GES sont reportées en équivalent CO2, selon le potentiel de réchauffementplanétaire (PRP) qui leur est associé. Par exemple, le PRP du CH4 est de 21, ce qui signifie qu’une tonne de CH4 équivaut à 21 tonnes de CO2.
Le tableau II-5 montre le taux de CO2 émis pour la production thermique de l’électricité. Ce taux inclus non seulement les émissions de CO2 mais aussi ceux des autres GES qui y sont reportés.
REDUCTION DE CONSOMMATIONS DANS L’ECLAIRAGE
Comme nous visons le développement durable, la réduction de la consommation électrique de l’éclairage est une nécessité surtout que l’éclairage constitue à peu près 40% de la consommation d’un bâtiment institutionnel. Cette réduction pourra être assurée suite à une utilisation de lampes à faible consommation et par un programme de contrôle de ces derniers.
Selon le choix des lampes
Ainsi si nous adoptons les lampes 4×14 au lieu des lampes 4×18 déjà cités dans le paragraphe II-6, pour une classe nécessitant 8 lampes pour assurer le niveau de lux recommandé, nous pourrons épargner selon les Tableau II-4 et II-7 : (8×88)-(8×63) = 704-504 = 200 W par classe. Le même calcul sera réalisé pour les laboratoires, les couloirs et les vestibulespour les deux choix de lampes : 4×14 et 4×18. Le tableau II-7 montre ainsi une réduction globale de 28.4 %.
N’oublions pas que l’électricité ne produit pas de CO2 lors de son utilisation mais elle en génère lors de sa production. Le coefficient de conversion appliqué pour déterminer la quantité d’énergie primaire utilisée dans la centrale électrique pour disposer d’une unité d’énergie finale (à l’utilisation) est de 2,58 pour une énergie primaire à base de fuel, qui est notre cas dans Al bateen, la région où se situe notre école à Abou Dhabi.
Par suite, pour une étage de notre école, constituée de six classes, six laboratoires, un couloir et un vestibule l’épargne sera de l’ordre de 28.5 % donc de (200×6+250×6+50+50) = 2.8 kWh. Ces 2.8 kWh de moins assurent une réduction de (2.8×0.271×2.58) = 2 kg en moins émis de CO2.
Notre école se constitue de 3 blocs semblables donc si cette épargneest assurée dans les 8 autres étages, le taux total de réduction de consommation sera 28.5 % partout. Donc 9 x 2 =18 kg de CO2 en moins pour une heure d’usage. Avec une approximation de temps d’usage journalier de 6 heures, le taux de CO2 épargné vue l’utilisation de lampesà haute performance et à faible consommation électrique est de 76 kg par jour soit 13 680 kg par année scolaire.
Selon le contrôle adopté
Le programme du contrôle de l’éclairage de notre école sera divisé en deux. Ainsi lorsque les classes sont occupées, les couloirs sont normalement vides d’où le protocole de contrôle suivant :
Durant les heures de cours:
La puissance électrique consommée dans les classes est de 100% de la puissance nominale : les détecteurs de présence activés commandent l’allumage de toutes les lampes.
La puissance électrique consommée dans les couloirs est de 50% de la puissance nominale : les détecteurs de présence ne détectent pas d’occupation, par suite la moitié des lampes du couloir, non commandés par ces détecteurs, sont en marche.
CHARGES ET PUISSANCES
INTRODUCTION
La puissance électrique permet d’assurer le fonctionnement des équipements. Chaque élément nécessite un courant différent des autres, donc une puissance différente. La puissance estimée est la puissance apparente appelée par la charge qui est différente de la puissance utilisée. En fait la puissance utilisée vaut la puissance apparente multipliée par le facteur de puissance. D’ou la nécessité d’avoir un réseau ayant un facteur de puissance élevé afin de réduire les pertes et assurer une bonne gestion de l’électricité.
ORIGINE DES HARMONIQUES ET COMPENSATION DU REACTIF
Les harmoniques proviennent généralement des charges non linéaires :
Charges type informatique
Variateurs de vitesse, courant, fréquence
Alimentations sans interruption
Eclairage Fluorescent
Et dans notre école, l’éclairagene comprend que des lampes fluorescentes et l’installation électrique comprend des ASI et des variateurs devitesse concernant surtout les installations mécaniques (climatisation, alimentation en eau…)
Effets liés à la présence des harmoniques
a. Surconsommation de courant
b. Echauffement des câbles, et courant élevé dans le neutre
c. Déclenchement intempestif des disjoncteurs
d. Dysfonctionnement des charges sensibles
e. Erreur de lecture des appareils de mesure
f. Papillotement ou effet flicker sur les écrans et éclairage
LE NIVEAU DE COMPENSATION
Un calcul approximatif est généralement suffisant pourla plupart des cas pratiques, et peut être fondé sur la supposition d’un facteur de puissance de 0,8 avant la compensation. Améliorer le facteur de puissance à une valeur suffisante permetd’éviter les peines de tarif et de réduire les pertes.
Compensation
La diminution du facteur de puissance due à la présence des harmoniques entraîne une augmentation de la puissance appelée, en effet S vaut : S = P/ FP d’où la nécessité d’augmenter le facteur de puissance du réseau pour diminuer l’écart entre la puissance appelée et celle utilisée. La compensation se fait par des bancs de capacités installés au niveau du tableau principal et dont la valeur est calculée dans le paragraphe III-6.
Division des tableaux et de charges
Dans le paragraphe III-3 l’installation schématique du bâtiment a été exposée. Elle montre que chaque étage est alimenté à travers deux tableaux : l’un alimenté à travers l’ATS et l’autre par le transformateur seulement. Chacun des tableaux comporte la moitié des lampes du couloir ainsi que des vestibules et des classes. Ainsi en cas d’absence d’alimentation électrique de la municipalité, le générateur alimentera la moitié de la charge. Assurant une luminosité minimale mais acceptable en attendant la répartition des pannes du réseau principal. Notons qu’il existe des équipements dont l’alimentation d’urgence est une impérative par exemple les pompes de l’éteinte du feu et autres qui doivent être alimentés à travers le EMDB (Emergency Main Distribution Board). Cette mesure pourrait être omise si une commande de l’alimentation est adoptée : dans ce cas un seul tableau alimenterait chaque étage mais le raccordement des différents circuits sur ce tableau comporterait des appareillages de contrôle de délestage, ou autres. Mais dans notre école, pour réduire la capacité de génération la division des tableaux des étages a été la solution adoptée. En fait, toute cette procédure a eu lieu pour ne pas surdimensionné le générateur et augmenter le taux de émis de la combustion du fuel.
Comme le montre la figure III-5 l’éclairage du couloir est divisé en deux circuits, circuit a et circuit b. Le premier circuit est raccordé au tableau SMDB (Sub Main Distribution Board) de l’étage alors que l’autre est raccordé au tableau EMSDB (Emergency Sub Main Distribution Board).
Le Commutateur Automatique de Transfert est raccordé d’une part au réseau principal à travers un transformateur, et d’autre part à la source d’alimentation de secours. Quand les détecteurs de courant du circuit primaire détectent une perte de puissance sur ce circuit, l’ATS change tout de suite, en moins de 20ms, sa source d’alimentation : du transformateur à la source d’alimentation de sauvegarde. Les disjoncteurs protègent le système contre les surtensions. L’ATS doit être correctement calibré pour supporter le courant des générateurs et celui provenant du réseau principal. Si l’ATS n’est pas biendimensionné, il va s’échauffer et cesser de fonctionner correctement.
ESTIMATION DE LA PUISSANCE DE LA GENERATION DE SECOURS
Une estimation des demandes d’urgence nous permet de préciser la puissance de génération. Ainsi en assurant 50% de l’alimentation aux classes, aux bureaux, aux couloirs et aux chambres multifonctionnelles, 25 % de l’alimentation aux laboratoires et en tenant compte des puissances des pompes de feu et des extracteurs de fumée, qui nedoivent être en aucun cas non alimentés pour la sécurité des occupants de l’école , on retrouve quele besoin est de 500 KVA.
GENERALITES DE L’INSTALLATION MECANIQUE
CRITERES DE CONCEPTION
La conception et l’installation des services mécaniques seront exécutés conformément aux normes internationales et réglementations locales tel qu’UPC, ASPE, ASHRAE et SMACNA de sorte à assurer les critères suivants :
Le confort des occupants en accommodant l’offre à la demande.
Une haute performance des installations mécaniques à consommation électrique contrôlée.
BASES DE CONCEPTION
Les services qui seront étudiés dans ce rapport sont les suivants :
L’alimentation en eau
L’eau chaude sanitaire
La ventilation
La climatisation
Les Systèmes de HVAC (chauffage, ventilation et climatisation) seront conçus pour satisfaire les critères du climat conformément à l’emplacementgéographique d’Abu Dhabi aux Emirats Arabes Unis. La longitude est de -54,7°, la latitude 24,4°.Les températures en Eté 46°C DB/30°C WB et en Hiver de 15°C DB /8°C WB.
La longitude est une coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire, c’est l’expression du positionnement est-ouest d’un point sur Terre alors que la latitude, qui est aussi une coordonnée géographique représentée par une valeur angulaire, exprime la position d’un point sur Terre par rapport au nord ou au sud de l’équateur qui est le plan de référence.
La température mouillée d’ampoule est la température que vous sentez quand votre peau est mouillée et est exposée à l’air en mouvement. Bref, la température d’ampoule mouillée WB (Wet Bulb) indique la quantité d’humidité dans l’air. Alors que la température sèche d’ampoule DB (Dry Bulb) est la température mesurée par un thermomètre exposé librement à l’air mais protégé du rayonnement et de l’humidité.
La conception de la ventilation sera exécutée de sorte à maintenir un environnement sain et équilibré (une surpression est recommandée afin d’éviter les infiltrations et les contaminations).
Le Système de gestion du bâtiment BMS (Building Management System) sera intégré afin de permettre le contrôle et la surveillance continus des divers systèmes de l’école.
Les entrées du BMS seront des détecteurs autonomes communiquant avec la station de contrôle centrale localisée dans la pièce de sécurité centrale.
Le BMS contrôlera :
Toutes les pompes d’eau
Les ventilateurs et les extracteurs
Les niveaux des réservoirs d’eau
Système de contrôle de fumée (l’échappementde fumée & la surpression des escaliers)
Le BMS permettra de fournir:
L’usage optimal d’équipement en augmentant sa durée la vie.
L’efficacité d’énergie.
Le déclenchement d’alarmes pour alerter les opérateurs lors d’une défaillance.
Les programmes d’entretien pour aider les opérateurs à maintenir les systèmes de construction.
La régulation de la température précisée, optimisant ainsi les coûts opérationnels par les économies d’énergie.
ALIMENTATION EN EAU
INTRODUCTION
Cette ressource fondamentale est évidemment essentielle à chaque site de construction. Mais ce qui a changé ces dernières décennies est que l’eau est devenue une ressource précieuse. Au moment où la quantité totale d’eau dans ses diverses formes sur la planète est finie, la quantité d’eau fraîche, munie d’une qualité convenable n’est pas uniformément distribuée. Bref, il devient de plus en plus difficile de parvenir à distribuer suffisamment et équitablement la provision d’eau aux utilisateurs.
Cette tendance a des implications de savoir prudemment gérer l’utilisation l’eau que nous avons. Il existe plusieurs techniques qui peuvent être adoptées afin de contribuer à une conception verte, minimisant les quantités d’eau exigées, réduisant par la suite l’énergie nécessaire recommandée pour le traitement de ces eaux.
ESTIMATION DU BESOIN EN EAU
Le volume d’eau assurant le besoin de l’école quotidiennement sera calculé en se basant sur le nombre total d’étudiants et conformément aux normes internationales d’ASHRAE et d’ASPE (Tableau V-1)
L’estimation du nombre d’étudiants est retrouvé suite à une considération de la densité d’occupation de 50 % conformément à ASHRAE vue l’absence des meubles clairement installés.
Alors que le volume d’eau recommandé par jour par élève est donné par ASPE.
Procédure d’estimation de l’eau domestique:
1. Déterminer le type de l’immeuble.
2. Estimer le nombre d’occupants
3. Se référer au guide’’ water consumption guide as per ASPE’’ Volume 4
4. Une réserve de deux jours est recommandée pour chaque immeuble.
5. Ce volume sera divisé en 2 citernes: le premier contient l’eau non traitée, le second comprend l’eau filtrée.
Les ressources en eau fournissent une eau qui contient énormément de pollutions, détritus impropres à la consommation, donc il faut la traiter avant l’utilisation. La filtration de l’eau publique se fait par l’intermédiaire des filtres à sable et à charbon actif. Les filtres à charbon actif sont employés pour éliminer les mauvais goûts et odeurs, chlore, et beaucoup de contaminants organiques, alors que les filtres de sable emprisonnent les métaux lourds en suspension et le résidu de bactéries. Un filtre multimédia remplit les fonctions des deux filtres cités en dessus.
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Table des matières
LISTE OF ABREVIATIONS
INTRODUCTION
SYSTEMES ELECTRIQUES
I. CHAPITRE 1: INTRODUCTION AUX SYSTEMES ELECTRIQUES
I.1. GÉNÉRALITÉS
I.2. NORMES
I.3. INSTALLATIONS ÉLECTRIQUES
I.4. TENSION DU RÉSEAU ALIMENTANT L’INSTALLATION ÉLECTRIQUE
I.5. RÉSEAU PRINCIPAL DE DISTRIBUTION (Basse tension)
I.6. TABLEAU PRINCIPAL DE DISTRIBUTION (MDB Main Distribution Board)
I.7. TABLEAU SECONDAIRE DE DISTRIBUTION (SMDB Sub Main Distribution Board)
I.8. TABLEAU DE MOTORISATION (MCC Motor Control Center)
I.9. DÉMARREURS
I.10. BANCS DE CAPACITÉS
I.11. BMS (building management system) – Gestion technique du bâtiment
I.12. ALIMENTATION SANS INTERRUPTION (UPS)
II. CHAPITRE 2: ECLAIRAGE CONTRÔLÉ
II.1. INTRODUCTION
II.2. DESCRIPTION DU SYSTEME D’ECLAIRAGE
II.3. PARAMETRES DE L’ECLAIRAGE
II.4. NIVEAU D’ECLAIRAGE
II.5. PROCEDURES POUR ASSURER L’ECLAIRAGE
II.6. CHOIX DES LUMINAIRES
II.7. LUMINAIRES ADOPTES SELON CHAQUE ESPACE
II.8. INTEGRATION DES DETECTEURS
II.9. INSTALLATION DE L’ECLAIRAGE
II.10. POTENTIEL DE RECHAUFFEMENT DE L’ATMOSPHERE (Global Warming Potential)
II.11. REDUCTION DE CONSOMMATIONS DANS L’ECLAIRAGE
III. CHAPITRE 3: PUISSANCES ET CHARGES
III.1. INTRODUCTION
III.2. PUISSANCE INSTALLEE
III.3. INSTALLATION ELECTRIQUE DE L’ ECOLE
III.4. ESTIMATION DE LA DEMANDE MAXIMALE EN KVA
III.4. 1. CALCUL DE LA PUISSANCE INSTALLÉE
III.4. 2. CALCUL DE LA PUISSANCE UTILISÉE
III.4. 3. CALCUL DE PUISSANCE APPELÉE
III.5. ORIGINE DES HARMONIQUES ET COMPENSATION DU REACTIF
III.6. LE NIVEAU DE COMPENSATION
III.7. MESURES DE L’ECONOMIE EN ENERGIE
III.8. ESTIMATION DE LA PUISSANCE DE LA GENERATION DE SECOURS
III.9. ANALYSE
SYSTEMES MECANIQUES
IV. CHAPITRE 4: GÉNÉRALITÉS DE L’INSTALLATION MÉCANIQUE
IV.1. CRITERES DE CONCEPTION
IV.2. BASES DE CONCEPTION
V. CHAPITRE 5: ALIMENTATION EN EAU
V.1. INTRODUCTION
V.2. ESTIMATION DU BESOIN EN EAU
V.3. CARACTESISTIQUES DES POMPES CENTRIFUGES UTILISEES
V.4. REGLAGE DU DEBIT
V.5. DIMENSIONNEMENT DES POMPES
V.6. CALCUL DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE
V.7. MODULATION DE LA PUISSANCE ELECTRIQUE, POMPES A VITESSE VARIABLE
V.8. ESTIMATION DE LA PERIODE DE REMBOURSEMENT (pay back period)
V.9. COLLECTION DE L’EAU DE PLUIE
V.10. TRAITEMENT DES EAUX USEES
V.11. ESTIMATION DU VOLUME D’EGOUTS
V.12. NOUVELLE TECHNOLOGIE POUR ECONOMISER DE L’EAU
V.13. TAUX DE REDUCTION DE CONSOMMATION ET ECONOMIE EN EAU
VI. CHAPITRE 6: EAU CHAUDE SANITAIRE
VI.1. INTRODUCTION
VI.2. ESTIMATION DU BESOIN EN EAU CHAUDE
VI.3. PANNEAUX SOLAIRES
VI.4. MODE D’INSTALLATION
VI.4. DIMENSIONNEMENT DES CAPTEURS SOLAIRES
VI.5. REDUCTION DE CONSOMMATIONINTEGRATION DES PANNEAUX SOLAIRES
VI.5. DUREE DE REMBOURSEMENT ‘’PAY BACK PERIOD’’
VI.6.REDUCTION DU TAUX DE CO2 EMIS
VII. CHAPITRE 7: VENTILATION FORCÉE
VII.1. INTRODUCTION
VII.2. DESCRIPTION DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.3. DIMMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.4. INSTALLATION DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.5. MISE EN OEUVRE DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.6. DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.7. CALCUL DE LA CAPACITE DE REFROIDISSEMENT DE LA AHU
VII.8. CONTROLE DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.9. EPARGNE EN ELECTRICITE CONSOMMEE GRACE AU CONTROLE
VII.10. TRANSFERT ENERGETIQUE DU SYSTEME DE VENTILATION
VII.11. REDUCTION ENERGETIQUE DU SYSTEME DE VENTILATION
VIII. CHAPITRE 8: CLIMATISATION SOLAIRE
VIII.1. INTRODUCTION
VIII.2. DESCRIPTION D’UN SYSTEME DE CLIMATISATION
VIII.3. PARAMETRES A CONTRÔLER POUR UN CONFORT THERMIQUE
VIII.4. LES APPORTS INTERNES
VIII.5. RENOUVELAVBLE: LA CLIMATISATION SOLAIRE
VIII.6. GROUPES DE BASE DES SYSTEMES DE PRODUCTION FRIGORIFIQUE .
VIII.7. GROUPES DE PRODUCTION FRIGORIFIQUES A SORPTION
VIII.8. SYSTEME DE PRODUCTION D’EAU GLACEE , CAPTEURS SOLAIRES
VIII.9. CALCUL DE LA CAPACITE DE REFROIDISSEMENT
VIII.10. TAUX DE REDUCTION DE LA CAPACITE DE REFROIDISSEMENT
VIII.11. INSTALLATIONS DU SYSTEME DE CLIMATISATION
VIII.12. DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE CLIMATISATION
CONCLUSION
LISTE DE FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
BIBLIOGRAPHIE
RESUME
ANNEXE
