## 3) Méthodologie Pour commencer, les données météorologiques ont été analysées Pour parvenir à une solution qui indique explicitement la quantité de chaleur nécessaire à fournir au bâtiment pour être à une température de confort de 21°C tout au long de l'année, il faut réaliser un bilan de chaleur pour chaque étage. Pour ce faire, avant tout, il a fallu déterminer précisément la surface ainsi que le volume de chaque pièce sur base de plans fournis et en considérant une certaine hauteur sous plafond en fonction des étages. Il a également fallu classer chaque pièce du bâtiment selon leur usage (bureaux, salles de TP, laboratoires et cafétéria) car le taux de renouvellement de l'air des salles est différent en fonction de l'usage. Premièrement, il faut commencer par établir toutes les sources de gains de chaleur au long de l'année et quantifier ces apports de chaleur : 1) Occupation du bâtiment :
- Occupation réelle du bâtiment heure par heure durant l'année sur base des ***taux d'occupation du bâtiment heure par heure en fonction de la période de l'année*** et de la ***valeur d'occupation maximale théorique*** du bâtiment (0,1734 pers/m²)
- Dissipation calorifique relative \[W/m²] des occupants du bâtiment, heure par heure sachant que la valeur théorique moyenne de la puissance calorifique dissipée par un homme au repos est de 100 W (Partie de cours sur le conditionnement de l'air) et connaissant l'occupation réelle du bâtiment.
- Apport calorifique absolu \[W], heure par heure tout au long de l'année sur base des surfaces des différents étages.
2) Matériel de bureau :
- Valeurs réelles \[W/m²] de dégagement calorifique du matériel de burau, heure par heure durant l'année sur base des ***taux de dégagement de chaleur*** et de ***la valeur nominale du dégagement calorifique*** calculée comme suit :
0,1734 personne/m² x 1 PC / personne x 125 W / PC = 21,68 W / m² - Apport calorifique \[W]du matériel de bureau, heure par heure tout au long de l'année est obtenu en multipliant les surfaces de bureau par ces précédentes valeurs.
3) Éclairage :
- Dégagement calorifique réel de l'éclairage \[W/m²], heure par heure durant l'année en considérant qu'il y a 100% d'éclairage durant les heures d'occupation et 0\% en dehors des heures d'occupation et connaissant ***la valeur nominale de l'éclairage***.
- Apport calorifique \[W] de l'éclairage, heure par heure tout au long de l'année en multipliant les surfaces de bureau par ces précédentes valeurs.
4) Rayonnement solaire :
- Apport calorifique au sein du bâtiment\[W/m²] sur base des données d'ensoleillement \[W/m²], en considérant ***un facteur solaire*** de 42% (qui prend en compte les matériaux conducteurs de chaleur, l'ombrage des autres bâtiments, l'interception par les futurs lattages en bois). - Apport calorifique \[W], heure par heure tout au long de l'année en multipliant les valeurs obtenues par la superficie des surfaces laissant passer la chaleur (fenêtres, murs rideaux).
Une fois l'ensemble des gains de chaleur déterminés, il faut ensuite se tourner vers l'ensemble des éléments du bâtiment qui entraineront des pertes calorifiques au sein du bâtiment tout au long de l'année : 1) Conduction à travers les surfaces exposées à l'air extérieur :
- Pertes calorifiques \[W/m²] pour chaque type de surface sur base des ***valeurs de coefficient de transfert global*** $h_{tot}$ \[W/m².K] des différentes surfaces du bâtiment (fenêtres, murs rideaux, murs extérieurs, toiture), de la température intérieure et des températures extérieures: \begin{equation} \dot q [W/m²]= h_{tot}[W/m².K] \times (Tf_{int}-Tf_{ext})[K] \end{equation} - Ensemble des pertes calorifiques par conduction \[W], heure par heure, durant toute l'année grâce aux surfaces de fenêtres, murs, murs rideaux et de toitures calculées sur base des plans du bâtiment. 2) Ventilation et échangeur de chaleur :
- Volumes pour chaque type de locaux (bureaux, salles de TP, labos, cafeterias) sur base des hauteurs sous plafond et des plans du bâtiment. - Débits volumiques $\dot V$\[m³/hr] en multipliant les volumes ci-dessous par les taux de renouvellement définis selon chaque type de locaux et selon l'occupation du bâtiment (30% des taux de renouvellement fixés pendant le week-end ou en dehors des heures d'occupation ainsi que durant les périodes de congé du 15 au 31 juin et du 1er au 15 septembre). - Débits volumiques $\dot V$ \[m³/s] = Débits volumiques $\dot V$ [m³/hr] / 3600 - Masse volumique de l'air sec (considéré comme G.P) en fonction de la température intérieure du bâtiment :
\begin{equation} \rho [kg/m³]=\frac{P [Pa]\times M[kg/mol]}{R[J/mol.K]\times T[K]} \end{equation} - Débit massique $\dot m$ : \begin{equation} \dot m [kg/s]= \dot V [m³/s] \times \rho [kg/m³] \end{equation} - Enthalpies massiques de l'air (considéré sec) $h_a$ entrant ou sortant de l'échangeur sur base des températures intérieures et extérieures : \begin{equation} h_a [J/kg] = C_{p,a} [J/kg.k]\times T[K] \end{equation} - Transfert de chaleur associé à l'échangeur en considérant une ***récupération de chaleur de 80%*** (présence d'un récupérateur enthalpique) : \begin{equation} \dot Q [W]= \Delta h [J/kg] \times \dot m [kg/s] \end{equation} Une fois toutes les sources de gain ou de perte de chaleur quantifiées, la somme de celles-ci donnera une estimation des besoins en chaleur à rajouter dans le bâtiment pour garder la température de confort toute l'année.
\begin{equation} \dot Q [W]= \dot Q_{occupation du bâtiment} + \dot Q_{matériel de bureau} + \dot Q_{éclairage} + \dot Q_{rayonnement solaire} + \dot Q_{pertes à travers les surfaces} + \dot Q_{ventilation} \end{equation}
Ensuite, il sera possible de dimensionner une pompe à chaleur géothermique (air/eau) capable de combler la potentielle demande supplémentaire en chaleur lors des périodes plus fraîches.
Enfin, un système de stockage sera imaginé de manière à ne pas perdre l'énergie électrique et calorifique excédentaire produite lors de périodes de faibles demandes sur base de tous les résultats obtenus précédemment.