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Projet de Fin d’Etudes
En vue de l’obtention du diplôme
INGENIEUR D’ETAT
Spécialité :
Génie des Procédés, de l’Energie et de l’Environnement
Présenté par
Oumaima AJBARA NAHY
Etude et dimensionnement d’un système de climatisation,
chauffage, ventilation, désenfumage et ECS :
-Cas d’un hôtel à Casablanca-
Soutenu le 28 Septembre 2020, devant le jury :
M. Salah TOUIL ENSA Khouribga Examinateur
M. Younes EL KHCHINE ENSA Khouribga Encadrant interne
Mme. Sanae FARES VENTEC Maroc Encadrante externe
ii
iii
‫ملخص‬
ٔ ‫انزٌٕٓخ‬ ،‫انزجشٌذ‬ ‫أَظًخ‬
‫انزذفئخ‬
،
ًَ‫انًجب‬ ‫إَٔاع‬ ‫جًٍغ‬ ‫ْٕاء‬ ‫ركٍٍف‬ ‫رضى‬ ،‫انزمٍُخ‬ ‫انًجبالد‬ ٍ‫ي‬ ‫يجًٕػخ‬ ًْ
،
‫ثًشاػبح‬
‫يجًٕػخ‬
‫انًجبل‬ ‫ْزا‬ .‫انشزبء‬ ٔ‫أ‬ ‫انصٍف‬ ‫فصم‬ ً‫ف‬ ‫سٕاء‬ ًَ‫انًجب‬ ً‫ف‬ ‫انغشفخ‬ ‫حشاسح‬ ‫ٔدسجخ‬ ،‫انصحٍخ‬ ‫كبنُظبفخ‬ ‫انحٍثٍبد‬ ٍ‫ي‬
‫ٔانصُبػ‬ ًُ‫انسك‬ ‫انمطبع‬ ً‫ف‬ ‫خبصخ‬ ‫يزضاٌذ‬ ‫ثشكم‬ ّ‫َفس‬ ‫ٌفشض‬ ‫ثبد‬
.ً
ً‫انذساس‬ ‫يششٔػُب‬ ‫رُفٍز‬ ‫ٌُكت‬ ،‫انسٍبق‬ ‫ْزا‬ ً‫ٔف‬
:
‫رشكٍت‬ ٔ ‫رصًٍى‬
‫انزجشٌذ‬ ‫أَظًخ‬
،
‫انزٌٕٓخ‬
،
‫ركٍٍف‬
،‫انٕٓاء‬
‫ش‬
ٌ‫انذخب‬ ‫فظ‬
ٔ
‫إ‬
،ٍ‫انسبخ‬ ‫انًبء‬ ‫َزبج‬
‫يشاحم‬ ‫ػجش‬ ،‫انجٍضبء‬ ‫انذاس‬ ‫ثًذٌُخ‬ ‫نفُذق‬
:
‫إنى‬ ‫ًا‬‫د‬‫اسزُب‬ ‫حشاسٌب‬ ‫رمًٍٍب‬ ‫أَشأَب‬ ،‫األٔنى‬ ‫انًشحهخ‬ ً‫ف‬
،‫لٕاػذ‬ ٔ ‫يؼبٌٍش‬
‫انٕٓاء‬ ‫ركٍٍف‬ ‫َظبو‬ ‫نزصًٍى‬ ‫ٔرنك‬
،
‫انمذسح‬ ‫ٌزٍح‬
‫ػهى‬
‫رذفئخ‬
‫انًُبطك‬ ‫رجشٌذ‬ ٔ
.
‫لًُب‬
‫أٌضب‬
.‫انٕٓائٍخ‬ ‫ٔانًجبسي‬ ‫انًجشداد‬ ‫رٕصٌغ‬ ‫لُٕاد‬ ‫ثزصًٍى‬
‫شًهذ‬ ‫فمذ‬ ‫انثبٍَخ‬ ‫انًشحهخ‬ ‫أيب‬
‫انٕٓاء‬ ‫َمم‬ ‫يجبسي‬ ‫كزا‬ ٔ ‫رٌٕٓخ‬ ‫َظبو‬ ‫رصًٍى‬
.
ٍٍ‫ح‬ ً‫ف‬
‫َظبو‬ ‫ػجش‬ ‫حشٌك‬ ‫َشٕة‬ ‫حبنخ‬ ً‫ف‬ ٌ‫انذخب‬ ‫إجالء‬ ‫رٓى‬ ‫انثبنثخ‬ ‫انًشحهخ‬
‫شفظ‬
.ٌ‫انذخب‬
‫إيذاداد‬ ٌ‫نضًب‬ ً‫كٓشثبئ‬ ِ‫يٍب‬ ٌ‫سخب‬ ‫نزصًٍى‬ ‫يخصص‬ ‫األخٍش‬ ‫انجضء‬ ٔ
‫انسبخُخ‬ ِ‫انًٍب‬
.
‫المفتاح‬ ‫كلمات‬
:
ٔ ‫انزٌٕٓخ‬ ،‫انزجشٌذ‬
‫انزذفئخ‬
،
ٌ‫انذخب‬ ‫شفظ‬
،
‫انسبخُخ‬ ِ‫انًٍب‬
،
‫انحشاسي‬ ‫انزمٍٍى‬
.
iv
Résumé
La climatisation, ventilation et chauffage (CVC) est un ensemble de domaines techniques,
comprenant tous les types de bâtiments. Cela prend en compte les niveaux d’hygiène et la
température ambiante des locaux, que ce soit en été ou en hiver. Ce marché se démocratise de
plus en plus, et devient pratiquement une nécessité primordiale dans les constructions
tertiaires, résidentielles et industrielles.
C’est dans ce contexte que s’inscrit notre projet de fin d’études, du fait que nous sommes
amenés à concevoir l’installation de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
(CVCD) et l’eau chaude sanitaire d’un hôtel, situé à Casablanca. Dans la première phase,
nous avons établi un bilan thermique, en se basant sur le règlement thermique de construction
au Maroc (RTCM), pour dimensionner un système de climatisation réversible et gainable, y
compris les réseaux de distribution du fluide frigorigène et du circuit aéraulique. La deuxième
phase a eu pour vocation le dimensionnement d’un système de ventilation, ainsi que le circuit
aéraulique correspond. La troisième phase est consacrée à l’évacuation des fumées en cas
d’incendie par un système de désenfumage. La dernière partie est dédiée au dimensionnement
d’un ballon de stockage électrique pour assurer l’approvisionnement en eau chaude sanitaire.
Mots-clés: CVCD, ECS, VMC, Bilan thermique, RTCM, Block Load, VRV.
v
Abstract
Heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) is a set of technical fields covering all
types of buildings. This takes into account the level of hygien and ambient temperature of the
premises, whether in summer or winter. This market is becoming increasingly democratic and
practically a primary residential and industrial necessity. It is in this context that our end-of-
studies project is taking place. It’s about conceiving the installation of HVAC, Smoke
Extraction and water heating of a hotel located in Casablanca. In the first phase, we calculated
the thermal loads to design a cooling-heating system. Also we sized the distribution network
of the refrigerant and the aeraulic circuit. In the second phase we had to carry out the design
of a ventilation system including the ducts. The third phase is devoted to the evacuation of
fumes in case of fire. The last part is dedicated to the sizing of an electric tank to ensure the
supply of hot water.
Keywords: HVAC, heating water system, smoke extraction, mechanical or forced
ventilation, VRF.
vi
Dédicaces
Que ce travail témoigne mes profondes gratitudes et ma reconnaissance.
À ma mère, le symbole de la bonté par excellence, la source de tendresse et
l’exemple du dévouement, qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier pour
moi. Aucune dédicace ne saurait être aussi éloquente pour exprimer ce que tu
mérites. Je te dédie ce travail en témoignage de mon profond amour. Que
Dieu te préserve et t’accorde santé, longue vie et bonheur.
À mon père, permettez-moi de vous exprimer mon grand amour et ma plus
haute considération de votre personne. Vous n’avez jamais cessé de déployer
tous vos efforts afin de subvenir à nos besoins et nous aider à choisir le
chemin de la réussite. Cher père, veuillez trouver, dans ce modeste travail, le
fruit de vos sacrifices ainsi que l’expression de ma profonde affection et ma
vive reconnaissance.
À ma soeur Kaoutar et mon petit frère Ismail, pour la joie qu’ils mettent dans
ma vie. Merci pour votre soutien et encouragement inconditionnel.
À mes amies, Hajar, Asmae, Meryem et Jihane, qui m’ont couvert d’amour et
d’attention et qui ont su me réconforter, quand les choses tournaient au pire.
A tous ceux qui ont croisé mon chemin, qui m’ont serré la main d’aide de
près ou de loin.
Et à tous ceux que nous aimons et qui nous aiment.
viii
Remerciements
Tout d’abord, je tiens à rendre grâce à Allah le Tout Puissant et le très Miséricordieux, qui
m’a donné la patience et la bénédiction pour mener à terme ce projet de fin d’études.
J’exprime mes profonds remerciements à l’ensemble du corps professoral de l’ENSA
Khouribga en général, et celui du département « Génie des Procédés » en particulier, pour les
bases techniques qui m’ont ont été inculquées au cours de notre formation d’ingénieur.
Ainsi, je tiens à remercier mon encadrant pédagogique M. Younes El KHCHINE,
professeur à l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Khouribga, pour le privilège qu'il
m'a fait en acceptant de diriger ce travail, pour sa disponibilité, et pour tous les efforts qu’il a
consentis et ses conseils précieux.
Je tiens à adresser mes vifs remerciements à l’égard de mon parrain de stage Mme. Sanae
FARES, responsable du service de la prescription, de m’avoir pourvue l’opportunité
d’effectuer mon projet de fin d’études au sein de la société VENTEC Maroc, pour la
confiance qu’elle m’a accordée pour accomplir ce travail dans les bonnes conditions.
Mes sincères remerciements s’adressent également à Mme. KHOULAN, M. EL ALAMI,
aux personnels du service de la prescription et de la direction ingénierie commerciale, pour
leurs assistances et leurs conseils précieux tout au long de ce projet. Avec vous, j’ai partagé
des moments agréables. Que vous trouviez ici, l’expression de mes profondes
reconnaissances.
Mes vifs remerciements s’adressent aussi aux membres du jury qui nous ont honorés, ainsi
par crainte d’omettre de mes remerciements toute personne ayant contribué au parachèvement
de ce projet, je témoigne par le présent travail ma vive reconnaissance à tous ceux qui m’ont
aidé de près ou de loin.
ix
Liste des abréviations
BH Bâtiments d’habitation
COP Coefficient de performance
CTA Centrale Traitement d'Air
CVC Chauffage, ventilation et climatisation
CVCD Chauffage, ventilation, climatisation et désenfumage
ECS Eau chaude sanitaire
EER Coefficient d'efficacité frigorifique (Energy Efficiency Ratio)
ERP Etablissement recevant du public
ERT Lieux de travail
G.M.A.O Gestion de maintenance assistée par ordinateur
HVAC Heating ,ventilation and air-conditioning
IGH Immeubles de grande hauteur
NBN Bureau de Normalisation
NM ISO7730 Norme marocaine : Ergonomie des ambiances thermiques
PAC Pompe à chaleur
PSE Polystyrène expansé
RDC Rez-de-chaussée
RTCM Réglementation thermique de construction au Maroc
SDB Salle de bain
SS Sous-sol
TGBV Taux global des baies vitrées
UP Unité de passage
VMD VENTEC Maroc distribution
VMC Ventilation mécanique contrôlée
VRF Variable Refrigerant flow
VRV Volume Réfrigérant Variable
XPS Polystyrène extrudé
ix
Nomenclature
a Coefficient d’efficacité du stockage
A Coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement
Al Chaleur latente dégagée par un occupant (W)
As Chaleur sensible dégagée par un occupant (W)
D Diamètre nominal (mm)
Eacc Besoin énergétique (kWh)
ei Epaisseur d’une couche de la paroi (m)
F Facteur de rayonnement solaire
g Facteur de réduction contre le rayonnement solaire
he Coefficient d’échange convectif externe de la paroi (W/m².K)
hi Coefficient d’échange convectif interne de la paroi (W/m².K)
Im Rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur (W/m²)
Iv Intensité du rayonnement solaire sur les vitrages (W/m²)
J Perte de charge linéique par longueur en (Pa/m)
L Longueur de la tuyauterie (m)
N Nombre d’occupants
P Puissance de l’échangeur (kW)
Pc Puissance de chauffage (W)
Péc Puissance d’éclairage (W/m²)
PF Puissance de climatisation totale (W)
PFl Puissance de climatisation latente (W)
PFs Puissance de climatisation sensible (W)
Pi Puissance dégagée par chaque appareil i (W)
Q Débit d’air traversant la gaine (m3
/h)
Qéc Charges dues aux éclairages (W)
Qeq Charges dues aux machines et appareillages (W)
Qoc Charge par occupants (W)
Qos Apport de chaleur sensible par occupant (W)
Qol Apport de chaleur latente par occupant (W)
QRa Charge par renouvellement d’air (W)
QRm Flux de chaleur par rayonnement à travers les parois (W)
QRv Flux de chaleur par rayonnement sur les vitrages (W)
Qt Quantité
Qtr Flux de chaleur par transmission à travers les parois (W)
qp Débit réglementaire par personne (m3
/h)
qs Débit réglementaire par surface (m3
/h)
qv Débit d’air extérieur de renouvellement (m3
/h)
S Surface en (m²)
Tc Température de stockage (°C)
Te Température extérieure de base (°C)
Tf Température de l’eau froide (°C)
Ti Température intérieure de base (°C)
U Coefficient de transmission thermique (W/m² K)
v Vitesse d’air dans la gaine en (m/s)
V Volume du local (m3
/h)
V60acc Volume d’eau chaude total puisé durant une journée en (L)
Vs Volume du ballon de stockage en (L)
x
∆θ Différence de températures entre les deux faces de la paroi
(°C ou K)
Perte de charge linéaire en Pa
∆Psing Perte de charge singulière en Pa
Conductivité thermique par conduction (W/m.K)
Coefficient de perte de charge singulière
Masse volumique (Kg/m3
)
Teneur en eau de l’air extérieur (g/kg air sec)
Teneur en eau de l’air intérieur (g/kg air sec)
xi
Table des matières
Introduction générale............................................................................................................................ 1
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action...................... 1
1. Présentation de l’organisme d’accueil..................................................................................... 3
1.1 Présentation générale........................................................................................................ 3
1.2 Organisation ...................................................................................................................... 3
1.3 Pôles d’activités ................................................................................................................. 4
1.4 Filiales de VENTEC Maroc.............................................................................................. 5
2. Présentation du projet .............................................................................................................. 6
2.1 Descriptif de la problématique......................................................................................... 6
2.2 Descriptif du projet ........................................................................................................... 7
2.3 Objectif du projet.............................................................................................................. 7
2.4 Conduite du projet ............................................................................................................ 7
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique .................................................. 11
1. Règlement thermique de construction au Maroc ................................................................. 11
1.1 Définition.......................................................................................................................... 11
1.2 Objectifs ........................................................................................................................... 11
1.3 Définition des spécifications techniques minimales de performance thermique des
bâtiments...................................................................................................................................... 11
2. Bilan thermique en été............................................................................................................ 12
2.1 Généralité......................................................................................................................... 12
2.2 Charges dues à l’environnement extérieur ................................................................... 13
2.3 Charges dues à l’environnement intérieur.................................................................... 16
3. Conception de l’enveloppe...................................................................................................... 18
3.1 Caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe.............................................. 18
3.2 Matériaux de construction et vitrages........................................................................... 19
3.3 Comparaison des caractéristiques techniques par rapport au RTCM ...................... 22
4. Bilan thermique manuel ......................................................................................................... 22
4.1 Situation géographique et météorologique du site ....................................................... 22
4.2 Résultats du bilan thermique manuel............................................................................ 23
5. Modélisation sur logiciels........................................................................................................ 25
5.1 Calcul des charges thermiques par le logiciel Block Load .......................................... 25
5.2 Résultat du bilan thermique par Block Load ............................................................... 26
5.3 Validation par le logiciel Block Load ............................................................................ 27
xii
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage................................... 28
1. Etude bibliographique ............................................................................................................ 29
1.1 Système de climatisation................................................................................................. 29
1.2 Système de ventilation..................................................................................................... 32
1.3 Désenfumage.................................................................................................................... 34
2. Dimensionnement du système de climatisation .................................................................... 36
2.1 Choix du système de climatisation................................................................................. 36
2.2 Choix du type de l’unité intérieure................................................................................ 36
2.3 Sélection du groupe VRV ............................................................................................... 37
2.4 Dimensionnement du réseau hydraulique et aéraulique ............................................. 39
3. Dimensionnement du système de ventilation ........................................................................ 41
3.1 Calcul des débits d’air neuf et d’extraction .................................................................. 41
3.2 Dimensionnement des conduites d’extractions............................................................. 42
3.3 Calcul des pertes de charge des conduites aérauliques................................................ 43
3.4 Sélection des équipements du système de ventilation................................................... 44
4. Dimensionnement du système de désenfumage.................................................................... 45
4.1 Type du Bâtiment............................................................................................................ 45
4.2 Désenfumage du parc à stationnement.......................................................................... 46
4.3 Désenfumage des circulations......................................................................................... 47
4.4 Désenfumage des escaliers.............................................................................................. 48
4.5 Sélection des grilles.......................................................................................................... 49
4.6 Sélection des caissons d’air neuf et d’extraction .......................................................... 50
Chapitre 4 : Système de production d’ECS........................................................................................... 51
1. Types de système de production ECS.................................................................................... 52
1.1 Chauffe-eau solaire ......................................................................................................... 52
1.2 Chauffe-eau gaz............................................................................................................... 52
1.3 Chauffe-eau électrique.................................................................................................... 52
2. Choix du système de production ECS ................................................................................... 53
3. Dimensionnement du ballon électrique................................................................................. 54
3.1 Calcul des besoins journaliers litre/jour ....................................................................... 54
3.2 Calcul du besoin énergétique (kWh) ............................................................................. 54
3.3 Volume de stockage (L)................................................................................................... 55
3.1 Puissance du chauffe-eau en kW.................................................................................... 56
4. Sélection du ballon de stockage.............................................................................................. 56
xiii
Conclusion et perspectives.................................................................................................................. 58
Bibliographie......................................................................................................................................... 59
Webographie........................................................................................................................................ 60
Annexes ................................................................................................................................................ 62
xiv
Liste des tableaux
Tableau 2-1: Besoins spécifiques thermiques annuels de chauffage et de climatisation en
kWh/m²/an................................................................................................................................12
Tableau 2-2: Différence de température entre les différentes faces des parois........................13
Tableau 2-3: Coefficient d’échanges thermiques superficiels..................................................14
Tableau 2-4: Choix des isolants en fonction de la paroi [A]....................................................19
Tableau 2-5: Compositions et caractéristiques des parois........................................................20
Tableau 2-6: Coefficient de transmission de chaleur en fonction de la paroi ..........................21
Tableau 2-7: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de porte [D] ..............21
Tableau 2-8: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de fenêtre [D] ...........21
Tableau 2-9: Comparaison des caractéristiques techniques suivant le règlement thermique
marocain ...................................................................................................................................22
Tableau 2-10: Conditions intérieures du calcul : Humidité et température sèche....................23
Tableau 2-11: Conditions extérieures du calcul : Humidité et température.............................23
Tableau 2-12: Résultat du Bilan thermique Manuel.................................................................24
Tableau 2-13: Puissances frigorifiques et calorifiques par Block Load...................................26
Tableau 2-14: Comparaison des résultats des bilans thermiques .............................................27
Tableau 3-1: Matrice de décision pour le choix du système de climatisation [8] ....................36
Tableau 3-2: Matrice de décision pour le choix du type de l’unité intérieure [9]....................37
Tableau 3-3: Répartition du système VRV...............................................................................37
Tableau 3-4: Caractéristiques des unités intérieures pour chaque système..............................38
Tableau 3-5: Caractéristiques des unités extérieures pour chaque système .............................39
Tableau 3-6: Résultats du calcul du débit d’air neuf pour chaque type de local......................42
Tableau 3-7: Résultats du calcul du débit d’air à extraire pour chaque type de local..............42
Tableau 3-8: Sélection du caisson d’extraction........................................................................45
Tableau 3-9: Résultat du désenfumage du parc à stationnement..............................................46
Tableau 3-10: Résultat du désenfumage des circulations.........................................................48
Tableau 3-11: Résultat de la sélection des grilles des parcs à stationnement...........................49
Tableau 3-12: Résultat de la sélection des grilles des circulations...........................................49
Tableau 3-13: Sélection des caissons d’extraction et d’air neuf ..............................................50
Tableau 4-1: Tableau comparatif des types de chauffe-eau [21]..............................................53
Tableau 4-2: Besoins journaliers en eau chaude sanitaire des chambres [K]...........................54
Tableau 4-3: Besoins journaliers en eau chaude sanitaire de la cuisine [20] ...........................54
Tableau 4-4: Besoins énergétique en eau chaude sanitaire ......................................................55
Tableau 4-5: Volume de stockage (litres) eau chaude sanitaire ...............................................56
Tableau 4-6: Puissance du chauffe-eau électrique à accumulation..........................................56
Tableau 4-7: Sélection du ballon électrique .............................................................................57
xv
Liste des figures
Figure 1-1: Organisation de la société VENTEC Maroc............................................................3
Figure 1-2: Diagramme de GANTT prévisionnel ......................................................................8
Figure 1-3: Diagramme de GANTT réel ....................................................................................9
Figure 2-1: Répartition des charges thermiques.......................................................................25
Figure 3-1: Calcul des unités de passage..................................................................................47
Figure 3-2: Désenfumage naturel des escaliers ........................................................................48
1
Introduction générale
Le domaine de la climatisation est très étendu et il est de jour en jour en progression grâce
au développement technologique, la créativité et surtout la recherche scientifique dans le
secteur thermique domotique. Il s’est constamment développé par l’apparition de nouveaux
systèmes, dont la performance évolue, car ils permettent de combiner le système de chauffage
et de réfrigération, même les utiliser en simultané comme c’est le cas pour les systèmes à
volume de réfrigèrent variable VRV. De ce fait, nous observons une demande de confort de
plus en plus rigoureuse et les exigences des occupants ont sensiblement changé à tous les
niveaux. Ces exigences ne sont plus restreintes dans les systèmes de climatisation, mais elles
s’étalent aux systèmes de ventilation et désenfumage. Dans le but d’assurer une meilleure
qualité d’air hygiénique à l’intérieur des bâtiments par l’amenée d’air neuf et l’extraction d’air
vicié. En plus du confort climatique, un bâtiment doit être doté d’un système de production
d’eau chaude sanitaire qui s’avère être un besoin nécessaire pour le bien-être des occupants.
Le présent projet s’articule autour d’une étude technique du lot CVCD et ECS d’un
bâtiment tertiaire (Hôtel), situé à Casablanca. L’objectif est d’évaluer les besoins thermiques
des différents locaux afin de proposer des solutions optimales, tout en respectant les exigences
de la réglementation thermique de construction du bâtiment au Maroc (RTCM) dans la
conception de l’enveloppe.
Le contenu de ce rapport se décline en quatre chapitres :
Le premier chapitre dresse une présentation générale de VENTEC Maroc en tant
qu’organisme d’accueil et aussi une mise en situation générale du projet.
Le deuxième chapitre englobe des généralités sur la réglementation thermique de
construction du bâtiment au Maroc (RTCM), ainsi que la conception de l’enveloppe du
bâtiment. Nous étions aussi amenés à élaborer le bilan thermique manuel par la méthode
d’Airwell, aussi bien que par le logiciel Block Load.
Le troisième chapitre est dédié aux études dimensionnelles des systèmes, réseaux de
distributions et aérauliques CVCD.
Le quatrième chapitre expose le dimensionnement de l’installation eau chaude sanitaire du
projet.
Enfin, nous terminerons par une conclusion générale qui projettera avec clarté les
importants résultats de ce travail.
2
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général
et du plan d’action
Introduction
En préambule, nous présenterons l’organisme d’accueil, ses principaux pôles et services,
ses clients majeurs, ses agences, son organigramme et ses filiales. Ensuite, nous procéderons à
une mise en situation générale du projet en énonçant la problématique et les objectifs que
nous avons été conviés à réaliser pour le terme de ce projet. Enfin, nous terminerons par
l’élaboration d’un plan de travail.
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
3
1. Présentation de l’organisme d’accueil
1.1 Présentation générale
Créée en 1949 dans le secteur de la chaudronnerie industrielle et la fabrication des
ventilateurs, VENTEC Maroc est devenue spécialiste dans la climatisation et la réfrigération
avec la représentation de la marque Carrier dès 1960.
VENTEC Maroc propose à ses clients l’ensemble des prestations comprenant la
distribution, l’installation et service liées aux domaines de la climatisation, réfrigération,
ventilation et chauffage. Grâce à ses cinq agences de Tanger, Fès, Marrakech, Agadir et
Oujda, VENTEC Maroc couvre le territoire marocain avec une structure humaine qualifiée de
591 personnes et un chiffre d’affaires de 492 millions Dirhams (en 2016) [1].
1.2 Organisation
VENTEC Maroc est structurée suivant l’organigramme ci-dessous :
VENTEC Maroc recouvre les trois pôles suivants:
 Distribution.
 Installation.
 Service.
Figure 1-1: Organisation de la société VENTEC Maroc
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
4
Avec le support du:
 Département Qualité, Formation, Sécurité et Environnement.
 Département Marketing, Communication et Prescription.
 Département Administratif et Contrôle de Gestion.
 Département des Ressources Humaines.
 Département Comptable et Financier.
 Département Achats et Import.
 Département Logistique et Moyens Généraux.
 Département Informatique.
1.3 Pôles d’activités
 Pôle Distribution
VENTEC Maroc de distribution regroupe les activités de vente de matériels et composants
pour la climatisation, la ventilation, la réfrigération, le chauffage et le transport frigorifique
pour véhicules utilitaires et camions.
 Pôle Installation
VENTEC Maroc prête une attention particulière à son processus de conception qui se fait
dans le pôle installation. Il couvre les domaines de la climatisation, la réfrigération,
l’humidification ou la déshydratation, le froid industriel, les cuisines professionnelles et les
buanderies, les fluides (plomberie sanitaire, air comprimé, l’eau chaude sanitaire, traitement
d’eau et réseau de refroidissement d’eau de process ).
Ce pôle regroupe 5 entités complémentaires :
 Direction Ingénierie et Commerciale
Cette entité assure le traitement des appels d’offres publiques ou privés, l’étude et
l’installation hors appels d’offres, ainsi que les consultations directes des clients. Elle assure
aussi la conception des installations, le dimensionnement des systèmes et propose des
solutions techniques adaptées aux budgets financiers des clients.
Service prescription : La prescription, maillon important en amont participe non seulement
à augmenter le taux de réussite dans la concrétisation des devis par les différents pôles, mais
aussi l’évolution des parts de marché et de la notoriété des marques représentées.
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
5
 Direction Travaux
Avec une équipe composée d’ingénieurs, d’autocadistes, de chargées d’affaires et de
techniciens expérimentées. La direction travaux élabore des études d’exécution, la préparation
et contrôle des notes de calcul et l’établissement des plans d’exécution pour approbation,
permettant la réalisation des installations suivant les règles de l’art et conformément au délai
contractuel.
 Département système industriel
Ce département assure l’étude, l’obtention de la commande et la réalisation des
installations de ventilation industrielle, le dépoussiérage, la ventilation mécanique,
l’humidification ou la déshydratation, le désenfumage, le transport pneumatique, le lavage de
gaz (Traitement de rejets gazeux et polluants industriels), les aéro-réfrigérants et d’autres
prestations telles que l’équilibrage statique et dynamique de ventilateurs.
 Département Froid et cuisines industrielles
Ce département assure aussi le service après-vente de tout type d’installations frigorifiques
(entrepôts frigorifiques, tunnels de congélation, vitrine frigorifiques, chambres froides, etc.)
spécifiques aux industries laitiers, stations fruits légumes, boulangeries et pâtisseries,
boucheries et charcuteries.
 Pôle service
Avec l’appui technique et logistique de Carrier, VENTEC Maroc a pu développer ses
activités de service, notamment ses références en global service Bâtiment (maintenance multi-
technique), maintenance astreinte 24h/24h-7j/7j, rénovation et garantie. Ceci s’accompagne
par la mise en œuvre d’outils modernes, tels que la gestion de maintenance assistée par
ordinateur (G.M.A.O) et la télésurveillance permettant de mieux conseiller le client et de
l’accompagner pour atteindre ses objectifs d’efficacité, de flexibilité et d’économie d’énergie.
1.4 Filiales de VENTEC Maroc
Pour une meilleure synergie le groupe VENTEC Maroc a décidé de mettre en commun les
fonctions supports de quatre filiales :
 Indusparc
Filiale fondée en 1990, située à la périphérie de Casablanca. Indusparc propose la location
de bâtiments pour activités industrielles et de stockage.
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
6
 VM Sécurité
Fondée en 1992, VM Sécurité est une société spécialisée dans la sécurité électronique du
bâtiment, en tant que fournisseur, installeur et intégrateur, afin de proposer à ses clients une
solution complète en assurant la gestion technique du bâtiment, le contrôle d’accès, la vidéo
surveillance, la détection incendie, l’électricité, l’anti-intrusion, l’extinction automatique, la
régulation et l’automatisme.
 Ecowell
Créée en 2009, Ecowell propose une large gamme de produits et de services, offrant un
équilibre parfait entre confort et respect de l’environnement. Ecowell distribue en exclusivité
les systèmes de conditionnement d’air écologiques de marque Toshiba, connus par leur
vocation d’économie d’énergie, de confort et d’écologie.
Soucieuse de la préservation de l’environnement et des énergies renouvelables disponibles
dans notre pays, ECOWELL a développé la distribution des produits solaires :
 Chauffe eaux solaires de marque Nobel.
 Chauffe eaux électriques avec échangeur intégré raccordé à des capteurs solaires de
marque Nobel.
 Maroc Climate & Security
Filiale créée en 2014, MCS est le fruit d’une joint-venture signée entre VENTEC Maroc et
Carrier United Technologies.
Ses prestations comprennent :
 Le traitement des demandes particulières et des consultations.
 La saisie des commandes.
 La gestion des réclamations.
 La planification des interventions.
 Le support technique à distance.
2. Présentation du projet
2.1 Descriptif de la problématique
Le projet se déroule dans le pôle d’installation précisément, le service de la prescription,
dans la direction ingénierie et commerciale. L’entité a pour mission, le traitement des appels
d’offres publiques ou privés, grâce à une analyse approfondie des documents. Ainsi, parmi les
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
7
appels d’offres traités, nous trouvons le projet d’un hôtel R+10, qui est une construction
neuve, VENTEC Maroc devra établir une étude des lots suivants : climatisation, ventilation,
chauffage, désenfumage (CVCD) et production d’eau chaude sanitaire (ECS).
2.2 Descriptif du projet
L’hôtel étudié est implanté à Casablanca. Il s’étendra sur une superficie de 527 m², et
comprendra deux sous-sols, un rez-de-chaussée et 10 étages.
Pour l’étude du projet nous avons adopté la répartition suivante :
Etages : Dix étages courants des hébergements contiennent 114 chambres.
Rez-de-chaussée : Contient un café restaurant, salle d’attente, accueil, espace de travail
cuisson électrique et salle polyvalente.
Sous-sol 01 : Contient un parking, local bagagiste et une administration.
Sous-sol 02 : Contient un parking, réfectoire et vestiaire des personnels.
2.3 Objectif du projet
Notre mission au niveau du projet consiste à assurer les tâches suivantes :
 Conception de l’enveloppe du bâtiment selon RTCM.
 Etablissement des bilans thermiques (manuel et avec le logiciel Block Load) de
toutes les zones de l’hôtel.
 Choix et la sélection des équipements du système de climatisation et de chauffage.
 Dimensionnement du réseau de distribution du fluide frigorigène et du réseau
aéraulique.
 Choix et la sélection des équipements du système de ventilation.
 Dimensionnement du réseau aéraulique.
 Calcul des pertes de charges du réseau aéraulique.
 Dimensionnement du système de désenfumage.
 Sélection des équipements du système de désenfumage.
 Dimensionnement et sélection du système de production d’ECS.
2.4 Conduite du projet
Dans le but d’obtenir une solution qui répond aux besoins du projet, une planification
détaillée a été établie. Pour donner suite à cette planification, un diagramme de Gantt
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
8
prévisionnel a été dressé (Figure 1-2). Ce diagramme permet de visualiser dans le temps, les
diverses tâches composant le projet.
Figure 1-2: Diagramme de GANTT prévisionnel
Au fur et à mesure de l’avancement du projet, un diagramme de GANTT réel est établi
avec des écarts par rapport au planning prévisionnel (Figure 1-3). Les tâches effectuées sont
illustrées avec les délais et l’ordre d’exécution.
Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action
9
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons précisé le cadre contextuel de notre projet de fin d’études
après avoir établi la présentation de l’organisme d’accueil. Dans le prochain chapitre, nous
allons élaborer un bilan thermique détaillé sur les différents locaux du l’hôtel afin de
dimensionner les différents systèmes de climatisation et de chauffage conçus par le marché.
Figure 1-3: Diagramme de GANTT réel
10
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
Introduction
Le présent chapitre consistera à concevoir l’enveloppe du bâtiment en respectant la
réglementation thermique de construction au Maroc (RTCM). Ainsi que, l’élaboration du
bilan thermique d’une part manuellement et d’autre part en faisant recours au logiciel Block
Load.
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
11
1. Règlement thermique de construction au Maroc
1.1 Définition
Le Règlement Thermique de Construction au Maroc (RCTM) constitue un document de
base pouvant être incorporé dès aujourd’hui dans les cahiers de charges des projets de
construction, extension ou rénovation des bâtiments. C’est un outil d’aide à l’optimisation
thermique et énergétique de l’enveloppe du bâtiment, intervenant au stade de la conception.
Le règlement thermique, concerne uniquement l’enveloppe des bâtiments et s’intéresse à la
fois au secteur résidentiel et les bâtiments tertiaires (hôtels, bureaux, bâtiments d’éducation et
d’enseignement supérieur et les hôpitaux) [2].
1.2 Objectifs
Le RTCM, vise essentiellement à améliorer les performances thermiques :
 Réduire les besoins de chauffage et de climatisations des bâtiments ;
 Améliorer le confort des bâtiments non climatisés ;
 Réduire la puissance des équipements de chauffage et de climatisation à installer ;
 Inciter les architectes, ingénieurs et maîtres d’œuvre à l’utilisation des approches de
conception thermique performante de l’enveloppe du bâtiment ;
 Mettre à la disposition des maîtres d’ouvrage, décideurs publics et bailleurs de fonds,
un outil permettant d’améliorer la productivité de leurs investissements ;
 Aider à la réalisation de diagnostics énergétiques des bâtiments existants[2].
1.3 Définition des spécifications techniques minimales de performance thermique des
bâtiments
Le RTCM fixe pour les composantes de l’enveloppe du bâtiment des critères de
performance dont les niveaux retenus conduiront à réduire les besoins de chauffage et de
climatisation. Pour les bâtiments non climatisés, ils réduiront les périodes d’inconfort
thermique. Les spécifications techniques minimales des performances thermiques peuvent
être exprimées, pour chaque zone climatique et chaque type de bâtiment, de deux
manières [2]:
 Approche globale dite performantielle
Les spécifications sont exprimées en termes d’exigences minimales en besoins spécifiques
annuels de chauffage et de climatisation (Tableau 2-1), par rapport à des températures
intérieures de référence (20 °C pour le chauffage et 26 °C pour la climatisation) Toutefois, la
vérification de ces spécifications nécessite le recours à un outil de simulation [2].
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
12
Tableau 2-1: Besoins spécifiques thermiques annuels de chauffage et de climatisation en kWh/m²/an
Zones Ecoles Administrations Hôpitaux Hôtels
Agadir Z1 44 45 72 48
Tanger Z2 50 49 73 52
Fès Z3 61 49 68 66
Ifrane Z4 80 35 47 34
Marrakech Z5 65 56 92 88
Errachidia Z6 67 58 93 88
 Approche simplifiée dite prescriptive
Les caractéristiques thermiques des parois de l’enveloppe d’un bâtiment, correspondent
aux coefficients de transmission thermique des toitures, des murs extérieurs, des planchers et
des baies vitrées, ainsi qu’au facteur solaire équivalent des baies vitrées, et à la résistance
thermique des planchers sur sol plein [2].
2. Bilan thermique en été
2.1 Généralité
L’établissement du bilan thermique est une étape indispensable, qui consiste à répertorier
toutes les sources de perturbation, influençant l’ambiance d’un local donné en température et
humidité et les classer selon leurs natures (sensibles ou latentes). Le calcul du bilan thermique
de climatisation, permet de déterminer la puissance de l’installation qui pourra répondre aux
critères demandés. Ce calcul s’effectuera à partir des gains réels, c’est-à-dire au moment où
les apports calorifiques atteignent leur maximum dans le local. Nous distinguons :
 Les gains internes : Ce sont les dégagements de chaleur sensibles ou latents ayant leurs
sources à l’intérieur du local (occupants, éclairage et autres équipements).
 Les gains externes : Ce sont les apports de chaleur sensible dus à l’ensoleillement et à la
conduction à travers les parois extérieures et les toits et aux infiltrations d’air extérieur.
Avant de commencer le calcul du bilan thermique, il est nécessaire de connaître tous les
facteurs qui pourront affecter l’évaluation pour avoir une installation plus économique.
Nous citons ci-dessous quelques principaux éléments à prendre en considération :
 Orientation du local et situation géographique (latitude, longitude).
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
13
 Dimensions du local : Longueur, largeur, hauteur sous plafond.
 Matériaux de construction : Nature des matériaux, épaisseur des parois, etc.
 Emplacement et dimensions de vitrage (type de vitrage, épaisseurs des composants).
 Eclairage et équipements électriques (type, puissance).
 Occupants (nombre, type d’activité).
2.2 Charges dues à l’environnement extérieur
 Charges thermiques par transmission à travers les parois et les vitrages
Les charges par transmission des parois sont dues à la transmission de la chaleur sensible
vers le local à travers les différentes parois (murs extérieurs, plafonds, planchers, cloisons,
ouvrants, etc.). Elles se calculent par la relation suivante [3]:
Avec
Qtr : Flux de chaleur par transmission à travers les parois (W).
U: Coefficient de transmission thermique (W/m².K).
𝑆 : Surface nette de la paroi considérée (m²).
Δθ : Différence de températures entre les deux faces de la paroi considérée (°C ou K). Le
tableau 2-2 indique les différentes formules pour calculer Δθ pour chaque type de parois[4].
Tableau 2-2: Différence de température entre les différentes faces des parois
Types de parois ∆θ (°C)
Murs extérieurs ensoleillés ∆θ θe-θi
Murs en contact avec les locaux non conditionnés ∆θ θe-θi-3
Plafond sous comble ventilé ∆θ θe-θi+3
Plafond sous comble non ventilé ∆θ θe-θi+12
Plancher sur terre pleine ∆θ 20-θi
Mur en contact avec la cuisine ∆θ θe-θi+18
Le coefficient de transmission U est généralement calculé par la formule suivante [4]:




 S
U
Qtr
(2.1)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
14
Avec
ei: Epaisseur d’une couche de la paroi (m).
λi : Conductivité thermique par conduction en (W/m.K).
hi et he : Coefficients d’échanges convectifs interne et externe de la paroi en (W/m².K).
Le tableau suivant illustre les valeurs conventionnelles des coefficients d’échanges
thermiques selon le type de paroi [4].
Tableau 2-3: Coefficient d’échanges thermiques superficiels
Parois en contact avec
l’extérieur
Parois en contact avec un autre
local, un comble ou un vide
sanitaire
Parois
vitrées
Murs Plafonds Planchers Murs Plafonds Planchers
he 16,7 20 20 9 20 5,9 16,7
hi 9 11,1 5,9 9 20 5,9 9
 Charges dues au rayonnement solaire à travers les parois [QRm]
Les apports par ensoleillement à travers les parois dépendent de la situation géographique,
du moment considéré (heure, mois), et enfin de son orientation. Elles sont calculées par la
formule suivante [3]:
Avec
QRm : Flux de chaleur par rayonnement à travers les parois (W).
A: Coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement. Il dépend de la couleur et de
la nature du mur ou de type de vitrage (Tableau A.1-Annexe A).
F: Facteur de rayonnement solaire. Il indique la part de chaleur absorbée par la surface et
transmise à travers le mur du local (Figure A.1-Annexe A).
e
i
i
i h
e
h
U
1
1
1





(2.2)
m
Rm I
F
S
A
Q 


 (2.3)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
15
Im: Rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur en (W/m²). Il dépend de l’orientation
du mur et de l’heure pour laquelle le calcul a été effectué et également de l’altitude sous
laquelle le local se trouve.
L’heure d’apport solaire maximal est déterminée à l’aide de la figure d’orientation (Figure
A.2-Annexe A) et du (Tableau A.2-Annexe A).
 Charges dues à la chaleur provenant du rayonnement solaire sur les vitrages [QRv]
Les apports par ensoleillement à travers les vitres sont donnés par la relation suivante [3]:
v
Rv I
g
S
A
Q 


 (2.4)
Avec
QRv : Flux de chaleur par rayonnement sur les vitrages (W).
g : Facteur de réduction est en fonction du mode de protection de la fenêtre contre le
rayonnement solaire. Il est défini d’après le Tableau A.3 –Annexe A.
Iv : Intensité du rayonnement solaire sur les vitrages (W/m²), donnée par la même figure
(Figure A.3 –Annexe A) dans la colonne «v».
 Charges par renouvellement d’air et infiltration [ QRa]
Pour des besoins physiologiques de l'organisme humain, il faut fournir une certaine
quantité d'air neuf aux occupants du local à climatiser. Cet apport d'air neuf engendre des
charges supplémentaires en chaleur latente et sensible Erreur ! Source du renvoi
ntrouvable..
 Gains sensibles par renouvellement d’air [3]:
)
(
34
,
0 i
e
v
sr T
T
q
Q 

 (2.5)
 Gains latents par renouvellement d’air [3]:
Avec
Qsr : Gains sensibles par renouvellement d’air (W).
Qlr : Gains latents par renouvellement d’air (W).
)
(
84
,
0 i
e
v
lr w
w
q
Q 

 (2.6)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
16
qv : Débit d’air extérieur de renouvellement (m3
/h).
Te : Température extérieure de base (°C).
Ti : Température intérieure de base (°C).
we : Teneur en eau de l’air extérieur (g/kg air sec).
wi: Teneur en eau de l’air intérieur (g/kg air sec).
Si la ventilation est naturelle, nous pouvons considérer que le renouvellement d’air est égal
à un volume de la pièce par heure (1vol/h). Le (Tableau A.4 -Annexe A) illustre les différentes
valeurs en fonction du type du local. Par contre, si la ventilation est mécanique, nous
révélerons sa valeur d’après les normes.
- Charge par renouvellement d’air [3] :
2.3 Charges dues à l’environnement intérieur
Les gains ayant leur source à l’extérieur varient beaucoup avec les conditions
atmosphériques, l’heure et le mois. Par contre, les gains ayant leur source à l’intérieur sont
beaucoup plus constants (Occupants ; Éclairage ; Appareils électriques ; Appareils de gaz ;
Evaporation d’eau, etc.)
 Charges par occupants [Qoc]
L’homme peut être assimilé à un générateur thermique dont :
o Une partie de l’énergie produite est utilisée pour maintenir constante la température
intérieure du corps.
o L’autre partie devra être dissipée dans le milieu ambiant sous forme de chaleur.
Les apports dus aux occupants varient selon l’activité et les conditions intérieures.
Le corps humain dégage de la chaleur latente sous forme de vapeur d’eau et de la chaleur
sensible.
Nous distinguons deux sortes de gains générés par les occupants :
 Apports par chaleur sensible [3]:
lr
sr
Ra Q
Q
Q 
 (2.7)
N
A
Q s
os 
 (2.8)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
17
 Apports par chaleur latente [3] :
Avec
Qos: Apports de chaleur sensible par occupant (W).
As: Chaleur sensible dégagée par un occupant (Tableau A.5- Annexe A).
Qol : Apports de chaleur latente par occupant (W).
Al : Chaleur latente dégagée par un occupant (Tableau A.5- Annexe A).
N: Nombre d’occupants.
- Charges par occupants [3] :
 Charges dues aux éclairages [Qéc]
Les luminaires utilisés dégagent de la chaleur qui est transmise au local par rayonnement et
par convection. La quantité de chaleur dégagée par les luminaires dépend essentiellement du
type de luminaire utilisé et de sa puissance nominale.
Les apports sensibles par l’éclairage sont donnés par [3]:
Avec
Qéc : Charges dues aux éclairages (W).
Péc : Puissance d’éclairage (W/m²).
Les valeurs des puissances d’éclairage par type de local, sont indiquées dans le Tableau
A.6- Annexe A.
 Charges dues aux machines et appareillages [Qeq]
Les appareils électriques, à gaz ou à vapeur émettent une certaine quantité de chaleur dans
l’ambiance. Les apports par équipements sont donnés par la relation suivante [3]:
N
A
Q l
ol 
 (2.9)
ol
os
oc Q
Q
Q 
 (2.10)
S
P
Q éc
éc 
 (2.11)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
18
Avec
Qeq : Apports par équipements (W).
: Puissance dégagée par chaque appareil i (W) (Tableau A.7-Annexe A).
3. Conception de l’enveloppe
3.1 Caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe
Le règlement thermique proposé cible de manière spécifique les quatre grandes branches
du secteur tertiaires à savoir [2]:
o Les bâtiments administratifs.
o Les établissements scolaires.
o Les bâtiments hospitaliers.
o Les établissements hôteliers.
Nous nous intéressons aux spécifications techniques prescriptives qui sont exprimées de la
même manière pour l’ensemble du secteur tertiaire. Ces spécifications se présentent en
fonction des zones, comme indiqué dans le (Tableau B.1 – Annexe B).
Pour identifier les caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe, il faut définir le
zonage climatique et calculer le taux global des baies vitrées (TGBV) :
 En définitive, la carte du zonage final comprend six zones climatiques. D’après la
(Figure B.1 –Annexe B), notre projet est situé dans la zone climatique 1.
 Calcul du TGBV :
Le TGBV des espaces chauffés et/ou refroidis d’un bâtiment est défini par le rapport entre
la surface totale de leurs baies vitrées et la surface totale brute de l’ensemble de leurs murs
extérieurs [2]:
Ainsi, pour une surface des baies vitrées S= 472,34 m² et une surface des murs extérieurs
S=2128 m². L’indice TGBV est de 22,192%.

 i
eq P
Q (2.12)
TGBV
surfaces des baies vitrées des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou refroidis
surfaces brutes des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou refroidis
(2.13)
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
19
3.2 Matériaux de construction et vitrages
 Isolation thermique
Le principe de l’isolation thermique désigne l’ensemble des méthodes employées afin de
limiter les transferts de chaleur entre deux milieux ayant des températures différentes.
L’isolation thermique est un volet important dans l’efficacité énergétique des bâtiments. Elle
permet de réduire les coûts énergétiques tout en améliorant les conditions de confort.
Le produit isolant doit être choisi en fonction de la paroi du bâtiment comme indiqué dans
le tableau suivant :
Tableau 2-4: Choix des isolants en fonction de la paroi [5]
Types d’isolants Murs Cloisons Plafonds Toitures et planchers bas
Laine de verre Oui Oui Oui Non
Laine de roche Oui Oui Oui Oui
Polystyrène expansé (PSE) Oui Oui Non Non
Polystyrène extrudé (XPS) Non Oui Non Oui
Polyuréthane Oui Non Non Oui
Laine de chanvre Oui Oui Oui Non
Perlite Non Non Non Oui
Liège expansé Oui Oui Oui Oui
Un bon isolant thermique se caractérise par :
 Le coefficient de conductivité thermique ( ), qui détermine le caractère conducteur
de l’isolant, c’est-à-dire la facilité avec laquelle il conduit la chaleur.
 L’épaisseur (e) de l’isolant joue également un rôle dans la performance de l’isolation.
En effet, pour une même conductivité thermique, l’isolant le plus épais permettra une
meilleure isolation.
 La densité de l’isolant s’inscrit aussi comme un critère de choix important. En effet,
elle est déterminante pour retarder la pénétration de la chaleur dans le logement en
été.
 Pour finir, une bonne isolation est difficilement inflammable et protège des nuisances
sonores extérieures [5].
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
20
 Composition des parois, vitrages et portes
- Pour les murs extérieurs et les planchers bas, nous avons choisi le polyuréthane pur à
cause de sa faible conductivité thermique (Résistivité thermique fort).
- Pour les planchers hauts, la laine de roche est un excellent isolant contre le froid et le
bruit.
- Pour les murs intérieurs, nous avons choisi comme isolant le polystyrène expansé qui
est un isolant synthétique à faible coût.
Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques de la composition des parois
correspondent au mode ordinaire de construction marocain aves les isolants choisis d’après
la comparaison des différents produits qui existent dans le marché (Tableau B.2 –Annexe B).
Tableau 2-5: Compositions et caractéristiques des parois
Murs Matériaux d'isolation
Epaisseur
(e) en cm
Conductivité
thermique en ( ) en
W/m.K
Mur
extérieur
Enduit au ciment 1 1,15
Brique à 6 trous 7 0,184
lame d'air 10 1
Isolant (Polyuréthane) 10 0,03
Brique à 6 trous 7 0,184
Enduit au ciment 1 1,15
Plancher
bas
Carrelage céramique 2 1,705
Béton lourd 5 1,75
Hourdis de 6 en béton 20 0,539
Isolant (polyuréthane) 10 0,03
Enduit au ciment 1 1,15
Plancher
haut
Carrelage céramique 2 1,705
Isolant (laine de roche) 6 0,034
Béton lourd 20 1,75
Mur
intérieur
Enduit au ciment 1 1,15
Brique à 6 trous 7 0,184
Isolant (Polystyrène Expansé) 8 0,05
Enduit au ciment 1 1,15
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
21
 Coefficients global de transmission de chaleur
Les tableaux ci-dessous regroupent les résultats du calcul des coefficients global de la
transmission de chaleur pour les parois, portes et fenêtres.
Tableau 2-6: Coefficient de transmission de chaleur en fonction de la paroi
Parois Coefficients global de la transmission
de chaleur U en (W/m².K)
Mur extérieur 0,228
Plancher bas 0,244
Plancher haut 0,492
Mur intérieur 0,45
Tableau 2-7: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de porte [4]
Nature de la
menuiserie
Portes
donnant sur
Type de portes U (W/m².K)
Portes simples en
bois
Le cloison Porte opaque pleine 3
Portes simples en
métal
L’extérieur
Porte équipée de vitrage
double à surface vitrage
S< à 30%
5,5
Portes simples en
métal
L’extérieur Porte opaque 5,8
Tableau 2-8: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de fenêtre [4]
Type de Fenêtre Type de vitrage U (W/m².K)
Fenêtre Battante en bois vitrage simple 4,95
Porte
Fenêtre
Coulissante en
métal
vitrage double avec une lame
d'air de 6cm d’épaisseur
4,2
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
22
3.3 Comparaison des caractéristiques techniques par rapport au RTCM
Les caractéristiques thermiques maximales exigées de l’enveloppe sont présentées dans le
tableau suivant [2]:
Tableau 2-9: Comparaison des caractéristiques techniques suivant le règlement thermique marocain
Caractéristiques
techniques
Taux des
baies vitrées
TGBV en (%)
U des
toitures
exposées
(W/m².K)
U des murs
extérieurs
(W/m².K)
U des
vitrages
(W/m².K)
Zone climatique 1
(Référence. Agadir)
16-25 ≤0,65 ≤1,2 ≤5,8
Cas étudié 22,192 0,492 0,228 4,95 et 4,2
Le taux des baies vitrées calculé est entre 16 et 25%. En comparant les spécifications
techniques limites réglementaires aux valeurs calculées. Nous trouverons que celles calculées
sont plus faibles ce qui montre la performance énergétique de l’enveloppe du bâtiment.
4. Bilan thermique manuel
4.1 Situation géographique et météorologique du site
Déterminer les conditions de températures et d’hygrométries de l’environnement intérieur
et extérieur et les coordonnées géographiques du site, constitue le point de départ d’un projet
de climatisation : Ces conditions sont précisées dans le cahier de charges et les documents
ressources de la météorologie.
 Situation géographique
Le site du projet présente les propriétés suivantes [2] :
-Localisation : Casablanca
-Latitude : -7,67°.
-Longitude : 33,57°.
-Altitude : 57m.
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
23
 Condition intérieure
Les conditions intérieures de calcul seront conformes aux dispositions de la norme
marocaine NM ISO7730. Dans le cas général nous nous référons aux conditions prescrites
dans le tableau suivant [2]:
Tableau 2-10: Conditions intérieures du calcul : Humidité et température sèche
 Condition extérieure
Elles dépendent de la saison et du lieu où est implanté le local à climatiser. Les données
météorologiques ont permis de fixer les températures sèches et les hygrométries. Elles
représentent la moyenne des valeurs maximales enregistrées. Elles conduisent au calcul des
charges maximales.
Le tableau suivant résume les données climatiques à Casablanca [2]:
Tableau 2-11: Conditions extérieures du calcul : Humidité et température
4.2 Résultats du bilan thermique manuel
Le tableau suivant résume les résultats de calcul du bilan thermique pour chaque étage du
l’hôtel, effectué sur la base des formules précédentes. La charge thermique totale obtenue est
aussi mentionnée. Le bilan thermique détaillé pour chaque zone est fourni en Tableau C.1 -
Annexe C.
Période
Température
sèche (°C)
Humidité
relative (%)
Humidité absolue
(Kg/Kg)
Eté 26 60 0,015
Hiver 20 55 0,01
Période
Température
humide (°C)
Température
sèche (°C)
Humidité
relative (%)
Humidité
absolue (Kg/Kg)
Eté 32 27,2 40 0,014
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
24
Tableau 2-12: Résultat du bilan thermique Manuel
La charge thermique globale obtenue par la méthode d’Airwell est : 307,48kW.
La figure (en Camembert) suivante illustre la répartition des charges thermiques du notre
projet.
Etage
Charges internes Charges externes
Total
en
(kW)
Qoc
(kW)
Qéc
(kW)
Qeq
(kW)
QRa
(kW)
QRm
(kW)
QRv
(kW)
Qtrm
(kW)
Qtrv
(kW)
1er
SS 1,01 0,31 3,03 0,29 0 0 21,98 0 4,67
RDC 12,86 4,00 10,69 6,12 0,72 2,09 0,28 1,78 38,55
1 1,53 2,01 16,90 0,81 0,49 4,82 0,59 2,27 29,41
2 1,53 2,01 16,90 0,81 0,49 4,82 0,59 2,27 29,41
3 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59
4 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59
5 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59
6 1,43 1,85 15,60 0,75 0,43 4,82 0,53 2,14 27,55
7 1,33 1,80 14,30 0,73 0,39 3,84 0,52 2,01 24,91
8 1,33 1,70 14,30 0,73 0,32 3,84 0,50 2,02 24,72
9 1,22 1,62 11,70 0,65 0,40 4,52 0,44 1,82 22,37
10 1,12 1,56 11,70 0,63 0,42 4,52 1,37 1,81 23,12
Total 27,65 22,46 161,93 13,77 4,95 47,71 6,48 22,54 307,48
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
25
Figure 2-1: Répartition des charges thermiques
Cette figure nous montre que les charges dues aux machines et appareillages prennent la
moitié de la totalité des charges avec un pourcentage de 53%. Par la suite, nous remarquons
que les charges dues au rayonnement solaire sont de 16%. Ceci montre la grande influence de
la quantité de chaleur libérée par les équipements.
5. Modélisation sur logiciels
5.1 Calcul des charges thermiques par le logiciel Block Load
 Présentation du Logiciel Block Load
Block Load, développé par Carrier est un progiciel de calcul des charges été/hiver pour les
bâtiments tertiaires. Simple ou multiple zones peuvent être facilement calculées. Ce progiciel
utilise la méthode des facteurs de réponse pour calculer les charges. Cette méthode est
approuvée par American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers
(ASHRAE) comme méthode adaptée pour le calcul des charges horaires [6]. Les zones
(espaces ou locaux) sont décrites sous forme d'onglets :
 Pour les données météorologiques.
 Pour les données générales de la zone, l'éclairage et les autres apports électriques.
 Pour l'activité, les autres apports sensibles et latents et la ventilation.
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
26
 Pour les coefficients U des parois et vitrages, les facteurs solaires, les protections
solaires.
5.2 Résultat du bilan thermique par Block Load
Nous insérons toutes les données requises et les caractéristiques du l’hôtel entier dans le
progiciel Block Load.
Le tableau suivant présente les besoins totaux en climatisation et en chauffage de chaque
étage de l’hôtel (les besoins de chaque zone de l’hôtel sont présentés dans l’Annexe C-
Tableau C.2) :
Tableau 2-13: Puissances frigorifiques et calorifiques par Block Load
Local PFs (kW) PFl (kW) PF (kW) Pc (kW)
1er
Sous-sol 4,215 1,052 5,267 1,045
RDC 34,358 14,096 48,454 19,550
1er
étage 27,868 2,227 30,095 6,217
2ème
étage 27,868 2,227 30,095 6,217
3ème
étage 26,091 1,991 28,082 5,883
4ème
étage 26,091 1,991 28,082 5,883
5ème
étage 26,091 1,991 28,082 5,883
6ème
étage 26,075 1,991 28,066 5,878
7ème
étage 23,990 1,855 25,845 5,573
8ème
étage 23,902 1,854 25,756 5,558
9ème
étage 20,939 1,720 22,659 5,242
10ème
étage 22,081 1,561 21,572 6,648
Total 289,569 34,556 322,055 79,577
Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique
27
Les puissances frigorifiques et calorifiques à installer dans les systèmes de climatisation et
de chauffage sont respectivement égales à 322,055 kW et 79,577 kW.
Les rapports de ces résultats généraux par Block Load sont présentés dans l'annexe C.
5.3 Validation par le logiciel Block Load
Afin de valider le calcul des charges thermiques manuellement, nous devons faire, en
premier lieu une comparaison des résultats manuels du local traité par rapport aux résultats du
progiciel, la variation entre les deux résultats ne doit pas dépasser 10 %.
Le tableau suivant résume cette comparaison :
Tableau 2-14: Comparaison des résultats des bilans thermiques
Bilan
Charge de
climatisation (kW)
Erreur (%)
Logiciel Block Load 322,06 4,74
Bilan Manuel 307,484
Interprétation :
Quoique les deux méthodes de calcul du bilan thermique soient différentes Airwell (Bilan
manuel), Carrier (Bilan par Block Load). Les résultats calculés manuellement sont proches de
ceux calculés par le logiciel Block Load avec une erreur relative assez faible, malgré plusieurs
facteurs qui différencient les deux. Afin d’obtenir des résultats qui tient compte des deux
méthodes. Les résultats du bilan thermique par la suite représenteront la moyenne des deux
résultats.
Conclusion
Ce chapitre était consacré au choix de la composition performante de l’enveloppe afin de
minimiser la consommation des systèmes actifs à installer, suivi par l’établissement du bilan
thermique pour l’ensemble des locaux. Les résultats de ce bilan seront la base de
dimensionnement des systèmes de climatisation/chauffage qui vont assurer le confort
hygiénique et thermique des individus des différents locaux. Le choix, la sélection et le
dimensionnement des conduites des systèmes de climatisation, ventilation et désenfumage
feront l’objet du chapitre suivant.
28
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et
désenfumage
Introduction
La réalisation d’un projet s’inscrivant dans le cadre de climatisation, la ventilation, le
chauffage et le désenfumage requiert une connaissance pointue des différents systèmes, afin
de trouver un compromis entre le confort thermique des occupants et une consommation
optimale des équipements. Ce chapitre sera dédié d’une part, à une étude bibliographique
englobant des généralités théoriques, en décrivant les principes de fonctionnement des
systèmes et en présentant les domaines d’application. D’autre part, nous allons effectuer la
sélection des équipements à l’aide du logiciel de sélection et à partir du catalogue de
constructeurs.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
29
1. Etude bibliographique
1.1 Système de climatisation
1.1.1 Type des unités intérieures du système de climatisation
Le traitement de l’air utilise plusieurs technologies qui peuvent être classées selon le mode
d’apport de l’air neuf, mode de distribution de l’air, medium de transfert des calories et des
frigories, le matériel utilisé, etc..
Tous les systèmes de climatisation sont composés d’une unité extérieure ou groupe
extérieur et au minimum une unité intérieure qui peut être :
Murale : Se fixe au mur souffrant ainsi d’aucune contrainte de perte d’espace dans la
pièce.
Console : Fonctionne avec une unité intérieure qui est impérativement, par soucis
technique du bâtiment, posée au sol ou en bas de mur ou sous une fenêtre.
Plafonnier : Accrochée au plafond ou juste sous le plafond.
Cassette encastrable : Peut-être encastrable pour l’insertion dans un faux plafond ou en
l’absence de ce dernier et dont l’air est diffusé en soufflant en horizontale.
Gainable : Placé dans les faux plafonds. Ce système permet de faire circuler l’air dans
des gaines de circulation et de le diffuser dans les différentes pièces par l’intermédiaire
de grilles de soufflage [7].
1.1.2 Classification des systèmes de climatisation
Selon le médium de transfert des calories, nous distinguons les systèmes à détente directe
et les systèmes à détente indirecte.
 Systèmes à détente directe
La climatisation à détente directe utilise directement le fluide comme fluide caloporteur,
pour évacuer les calories vers l’extérieur et les transmettre à l'intérieur des pièces à climatiser.
Cette famille regroupe plusieurs appareils :
o Split-system
Ce système de climatisation est composé de deux unités distinctes, l’une située à
l’extérieur (comprenant le compresseur et le condenseur), d’un bâtiment servant à évacuer
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
30
l’air chaud et l’autre à l’intérieur (comprenant le détendeur et l’évaporateur) du bâtiment pour
refroidir l’air.
Ces deux unités sont reliées par une canalisation dans laquelle circule le fluide frigorigène.
Ce système, peut être réversible, c’est à dire produire également de la chaleur afin de
remplacer un système de chauffage classique. Ils sont conçus pour la climatisation de petites
et moyennes surfaces comme les habitats, les bureaux, les petits commerces, etc. Son
avantage principal est son prix économique et son utilisation de confort pour des zones où le
besoin de climatisation est impératif.
 Mono-split : Dispose d’une seule unité intérieure pour une unité extérieure.
 Multi-split : Associe une unité extérieure et plusieurs unités intérieures (jusqu’à 6
pièces) [8].
o Armoire de climatisation
Une armoire de climatisation constitue en quelque sorte un "caisson de traitement d'air
vertical". Elle s'installe généralement et directement dans la pièce à climatiser où il faut
assurer à la fois le contrôle de la température et de l’hygrométrie de l’air avec des tolérances
précises. Cette armoire métallique verticale peut regrouper tous les éléments nécessaires au
traitement : un filtre, une batterie froide, une batterie chaude (électrique ou à eau), un
humidificateur et un ventilateur centrifuge. Parmi les applications des armoires de
climatisation, nous trouvons : Les centres technologiques, les musées et les centres de
télécommunications[9].
o Système de type VRV
Le VRV (Volume de réfrigérant variable) est un système de conditionnement d’air
polyvalent. Le principe consiste à faire varier le débit de fluide frigorigène en circulation en
fonction des charges thermiques du local. Il permet d’alimenter à la fois plusieurs unités
intérieures (jusqu’aux 64 unités), de puissances différentes, en assurant l’indépendance totale
en matière de mode est les consignes d’utilisation. La distance entre l’unité extérieure et les
différentes unités intérieures peut atteindre jusqu’à 100 m de longueur de canalisation
frigorifique, avec une dénivellation de 40 m.
Le système VRV peut être installé dans de nombreuses applications comme les centres
commerciaux, les immeubles de bureaux, les hôtels, les hôpitaux, etc.
Nous distinguons deux types de systèmes :
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
31
 Systèmes VRV à deux tubes : Toutes les unités intérieures sont raccordées à un même
groupe extérieur qui fonctionne soit en chauffage soit en froid.
 Systèmes DRV à 3 tubes (à récupération d’énergie) : Le choix de mode s’effectue
indépendamment au niveau de chaque unité intérieure grâce à un boitier installé en
amont, qui permet de gérer l’unité intérieure en répondant au besoin de l’utilisateur quel
que soit le mode de fonctionnement du reste [8].
o Système monobloc ou roof-top
Ce système est compacte, autonome et destiné à être placé en toiture du local à climatiser.
Le roof-top souffle directement l’air climatisé dans un réseau de gaines qui le distribue à une
température convenable.
Ce système est le plus souvent utilisé dans les installations industrielles, centres
commerciaux, grandes surfaces alimentaires, distribution spécialisée, entrepôts, cinémas,
stations-service et les lieux de passage à très fort potentiel de fréquentation[9].
 Système à détente indirecte ou à eau
Le système dit à « eau » est un mode de production de froid ou de chaud, qui utilise l’eau
pour transporter les frigories/calories vers les unités intérieures depuis un groupe frigorifique.
Cette famille regroupe plusieurs appareils :
o Pompe à chaleur (PAC)
La pompe à chaleur permet de chauffer un logement grâce aux calories contenues dans
l’environnement extérieur ; la terre, l’eau, ou l’air qui nous entoure. Elle est surtout utilisée en
tant que solution dans les bâtiments à usages industriels, de bureaux ou publics, les centres
sportifs, habitations de plusieurs étages, etc [9].
o Groupe eau glacée
Le système dit à « Eau glacée » est un mode de production de froid qui utilise l’eau pour
diffuser le froid vers les unités intérieures depuis un groupe frigorifique. Le groupe d’eau
glacée est très utilisé dans les administrations, les hôpitaux, le commerce et le résidentiel
collectif [7].
o Ventilo-Convecteur
Le ventilo-convecteur est une unité de climatisation ou de chauffage destinée à souffler de
l’air dans une pièce afin d’apporter la quantité nécessaire en calories ou frigories. L’air repris
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
32
dans la pièce est filtré puis il traverse un ou deux échangeurs avant d’être pulsé par un
ventilateur dans la pièce [9].
o Centrale de traitement d’air (CTA)
Une centrale de traitement d’air est un élément technique dédié au chauffage, au
rafraîchissement, à l'humidification ou à la déshumidification des locaux tertiaires ou
industriels. C'est un système tout air à débit constant ou variable, qui modifie les conditions
thermiques de l’air.
Il existe deux types de centrales de traitement d'air :
 La CTA simple flux, ne traite qu’un seul flux d’air en extraction d’air vicié, en
recyclage ou en soufflage d’air neuf. Elle est soit tout air neuf, soit tout air repris ou
encore en mélange des deux flux.
 La CTA double flux, elle permet toutes les combinaisons possibles entre la reprise
d'air, l'air neuf, l'air rejeté et l'air traité suivant la configuration.
Ce système est particulièrement bien adapté au chauffage et au rafraichissement des grands
volumes dans lesquels nous voulons maintenir de très bonnes conditions de température, en
été comme en hiver, tels que : Les salles polyvalentes à dominance culturelle ou sportive, les
supermarchés, les hôpitaux et blocs opératoires, les halls de stockage pour des produits
alimentaires ou les matières premières et les salles blanches [8].
1.2 Système de ventilation
1.2.1 Rôle de la ventilation
La ventilation est essentielle car elle permet le renouvellement et l'assainissement de l'air
intérieur d'un local ou d'une construction. Le but est d'apporter suffisamment d'air frais ou
d'air neuf hygiénique (oxygène) indispensable à notre respiration et à une bonne combustion
des carburants utilisés dans le local pour le chauffage ou la cuisine, et évacuer l’air vicié. Il est
nécessaire alors de ventiler tout logement en toute saison pour :
 Le confort : L’air saturé ambiant provoque une impression de moiteur pour les
occupants et les odeurs doivent être éliminées.
 L’hygiène : L’humidité de l’air peut provoquer une prolifération de germes microbiens
en suspension dans l’air.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
33
 L’esthétique : L’humidité de l’air se dépose sur les parois froides et provoque des
dégradations importantes : Moisissures et salissures, mais également le décollement des
parements, le gonflement des enduits et les pourrissements des bois.
1.2.2 Principe de la ventilation
Tout système de ventilation doit comporter:
 Des entrées d’air dans toutes les pièces principales (chambre, bureau, etc.), réalisées
par des orifices en façades, des conduits à fonctionnement naturel ou des dispositifs
mécaniques.
Les entrées d’air sont sous forme :
- Grilles fixes : Section de passage de l’air est fixe.
- Grilles auto réglables : Maintien automatique du débit d’air quelle que soit la
différence de pression.
- Grilles hygroréglables : Variation automatique du débit d’air en fonction de
l’humidité de l’air du local.
 Des sorties d’air vicié dans les pièces de service (cuisine, salle de bain, WC, etc.)
réalisées par des conduits verticaux à tirage naturel ou des dispositifs mécaniques.
Les sorties d’air sont sous forme:
- Bouches à réglage fixe : Débit réglable manuellement par l’occupant, mais un débit
d’air d’extraction minimal est toujours assuré.
- Bouches auto réglables : Maintien automatique du débit d’air, quelle que soit la
différence de pression.
- Bouches hygroréglables : Variation automatique du débit d’air en fonction de
l’humidité de l’air du local.
 Des communications entre les pièces principales et les pièces de services réalisées par
des passages dans ou sous les portes, de manière à assurer une circulation libre de
l’air [10].
1.2.3 Types de systèmes de ventilation
Il existe différents systèmes de ventilation :
 Ventilation naturelle
Dans la ventilation naturelle, aucun ventilateur n'intervient. L'air se déplace grâce aux
différences de pression dues au vent qui existent entre les façades du bâtiment et grâce à la
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
34
différence de masse volumique en fonction de sa température. La circulation de l'air est donc
totalement naturelle.
Des amenées d'air (grilles réglables, vasistas) doivent être disposées en façade pour les
locaux dits "propres ou secs" (bureaux, séjours, etc.). Des ouvertures de transfert (détalonnage
des portes ou grilles) permettent le passage de l'air vers les locaux dits "humides" ou "viciés"
(sanitaires, cuisine, etc.), d’où l’air est évacué grâce à des conduits verticaux débouchant en
toiture. La difficulté de ce système est de bien contrôler les débits d’air qui risquent d’être
trop élevés en hiver et pas assez en été. Le choix des grilles et du débouché de toiture est
essentiel [11].
 Ventilation mécanique
Les systèmes de ventilation mécanique contrôlée (VMC) reposent uniquement sur des
appareils mécaniques (généralement des ventilateurs) qui peuvent être centralisés dans des
locaux techniques, toiture-terrasse ou des combles (caissons de ventilation, centrales de
traitement d’air, etc.) ou décentralisés dans les locaux à ventiler (ventilateurs terminaux,
cassettes, etc.). Pour ce système nous distinguons deux types :
 La ventilation mécanique contrôlée simple flux : C’est lorsque soit l'amenée d'air
(pulsion), soit l'évacuation d'air (extraction) est réalisée grâce à un ventilateur.
 La ventilation mécanique contrôlée double flux : Les amenées d’air et les extractions
sont mécanisées. Le système le plus répandu consiste à avoir un ventilateur/extracteur
centralisé d’où partent des tuyaux d’air vers les différents locaux de la maison. De plus,
un échangeur de chaleur permet à l’air qui sort de réchauffer l’air qui entre. Ce système
est couteux, encombrant mais très maitrisable et peu gourmand en énergie [12].
1.3 Désenfumage
1.3.1 Généralité
L’incendie dans un établissement génère des fumées chaudes, opaques et dangereuses qui
s’accumulent en partie haute des bâtiments et descendent en peu de temps au niveau des
personnes.
Pour permettre leur évacuation, limiter la propagation du feu et favoriser l’intervention des
secours, la mise en place des systèmes de désenfumage est nécessaire. Elle doit être précédée
d’une évaluation du risque tenant compte de l’activité du potentiel calorifique et de la
géométrie des bâtiments.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
35
1.3.2 Méthodes de désenfumages
Les quatre types de méthodes correspondent aux combinaisons entre amenée d’air
naturelle ou mécanique et extraction naturelle ou mécanique :
 Le désenfumage naturel/naturel est le plus fréquemment rencontré et utilise le principe
du balayage.
 Le désenfumage mécanique/naturel s’appuie essentiellement sur la hiérarchisation des
pressions.
 Le désenfumage naturel/mécanique est surtout adapté aux bâtiments à plusieurs
niveaux.
 Le désenfumage mécanique/mécanique reste le seul quand il y a impossibilité de mettre
en œuvre arrivée et extraction naturelle (locaux de faible hauteur, parkings souterrains,
locaux en sous-sol, etc.) [13].
1.3.3 Désenfumage naturel
Le désenfumage par balayage naturel consiste à extraire l’air pollué par des produits de
combustion. Dans ce cas, les gaz chauds s’élèvent par effet de cheminée et s’évacuent
naturellement par des ouvrants.
- Les évacuations de fumée sont réalisées par des ouvrants en façade, des exutoires ou des
bouches raccordées à un réseau.
- Les amenées d'air sont réalisées par des ouvrants en façade, les portes des locaux à
désenfumer donnant sur l'extérieur ou sur des locaux largement aérés.
- Le dispositif de déclenchement manuel ou automatique doit permettre l’ouverture des
bouches et des exutoires et doit mettre à l’arrêt la VMC et la climatisation [14].
1.3.4 Désenfumage mécanique
Le désenfumage par balayage mécanique est assuré par une ou des extractions mécaniques,
pour extraire les fumées et pour compenser cet air extrait.
Des amenées d'air naturelles ou mécaniques sont disposées de sorte à assurer un balayage
du local à désenfumer.
- Évacuations des fumées : L'ensemble du réseau est constitué de gaine non inflammable,
coupe-feu 2 heures, reliant l’extracteur et les bouches d'évacuation de fumées.
- Amenées d'air neuf : Elles peuvent être de deux types soit naturelles, soit mécaniques.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
36
 Naturelles : Ouvrants en façade par exemple.
 Mécanique: Gaines coupe-feu [14].
2. Dimensionnement du système de climatisation
2.1 Choix du système de climatisation
Le choix de la bonne climatisation doit se faire en fonction de plusieurs critères pour
répondre au besoin de chaleur et de froid. Pour un bâtiment tertiaire neuf, deux options se
présentent. De ce fait, nous avons construit une matrice de décision (tableau 3.1) qui repose
sur l'évaluation de chaque option, à partir de critères prédéfinis placés en colonne et pondérés
selon leur importance dans le choix final.
Tableau 3-1: Matrice de décision pour le choix du système de climatisation [9]
Critères
Coût
d'installation
Impact sur
l'environnement
Consommation
d'énergie
Performance
énergétique
Niveau de
maintenance
Confort
acoustique
Mode de
régulation
Total
Pondération 3 2 3 3 2 3 2
Système à
détente
directe
(VRV)
5 15 2 4 4 12 5 15 3 6 5 15 4 8 75
Système à
détente
indirecte
(PAC
Ventilo-
Convecteur)
3 9 4 8 3 9 4 12 4 8 3 9 5 10 65
Échelle de positionnement : 1 = nul, 2 = pas bon, 3 = moyen, 4 = bien, 5 = très bien
Le système VRV est le plus convenable car il offre plusieurs avantages dont l’économie
d’énergie, le confort acoustique et la performance énergétique.
2.2 Choix du type de l’unité intérieure
Pour équiper la climatisation réversible, nous avons le choix entre 5 types d’unité
intérieures : Mural, plafonnier, gainable, console et cassette.
Le tableau 3.2 représente la matrice de décision des types des unités intérieures en fonction
des critères.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
37
Tableau 3-2: Matrice de décision pour le choix du type de l’unité intérieure [15]
Critères Investissement
Adaptation aux
différentes
hauteurs
Adaptation
aux différentes
surfaces
Niveau de
maintenance
Encombrement
Confort
acoustique
Total
Pondération 3 2 3 2 3 3
Mural 3 9 5 10 3 9 4 8 2 6 4 12 54
Plafonnier 3 9 4 8 4 12 3 6 3 9 4 12 56
Cassette 4 12 3 6 5 15 2 4 5 15 4 12 64
Gainable 5 15 3 6 5 15 2 4 5 15 5 12 67
Console 3 9 5 10 2 6 3 6 2 6 3 15 52
Échelle de positionnement : 1 = nul, 2 = pas bon, 3 = moyen, 4 = bien, 5 = très bien
Le gainable est une unité intérieure quasiment invisible. Ses principaux atouts sont : Une
grande efficacité énergétique, silence et discrétion extrême, confort et température homogène.
2.3 Sélection du groupe VRV
 Conception du système de climatisation
Dans le système VRV 2 tubes, les unités intérieures produisent toutes en même temps, soit
du froid, soit du chaud. Ce système demande que les besoins du bâtiment soient assez
homogènes et qu’une plage neutre de 20 à 26 °C par exemple, soit acceptée par chacun. Les
locaux du bâtiment étudié sont répartis sur des façades différentes. Il est à première vue
adéquat de diviser le bâtiment en plusieurs zones pour chaque façade. Trois systèmes de
climatisation sont alors installés dans le bâtiment, puisque 3 unités travailleront en parallèle.
Le tableau 3.3 présente la répartition choisie.
Tableau 3-3: Répartition du système VRV
Système Nombre de zone Orientation
Système 1 42 Ouest
Système 2 43 Sud-Est
Système 3 35 Nord-Ouest
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
38
Sélection des unités intérieures
La sélection du groupe VRV se fait par le logiciel Carrier VRF Software, en se basant sur
le résultat du bilan thermique. L’équipement choisi pour chaque zone devra fournir une
puissance frigorifique développée supérieure à la charge thermique de la zone. Chaque unité
extérieure peut être liée au maximum à 63 unités intérieures avec un dénivelé qui ne dépasse
pas 40 m.
Le tableau 3.4 présente les références des unités intérieures et les quantités retenues par
chaque installation. L’annexe D récapitule les schémas des unités intérieures et extérieures
retenues pour chaque zone.
Tableau 3-4: Caractéristiques des unités intérieures pour chaque système
Système Référence
Débit de
soufflage (m3
/h)
Quantité
Puissance
nominale (kW)
Système 1
42VD018H112013011
684 9 4,5
42VD012H112013011
514 11 3,6
42VD009H112013011
456 21 2,8
42VD058H112011010
4100 1 25
Système 2
42VD018H112013011
684 1 5,6
42VD012H112013011
514 1 3,6
42VD009H112013011
456 39 2,8
42VD005H112013011
456 1 1,5
42VD056H112011010
4100 1 20
Système 3
42VD009H112013011
456 27 2,8
42VD012H112013011
514 1 3,6
42VD006H112013011
456 6 2,2
42VD048H112003010
1556 1 11,2
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
39
 Sélection des unités extérieures
Le logiciel VRF Software de Carrier détermine l’unité extérieure en fonction de la somme
des puissances des unités intérieures. Le tableau suivant illustre les unités extérieures retenues
pour chaque installation.
Tableau 3-5: Caractéristiques des unités extérieures pour chaque système
Système Référence
Puissance nominale
frigorifique de
l'unité extérieure
(kW)
Puissance développée
frigorifique de
l'unité extérieure
(kW)
EER COP
Système 1
38VF058H11
901E
161,5 157,05 3,62 3,7
Système 2
38VF052H11
901E
145,5 141,15 3,72 3,81
Système 3
38VF038H11
901E
106,05 103,52 3,55 3,62
*EER : Energy Efficiency Ratio est le coefficient d’efficacité frigorifique
*COP : Coefficient de performance
2.4 Dimensionnement du réseau hydraulique et aéraulique
Le bon dimensionnement des conduites du réseau hydraulique ou aéraulique permet
d'éviter les surconsommations, le bruit des turbulences et limite les coûts d'installation. Les
dimensions des tuyaux ou tubes d'un réseau hydraulique ou aéraulique sont généralement
calculées en fonction du débit souhaité de fluide à transporter. Le diamètre des conduits est en
général la dimension recherchée.
2.4.1 Dimensionnement du réseau de distribution du fluide frigorigène
Après la génération du schéma de tuyauterie avec les raccords nécessaires, VRF software
de Carrier calcule les diamètres pour chaque tronçon du circuit hydraulique. Les résultats sont
recueillis dans le tableau D.4- Annexe D.
2.4.2 Dimensionnement du réseau aéraulique
Pour aboutir à un dimensionnement correct des conduites circulaires, il faut respecter ces 4
paramètres : La vitesse, le diamètre, le débit et les pertes de charges.
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
40
La méthode que nous avons adoptée est celle de perte de charge constante qui consiste à
dimensionner les divers tronçons du réseau de telle sorte que chacun présente la même perte
de charge linéique 1Pa/m (valeur courante de compromis entre les problèmes acoustiques liés
à une vitesse trop élevée de l’air et l’investissement lié à la taille des conduits). Connaissant le
débit et les pertes de charges, le diamètre nominal est déterminé en utilisant les abaques
couramment rencontrés dans la littérature (fonction de la forme de la conduite et de sa
composition) [16].
a. Démarche à suivre
- Nous nommons les tronçons en se basant sur le fait que chaque tronçon a un débit
précis.
- Nous relevons les débits sur chaque tronçon à partir du résultat de la sélection du
système volume réfrigérant variable (VRV).
- Nous fixons dans chaque tronçon la perte de charge linéique à 1 Pa/m.
- Connaissant la perte de charge linéique J (Pa /m) et le débit Q (m3
/h) véhiculé par un
tronçon. Nous pouvons immédiatement déterminer le diamètre nominal, en se référant à
l’abaque (Figure D.5-Annexe D).
- Compte tenu de ces paramètres, la section de la conduite circulaire et la vitesse
admissible se calculent par les formules suivantes [16]:
Avec
Q : Débit d’air traversant la gaine en .
v : Vitesse d’air dans la gaine en m/s. Les vitesses recommandées pour les installations de
basse et haute pression dans le tableau D.5 –Annexe D.
D : Diamètre nominal en mm.
b. Exemple de calcul
Comme exemple d’application, nous allons traiter le premier tronçon (administration) situé
dans le premier sous-sol, puisque le principe de calcul reste le même pour les autres.
4
2
D
S


(3.1)
S
Q
v


3600
(3.2)
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
41
- Le débit d’air traversant le premier tronçon est de 684 m3
/h.
- En utilisant l’abaque, nous remarquons que l’intersection de la perte de charge
J=1Pa/m avec le débit donne un diamètre nominal DN=250 mm.
- La section de la conduite calculée par la formule (3.1) est 0,049 m².
- La vitesse d’air calculée par la formule (3.2) est 3,87 m/s.
Les résultats du dimensionnement sont détaillés dans le tableau D.6 - Annexe D.
Afin de respecter le niveau d'isolement acoustique standardisé contre le bruit extérieur, il
est peut être nécessaire d'installer un dispositif atténuateur de bruit.
3. Dimensionnement du système de ventilation
3.1 Calcul des débits d’air neuf et d’extraction
Le renouvellement d'air d'un local est assuré par de l'air neuf hygiénique extérieur, non
pollué et avec un pourcentage d'oxygène intact.
Cet air neuf aura donc pour but de :
 Maintenir constante la teneur en oxygène de l'air des locaux.
 Limiter la concentration en CO2 rejeté par la respiration.
 Eliminer l'humidité et les odeurs.
Avec une VMC simple flux, chaque pièce principale doit être équipée d’au moins une
entrée d’air. Les pièces de service ou de dégagement comportent des bouches d’extraction.
En se basant sur les débits de ventilation minimum imposés par la réglementation, nous
pouvons calculer les débits d’air neuf et d’extraction nécessaire pour chaque local en utilisant
l’une des formules suivantes [12]:
Avec
qp : Débit réglementaire par personne (m3
/h)
qs : Débit réglementaire par surface (m3
/h)
Les deux tableaux suivants présentent les résultats du calcul des débits d’entrée et de sortie
d’air.
s
q
S
Q 
 (3.3)
p
q
N
Q 
 (3.4)
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
42
Tableau 3-6: Résultats du calcul du débit d’air neuf pour chaque type de local
Local Zone Quantité
Débit minimum (m3
/h)
par personne ou par local
Débit d'entrée
d'air (m3
/h)
1er
SS
Administration 1 6/pers 150
Local Bagagiste 1 45 /pers 45
2ème
SS Réfectoire 1 22/pers 660
RDC
Café Restaurant 1 22 /pers 880
Salle polyvalente 1 18 /pers 540
Salle d’attente 1 18 /pers 900
Accueil 1 18/pers 36
10 étages Hébergement 114 30 /local 3420
Tableau 3-7: Résultats du calcul du débit d’air à extraire pour chaque type de local
Local Zone Quantité
Débit minimum (m3
/h) par
personne ou par m² ou par local
Débit d’extraction
(m3
/h)
2ème
SS
Vestiaire H/F 2 15+5N 135
WC H/F 2 30+15N 210
SDB H/F 2 30+15N 210
RDC Cuisine 1 25/repas 1500
10
étages
WC+SDB 1 94 15 1410
WC+SDB 2 20 30+15N 1200
Réserve 10 0,4/m² 68
*N : Nombre des occupants
Les débits minimum sont fixés par la réglementation en fonction du type de local et de
l’activité des occupants [12].
3.2 Dimensionnement des conduites d’extractions
La méthode utilisée pour calculer le diamètre des conduites circulaires est celle de vitesse
constante [17].
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
43
a. Démarche à suivre
- Nous relevons les débits sur chaque tronçon numéroté, à partir du résultat du calcul
des débits d’air à extraire.
- Nous déterminons la vitesse maximale pour chaque tronçon. Le tableau D.5-Annexe
D donne les valeurs de la vitesse en fonction du débit.
- Connaissant le débit et la vitesse, nous calculons la section de la conduite circulaire
par la formule (3.2).
- Nous déterminons d’abord le diamètre minimum par la formule (3.1).
- Nous adaptons ensuite le diamètre calculé à un type de conduite et aux dimensions
standardisées en utilisant la Figure D.5-Annexe D.
b.Exemple de calcul
Nous allons appliquer la méthode de la vitesse constante pour le premier tronçon
(administration) puisque le calcul reste le même pour les autres tronçons.
-Le débit d’extraction du premier tronçon est de 67,5 m3
/h.
-Le calcul de la section nous donne une valeur de 0,0075m² avec une vitesse maximale
de 2,5 m/s.
-Le diamètre minimum calculé par la formule (3.2) est 97,74 mm.
-Selon l’abaque, le diamètre nominal est 100 mm.
Les diamètres nominaux, les vitesses et les sections de chaque tronçon, sont présentées en
détails dans le tableau E.1- Annexe E.
3.3 Calcul des pertes de charge des conduites aérauliques
Le calcul des pertes de charges dépend de la vitesse de l'air, de la forme et de la rugosité
des matériaux. Nous distinguons deux types de pertes de charges :
 Les pertes de charges linéaires qui sont provoquées par le frottement des molécules d'air
sur les parois des conduits.
-Formule de Colebrook [18]:
L
J
Plin 

 (3.5)
05
,
5
9
,
1
6
10
1
,
4
D
Q
J



(3.6)
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
44
Avec
lin
P
 : Perte de charge linéaire en Pa.
J : Perte de charge linéique en Pa/m.
L : Longueur de la tuyauterie en m.
 Les pertes de charges singulières qui apparaissent lorsqu'il y a une perturbation de
l'écoulement d'air (changements de sections, coude, etc.) [18].
Avec
g
Psin
 : Perte de charge singulière en Pa.
: Coefficient de perte de charge singulière de l’élément considéré (coudes, tés, etc.).
:Masse volumique en .
Les pertes de charges sont calculées par la note de calcul E.2-Annexe E. Pour l’ensemble
des tronçons, les pertes de charge sont de 334,6 Pa.
3.4 Sélection des équipements du système de ventilation
3.4.1 Sélection des grilles de soufflage et des bouches d’extraction
Les dispositifs de soufflage et d’extraction sont sélectionnés à partir du catalogue de la
marque « Madel », puisqu’elle propose une large variété de produits. La sélection est en
fonction du débit d’air et la puissance acoustique.
La norme NBN EN 13779 (2007): Ventilation dans les bâtiments non résidentiels, propose
des critères du niveau de pression acoustique maximum générée et/ou transmise par le
système de ventilation suivant le type de bâtiment ou de local ( Tableau E.3-Annexe E).
Le tableau E.4-Annexe E présente le résultat de la sélection choisie d’après le catalogue de
Madel pour chaque pièce de service.
3.4.2 Sélection du caisson d’extraction
Nous avons fait recours à la marque NOVOVENT qui offre un catalogue électronique sous
forme d’un logiciel. Il suffit d’entrer le débit total d’extraction et la perte de charge y
correspond.
2
sin
2
v
P g 





(3.7)
Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage
45
Le tableau suivant présente le caisson sélectionné. La fiche technique donnée par le
logiciel est illustrée dans la figure E.2 -Annexe E.
Tableau 3-8: Sélection du caisson d’extraction
Référence Débit (m3
/h) Perte de charge (Pa)
Caisson d’extraction BPTB013 4733 334,6
4. Dimensionnement du système de désenfumage
4.1 Type du Bâtiment
Tout bâtiment est classé selon le règlement de sécurité contre les risques d’incendie et de
panique dans les constructions en 4 types : L’établissement recevant du public (ERP), les
bâtiments d’habitation (BH), les immeubles de grande hauteur (IGH), les lieux de travail
(ERT). Notre projet est un ERP, dont les grands principes à respecter sont les suivants :
- Evacuation rapide et en bon ordre de la totalité des occupants et la mise en service
des moyens de secours.
- Comportement au feu des matériaux et éléments de construction appropriés aux
risques.
- Locaux aménagés et isolés entre eux en assurant une protection suffisante.
- Sorties et dégagements intérieurs qui y conduisent permettant l'évacuation rapide et
sûre des occupants.
- Eclairage électrique toujours secouru par un éclairage de sécurité.
- Interdiction de produits dangereux.
- Equipements techniques présentant des garanties de sécurité et de bon
fonctionnement.
- Etablissements dotés de dispositifs d'alarme, d'avertissement, d'un service de
surveillance et de moyens de secours appropriés aux risques [19].
Les règles de base du désenfumage des ERP sont comme suites :
 Désenfumage naturel ou mécanique des locaux, obligatoire dans les cas suivants
-Locaux de plus de 100 m² en sous-sol.
-Locaux de plus de 300 m².
-Locaux de plus de 100 m² sans ouvertures sur l'extérieur (ouvrants).
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  • 1. Projet de Fin d’Etudes En vue de l’obtention du diplôme INGENIEUR D’ETAT Spécialité : Génie des Procédés, de l’Energie et de l’Environnement Présenté par Oumaima AJBARA NAHY Etude et dimensionnement d’un système de climatisation, chauffage, ventilation, désenfumage et ECS : -Cas d’un hôtel à Casablanca- Soutenu le 28 Septembre 2020, devant le jury : M. Salah TOUIL ENSA Khouribga Examinateur M. Younes EL KHCHINE ENSA Khouribga Encadrant interne Mme. Sanae FARES VENTEC Maroc Encadrante externe
  • 2. ii
  • 3. iii ‫ملخص‬ ٔ ‫انزٌٕٓخ‬ ،‫انزجشٌذ‬ ‫أَظًخ‬ ‫انزذفئخ‬ ، ًَ‫انًجب‬ ‫إَٔاع‬ ‫جًٍغ‬ ‫ْٕاء‬ ‫ركٍٍف‬ ‫رضى‬ ،‫انزمٍُخ‬ ‫انًجبالد‬ ٍ‫ي‬ ‫يجًٕػخ‬ ًْ ، ‫ثًشاػبح‬ ‫يجًٕػخ‬ ‫انًجبل‬ ‫ْزا‬ .‫انشزبء‬ ٔ‫أ‬ ‫انصٍف‬ ‫فصم‬ ً‫ف‬ ‫سٕاء‬ ًَ‫انًجب‬ ً‫ف‬ ‫انغشفخ‬ ‫حشاسح‬ ‫ٔدسجخ‬ ،‫انصحٍخ‬ ‫كبنُظبفخ‬ ‫انحٍثٍبد‬ ٍ‫ي‬ ‫ٔانصُبػ‬ ًُ‫انسك‬ ‫انمطبع‬ ً‫ف‬ ‫خبصخ‬ ‫يزضاٌذ‬ ‫ثشكم‬ ّ‫َفس‬ ‫ٌفشض‬ ‫ثبد‬ .ً ً‫انذساس‬ ‫يششٔػُب‬ ‫رُفٍز‬ ‫ٌُكت‬ ،‫انسٍبق‬ ‫ْزا‬ ً‫ٔف‬ : ‫رشكٍت‬ ٔ ‫رصًٍى‬ ‫انزجشٌذ‬ ‫أَظًخ‬ ، ‫انزٌٕٓخ‬ ، ‫ركٍٍف‬ ،‫انٕٓاء‬ ‫ش‬ ٌ‫انذخب‬ ‫فظ‬ ٔ ‫إ‬ ،ٍ‫انسبخ‬ ‫انًبء‬ ‫َزبج‬ ‫يشاحم‬ ‫ػجش‬ ،‫انجٍضبء‬ ‫انذاس‬ ‫ثًذٌُخ‬ ‫نفُذق‬ : ‫إنى‬ ‫ًا‬‫د‬‫اسزُب‬ ‫حشاسٌب‬ ‫رمًٍٍب‬ ‫أَشأَب‬ ،‫األٔنى‬ ‫انًشحهخ‬ ً‫ف‬ ،‫لٕاػذ‬ ٔ ‫يؼبٌٍش‬ ‫انٕٓاء‬ ‫ركٍٍف‬ ‫َظبو‬ ‫نزصًٍى‬ ‫ٔرنك‬ ، ‫انمذسح‬ ‫ٌزٍح‬ ‫ػهى‬ ‫رذفئخ‬ ‫انًُبطك‬ ‫رجشٌذ‬ ٔ . ‫لًُب‬ ‫أٌضب‬ .‫انٕٓائٍخ‬ ‫ٔانًجبسي‬ ‫انًجشداد‬ ‫رٕصٌغ‬ ‫لُٕاد‬ ‫ثزصًٍى‬ ‫شًهذ‬ ‫فمذ‬ ‫انثبٍَخ‬ ‫انًشحهخ‬ ‫أيب‬ ‫انٕٓاء‬ ‫َمم‬ ‫يجبسي‬ ‫كزا‬ ٔ ‫رٌٕٓخ‬ ‫َظبو‬ ‫رصًٍى‬ . ٍٍ‫ح‬ ً‫ف‬ ‫َظبو‬ ‫ػجش‬ ‫حشٌك‬ ‫َشٕة‬ ‫حبنخ‬ ً‫ف‬ ٌ‫انذخب‬ ‫إجالء‬ ‫رٓى‬ ‫انثبنثخ‬ ‫انًشحهخ‬ ‫شفظ‬ .ٌ‫انذخب‬ ‫إيذاداد‬ ٌ‫نضًب‬ ً‫كٓشثبئ‬ ِ‫يٍب‬ ٌ‫سخب‬ ‫نزصًٍى‬ ‫يخصص‬ ‫األخٍش‬ ‫انجضء‬ ٔ ‫انسبخُخ‬ ِ‫انًٍب‬ . ‫المفتاح‬ ‫كلمات‬ : ٔ ‫انزٌٕٓخ‬ ،‫انزجشٌذ‬ ‫انزذفئخ‬ ، ٌ‫انذخب‬ ‫شفظ‬ ، ‫انسبخُخ‬ ِ‫انًٍب‬ ، ‫انحشاسي‬ ‫انزمٍٍى‬ .
  • 4. iv Résumé La climatisation, ventilation et chauffage (CVC) est un ensemble de domaines techniques, comprenant tous les types de bâtiments. Cela prend en compte les niveaux d’hygiène et la température ambiante des locaux, que ce soit en été ou en hiver. Ce marché se démocratise de plus en plus, et devient pratiquement une nécessité primordiale dans les constructions tertiaires, résidentielles et industrielles. C’est dans ce contexte que s’inscrit notre projet de fin d’études, du fait que nous sommes amenés à concevoir l’installation de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage (CVCD) et l’eau chaude sanitaire d’un hôtel, situé à Casablanca. Dans la première phase, nous avons établi un bilan thermique, en se basant sur le règlement thermique de construction au Maroc (RTCM), pour dimensionner un système de climatisation réversible et gainable, y compris les réseaux de distribution du fluide frigorigène et du circuit aéraulique. La deuxième phase a eu pour vocation le dimensionnement d’un système de ventilation, ainsi que le circuit aéraulique correspond. La troisième phase est consacrée à l’évacuation des fumées en cas d’incendie par un système de désenfumage. La dernière partie est dédiée au dimensionnement d’un ballon de stockage électrique pour assurer l’approvisionnement en eau chaude sanitaire. Mots-clés: CVCD, ECS, VMC, Bilan thermique, RTCM, Block Load, VRV.
  • 5. v Abstract Heating, ventilation and air-conditioning (HVAC) is a set of technical fields covering all types of buildings. This takes into account the level of hygien and ambient temperature of the premises, whether in summer or winter. This market is becoming increasingly democratic and practically a primary residential and industrial necessity. It is in this context that our end-of- studies project is taking place. It’s about conceiving the installation of HVAC, Smoke Extraction and water heating of a hotel located in Casablanca. In the first phase, we calculated the thermal loads to design a cooling-heating system. Also we sized the distribution network of the refrigerant and the aeraulic circuit. In the second phase we had to carry out the design of a ventilation system including the ducts. The third phase is devoted to the evacuation of fumes in case of fire. The last part is dedicated to the sizing of an electric tank to ensure the supply of hot water. Keywords: HVAC, heating water system, smoke extraction, mechanical or forced ventilation, VRF.
  • 6. vi Dédicaces Que ce travail témoigne mes profondes gratitudes et ma reconnaissance. À ma mère, le symbole de la bonté par excellence, la source de tendresse et l’exemple du dévouement, qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier pour moi. Aucune dédicace ne saurait être aussi éloquente pour exprimer ce que tu mérites. Je te dédie ce travail en témoignage de mon profond amour. Que Dieu te préserve et t’accorde santé, longue vie et bonheur. À mon père, permettez-moi de vous exprimer mon grand amour et ma plus haute considération de votre personne. Vous n’avez jamais cessé de déployer tous vos efforts afin de subvenir à nos besoins et nous aider à choisir le chemin de la réussite. Cher père, veuillez trouver, dans ce modeste travail, le fruit de vos sacrifices ainsi que l’expression de ma profonde affection et ma vive reconnaissance. À ma soeur Kaoutar et mon petit frère Ismail, pour la joie qu’ils mettent dans ma vie. Merci pour votre soutien et encouragement inconditionnel. À mes amies, Hajar, Asmae, Meryem et Jihane, qui m’ont couvert d’amour et d’attention et qui ont su me réconforter, quand les choses tournaient au pire. A tous ceux qui ont croisé mon chemin, qui m’ont serré la main d’aide de près ou de loin. Et à tous ceux que nous aimons et qui nous aiment.
  • 7. viii Remerciements Tout d’abord, je tiens à rendre grâce à Allah le Tout Puissant et le très Miséricordieux, qui m’a donné la patience et la bénédiction pour mener à terme ce projet de fin d’études. J’exprime mes profonds remerciements à l’ensemble du corps professoral de l’ENSA Khouribga en général, et celui du département « Génie des Procédés » en particulier, pour les bases techniques qui m’ont ont été inculquées au cours de notre formation d’ingénieur. Ainsi, je tiens à remercier mon encadrant pédagogique M. Younes El KHCHINE, professeur à l’Ecole Nationale des Sciences Appliquées de Khouribga, pour le privilège qu'il m'a fait en acceptant de diriger ce travail, pour sa disponibilité, et pour tous les efforts qu’il a consentis et ses conseils précieux. Je tiens à adresser mes vifs remerciements à l’égard de mon parrain de stage Mme. Sanae FARES, responsable du service de la prescription, de m’avoir pourvue l’opportunité d’effectuer mon projet de fin d’études au sein de la société VENTEC Maroc, pour la confiance qu’elle m’a accordée pour accomplir ce travail dans les bonnes conditions. Mes sincères remerciements s’adressent également à Mme. KHOULAN, M. EL ALAMI, aux personnels du service de la prescription et de la direction ingénierie commerciale, pour leurs assistances et leurs conseils précieux tout au long de ce projet. Avec vous, j’ai partagé des moments agréables. Que vous trouviez ici, l’expression de mes profondes reconnaissances. Mes vifs remerciements s’adressent aussi aux membres du jury qui nous ont honorés, ainsi par crainte d’omettre de mes remerciements toute personne ayant contribué au parachèvement de ce projet, je témoigne par le présent travail ma vive reconnaissance à tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin.
  • 8. ix Liste des abréviations BH Bâtiments d’habitation COP Coefficient de performance CTA Centrale Traitement d'Air CVC Chauffage, ventilation et climatisation CVCD Chauffage, ventilation, climatisation et désenfumage ECS Eau chaude sanitaire EER Coefficient d'efficacité frigorifique (Energy Efficiency Ratio) ERP Etablissement recevant du public ERT Lieux de travail G.M.A.O Gestion de maintenance assistée par ordinateur HVAC Heating ,ventilation and air-conditioning IGH Immeubles de grande hauteur NBN Bureau de Normalisation NM ISO7730 Norme marocaine : Ergonomie des ambiances thermiques PAC Pompe à chaleur PSE Polystyrène expansé RDC Rez-de-chaussée RTCM Réglementation thermique de construction au Maroc SDB Salle de bain SS Sous-sol TGBV Taux global des baies vitrées UP Unité de passage VMD VENTEC Maroc distribution VMC Ventilation mécanique contrôlée VRF Variable Refrigerant flow VRV Volume Réfrigérant Variable XPS Polystyrène extrudé
  • 9. ix Nomenclature a Coefficient d’efficacité du stockage A Coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement Al Chaleur latente dégagée par un occupant (W) As Chaleur sensible dégagée par un occupant (W) D Diamètre nominal (mm) Eacc Besoin énergétique (kWh) ei Epaisseur d’une couche de la paroi (m) F Facteur de rayonnement solaire g Facteur de réduction contre le rayonnement solaire he Coefficient d’échange convectif externe de la paroi (W/m².K) hi Coefficient d’échange convectif interne de la paroi (W/m².K) Im Rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur (W/m²) Iv Intensité du rayonnement solaire sur les vitrages (W/m²) J Perte de charge linéique par longueur en (Pa/m) L Longueur de la tuyauterie (m) N Nombre d’occupants P Puissance de l’échangeur (kW) Pc Puissance de chauffage (W) Péc Puissance d’éclairage (W/m²) PF Puissance de climatisation totale (W) PFl Puissance de climatisation latente (W) PFs Puissance de climatisation sensible (W) Pi Puissance dégagée par chaque appareil i (W) Q Débit d’air traversant la gaine (m3 /h) Qéc Charges dues aux éclairages (W) Qeq Charges dues aux machines et appareillages (W) Qoc Charge par occupants (W) Qos Apport de chaleur sensible par occupant (W) Qol Apport de chaleur latente par occupant (W) QRa Charge par renouvellement d’air (W) QRm Flux de chaleur par rayonnement à travers les parois (W) QRv Flux de chaleur par rayonnement sur les vitrages (W) Qt Quantité Qtr Flux de chaleur par transmission à travers les parois (W) qp Débit réglementaire par personne (m3 /h) qs Débit réglementaire par surface (m3 /h) qv Débit d’air extérieur de renouvellement (m3 /h) S Surface en (m²) Tc Température de stockage (°C) Te Température extérieure de base (°C) Tf Température de l’eau froide (°C) Ti Température intérieure de base (°C) U Coefficient de transmission thermique (W/m² K) v Vitesse d’air dans la gaine en (m/s) V Volume du local (m3 /h) V60acc Volume d’eau chaude total puisé durant une journée en (L) Vs Volume du ballon de stockage en (L)
  • 10. x ∆θ Différence de températures entre les deux faces de la paroi (°C ou K) Perte de charge linéaire en Pa ∆Psing Perte de charge singulière en Pa Conductivité thermique par conduction (W/m.K) Coefficient de perte de charge singulière Masse volumique (Kg/m3 ) Teneur en eau de l’air extérieur (g/kg air sec) Teneur en eau de l’air intérieur (g/kg air sec)
  • 11. xi Table des matières Introduction générale............................................................................................................................ 1 Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action...................... 1 1. Présentation de l’organisme d’accueil..................................................................................... 3 1.1 Présentation générale........................................................................................................ 3 1.2 Organisation ...................................................................................................................... 3 1.3 Pôles d’activités ................................................................................................................. 4 1.4 Filiales de VENTEC Maroc.............................................................................................. 5 2. Présentation du projet .............................................................................................................. 6 2.1 Descriptif de la problématique......................................................................................... 6 2.2 Descriptif du projet ........................................................................................................... 7 2.3 Objectif du projet.............................................................................................................. 7 2.4 Conduite du projet ............................................................................................................ 7 Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique .................................................. 11 1. Règlement thermique de construction au Maroc ................................................................. 11 1.1 Définition.......................................................................................................................... 11 1.2 Objectifs ........................................................................................................................... 11 1.3 Définition des spécifications techniques minimales de performance thermique des bâtiments...................................................................................................................................... 11 2. Bilan thermique en été............................................................................................................ 12 2.1 Généralité......................................................................................................................... 12 2.2 Charges dues à l’environnement extérieur ................................................................... 13 2.3 Charges dues à l’environnement intérieur.................................................................... 16 3. Conception de l’enveloppe...................................................................................................... 18 3.1 Caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe.............................................. 18 3.2 Matériaux de construction et vitrages........................................................................... 19 3.3 Comparaison des caractéristiques techniques par rapport au RTCM ...................... 22 4. Bilan thermique manuel ......................................................................................................... 22 4.1 Situation géographique et météorologique du site ....................................................... 22 4.2 Résultats du bilan thermique manuel............................................................................ 23 5. Modélisation sur logiciels........................................................................................................ 25 5.1 Calcul des charges thermiques par le logiciel Block Load .......................................... 25 5.2 Résultat du bilan thermique par Block Load ............................................................... 26 5.3 Validation par le logiciel Block Load ............................................................................ 27
  • 12. xii Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage................................... 28 1. Etude bibliographique ............................................................................................................ 29 1.1 Système de climatisation................................................................................................. 29 1.2 Système de ventilation..................................................................................................... 32 1.3 Désenfumage.................................................................................................................... 34 2. Dimensionnement du système de climatisation .................................................................... 36 2.1 Choix du système de climatisation................................................................................. 36 2.2 Choix du type de l’unité intérieure................................................................................ 36 2.3 Sélection du groupe VRV ............................................................................................... 37 2.4 Dimensionnement du réseau hydraulique et aéraulique ............................................. 39 3. Dimensionnement du système de ventilation ........................................................................ 41 3.1 Calcul des débits d’air neuf et d’extraction .................................................................. 41 3.2 Dimensionnement des conduites d’extractions............................................................. 42 3.3 Calcul des pertes de charge des conduites aérauliques................................................ 43 3.4 Sélection des équipements du système de ventilation................................................... 44 4. Dimensionnement du système de désenfumage.................................................................... 45 4.1 Type du Bâtiment............................................................................................................ 45 4.2 Désenfumage du parc à stationnement.......................................................................... 46 4.3 Désenfumage des circulations......................................................................................... 47 4.4 Désenfumage des escaliers.............................................................................................. 48 4.5 Sélection des grilles.......................................................................................................... 49 4.6 Sélection des caissons d’air neuf et d’extraction .......................................................... 50 Chapitre 4 : Système de production d’ECS........................................................................................... 51 1. Types de système de production ECS.................................................................................... 52 1.1 Chauffe-eau solaire ......................................................................................................... 52 1.2 Chauffe-eau gaz............................................................................................................... 52 1.3 Chauffe-eau électrique.................................................................................................... 52 2. Choix du système de production ECS ................................................................................... 53 3. Dimensionnement du ballon électrique................................................................................. 54 3.1 Calcul des besoins journaliers litre/jour ....................................................................... 54 3.2 Calcul du besoin énergétique (kWh) ............................................................................. 54 3.3 Volume de stockage (L)................................................................................................... 55 3.1 Puissance du chauffe-eau en kW.................................................................................... 56 4. Sélection du ballon de stockage.............................................................................................. 56
  • 13. xiii Conclusion et perspectives.................................................................................................................. 58 Bibliographie......................................................................................................................................... 59 Webographie........................................................................................................................................ 60 Annexes ................................................................................................................................................ 62
  • 14. xiv Liste des tableaux Tableau 2-1: Besoins spécifiques thermiques annuels de chauffage et de climatisation en kWh/m²/an................................................................................................................................12 Tableau 2-2: Différence de température entre les différentes faces des parois........................13 Tableau 2-3: Coefficient d’échanges thermiques superficiels..................................................14 Tableau 2-4: Choix des isolants en fonction de la paroi [A]....................................................19 Tableau 2-5: Compositions et caractéristiques des parois........................................................20 Tableau 2-6: Coefficient de transmission de chaleur en fonction de la paroi ..........................21 Tableau 2-7: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de porte [D] ..............21 Tableau 2-8: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de fenêtre [D] ...........21 Tableau 2-9: Comparaison des caractéristiques techniques suivant le règlement thermique marocain ...................................................................................................................................22 Tableau 2-10: Conditions intérieures du calcul : Humidité et température sèche....................23 Tableau 2-11: Conditions extérieures du calcul : Humidité et température.............................23 Tableau 2-12: Résultat du Bilan thermique Manuel.................................................................24 Tableau 2-13: Puissances frigorifiques et calorifiques par Block Load...................................26 Tableau 2-14: Comparaison des résultats des bilans thermiques .............................................27 Tableau 3-1: Matrice de décision pour le choix du système de climatisation [8] ....................36 Tableau 3-2: Matrice de décision pour le choix du type de l’unité intérieure [9]....................37 Tableau 3-3: Répartition du système VRV...............................................................................37 Tableau 3-4: Caractéristiques des unités intérieures pour chaque système..............................38 Tableau 3-5: Caractéristiques des unités extérieures pour chaque système .............................39 Tableau 3-6: Résultats du calcul du débit d’air neuf pour chaque type de local......................42 Tableau 3-7: Résultats du calcul du débit d’air à extraire pour chaque type de local..............42 Tableau 3-8: Sélection du caisson d’extraction........................................................................45 Tableau 3-9: Résultat du désenfumage du parc à stationnement..............................................46 Tableau 3-10: Résultat du désenfumage des circulations.........................................................48 Tableau 3-11: Résultat de la sélection des grilles des parcs à stationnement...........................49 Tableau 3-12: Résultat de la sélection des grilles des circulations...........................................49 Tableau 3-13: Sélection des caissons d’extraction et d’air neuf ..............................................50 Tableau 4-1: Tableau comparatif des types de chauffe-eau [21]..............................................53 Tableau 4-2: Besoins journaliers en eau chaude sanitaire des chambres [K]...........................54 Tableau 4-3: Besoins journaliers en eau chaude sanitaire de la cuisine [20] ...........................54 Tableau 4-4: Besoins énergétique en eau chaude sanitaire ......................................................55 Tableau 4-5: Volume de stockage (litres) eau chaude sanitaire ...............................................56 Tableau 4-6: Puissance du chauffe-eau électrique à accumulation..........................................56 Tableau 4-7: Sélection du ballon électrique .............................................................................57
  • 15. xv Liste des figures Figure 1-1: Organisation de la société VENTEC Maroc............................................................3 Figure 1-2: Diagramme de GANTT prévisionnel ......................................................................8 Figure 1-3: Diagramme de GANTT réel ....................................................................................9 Figure 2-1: Répartition des charges thermiques.......................................................................25 Figure 3-1: Calcul des unités de passage..................................................................................47 Figure 3-2: Désenfumage naturel des escaliers ........................................................................48
  • 16. 1 Introduction générale Le domaine de la climatisation est très étendu et il est de jour en jour en progression grâce au développement technologique, la créativité et surtout la recherche scientifique dans le secteur thermique domotique. Il s’est constamment développé par l’apparition de nouveaux systèmes, dont la performance évolue, car ils permettent de combiner le système de chauffage et de réfrigération, même les utiliser en simultané comme c’est le cas pour les systèmes à volume de réfrigèrent variable VRV. De ce fait, nous observons une demande de confort de plus en plus rigoureuse et les exigences des occupants ont sensiblement changé à tous les niveaux. Ces exigences ne sont plus restreintes dans les systèmes de climatisation, mais elles s’étalent aux systèmes de ventilation et désenfumage. Dans le but d’assurer une meilleure qualité d’air hygiénique à l’intérieur des bâtiments par l’amenée d’air neuf et l’extraction d’air vicié. En plus du confort climatique, un bâtiment doit être doté d’un système de production d’eau chaude sanitaire qui s’avère être un besoin nécessaire pour le bien-être des occupants. Le présent projet s’articule autour d’une étude technique du lot CVCD et ECS d’un bâtiment tertiaire (Hôtel), situé à Casablanca. L’objectif est d’évaluer les besoins thermiques des différents locaux afin de proposer des solutions optimales, tout en respectant les exigences de la réglementation thermique de construction du bâtiment au Maroc (RTCM) dans la conception de l’enveloppe. Le contenu de ce rapport se décline en quatre chapitres : Le premier chapitre dresse une présentation générale de VENTEC Maroc en tant qu’organisme d’accueil et aussi une mise en situation générale du projet. Le deuxième chapitre englobe des généralités sur la réglementation thermique de construction du bâtiment au Maroc (RTCM), ainsi que la conception de l’enveloppe du bâtiment. Nous étions aussi amenés à élaborer le bilan thermique manuel par la méthode d’Airwell, aussi bien que par le logiciel Block Load. Le troisième chapitre est dédié aux études dimensionnelles des systèmes, réseaux de distributions et aérauliques CVCD. Le quatrième chapitre expose le dimensionnement de l’installation eau chaude sanitaire du projet. Enfin, nous terminerons par une conclusion générale qui projettera avec clarté les importants résultats de ce travail.
  • 17. 2 Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action Introduction En préambule, nous présenterons l’organisme d’accueil, ses principaux pôles et services, ses clients majeurs, ses agences, son organigramme et ses filiales. Ensuite, nous procéderons à une mise en situation générale du projet en énonçant la problématique et les objectifs que nous avons été conviés à réaliser pour le terme de ce projet. Enfin, nous terminerons par l’élaboration d’un plan de travail.
  • 18. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 3 1. Présentation de l’organisme d’accueil 1.1 Présentation générale Créée en 1949 dans le secteur de la chaudronnerie industrielle et la fabrication des ventilateurs, VENTEC Maroc est devenue spécialiste dans la climatisation et la réfrigération avec la représentation de la marque Carrier dès 1960. VENTEC Maroc propose à ses clients l’ensemble des prestations comprenant la distribution, l’installation et service liées aux domaines de la climatisation, réfrigération, ventilation et chauffage. Grâce à ses cinq agences de Tanger, Fès, Marrakech, Agadir et Oujda, VENTEC Maroc couvre le territoire marocain avec une structure humaine qualifiée de 591 personnes et un chiffre d’affaires de 492 millions Dirhams (en 2016) [1]. 1.2 Organisation VENTEC Maroc est structurée suivant l’organigramme ci-dessous : VENTEC Maroc recouvre les trois pôles suivants:  Distribution.  Installation.  Service. Figure 1-1: Organisation de la société VENTEC Maroc
  • 19. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 4 Avec le support du:  Département Qualité, Formation, Sécurité et Environnement.  Département Marketing, Communication et Prescription.  Département Administratif et Contrôle de Gestion.  Département des Ressources Humaines.  Département Comptable et Financier.  Département Achats et Import.  Département Logistique et Moyens Généraux.  Département Informatique. 1.3 Pôles d’activités  Pôle Distribution VENTEC Maroc de distribution regroupe les activités de vente de matériels et composants pour la climatisation, la ventilation, la réfrigération, le chauffage et le transport frigorifique pour véhicules utilitaires et camions.  Pôle Installation VENTEC Maroc prête une attention particulière à son processus de conception qui se fait dans le pôle installation. Il couvre les domaines de la climatisation, la réfrigération, l’humidification ou la déshydratation, le froid industriel, les cuisines professionnelles et les buanderies, les fluides (plomberie sanitaire, air comprimé, l’eau chaude sanitaire, traitement d’eau et réseau de refroidissement d’eau de process ). Ce pôle regroupe 5 entités complémentaires :  Direction Ingénierie et Commerciale Cette entité assure le traitement des appels d’offres publiques ou privés, l’étude et l’installation hors appels d’offres, ainsi que les consultations directes des clients. Elle assure aussi la conception des installations, le dimensionnement des systèmes et propose des solutions techniques adaptées aux budgets financiers des clients. Service prescription : La prescription, maillon important en amont participe non seulement à augmenter le taux de réussite dans la concrétisation des devis par les différents pôles, mais aussi l’évolution des parts de marché et de la notoriété des marques représentées.
  • 20. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 5  Direction Travaux Avec une équipe composée d’ingénieurs, d’autocadistes, de chargées d’affaires et de techniciens expérimentées. La direction travaux élabore des études d’exécution, la préparation et contrôle des notes de calcul et l’établissement des plans d’exécution pour approbation, permettant la réalisation des installations suivant les règles de l’art et conformément au délai contractuel.  Département système industriel Ce département assure l’étude, l’obtention de la commande et la réalisation des installations de ventilation industrielle, le dépoussiérage, la ventilation mécanique, l’humidification ou la déshydratation, le désenfumage, le transport pneumatique, le lavage de gaz (Traitement de rejets gazeux et polluants industriels), les aéro-réfrigérants et d’autres prestations telles que l’équilibrage statique et dynamique de ventilateurs.  Département Froid et cuisines industrielles Ce département assure aussi le service après-vente de tout type d’installations frigorifiques (entrepôts frigorifiques, tunnels de congélation, vitrine frigorifiques, chambres froides, etc.) spécifiques aux industries laitiers, stations fruits légumes, boulangeries et pâtisseries, boucheries et charcuteries.  Pôle service Avec l’appui technique et logistique de Carrier, VENTEC Maroc a pu développer ses activités de service, notamment ses références en global service Bâtiment (maintenance multi- technique), maintenance astreinte 24h/24h-7j/7j, rénovation et garantie. Ceci s’accompagne par la mise en œuvre d’outils modernes, tels que la gestion de maintenance assistée par ordinateur (G.M.A.O) et la télésurveillance permettant de mieux conseiller le client et de l’accompagner pour atteindre ses objectifs d’efficacité, de flexibilité et d’économie d’énergie. 1.4 Filiales de VENTEC Maroc Pour une meilleure synergie le groupe VENTEC Maroc a décidé de mettre en commun les fonctions supports de quatre filiales :  Indusparc Filiale fondée en 1990, située à la périphérie de Casablanca. Indusparc propose la location de bâtiments pour activités industrielles et de stockage.
  • 21. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 6  VM Sécurité Fondée en 1992, VM Sécurité est une société spécialisée dans la sécurité électronique du bâtiment, en tant que fournisseur, installeur et intégrateur, afin de proposer à ses clients une solution complète en assurant la gestion technique du bâtiment, le contrôle d’accès, la vidéo surveillance, la détection incendie, l’électricité, l’anti-intrusion, l’extinction automatique, la régulation et l’automatisme.  Ecowell Créée en 2009, Ecowell propose une large gamme de produits et de services, offrant un équilibre parfait entre confort et respect de l’environnement. Ecowell distribue en exclusivité les systèmes de conditionnement d’air écologiques de marque Toshiba, connus par leur vocation d’économie d’énergie, de confort et d’écologie. Soucieuse de la préservation de l’environnement et des énergies renouvelables disponibles dans notre pays, ECOWELL a développé la distribution des produits solaires :  Chauffe eaux solaires de marque Nobel.  Chauffe eaux électriques avec échangeur intégré raccordé à des capteurs solaires de marque Nobel.  Maroc Climate & Security Filiale créée en 2014, MCS est le fruit d’une joint-venture signée entre VENTEC Maroc et Carrier United Technologies. Ses prestations comprennent :  Le traitement des demandes particulières et des consultations.  La saisie des commandes.  La gestion des réclamations.  La planification des interventions.  Le support technique à distance. 2. Présentation du projet 2.1 Descriptif de la problématique Le projet se déroule dans le pôle d’installation précisément, le service de la prescription, dans la direction ingénierie et commerciale. L’entité a pour mission, le traitement des appels d’offres publiques ou privés, grâce à une analyse approfondie des documents. Ainsi, parmi les
  • 22. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 7 appels d’offres traités, nous trouvons le projet d’un hôtel R+10, qui est une construction neuve, VENTEC Maroc devra établir une étude des lots suivants : climatisation, ventilation, chauffage, désenfumage (CVCD) et production d’eau chaude sanitaire (ECS). 2.2 Descriptif du projet L’hôtel étudié est implanté à Casablanca. Il s’étendra sur une superficie de 527 m², et comprendra deux sous-sols, un rez-de-chaussée et 10 étages. Pour l’étude du projet nous avons adopté la répartition suivante : Etages : Dix étages courants des hébergements contiennent 114 chambres. Rez-de-chaussée : Contient un café restaurant, salle d’attente, accueil, espace de travail cuisson électrique et salle polyvalente. Sous-sol 01 : Contient un parking, local bagagiste et une administration. Sous-sol 02 : Contient un parking, réfectoire et vestiaire des personnels. 2.3 Objectif du projet Notre mission au niveau du projet consiste à assurer les tâches suivantes :  Conception de l’enveloppe du bâtiment selon RTCM.  Etablissement des bilans thermiques (manuel et avec le logiciel Block Load) de toutes les zones de l’hôtel.  Choix et la sélection des équipements du système de climatisation et de chauffage.  Dimensionnement du réseau de distribution du fluide frigorigène et du réseau aéraulique.  Choix et la sélection des équipements du système de ventilation.  Dimensionnement du réseau aéraulique.  Calcul des pertes de charges du réseau aéraulique.  Dimensionnement du système de désenfumage.  Sélection des équipements du système de désenfumage.  Dimensionnement et sélection du système de production d’ECS. 2.4 Conduite du projet Dans le but d’obtenir une solution qui répond aux besoins du projet, une planification détaillée a été établie. Pour donner suite à cette planification, un diagramme de Gantt
  • 23. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 8 prévisionnel a été dressé (Figure 1-2). Ce diagramme permet de visualiser dans le temps, les diverses tâches composant le projet. Figure 1-2: Diagramme de GANTT prévisionnel Au fur et à mesure de l’avancement du projet, un diagramme de GANTT réel est établi avec des écarts par rapport au planning prévisionnel (Figure 1-3). Les tâches effectuées sont illustrées avec les délais et l’ordre d’exécution.
  • 24. Chapitre 1 : Présentation de l’organisme d’accueil, contexte général et du plan d’action 9 Conclusion Dans ce chapitre, nous avons précisé le cadre contextuel de notre projet de fin d’études après avoir établi la présentation de l’organisme d’accueil. Dans le prochain chapitre, nous allons élaborer un bilan thermique détaillé sur les différents locaux du l’hôtel afin de dimensionner les différents systèmes de climatisation et de chauffage conçus par le marché. Figure 1-3: Diagramme de GANTT réel
  • 25. 10 Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique Introduction Le présent chapitre consistera à concevoir l’enveloppe du bâtiment en respectant la réglementation thermique de construction au Maroc (RTCM). Ainsi que, l’élaboration du bilan thermique d’une part manuellement et d’autre part en faisant recours au logiciel Block Load.
  • 26. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 11 1. Règlement thermique de construction au Maroc 1.1 Définition Le Règlement Thermique de Construction au Maroc (RCTM) constitue un document de base pouvant être incorporé dès aujourd’hui dans les cahiers de charges des projets de construction, extension ou rénovation des bâtiments. C’est un outil d’aide à l’optimisation thermique et énergétique de l’enveloppe du bâtiment, intervenant au stade de la conception. Le règlement thermique, concerne uniquement l’enveloppe des bâtiments et s’intéresse à la fois au secteur résidentiel et les bâtiments tertiaires (hôtels, bureaux, bâtiments d’éducation et d’enseignement supérieur et les hôpitaux) [2]. 1.2 Objectifs Le RTCM, vise essentiellement à améliorer les performances thermiques :  Réduire les besoins de chauffage et de climatisations des bâtiments ;  Améliorer le confort des bâtiments non climatisés ;  Réduire la puissance des équipements de chauffage et de climatisation à installer ;  Inciter les architectes, ingénieurs et maîtres d’œuvre à l’utilisation des approches de conception thermique performante de l’enveloppe du bâtiment ;  Mettre à la disposition des maîtres d’ouvrage, décideurs publics et bailleurs de fonds, un outil permettant d’améliorer la productivité de leurs investissements ;  Aider à la réalisation de diagnostics énergétiques des bâtiments existants[2]. 1.3 Définition des spécifications techniques minimales de performance thermique des bâtiments Le RTCM fixe pour les composantes de l’enveloppe du bâtiment des critères de performance dont les niveaux retenus conduiront à réduire les besoins de chauffage et de climatisation. Pour les bâtiments non climatisés, ils réduiront les périodes d’inconfort thermique. Les spécifications techniques minimales des performances thermiques peuvent être exprimées, pour chaque zone climatique et chaque type de bâtiment, de deux manières [2]:  Approche globale dite performantielle Les spécifications sont exprimées en termes d’exigences minimales en besoins spécifiques annuels de chauffage et de climatisation (Tableau 2-1), par rapport à des températures intérieures de référence (20 °C pour le chauffage et 26 °C pour la climatisation) Toutefois, la vérification de ces spécifications nécessite le recours à un outil de simulation [2].
  • 27. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 12 Tableau 2-1: Besoins spécifiques thermiques annuels de chauffage et de climatisation en kWh/m²/an Zones Ecoles Administrations Hôpitaux Hôtels Agadir Z1 44 45 72 48 Tanger Z2 50 49 73 52 Fès Z3 61 49 68 66 Ifrane Z4 80 35 47 34 Marrakech Z5 65 56 92 88 Errachidia Z6 67 58 93 88  Approche simplifiée dite prescriptive Les caractéristiques thermiques des parois de l’enveloppe d’un bâtiment, correspondent aux coefficients de transmission thermique des toitures, des murs extérieurs, des planchers et des baies vitrées, ainsi qu’au facteur solaire équivalent des baies vitrées, et à la résistance thermique des planchers sur sol plein [2]. 2. Bilan thermique en été 2.1 Généralité L’établissement du bilan thermique est une étape indispensable, qui consiste à répertorier toutes les sources de perturbation, influençant l’ambiance d’un local donné en température et humidité et les classer selon leurs natures (sensibles ou latentes). Le calcul du bilan thermique de climatisation, permet de déterminer la puissance de l’installation qui pourra répondre aux critères demandés. Ce calcul s’effectuera à partir des gains réels, c’est-à-dire au moment où les apports calorifiques atteignent leur maximum dans le local. Nous distinguons :  Les gains internes : Ce sont les dégagements de chaleur sensibles ou latents ayant leurs sources à l’intérieur du local (occupants, éclairage et autres équipements).  Les gains externes : Ce sont les apports de chaleur sensible dus à l’ensoleillement et à la conduction à travers les parois extérieures et les toits et aux infiltrations d’air extérieur. Avant de commencer le calcul du bilan thermique, il est nécessaire de connaître tous les facteurs qui pourront affecter l’évaluation pour avoir une installation plus économique. Nous citons ci-dessous quelques principaux éléments à prendre en considération :  Orientation du local et situation géographique (latitude, longitude).
  • 28. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 13  Dimensions du local : Longueur, largeur, hauteur sous plafond.  Matériaux de construction : Nature des matériaux, épaisseur des parois, etc.  Emplacement et dimensions de vitrage (type de vitrage, épaisseurs des composants).  Eclairage et équipements électriques (type, puissance).  Occupants (nombre, type d’activité). 2.2 Charges dues à l’environnement extérieur  Charges thermiques par transmission à travers les parois et les vitrages Les charges par transmission des parois sont dues à la transmission de la chaleur sensible vers le local à travers les différentes parois (murs extérieurs, plafonds, planchers, cloisons, ouvrants, etc.). Elles se calculent par la relation suivante [3]: Avec Qtr : Flux de chaleur par transmission à travers les parois (W). U: Coefficient de transmission thermique (W/m².K). 𝑆 : Surface nette de la paroi considérée (m²). Δθ : Différence de températures entre les deux faces de la paroi considérée (°C ou K). Le tableau 2-2 indique les différentes formules pour calculer Δθ pour chaque type de parois[4]. Tableau 2-2: Différence de température entre les différentes faces des parois Types de parois ∆θ (°C) Murs extérieurs ensoleillés ∆θ θe-θi Murs en contact avec les locaux non conditionnés ∆θ θe-θi-3 Plafond sous comble ventilé ∆θ θe-θi+3 Plafond sous comble non ventilé ∆θ θe-θi+12 Plancher sur terre pleine ∆θ 20-θi Mur en contact avec la cuisine ∆θ θe-θi+18 Le coefficient de transmission U est généralement calculé par la formule suivante [4]:      S U Qtr (2.1)
  • 29. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 14 Avec ei: Epaisseur d’une couche de la paroi (m). λi : Conductivité thermique par conduction en (W/m.K). hi et he : Coefficients d’échanges convectifs interne et externe de la paroi en (W/m².K). Le tableau suivant illustre les valeurs conventionnelles des coefficients d’échanges thermiques selon le type de paroi [4]. Tableau 2-3: Coefficient d’échanges thermiques superficiels Parois en contact avec l’extérieur Parois en contact avec un autre local, un comble ou un vide sanitaire Parois vitrées Murs Plafonds Planchers Murs Plafonds Planchers he 16,7 20 20 9 20 5,9 16,7 hi 9 11,1 5,9 9 20 5,9 9  Charges dues au rayonnement solaire à travers les parois [QRm] Les apports par ensoleillement à travers les parois dépendent de la situation géographique, du moment considéré (heure, mois), et enfin de son orientation. Elles sont calculées par la formule suivante [3]: Avec QRm : Flux de chaleur par rayonnement à travers les parois (W). A: Coefficient d’absorption de la paroi recevant le rayonnement. Il dépend de la couleur et de la nature du mur ou de type de vitrage (Tableau A.1-Annexe A). F: Facteur de rayonnement solaire. Il indique la part de chaleur absorbée par la surface et transmise à travers le mur du local (Figure A.1-Annexe A). e i i i h e h U 1 1 1      (2.2) m Rm I F S A Q     (2.3)
  • 30. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 15 Im: Rayonnement solaire absorbé sur la surface du mur en (W/m²). Il dépend de l’orientation du mur et de l’heure pour laquelle le calcul a été effectué et également de l’altitude sous laquelle le local se trouve. L’heure d’apport solaire maximal est déterminée à l’aide de la figure d’orientation (Figure A.2-Annexe A) et du (Tableau A.2-Annexe A).  Charges dues à la chaleur provenant du rayonnement solaire sur les vitrages [QRv] Les apports par ensoleillement à travers les vitres sont donnés par la relation suivante [3]: v Rv I g S A Q     (2.4) Avec QRv : Flux de chaleur par rayonnement sur les vitrages (W). g : Facteur de réduction est en fonction du mode de protection de la fenêtre contre le rayonnement solaire. Il est défini d’après le Tableau A.3 –Annexe A. Iv : Intensité du rayonnement solaire sur les vitrages (W/m²), donnée par la même figure (Figure A.3 –Annexe A) dans la colonne «v».  Charges par renouvellement d’air et infiltration [ QRa] Pour des besoins physiologiques de l'organisme humain, il faut fournir une certaine quantité d'air neuf aux occupants du local à climatiser. Cet apport d'air neuf engendre des charges supplémentaires en chaleur latente et sensible Erreur ! Source du renvoi ntrouvable..  Gains sensibles par renouvellement d’air [3]: ) ( 34 , 0 i e v sr T T q Q    (2.5)  Gains latents par renouvellement d’air [3]: Avec Qsr : Gains sensibles par renouvellement d’air (W). Qlr : Gains latents par renouvellement d’air (W). ) ( 84 , 0 i e v lr w w q Q    (2.6)
  • 31. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 16 qv : Débit d’air extérieur de renouvellement (m3 /h). Te : Température extérieure de base (°C). Ti : Température intérieure de base (°C). we : Teneur en eau de l’air extérieur (g/kg air sec). wi: Teneur en eau de l’air intérieur (g/kg air sec). Si la ventilation est naturelle, nous pouvons considérer que le renouvellement d’air est égal à un volume de la pièce par heure (1vol/h). Le (Tableau A.4 -Annexe A) illustre les différentes valeurs en fonction du type du local. Par contre, si la ventilation est mécanique, nous révélerons sa valeur d’après les normes. - Charge par renouvellement d’air [3] : 2.3 Charges dues à l’environnement intérieur Les gains ayant leur source à l’extérieur varient beaucoup avec les conditions atmosphériques, l’heure et le mois. Par contre, les gains ayant leur source à l’intérieur sont beaucoup plus constants (Occupants ; Éclairage ; Appareils électriques ; Appareils de gaz ; Evaporation d’eau, etc.)  Charges par occupants [Qoc] L’homme peut être assimilé à un générateur thermique dont : o Une partie de l’énergie produite est utilisée pour maintenir constante la température intérieure du corps. o L’autre partie devra être dissipée dans le milieu ambiant sous forme de chaleur. Les apports dus aux occupants varient selon l’activité et les conditions intérieures. Le corps humain dégage de la chaleur latente sous forme de vapeur d’eau et de la chaleur sensible. Nous distinguons deux sortes de gains générés par les occupants :  Apports par chaleur sensible [3]: lr sr Ra Q Q Q   (2.7) N A Q s os   (2.8)
  • 32. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 17  Apports par chaleur latente [3] : Avec Qos: Apports de chaleur sensible par occupant (W). As: Chaleur sensible dégagée par un occupant (Tableau A.5- Annexe A). Qol : Apports de chaleur latente par occupant (W). Al : Chaleur latente dégagée par un occupant (Tableau A.5- Annexe A). N: Nombre d’occupants. - Charges par occupants [3] :  Charges dues aux éclairages [Qéc] Les luminaires utilisés dégagent de la chaleur qui est transmise au local par rayonnement et par convection. La quantité de chaleur dégagée par les luminaires dépend essentiellement du type de luminaire utilisé et de sa puissance nominale. Les apports sensibles par l’éclairage sont donnés par [3]: Avec Qéc : Charges dues aux éclairages (W). Péc : Puissance d’éclairage (W/m²). Les valeurs des puissances d’éclairage par type de local, sont indiquées dans le Tableau A.6- Annexe A.  Charges dues aux machines et appareillages [Qeq] Les appareils électriques, à gaz ou à vapeur émettent une certaine quantité de chaleur dans l’ambiance. Les apports par équipements sont donnés par la relation suivante [3]: N A Q l ol   (2.9) ol os oc Q Q Q   (2.10) S P Q éc éc   (2.11)
  • 33. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 18 Avec Qeq : Apports par équipements (W). : Puissance dégagée par chaque appareil i (W) (Tableau A.7-Annexe A). 3. Conception de l’enveloppe 3.1 Caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe Le règlement thermique proposé cible de manière spécifique les quatre grandes branches du secteur tertiaires à savoir [2]: o Les bâtiments administratifs. o Les établissements scolaires. o Les bâtiments hospitaliers. o Les établissements hôteliers. Nous nous intéressons aux spécifications techniques prescriptives qui sont exprimées de la même manière pour l’ensemble du secteur tertiaire. Ces spécifications se présentent en fonction des zones, comme indiqué dans le (Tableau B.1 – Annexe B). Pour identifier les caractéristiques thermiques maximales de l’enveloppe, il faut définir le zonage climatique et calculer le taux global des baies vitrées (TGBV) :  En définitive, la carte du zonage final comprend six zones climatiques. D’après la (Figure B.1 –Annexe B), notre projet est situé dans la zone climatique 1.  Calcul du TGBV : Le TGBV des espaces chauffés et/ou refroidis d’un bâtiment est défini par le rapport entre la surface totale de leurs baies vitrées et la surface totale brute de l’ensemble de leurs murs extérieurs [2]: Ainsi, pour une surface des baies vitrées S= 472,34 m² et une surface des murs extérieurs S=2128 m². L’indice TGBV est de 22,192%.   i eq P Q (2.12) TGBV surfaces des baies vitrées des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou refroidis surfaces brutes des murs extérieurs des espaces chauffés et/ou refroidis (2.13)
  • 34. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 19 3.2 Matériaux de construction et vitrages  Isolation thermique Le principe de l’isolation thermique désigne l’ensemble des méthodes employées afin de limiter les transferts de chaleur entre deux milieux ayant des températures différentes. L’isolation thermique est un volet important dans l’efficacité énergétique des bâtiments. Elle permet de réduire les coûts énergétiques tout en améliorant les conditions de confort. Le produit isolant doit être choisi en fonction de la paroi du bâtiment comme indiqué dans le tableau suivant : Tableau 2-4: Choix des isolants en fonction de la paroi [5] Types d’isolants Murs Cloisons Plafonds Toitures et planchers bas Laine de verre Oui Oui Oui Non Laine de roche Oui Oui Oui Oui Polystyrène expansé (PSE) Oui Oui Non Non Polystyrène extrudé (XPS) Non Oui Non Oui Polyuréthane Oui Non Non Oui Laine de chanvre Oui Oui Oui Non Perlite Non Non Non Oui Liège expansé Oui Oui Oui Oui Un bon isolant thermique se caractérise par :  Le coefficient de conductivité thermique ( ), qui détermine le caractère conducteur de l’isolant, c’est-à-dire la facilité avec laquelle il conduit la chaleur.  L’épaisseur (e) de l’isolant joue également un rôle dans la performance de l’isolation. En effet, pour une même conductivité thermique, l’isolant le plus épais permettra une meilleure isolation.  La densité de l’isolant s’inscrit aussi comme un critère de choix important. En effet, elle est déterminante pour retarder la pénétration de la chaleur dans le logement en été.  Pour finir, une bonne isolation est difficilement inflammable et protège des nuisances sonores extérieures [5].
  • 35. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 20  Composition des parois, vitrages et portes - Pour les murs extérieurs et les planchers bas, nous avons choisi le polyuréthane pur à cause de sa faible conductivité thermique (Résistivité thermique fort). - Pour les planchers hauts, la laine de roche est un excellent isolant contre le froid et le bruit. - Pour les murs intérieurs, nous avons choisi comme isolant le polystyrène expansé qui est un isolant synthétique à faible coût. Le tableau ci-dessous présente les caractéristiques de la composition des parois correspondent au mode ordinaire de construction marocain aves les isolants choisis d’après la comparaison des différents produits qui existent dans le marché (Tableau B.2 –Annexe B). Tableau 2-5: Compositions et caractéristiques des parois Murs Matériaux d'isolation Epaisseur (e) en cm Conductivité thermique en ( ) en W/m.K Mur extérieur Enduit au ciment 1 1,15 Brique à 6 trous 7 0,184 lame d'air 10 1 Isolant (Polyuréthane) 10 0,03 Brique à 6 trous 7 0,184 Enduit au ciment 1 1,15 Plancher bas Carrelage céramique 2 1,705 Béton lourd 5 1,75 Hourdis de 6 en béton 20 0,539 Isolant (polyuréthane) 10 0,03 Enduit au ciment 1 1,15 Plancher haut Carrelage céramique 2 1,705 Isolant (laine de roche) 6 0,034 Béton lourd 20 1,75 Mur intérieur Enduit au ciment 1 1,15 Brique à 6 trous 7 0,184 Isolant (Polystyrène Expansé) 8 0,05 Enduit au ciment 1 1,15
  • 36. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 21  Coefficients global de transmission de chaleur Les tableaux ci-dessous regroupent les résultats du calcul des coefficients global de la transmission de chaleur pour les parois, portes et fenêtres. Tableau 2-6: Coefficient de transmission de chaleur en fonction de la paroi Parois Coefficients global de la transmission de chaleur U en (W/m².K) Mur extérieur 0,228 Plancher bas 0,244 Plancher haut 0,492 Mur intérieur 0,45 Tableau 2-7: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de porte [4] Nature de la menuiserie Portes donnant sur Type de portes U (W/m².K) Portes simples en bois Le cloison Porte opaque pleine 3 Portes simples en métal L’extérieur Porte équipée de vitrage double à surface vitrage S< à 30% 5,5 Portes simples en métal L’extérieur Porte opaque 5,8 Tableau 2-8: Coefficient de transmission de chaleur pour chaque type de fenêtre [4] Type de Fenêtre Type de vitrage U (W/m².K) Fenêtre Battante en bois vitrage simple 4,95 Porte Fenêtre Coulissante en métal vitrage double avec une lame d'air de 6cm d’épaisseur 4,2
  • 37. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 22 3.3 Comparaison des caractéristiques techniques par rapport au RTCM Les caractéristiques thermiques maximales exigées de l’enveloppe sont présentées dans le tableau suivant [2]: Tableau 2-9: Comparaison des caractéristiques techniques suivant le règlement thermique marocain Caractéristiques techniques Taux des baies vitrées TGBV en (%) U des toitures exposées (W/m².K) U des murs extérieurs (W/m².K) U des vitrages (W/m².K) Zone climatique 1 (Référence. Agadir) 16-25 ≤0,65 ≤1,2 ≤5,8 Cas étudié 22,192 0,492 0,228 4,95 et 4,2 Le taux des baies vitrées calculé est entre 16 et 25%. En comparant les spécifications techniques limites réglementaires aux valeurs calculées. Nous trouverons que celles calculées sont plus faibles ce qui montre la performance énergétique de l’enveloppe du bâtiment. 4. Bilan thermique manuel 4.1 Situation géographique et météorologique du site Déterminer les conditions de températures et d’hygrométries de l’environnement intérieur et extérieur et les coordonnées géographiques du site, constitue le point de départ d’un projet de climatisation : Ces conditions sont précisées dans le cahier de charges et les documents ressources de la météorologie.  Situation géographique Le site du projet présente les propriétés suivantes [2] : -Localisation : Casablanca -Latitude : -7,67°. -Longitude : 33,57°. -Altitude : 57m.
  • 38. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 23  Condition intérieure Les conditions intérieures de calcul seront conformes aux dispositions de la norme marocaine NM ISO7730. Dans le cas général nous nous référons aux conditions prescrites dans le tableau suivant [2]: Tableau 2-10: Conditions intérieures du calcul : Humidité et température sèche  Condition extérieure Elles dépendent de la saison et du lieu où est implanté le local à climatiser. Les données météorologiques ont permis de fixer les températures sèches et les hygrométries. Elles représentent la moyenne des valeurs maximales enregistrées. Elles conduisent au calcul des charges maximales. Le tableau suivant résume les données climatiques à Casablanca [2]: Tableau 2-11: Conditions extérieures du calcul : Humidité et température 4.2 Résultats du bilan thermique manuel Le tableau suivant résume les résultats de calcul du bilan thermique pour chaque étage du l’hôtel, effectué sur la base des formules précédentes. La charge thermique totale obtenue est aussi mentionnée. Le bilan thermique détaillé pour chaque zone est fourni en Tableau C.1 - Annexe C. Période Température sèche (°C) Humidité relative (%) Humidité absolue (Kg/Kg) Eté 26 60 0,015 Hiver 20 55 0,01 Période Température humide (°C) Température sèche (°C) Humidité relative (%) Humidité absolue (Kg/Kg) Eté 32 27,2 40 0,014
  • 39. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 24 Tableau 2-12: Résultat du bilan thermique Manuel La charge thermique globale obtenue par la méthode d’Airwell est : 307,48kW. La figure (en Camembert) suivante illustre la répartition des charges thermiques du notre projet. Etage Charges internes Charges externes Total en (kW) Qoc (kW) Qéc (kW) Qeq (kW) QRa (kW) QRm (kW) QRv (kW) Qtrm (kW) Qtrv (kW) 1er SS 1,01 0,31 3,03 0,29 0 0 21,98 0 4,67 RDC 12,86 4,00 10,69 6,12 0,72 2,09 0,28 1,78 38,55 1 1,53 2,01 16,90 0,81 0,49 4,82 0,59 2,27 29,41 2 1,53 2,01 16,90 0,81 0,49 4,82 0,59 2,27 29,41 3 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59 4 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59 5 1,43 1,87 15,60 0,75 0,43 4,82 0,55 2,14 27,59 6 1,43 1,85 15,60 0,75 0,43 4,82 0,53 2,14 27,55 7 1,33 1,80 14,30 0,73 0,39 3,84 0,52 2,01 24,91 8 1,33 1,70 14,30 0,73 0,32 3,84 0,50 2,02 24,72 9 1,22 1,62 11,70 0,65 0,40 4,52 0,44 1,82 22,37 10 1,12 1,56 11,70 0,63 0,42 4,52 1,37 1,81 23,12 Total 27,65 22,46 161,93 13,77 4,95 47,71 6,48 22,54 307,48
  • 40. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 25 Figure 2-1: Répartition des charges thermiques Cette figure nous montre que les charges dues aux machines et appareillages prennent la moitié de la totalité des charges avec un pourcentage de 53%. Par la suite, nous remarquons que les charges dues au rayonnement solaire sont de 16%. Ceci montre la grande influence de la quantité de chaleur libérée par les équipements. 5. Modélisation sur logiciels 5.1 Calcul des charges thermiques par le logiciel Block Load  Présentation du Logiciel Block Load Block Load, développé par Carrier est un progiciel de calcul des charges été/hiver pour les bâtiments tertiaires. Simple ou multiple zones peuvent être facilement calculées. Ce progiciel utilise la méthode des facteurs de réponse pour calculer les charges. Cette méthode est approuvée par American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) comme méthode adaptée pour le calcul des charges horaires [6]. Les zones (espaces ou locaux) sont décrites sous forme d'onglets :  Pour les données météorologiques.  Pour les données générales de la zone, l'éclairage et les autres apports électriques.  Pour l'activité, les autres apports sensibles et latents et la ventilation.
  • 41. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 26  Pour les coefficients U des parois et vitrages, les facteurs solaires, les protections solaires. 5.2 Résultat du bilan thermique par Block Load Nous insérons toutes les données requises et les caractéristiques du l’hôtel entier dans le progiciel Block Load. Le tableau suivant présente les besoins totaux en climatisation et en chauffage de chaque étage de l’hôtel (les besoins de chaque zone de l’hôtel sont présentés dans l’Annexe C- Tableau C.2) : Tableau 2-13: Puissances frigorifiques et calorifiques par Block Load Local PFs (kW) PFl (kW) PF (kW) Pc (kW) 1er Sous-sol 4,215 1,052 5,267 1,045 RDC 34,358 14,096 48,454 19,550 1er étage 27,868 2,227 30,095 6,217 2ème étage 27,868 2,227 30,095 6,217 3ème étage 26,091 1,991 28,082 5,883 4ème étage 26,091 1,991 28,082 5,883 5ème étage 26,091 1,991 28,082 5,883 6ème étage 26,075 1,991 28,066 5,878 7ème étage 23,990 1,855 25,845 5,573 8ème étage 23,902 1,854 25,756 5,558 9ème étage 20,939 1,720 22,659 5,242 10ème étage 22,081 1,561 21,572 6,648 Total 289,569 34,556 322,055 79,577
  • 42. Chapitre 2 : Conception de l’enveloppe et calcul du bilan thermique 27 Les puissances frigorifiques et calorifiques à installer dans les systèmes de climatisation et de chauffage sont respectivement égales à 322,055 kW et 79,577 kW. Les rapports de ces résultats généraux par Block Load sont présentés dans l'annexe C. 5.3 Validation par le logiciel Block Load Afin de valider le calcul des charges thermiques manuellement, nous devons faire, en premier lieu une comparaison des résultats manuels du local traité par rapport aux résultats du progiciel, la variation entre les deux résultats ne doit pas dépasser 10 %. Le tableau suivant résume cette comparaison : Tableau 2-14: Comparaison des résultats des bilans thermiques Bilan Charge de climatisation (kW) Erreur (%) Logiciel Block Load 322,06 4,74 Bilan Manuel 307,484 Interprétation : Quoique les deux méthodes de calcul du bilan thermique soient différentes Airwell (Bilan manuel), Carrier (Bilan par Block Load). Les résultats calculés manuellement sont proches de ceux calculés par le logiciel Block Load avec une erreur relative assez faible, malgré plusieurs facteurs qui différencient les deux. Afin d’obtenir des résultats qui tient compte des deux méthodes. Les résultats du bilan thermique par la suite représenteront la moyenne des deux résultats. Conclusion Ce chapitre était consacré au choix de la composition performante de l’enveloppe afin de minimiser la consommation des systèmes actifs à installer, suivi par l’établissement du bilan thermique pour l’ensemble des locaux. Les résultats de ce bilan seront la base de dimensionnement des systèmes de climatisation/chauffage qui vont assurer le confort hygiénique et thermique des individus des différents locaux. Le choix, la sélection et le dimensionnement des conduites des systèmes de climatisation, ventilation et désenfumage feront l’objet du chapitre suivant.
  • 43. 28 Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage Introduction La réalisation d’un projet s’inscrivant dans le cadre de climatisation, la ventilation, le chauffage et le désenfumage requiert une connaissance pointue des différents systèmes, afin de trouver un compromis entre le confort thermique des occupants et une consommation optimale des équipements. Ce chapitre sera dédié d’une part, à une étude bibliographique englobant des généralités théoriques, en décrivant les principes de fonctionnement des systèmes et en présentant les domaines d’application. D’autre part, nous allons effectuer la sélection des équipements à l’aide du logiciel de sélection et à partir du catalogue de constructeurs.
  • 44. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 29 1. Etude bibliographique 1.1 Système de climatisation 1.1.1 Type des unités intérieures du système de climatisation Le traitement de l’air utilise plusieurs technologies qui peuvent être classées selon le mode d’apport de l’air neuf, mode de distribution de l’air, medium de transfert des calories et des frigories, le matériel utilisé, etc.. Tous les systèmes de climatisation sont composés d’une unité extérieure ou groupe extérieur et au minimum une unité intérieure qui peut être : Murale : Se fixe au mur souffrant ainsi d’aucune contrainte de perte d’espace dans la pièce. Console : Fonctionne avec une unité intérieure qui est impérativement, par soucis technique du bâtiment, posée au sol ou en bas de mur ou sous une fenêtre. Plafonnier : Accrochée au plafond ou juste sous le plafond. Cassette encastrable : Peut-être encastrable pour l’insertion dans un faux plafond ou en l’absence de ce dernier et dont l’air est diffusé en soufflant en horizontale. Gainable : Placé dans les faux plafonds. Ce système permet de faire circuler l’air dans des gaines de circulation et de le diffuser dans les différentes pièces par l’intermédiaire de grilles de soufflage [7]. 1.1.2 Classification des systèmes de climatisation Selon le médium de transfert des calories, nous distinguons les systèmes à détente directe et les systèmes à détente indirecte.  Systèmes à détente directe La climatisation à détente directe utilise directement le fluide comme fluide caloporteur, pour évacuer les calories vers l’extérieur et les transmettre à l'intérieur des pièces à climatiser. Cette famille regroupe plusieurs appareils : o Split-system Ce système de climatisation est composé de deux unités distinctes, l’une située à l’extérieur (comprenant le compresseur et le condenseur), d’un bâtiment servant à évacuer
  • 45. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 30 l’air chaud et l’autre à l’intérieur (comprenant le détendeur et l’évaporateur) du bâtiment pour refroidir l’air. Ces deux unités sont reliées par une canalisation dans laquelle circule le fluide frigorigène. Ce système, peut être réversible, c’est à dire produire également de la chaleur afin de remplacer un système de chauffage classique. Ils sont conçus pour la climatisation de petites et moyennes surfaces comme les habitats, les bureaux, les petits commerces, etc. Son avantage principal est son prix économique et son utilisation de confort pour des zones où le besoin de climatisation est impératif.  Mono-split : Dispose d’une seule unité intérieure pour une unité extérieure.  Multi-split : Associe une unité extérieure et plusieurs unités intérieures (jusqu’à 6 pièces) [8]. o Armoire de climatisation Une armoire de climatisation constitue en quelque sorte un "caisson de traitement d'air vertical". Elle s'installe généralement et directement dans la pièce à climatiser où il faut assurer à la fois le contrôle de la température et de l’hygrométrie de l’air avec des tolérances précises. Cette armoire métallique verticale peut regrouper tous les éléments nécessaires au traitement : un filtre, une batterie froide, une batterie chaude (électrique ou à eau), un humidificateur et un ventilateur centrifuge. Parmi les applications des armoires de climatisation, nous trouvons : Les centres technologiques, les musées et les centres de télécommunications[9]. o Système de type VRV Le VRV (Volume de réfrigérant variable) est un système de conditionnement d’air polyvalent. Le principe consiste à faire varier le débit de fluide frigorigène en circulation en fonction des charges thermiques du local. Il permet d’alimenter à la fois plusieurs unités intérieures (jusqu’aux 64 unités), de puissances différentes, en assurant l’indépendance totale en matière de mode est les consignes d’utilisation. La distance entre l’unité extérieure et les différentes unités intérieures peut atteindre jusqu’à 100 m de longueur de canalisation frigorifique, avec une dénivellation de 40 m. Le système VRV peut être installé dans de nombreuses applications comme les centres commerciaux, les immeubles de bureaux, les hôtels, les hôpitaux, etc. Nous distinguons deux types de systèmes :
  • 46. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 31  Systèmes VRV à deux tubes : Toutes les unités intérieures sont raccordées à un même groupe extérieur qui fonctionne soit en chauffage soit en froid.  Systèmes DRV à 3 tubes (à récupération d’énergie) : Le choix de mode s’effectue indépendamment au niveau de chaque unité intérieure grâce à un boitier installé en amont, qui permet de gérer l’unité intérieure en répondant au besoin de l’utilisateur quel que soit le mode de fonctionnement du reste [8]. o Système monobloc ou roof-top Ce système est compacte, autonome et destiné à être placé en toiture du local à climatiser. Le roof-top souffle directement l’air climatisé dans un réseau de gaines qui le distribue à une température convenable. Ce système est le plus souvent utilisé dans les installations industrielles, centres commerciaux, grandes surfaces alimentaires, distribution spécialisée, entrepôts, cinémas, stations-service et les lieux de passage à très fort potentiel de fréquentation[9].  Système à détente indirecte ou à eau Le système dit à « eau » est un mode de production de froid ou de chaud, qui utilise l’eau pour transporter les frigories/calories vers les unités intérieures depuis un groupe frigorifique. Cette famille regroupe plusieurs appareils : o Pompe à chaleur (PAC) La pompe à chaleur permet de chauffer un logement grâce aux calories contenues dans l’environnement extérieur ; la terre, l’eau, ou l’air qui nous entoure. Elle est surtout utilisée en tant que solution dans les bâtiments à usages industriels, de bureaux ou publics, les centres sportifs, habitations de plusieurs étages, etc [9]. o Groupe eau glacée Le système dit à « Eau glacée » est un mode de production de froid qui utilise l’eau pour diffuser le froid vers les unités intérieures depuis un groupe frigorifique. Le groupe d’eau glacée est très utilisé dans les administrations, les hôpitaux, le commerce et le résidentiel collectif [7]. o Ventilo-Convecteur Le ventilo-convecteur est une unité de climatisation ou de chauffage destinée à souffler de l’air dans une pièce afin d’apporter la quantité nécessaire en calories ou frigories. L’air repris
  • 47. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 32 dans la pièce est filtré puis il traverse un ou deux échangeurs avant d’être pulsé par un ventilateur dans la pièce [9]. o Centrale de traitement d’air (CTA) Une centrale de traitement d’air est un élément technique dédié au chauffage, au rafraîchissement, à l'humidification ou à la déshumidification des locaux tertiaires ou industriels. C'est un système tout air à débit constant ou variable, qui modifie les conditions thermiques de l’air. Il existe deux types de centrales de traitement d'air :  La CTA simple flux, ne traite qu’un seul flux d’air en extraction d’air vicié, en recyclage ou en soufflage d’air neuf. Elle est soit tout air neuf, soit tout air repris ou encore en mélange des deux flux.  La CTA double flux, elle permet toutes les combinaisons possibles entre la reprise d'air, l'air neuf, l'air rejeté et l'air traité suivant la configuration. Ce système est particulièrement bien adapté au chauffage et au rafraichissement des grands volumes dans lesquels nous voulons maintenir de très bonnes conditions de température, en été comme en hiver, tels que : Les salles polyvalentes à dominance culturelle ou sportive, les supermarchés, les hôpitaux et blocs opératoires, les halls de stockage pour des produits alimentaires ou les matières premières et les salles blanches [8]. 1.2 Système de ventilation 1.2.1 Rôle de la ventilation La ventilation est essentielle car elle permet le renouvellement et l'assainissement de l'air intérieur d'un local ou d'une construction. Le but est d'apporter suffisamment d'air frais ou d'air neuf hygiénique (oxygène) indispensable à notre respiration et à une bonne combustion des carburants utilisés dans le local pour le chauffage ou la cuisine, et évacuer l’air vicié. Il est nécessaire alors de ventiler tout logement en toute saison pour :  Le confort : L’air saturé ambiant provoque une impression de moiteur pour les occupants et les odeurs doivent être éliminées.  L’hygiène : L’humidité de l’air peut provoquer une prolifération de germes microbiens en suspension dans l’air.
  • 48. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 33  L’esthétique : L’humidité de l’air se dépose sur les parois froides et provoque des dégradations importantes : Moisissures et salissures, mais également le décollement des parements, le gonflement des enduits et les pourrissements des bois. 1.2.2 Principe de la ventilation Tout système de ventilation doit comporter:  Des entrées d’air dans toutes les pièces principales (chambre, bureau, etc.), réalisées par des orifices en façades, des conduits à fonctionnement naturel ou des dispositifs mécaniques. Les entrées d’air sont sous forme : - Grilles fixes : Section de passage de l’air est fixe. - Grilles auto réglables : Maintien automatique du débit d’air quelle que soit la différence de pression. - Grilles hygroréglables : Variation automatique du débit d’air en fonction de l’humidité de l’air du local.  Des sorties d’air vicié dans les pièces de service (cuisine, salle de bain, WC, etc.) réalisées par des conduits verticaux à tirage naturel ou des dispositifs mécaniques. Les sorties d’air sont sous forme: - Bouches à réglage fixe : Débit réglable manuellement par l’occupant, mais un débit d’air d’extraction minimal est toujours assuré. - Bouches auto réglables : Maintien automatique du débit d’air, quelle que soit la différence de pression. - Bouches hygroréglables : Variation automatique du débit d’air en fonction de l’humidité de l’air du local.  Des communications entre les pièces principales et les pièces de services réalisées par des passages dans ou sous les portes, de manière à assurer une circulation libre de l’air [10]. 1.2.3 Types de systèmes de ventilation Il existe différents systèmes de ventilation :  Ventilation naturelle Dans la ventilation naturelle, aucun ventilateur n'intervient. L'air se déplace grâce aux différences de pression dues au vent qui existent entre les façades du bâtiment et grâce à la
  • 49. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 34 différence de masse volumique en fonction de sa température. La circulation de l'air est donc totalement naturelle. Des amenées d'air (grilles réglables, vasistas) doivent être disposées en façade pour les locaux dits "propres ou secs" (bureaux, séjours, etc.). Des ouvertures de transfert (détalonnage des portes ou grilles) permettent le passage de l'air vers les locaux dits "humides" ou "viciés" (sanitaires, cuisine, etc.), d’où l’air est évacué grâce à des conduits verticaux débouchant en toiture. La difficulté de ce système est de bien contrôler les débits d’air qui risquent d’être trop élevés en hiver et pas assez en été. Le choix des grilles et du débouché de toiture est essentiel [11].  Ventilation mécanique Les systèmes de ventilation mécanique contrôlée (VMC) reposent uniquement sur des appareils mécaniques (généralement des ventilateurs) qui peuvent être centralisés dans des locaux techniques, toiture-terrasse ou des combles (caissons de ventilation, centrales de traitement d’air, etc.) ou décentralisés dans les locaux à ventiler (ventilateurs terminaux, cassettes, etc.). Pour ce système nous distinguons deux types :  La ventilation mécanique contrôlée simple flux : C’est lorsque soit l'amenée d'air (pulsion), soit l'évacuation d'air (extraction) est réalisée grâce à un ventilateur.  La ventilation mécanique contrôlée double flux : Les amenées d’air et les extractions sont mécanisées. Le système le plus répandu consiste à avoir un ventilateur/extracteur centralisé d’où partent des tuyaux d’air vers les différents locaux de la maison. De plus, un échangeur de chaleur permet à l’air qui sort de réchauffer l’air qui entre. Ce système est couteux, encombrant mais très maitrisable et peu gourmand en énergie [12]. 1.3 Désenfumage 1.3.1 Généralité L’incendie dans un établissement génère des fumées chaudes, opaques et dangereuses qui s’accumulent en partie haute des bâtiments et descendent en peu de temps au niveau des personnes. Pour permettre leur évacuation, limiter la propagation du feu et favoriser l’intervention des secours, la mise en place des systèmes de désenfumage est nécessaire. Elle doit être précédée d’une évaluation du risque tenant compte de l’activité du potentiel calorifique et de la géométrie des bâtiments.
  • 50. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 35 1.3.2 Méthodes de désenfumages Les quatre types de méthodes correspondent aux combinaisons entre amenée d’air naturelle ou mécanique et extraction naturelle ou mécanique :  Le désenfumage naturel/naturel est le plus fréquemment rencontré et utilise le principe du balayage.  Le désenfumage mécanique/naturel s’appuie essentiellement sur la hiérarchisation des pressions.  Le désenfumage naturel/mécanique est surtout adapté aux bâtiments à plusieurs niveaux.  Le désenfumage mécanique/mécanique reste le seul quand il y a impossibilité de mettre en œuvre arrivée et extraction naturelle (locaux de faible hauteur, parkings souterrains, locaux en sous-sol, etc.) [13]. 1.3.3 Désenfumage naturel Le désenfumage par balayage naturel consiste à extraire l’air pollué par des produits de combustion. Dans ce cas, les gaz chauds s’élèvent par effet de cheminée et s’évacuent naturellement par des ouvrants. - Les évacuations de fumée sont réalisées par des ouvrants en façade, des exutoires ou des bouches raccordées à un réseau. - Les amenées d'air sont réalisées par des ouvrants en façade, les portes des locaux à désenfumer donnant sur l'extérieur ou sur des locaux largement aérés. - Le dispositif de déclenchement manuel ou automatique doit permettre l’ouverture des bouches et des exutoires et doit mettre à l’arrêt la VMC et la climatisation [14]. 1.3.4 Désenfumage mécanique Le désenfumage par balayage mécanique est assuré par une ou des extractions mécaniques, pour extraire les fumées et pour compenser cet air extrait. Des amenées d'air naturelles ou mécaniques sont disposées de sorte à assurer un balayage du local à désenfumer. - Évacuations des fumées : L'ensemble du réseau est constitué de gaine non inflammable, coupe-feu 2 heures, reliant l’extracteur et les bouches d'évacuation de fumées. - Amenées d'air neuf : Elles peuvent être de deux types soit naturelles, soit mécaniques.
  • 51. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 36  Naturelles : Ouvrants en façade par exemple.  Mécanique: Gaines coupe-feu [14]. 2. Dimensionnement du système de climatisation 2.1 Choix du système de climatisation Le choix de la bonne climatisation doit se faire en fonction de plusieurs critères pour répondre au besoin de chaleur et de froid. Pour un bâtiment tertiaire neuf, deux options se présentent. De ce fait, nous avons construit une matrice de décision (tableau 3.1) qui repose sur l'évaluation de chaque option, à partir de critères prédéfinis placés en colonne et pondérés selon leur importance dans le choix final. Tableau 3-1: Matrice de décision pour le choix du système de climatisation [9] Critères Coût d'installation Impact sur l'environnement Consommation d'énergie Performance énergétique Niveau de maintenance Confort acoustique Mode de régulation Total Pondération 3 2 3 3 2 3 2 Système à détente directe (VRV) 5 15 2 4 4 12 5 15 3 6 5 15 4 8 75 Système à détente indirecte (PAC Ventilo- Convecteur) 3 9 4 8 3 9 4 12 4 8 3 9 5 10 65 Échelle de positionnement : 1 = nul, 2 = pas bon, 3 = moyen, 4 = bien, 5 = très bien Le système VRV est le plus convenable car il offre plusieurs avantages dont l’économie d’énergie, le confort acoustique et la performance énergétique. 2.2 Choix du type de l’unité intérieure Pour équiper la climatisation réversible, nous avons le choix entre 5 types d’unité intérieures : Mural, plafonnier, gainable, console et cassette. Le tableau 3.2 représente la matrice de décision des types des unités intérieures en fonction des critères.
  • 52. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 37 Tableau 3-2: Matrice de décision pour le choix du type de l’unité intérieure [15] Critères Investissement Adaptation aux différentes hauteurs Adaptation aux différentes surfaces Niveau de maintenance Encombrement Confort acoustique Total Pondération 3 2 3 2 3 3 Mural 3 9 5 10 3 9 4 8 2 6 4 12 54 Plafonnier 3 9 4 8 4 12 3 6 3 9 4 12 56 Cassette 4 12 3 6 5 15 2 4 5 15 4 12 64 Gainable 5 15 3 6 5 15 2 4 5 15 5 12 67 Console 3 9 5 10 2 6 3 6 2 6 3 15 52 Échelle de positionnement : 1 = nul, 2 = pas bon, 3 = moyen, 4 = bien, 5 = très bien Le gainable est une unité intérieure quasiment invisible. Ses principaux atouts sont : Une grande efficacité énergétique, silence et discrétion extrême, confort et température homogène. 2.3 Sélection du groupe VRV  Conception du système de climatisation Dans le système VRV 2 tubes, les unités intérieures produisent toutes en même temps, soit du froid, soit du chaud. Ce système demande que les besoins du bâtiment soient assez homogènes et qu’une plage neutre de 20 à 26 °C par exemple, soit acceptée par chacun. Les locaux du bâtiment étudié sont répartis sur des façades différentes. Il est à première vue adéquat de diviser le bâtiment en plusieurs zones pour chaque façade. Trois systèmes de climatisation sont alors installés dans le bâtiment, puisque 3 unités travailleront en parallèle. Le tableau 3.3 présente la répartition choisie. Tableau 3-3: Répartition du système VRV Système Nombre de zone Orientation Système 1 42 Ouest Système 2 43 Sud-Est Système 3 35 Nord-Ouest
  • 53. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 38 Sélection des unités intérieures La sélection du groupe VRV se fait par le logiciel Carrier VRF Software, en se basant sur le résultat du bilan thermique. L’équipement choisi pour chaque zone devra fournir une puissance frigorifique développée supérieure à la charge thermique de la zone. Chaque unité extérieure peut être liée au maximum à 63 unités intérieures avec un dénivelé qui ne dépasse pas 40 m. Le tableau 3.4 présente les références des unités intérieures et les quantités retenues par chaque installation. L’annexe D récapitule les schémas des unités intérieures et extérieures retenues pour chaque zone. Tableau 3-4: Caractéristiques des unités intérieures pour chaque système Système Référence Débit de soufflage (m3 /h) Quantité Puissance nominale (kW) Système 1 42VD018H112013011 684 9 4,5 42VD012H112013011 514 11 3,6 42VD009H112013011 456 21 2,8 42VD058H112011010 4100 1 25 Système 2 42VD018H112013011 684 1 5,6 42VD012H112013011 514 1 3,6 42VD009H112013011 456 39 2,8 42VD005H112013011 456 1 1,5 42VD056H112011010 4100 1 20 Système 3 42VD009H112013011 456 27 2,8 42VD012H112013011 514 1 3,6 42VD006H112013011 456 6 2,2 42VD048H112003010 1556 1 11,2
  • 54. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 39  Sélection des unités extérieures Le logiciel VRF Software de Carrier détermine l’unité extérieure en fonction de la somme des puissances des unités intérieures. Le tableau suivant illustre les unités extérieures retenues pour chaque installation. Tableau 3-5: Caractéristiques des unités extérieures pour chaque système Système Référence Puissance nominale frigorifique de l'unité extérieure (kW) Puissance développée frigorifique de l'unité extérieure (kW) EER COP Système 1 38VF058H11 901E 161,5 157,05 3,62 3,7 Système 2 38VF052H11 901E 145,5 141,15 3,72 3,81 Système 3 38VF038H11 901E 106,05 103,52 3,55 3,62 *EER : Energy Efficiency Ratio est le coefficient d’efficacité frigorifique *COP : Coefficient de performance 2.4 Dimensionnement du réseau hydraulique et aéraulique Le bon dimensionnement des conduites du réseau hydraulique ou aéraulique permet d'éviter les surconsommations, le bruit des turbulences et limite les coûts d'installation. Les dimensions des tuyaux ou tubes d'un réseau hydraulique ou aéraulique sont généralement calculées en fonction du débit souhaité de fluide à transporter. Le diamètre des conduits est en général la dimension recherchée. 2.4.1 Dimensionnement du réseau de distribution du fluide frigorigène Après la génération du schéma de tuyauterie avec les raccords nécessaires, VRF software de Carrier calcule les diamètres pour chaque tronçon du circuit hydraulique. Les résultats sont recueillis dans le tableau D.4- Annexe D. 2.4.2 Dimensionnement du réseau aéraulique Pour aboutir à un dimensionnement correct des conduites circulaires, il faut respecter ces 4 paramètres : La vitesse, le diamètre, le débit et les pertes de charges.
  • 55. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 40 La méthode que nous avons adoptée est celle de perte de charge constante qui consiste à dimensionner les divers tronçons du réseau de telle sorte que chacun présente la même perte de charge linéique 1Pa/m (valeur courante de compromis entre les problèmes acoustiques liés à une vitesse trop élevée de l’air et l’investissement lié à la taille des conduits). Connaissant le débit et les pertes de charges, le diamètre nominal est déterminé en utilisant les abaques couramment rencontrés dans la littérature (fonction de la forme de la conduite et de sa composition) [16]. a. Démarche à suivre - Nous nommons les tronçons en se basant sur le fait que chaque tronçon a un débit précis. - Nous relevons les débits sur chaque tronçon à partir du résultat de la sélection du système volume réfrigérant variable (VRV). - Nous fixons dans chaque tronçon la perte de charge linéique à 1 Pa/m. - Connaissant la perte de charge linéique J (Pa /m) et le débit Q (m3 /h) véhiculé par un tronçon. Nous pouvons immédiatement déterminer le diamètre nominal, en se référant à l’abaque (Figure D.5-Annexe D). - Compte tenu de ces paramètres, la section de la conduite circulaire et la vitesse admissible se calculent par les formules suivantes [16]: Avec Q : Débit d’air traversant la gaine en . v : Vitesse d’air dans la gaine en m/s. Les vitesses recommandées pour les installations de basse et haute pression dans le tableau D.5 –Annexe D. D : Diamètre nominal en mm. b. Exemple de calcul Comme exemple d’application, nous allons traiter le premier tronçon (administration) situé dans le premier sous-sol, puisque le principe de calcul reste le même pour les autres. 4 2 D S   (3.1) S Q v   3600 (3.2)
  • 56. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 41 - Le débit d’air traversant le premier tronçon est de 684 m3 /h. - En utilisant l’abaque, nous remarquons que l’intersection de la perte de charge J=1Pa/m avec le débit donne un diamètre nominal DN=250 mm. - La section de la conduite calculée par la formule (3.1) est 0,049 m². - La vitesse d’air calculée par la formule (3.2) est 3,87 m/s. Les résultats du dimensionnement sont détaillés dans le tableau D.6 - Annexe D. Afin de respecter le niveau d'isolement acoustique standardisé contre le bruit extérieur, il est peut être nécessaire d'installer un dispositif atténuateur de bruit. 3. Dimensionnement du système de ventilation 3.1 Calcul des débits d’air neuf et d’extraction Le renouvellement d'air d'un local est assuré par de l'air neuf hygiénique extérieur, non pollué et avec un pourcentage d'oxygène intact. Cet air neuf aura donc pour but de :  Maintenir constante la teneur en oxygène de l'air des locaux.  Limiter la concentration en CO2 rejeté par la respiration.  Eliminer l'humidité et les odeurs. Avec une VMC simple flux, chaque pièce principale doit être équipée d’au moins une entrée d’air. Les pièces de service ou de dégagement comportent des bouches d’extraction. En se basant sur les débits de ventilation minimum imposés par la réglementation, nous pouvons calculer les débits d’air neuf et d’extraction nécessaire pour chaque local en utilisant l’une des formules suivantes [12]: Avec qp : Débit réglementaire par personne (m3 /h) qs : Débit réglementaire par surface (m3 /h) Les deux tableaux suivants présentent les résultats du calcul des débits d’entrée et de sortie d’air. s q S Q   (3.3) p q N Q   (3.4)
  • 57. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 42 Tableau 3-6: Résultats du calcul du débit d’air neuf pour chaque type de local Local Zone Quantité Débit minimum (m3 /h) par personne ou par local Débit d'entrée d'air (m3 /h) 1er SS Administration 1 6/pers 150 Local Bagagiste 1 45 /pers 45 2ème SS Réfectoire 1 22/pers 660 RDC Café Restaurant 1 22 /pers 880 Salle polyvalente 1 18 /pers 540 Salle d’attente 1 18 /pers 900 Accueil 1 18/pers 36 10 étages Hébergement 114 30 /local 3420 Tableau 3-7: Résultats du calcul du débit d’air à extraire pour chaque type de local Local Zone Quantité Débit minimum (m3 /h) par personne ou par m² ou par local Débit d’extraction (m3 /h) 2ème SS Vestiaire H/F 2 15+5N 135 WC H/F 2 30+15N 210 SDB H/F 2 30+15N 210 RDC Cuisine 1 25/repas 1500 10 étages WC+SDB 1 94 15 1410 WC+SDB 2 20 30+15N 1200 Réserve 10 0,4/m² 68 *N : Nombre des occupants Les débits minimum sont fixés par la réglementation en fonction du type de local et de l’activité des occupants [12]. 3.2 Dimensionnement des conduites d’extractions La méthode utilisée pour calculer le diamètre des conduites circulaires est celle de vitesse constante [17].
  • 58. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 43 a. Démarche à suivre - Nous relevons les débits sur chaque tronçon numéroté, à partir du résultat du calcul des débits d’air à extraire. - Nous déterminons la vitesse maximale pour chaque tronçon. Le tableau D.5-Annexe D donne les valeurs de la vitesse en fonction du débit. - Connaissant le débit et la vitesse, nous calculons la section de la conduite circulaire par la formule (3.2). - Nous déterminons d’abord le diamètre minimum par la formule (3.1). - Nous adaptons ensuite le diamètre calculé à un type de conduite et aux dimensions standardisées en utilisant la Figure D.5-Annexe D. b.Exemple de calcul Nous allons appliquer la méthode de la vitesse constante pour le premier tronçon (administration) puisque le calcul reste le même pour les autres tronçons. -Le débit d’extraction du premier tronçon est de 67,5 m3 /h. -Le calcul de la section nous donne une valeur de 0,0075m² avec une vitesse maximale de 2,5 m/s. -Le diamètre minimum calculé par la formule (3.2) est 97,74 mm. -Selon l’abaque, le diamètre nominal est 100 mm. Les diamètres nominaux, les vitesses et les sections de chaque tronçon, sont présentées en détails dans le tableau E.1- Annexe E. 3.3 Calcul des pertes de charge des conduites aérauliques Le calcul des pertes de charges dépend de la vitesse de l'air, de la forme et de la rugosité des matériaux. Nous distinguons deux types de pertes de charges :  Les pertes de charges linéaires qui sont provoquées par le frottement des molécules d'air sur les parois des conduits. -Formule de Colebrook [18]: L J Plin    (3.5) 05 , 5 9 , 1 6 10 1 , 4 D Q J    (3.6)
  • 59. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 44 Avec lin P  : Perte de charge linéaire en Pa. J : Perte de charge linéique en Pa/m. L : Longueur de la tuyauterie en m.  Les pertes de charges singulières qui apparaissent lorsqu'il y a une perturbation de l'écoulement d'air (changements de sections, coude, etc.) [18]. Avec g Psin  : Perte de charge singulière en Pa. : Coefficient de perte de charge singulière de l’élément considéré (coudes, tés, etc.). :Masse volumique en . Les pertes de charges sont calculées par la note de calcul E.2-Annexe E. Pour l’ensemble des tronçons, les pertes de charge sont de 334,6 Pa. 3.4 Sélection des équipements du système de ventilation 3.4.1 Sélection des grilles de soufflage et des bouches d’extraction Les dispositifs de soufflage et d’extraction sont sélectionnés à partir du catalogue de la marque « Madel », puisqu’elle propose une large variété de produits. La sélection est en fonction du débit d’air et la puissance acoustique. La norme NBN EN 13779 (2007): Ventilation dans les bâtiments non résidentiels, propose des critères du niveau de pression acoustique maximum générée et/ou transmise par le système de ventilation suivant le type de bâtiment ou de local ( Tableau E.3-Annexe E). Le tableau E.4-Annexe E présente le résultat de la sélection choisie d’après le catalogue de Madel pour chaque pièce de service. 3.4.2 Sélection du caisson d’extraction Nous avons fait recours à la marque NOVOVENT qui offre un catalogue électronique sous forme d’un logiciel. Il suffit d’entrer le débit total d’extraction et la perte de charge y correspond. 2 sin 2 v P g       (3.7)
  • 60. Chapitre 3 : Systèmes de climatisation, ventilation, chauffage et désenfumage 45 Le tableau suivant présente le caisson sélectionné. La fiche technique donnée par le logiciel est illustrée dans la figure E.2 -Annexe E. Tableau 3-8: Sélection du caisson d’extraction Référence Débit (m3 /h) Perte de charge (Pa) Caisson d’extraction BPTB013 4733 334,6 4. Dimensionnement du système de désenfumage 4.1 Type du Bâtiment Tout bâtiment est classé selon le règlement de sécurité contre les risques d’incendie et de panique dans les constructions en 4 types : L’établissement recevant du public (ERP), les bâtiments d’habitation (BH), les immeubles de grande hauteur (IGH), les lieux de travail (ERT). Notre projet est un ERP, dont les grands principes à respecter sont les suivants : - Evacuation rapide et en bon ordre de la totalité des occupants et la mise en service des moyens de secours. - Comportement au feu des matériaux et éléments de construction appropriés aux risques. - Locaux aménagés et isolés entre eux en assurant une protection suffisante. - Sorties et dégagements intérieurs qui y conduisent permettant l'évacuation rapide et sûre des occupants. - Eclairage électrique toujours secouru par un éclairage de sécurité. - Interdiction de produits dangereux. - Equipements techniques présentant des garanties de sécurité et de bon fonctionnement. - Etablissements dotés de dispositifs d'alarme, d'avertissement, d'un service de surveillance et de moyens de secours appropriés aux risques [19]. Les règles de base du désenfumage des ERP sont comme suites :  Désenfumage naturel ou mécanique des locaux, obligatoire dans les cas suivants -Locaux de plus de 100 m² en sous-sol. -Locaux de plus de 300 m². -Locaux de plus de 100 m² sans ouvertures sur l'extérieur (ouvrants).