Sujet Épreuve E3 - BTS FEE option B - juin 2015

[pic] E.3 ÉTUDE DES INSTALLATIONS - OPTION B
SESSION 2015
Durée : 4 heures Coefficient : 4 Matériel autorisé : Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices
programmables, alphanumériques ou à écran graphique, sous réserve que leur
fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante
(circulaire N°199-186, 16/11/1999) Tout autre matériel est interdit.
Documents à rendre avec la copie :
- Document-réponse question 2.2
............................................................... page 21/23 - Document-réponse question 2.3
............................................................... page 22/23
- Document-réponse question 3.3
............................................................... page 23/23 Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu'il est complet.
Il comporte 23 pages, numérotées de 1/23 à 23/23.
|BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS |Session |
| |2015 |
|E3. Étude des Installations |Code : |Page : 1/23|
| |FEBEISI | |
Composition du sujet |PARTIE |TITRE |TEMPS |
| | |conseillé|
| |Lecture du sujet |20 min |
|1 |Choix des énergies |40 min |
|2 |Analyse fonctionnelle |60 min |
|3 |Sélection de matériel |90 min |
|4 |Combustion |30 min | Chaque partie sera rendue sur copie séparée.
ANNEXES
Annexe1 : schéma de la solution
proposée.............................................................page
12/23
Annexe 2 : extraits du
C.C.T.P.....................................................................
pages 13 et 14/23
Annexe 3 : extraits du D.T.U. 65.14
........................................................................page
14/23
Annexe 4 : documentation vanne 3
voies................................................................page
15/23
Annexe 5 : documentation pompe
............................................................... pages 16 et
17/23
Annexe 6 : documentation capteurs
solaires................................................ pages 18 et 19/23
Annexe 7 : perte de charge tubes acier
..................................................................page
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| |2015 |
|E3. Étude des Installations |Code : |Page : 2/23|
| |FEBEISI | |
[pic]
Contexte de l'étude Ce dossier concerne l'étude des installations de chauffage et de
production d'eau chaude sanitaire pour un bâtiment communal. Il s'agit
d'un bâtiment neuf, situé au pied des remontées mécaniques d'une station
de ski de Haute Savoie (1480 m d'altitude) à usage de centre d'accueil,
gîte d'étape, logement de fonction et garages communaux. Ce centre sera
ouvert 7 jours / 7 toute l'année.
Il comprend : - niveau -1 (cote 0,00) : garages communaux, local à skis et chaufferie ;
- niveau 0 (cote 4,55) : salle hors sac, dortoir et chambres, sanitaires
et cuisine, surface totale 168 m2 ;
- niveau +1 (cote 7,54) : réception, bar, sanitaires et local de vente,
surface totale 168 m2 ;
- niveau +2 (cote 10,82) : logement de fonction, de type F3 duplex,
surface totale 103 m2. L'étude thermique du bâtiment est supposée réalisée. Dans la première partie de cette étude, vous argumenterez le choix des
énergies nécessaires au chauffage et à la production ECS, sur les plans
environnementaux et économiques. Ce choix ayant été réalisé, vous préciserez dans la deuxième partie le
fonctionnement des équipements retenus et proposerez d'éventuelles
variantes permettant d'en améliorer le fonctionnement. Le dimensionnement et la sélection de certains de ces équipements feront
l'objet de la troisième partie. Enfin, en quatrième partie, vous vérifierez les performances de
l'installation lors de la mise en service.
Solutions envisagées Une première approche du bâtiment conduit votre bureau d'études à proposer
au maître d'ouvrage les solutions de principe suivantes. Production de chaleur (chauffage et E.C.S.) : deux solutions sont
envisagées.
- Solution 1 : par chaudière gaz (propane liquéfié).
- Solution 2 : par une installation solaire utilisant des capteurs
thermiques plans, avec appoint par chaudière gaz.
Émission de chaleur : - Niveau -1 : ce niveau n'est pas chauffé.
- Niveau 0, +1 et +2 : planchers chauffants avec appoint éventuel par
radiateurs acier, avec régulation en fonction de l'extérieur. Production d'eau chaude sanitaire : deux solutions sont envisagées.
- Solution 1 : par la chaudière, production de type semi accumulation.
- Solution 2 : ballons de stockage solaire et d'appoint séparés,
échangeur solaire à plaques à l'extérieur du ballon.
Conditions de base hiver - Intérieur : 19° C dans tous les locaux chauffés.
- Extérieur : -21° C et HR 90%. |BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS |Session |
| |2015 |
|E3. Étude des Installations |Code : |Page : 3/23|
| |FEBEISI | |
[pic] Afin de limiter les consommations d'énergie fossile et les émissions de
CO2 liées au chauffage et à la production d'ECS, on envisage en solution 2
l'utilisation de l'énergie solaire thermique. En phase d'avant-projet,
vous devez conseiller le maître d'ouvrage sur la pertinence de ce choix. À partir des données fournies ci-dessous : 1. Calculer en [kW.h] les besoins annuels en énergie du bâtiment pour le
chauffage et la production ECS. 2. Déterminer, pour la solution 1 (tout gaz) la consommation de
l'installation en [kW.h]. 3. Déterminer, pour la solution 2 (solaire + gaz) les quantités annuelles
d'énergie fournies par le solaire et consommées par l'appoint, pour le
chauffage et la production ECS.
En déduire la quantité annuelle d'énergie gaz économisée dans le cas où
cette solution serait retenue. 4. En déduire le temps de retour de la solution 2 par rapport à la solution
1. Commenter le résultat obtenu. 5. Donner trois paramètres influant sur le bilan annuel d'une installation
solaire. 6. Déterminer la réduction annuelle d'émission de CO2 réalisée par la
solution 2. 7. Quels éléments n'ont pas été pris en compte dans le bilan carbone de la
solution solaire ? Données sur l'installation - Rendement global annuel de la production gaz = 85 %.
- Coefficient d'intermittence de chauffage = 0,7.
Données sur le bâtiment - Déperditions = 1120 W/°C.
- Apports gratuits estimés à 200 W/°C.
- Consommation d'eau chaude sanitaire à 55 °C = 400 l / j.
Taux de couverture solaire visés. Compte tenu des possibilités d'installation du site :
- 35 % pour le chauffage
- 70 % pour la production E.C.S.
Données économiques - Montant total du marché (lot chauffage solaire / gaz) : 87 700 E TTC.
- Surcoût lié au solaire = capteurs + module hydraulique de transfert +
ballon solaire (déduction faite des éléments nécessaires au fonctionnement
gaz) = 31 200 E TTC.
- Subventions accordées par les collectivités territoriales : 35 % du
surcoût TTC lié au solaire.
- Prix du kW.h PCI gaz = 0,083 E TTC.
|BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS |Session |
| |2015 |
|E3. Étude des Installations |Code : |Page : 4/23|
| |FEBEISI | |
Données climatiques - Température moyenne de distribution de l'eau froide : 10 °C.
- Nombre de degrés-jours du site (base 19° C) = 3652 °Cj - Quantité de CO2 produite par la combustion du gaz : 274 g / kW.h (
calculés sur l'énergie primaire).
- Quantité de CO2 produite par le système solaire : supposée nulle. Besoins annuels en énergie de chauffage d'un bâtiment : 24
Cb = 1000
. B . Dj19 . i [kW.h]
Avec B = besoins en chauffage en [W/K],
Dj19 = nombre de degrés-jours du site, pour une temp&rature ambiante
de 19°C, i = coefficient d'intermittence de chauffage.
|BTS FLUIDES ÉNERGIES ENVIRONNEMENTS |Session |
| |2015 |
|E3. Étude des Installations |Code : |Page : 5/23|
| |FEBEISI | |
[pic] La solution 2 (solaire avec appoint gaz) ayant été retenue par le maître
d'ouvrage, votre bureau d'études propose l'installation décrite par le
schéma de l'annexe 1 p 12/23 et les extraits de
C.C.T.P. de l'annexe 2 pages 13 et 14/23. Il s'agit dans cette partie d'appréhender le fonctionnement global de
cette installation et de proposer d'éventuelles variantes à la solution de
base, en vue d'en améliorer la performance.
13 - Chauffage :
1. Quelle est la caractéristique d'un système P.S.D. (plancher solaire
direct)? Présenter les avantages et inconvénients d'un tel système par
rapport à un système avec ballon de stockage
« chauffage ». 2. Dans quel cas peut-il y avoir des risques de retours froids à la
chaudière ? Cela pose t'il alors problème?
14 - Régulation du plancher chauffant « centre d'accueil » :
À partir des extraits du C.C.T.P. (ann