Énergies renouvelables en technique du bâtiment
Aujourd’hui, les économies d’énergie jouent un rôle toujours plus important en ingénierie de bâtiment. L’utilisation d’énergies renouvelables y est déjà la norme dans de nombreux pays.
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La photovoltaïque désigne la transformation directe de la lumière en électricité. L’électricité solaire participe à la protection de l’environnement, réduit les coûts de transport de l’électricité et assure une alimentation en énergie indépendante et économique.
Photovoltaïque
Le photovoltaïque comme source d’énergie durable
Étude des propriétés des cellules solaires; obtention de mesures objectives par une régulation étendue de température des cellules solaires
Contenu didactique/essais
- réactions physiques des cellules solaires associées à différents éclairements et températures
- enregistrement des caractéristiques I-U
- calcul de l’intensité électrique et de la puissance réalisable basés sur un modèle mono-diode
- influence de l’éclairement et de la température sur les courbes caractéristiques
- montage des cellules solaires en parallèle et en série
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Détermination des caractéristiques d'une installation photovoltaïque
Contenu didactique/essais
- réactions physiques des modules photovoltaïques associées à différentes influences
- éclairement
- température
- opacité
- détermination des caractéristiques importantes
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Module d'extension pour l'ET 250 avec des composants pour l'alimentation d'un réseau public en électricité solaire
Contenu didactique/essais
- composants issus de la pratique de l’utilisation de l’électricité solaire en réseau
- fonction du disjoncteur à courant continu et de la protection contre les surtensions
- fonction d’un onduleur connecté au réseau avec optimisation de la puissance (tracker MPP)
- influence de la charge sur le rendement de l’onduleur
- fonction des compteurs de courant modernes
Module d'extension pour ET 250 avec des composants pour un usage indépendant d'électricité à partir de modules photovoltaïques
Contenu didactique/essais
- composants empruntés à la pratique de l’exploitation de l’électricité solaire en îlotage
- fonction du disjoncteur à courant continu et de la protection contre les surtensions
- fonction d’un régulateur de charge avec optimisation de la puissance (tracker MPP)
- influence de la charge sur le rendement des composants
- influence des variations de l’offre d’énergie solaire et de la consommation d’électricité sur le rendement du système
Composants électriques d'une installation photovoltaïque dans la pratique; opération avec des modules photovoltaïques réels ou un simulateur photovoltaïque
Contenu didactique/essais
- analyse des éléments des systèmes modernes d’utilisation de l’énergie photovoltaïque
- fonctionnement des modules d’optimisation de la puissance (tracker MPP)
- fonctionnement des onduleurs et des régulateurs de charge
- comportement en service en cas de variation de l’éclairement et de la température
- rendement et comportement dynamique des éléments de l’installation
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Simulation des caractéristiques de courant et de tension des modules photovoltaïques
Contenu didactique/essais
- caractéristiques de courant/tension des modules photovoltaïques
- optimisation de la puissance avec des trackers MPP (point maximal de puissance)
- comportement en service en cas de variation de l’éclairement et de la température
- rendement et comportement dynamique des éléments de l’installation ET 255
- essais avec l’ET 255 et l’ET 255.03 en cas de profils de production et de consommation prédéfinis
Comportement opérationnel des modules photovoltaïques en cas de variation de la température et de l'éclairement ; éclairage par la lumière du soleil ou une source lumineuse HL 313.01
Contenu didactique/essais
- utilisation de modules photovoltaïques dans les systèmes modernes d’énergie solaire
- essais avec l’ET 255 et l’ET 255.03 en cas de profils de production et de consommation prédéfinis
- comportement en service en cas de variation de l’éclairement et de la température
- influence de l’angle d’inclinaison sur le point maximal de puissance (MPP)
- optimisation de la puissance avec des trackers MPP
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Consommateurs électriques contrôlables pour la simulation d'utilisation dans les systèmes à électricité solaire
Contenu didactique/essais
- priorisation des consommateurs électriques dans les systèmes d’énergie solaire
- systèmes de gestion de l’énergie pour l’optimisation de la consommation propre
- cas d’application lors d’une disponibilité variable du réseau
- consommateurs en mode de fonctionnement de secours
- essais en cas de profils de production et de consommation prédéfinis
Installation frigorifique à compression pour le fonctionnement avec de l'électricité solaire issue de l'ET 250 ou ET 255.02
Contenu didactique/essais
- alimentation d’une installation frigorifique à compression avec de l’électricité issue de modules photovoltaïques
- composants d’une installation frigorifique photovoltaïque
- fonctionnement du compresseur en cas de variation de la puissance et des besoins en froid
- charge et décharge des accumulateurs de froid
- coefficient de performance de l’installation frigorifique en fonction des conditions de fonctionnement
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L’héliothermie désigne l’exploitation de l’énergie solaire pour la mise à disposition de chaleur. Dans les bâtiments modernes, la chaleur produite par le soleil est utilisée pour le chauffage et le réchauffement de l’eau sanitaire.
GUNT RHLine: Renewable Heat
L’énergie solaire thermique
Détermination des grandeurs caractéristiques d'une installation solaire thermique; modèle avec source de rayonnement artificielle
Contenu didactique/essais
- comprendre et connaître la structure et le fonctionnement d’une installation solaire thermique simple
- détermination de la puissance utile
- bilan énergétique du capteur solaire
- influence de l’éclairement, de l’angle de rayonnement et du débit
- détermination des caractéristiques du rendement
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Fonctionnement et comportement opérationnel d'un capteur cylindro-parabolique, accessoire de l'ET 202
Contenu didactique/essais
- focalisation du rayonnement solaire avec un miroir cylindrique
- facteur de concentration optique
- conversion de l’énergie de rayonnement en chaleur
- pertes dans les capteurs solaires thermiques
- caractéristiques du rendement
Fonction et comportement de service d'un capteur cylindro-parabolique, le suivi solaire astronomique et par capteurs, commande de l'installation via l'API
Contenu didactique/essais
- concentration du rayonnement solaire avec un miroir en forme d’auge parabolique
- facteur de concentration optique
- DNI: Direct Normal Irradiance
- suivi au soleil basée sur des capteurs
- suivi au soleil en fonction des données astronomiques
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Conversion de l’énergie rayonnante du soleil en chaleur et stockage de la chaleur, opérer le régulateur solaire via un navigateur web
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec le fonctionnement du capteur plan et du circuit solaire
- détermination de la puissance utile
- rapport entre le débit et la puissance utile
- détermination du rendement du capteur
- rapport entre la différence de température (capteur / environnement) et le rendement du capteur
Familiarisation avec le fonctionnement du capteur à tubes et du circuit solaire, opérer le régulateur solaire via un navigateur web
Contenu didactique/essais
- familiarisation avec le fonctionnement du capteur à tubes et du circuit solaire
- détermination de la puissance utile
- rapport entre le débit et la puissance utile
- détermination du rendement du capteur
- rapport entre le différentiel de température (capteur solaire / air ambiant) et le rendement du capteur
Capteur plan pivotable pour la transformation d'énergie solaire en chaleur
Contenu didactique/essais
- structure et fonction du capteur plan
- détermination de la puissance utile
- influence de la température, de l’intensité lumineuse et de l’angle d’inclinaison sur le rendement du capteur
- intégration d’un capteur plan à un système de chauffage moderne
- conditions de fonctionnement hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
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Transformation d'énergie solaire en chaleur dans le capteur à tubes sous vide
Contenu didactique/essais
- structure et fonction du capteur à tubes sous vide
- détermination de la puissance utile
- grandeurs d’influence sur le rendement du capteur
- intégration d’un capteur à tubes sous vide à un système de chauffage moderne
- conditions de fonctionnement hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
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Module avec réservoir d’accumulation et réservoir bivalent pour systèmes de chauffage avec énergies renouvelables, opérer le régulateur de chauffage via écran tactile ou un navigateur web
Contenu didactique/essais
- en fonction des associations de modules choisies du HL 320, il est possible d’étudier les contenus didactiques suivants:
- familiarisation avec les installations de chauffage modernes basées sur les énergies renouvelables
- mise en service des installations de chauffage avec solaire thermique et pompe à chaleur
- conditions de fonctionnement électriques, hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
- propriétés des différents réservoirs de chaleur
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La géothermie de surface repose sur le même principe de base que l’héliothermie. La source de chaleur n’étant ici pas le soleil, mais le sol. Un système de conduites se trouve dans le sol, dans lequel circule un fluide caloporteur liquide.
Géothermie de surface
Les éléments transparents permettent d'avoir un aperçu de la transformation d'état du fluide caloporteur
Contenu didactique/essais
- bases de la géothermie
- comportement en service d’une sonde géothermique avec principe du heatpipe
- détermination de la quantité de chaleur extractible du heatpipe lorsque l’on varie la charge thermique
- variation de la quantité de remplissage du fluide caloporteur contenu
- étude du profil de température radial dans un échantillon de sable et détermination de la conductivité thermique
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Exploitation de la géothermie dans un système ouvert sans répercussion thermique
Contenu didactique/essais
- principes de base de l’exploitation géothermique
- comportement en service d’un système à deux puits
- caractéristiques hydrauliques et thermiques de la terre
- détermination de la puissance thermique exploitable
- principes de base et bilan énergétique d’une pompe à chaleur
Utilisation comme dissipateur ou source de chaleur
Contenu didactique/essais
- bilan énergétique dans des systèmes de chauffage combinés pour la production d’eau sanitaire et de chauffage
- transmission de la chaleur au sein d’un chauffage au sol
- exploitation de sources de chaleur pour systèmes de pompes à chaleur
- objectifs didactiques du système modulaire HL 320
Le système de cogénération désigne l’obtention simultanée d’énergie mécanique ou électrique et de chaleur thermique.
Pile à combustible à membrane polymère refroidie à l'eau en cogénération
Contenu didactique/essais
- transformation de l’énergie chimique en énergie électrique et thermique
- structure et fonction d’un système de pile à combustible
- rapports des paramètres de fonctionnement des piles à combustible
- impacts sur la puissance électrique des piles à combustible
- enregistrement et visualisation de toutes les caractéristiques tensions / intensité correspondantes
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GUNT- RHLine (renewable heat): mesures constructives et techniques pour économiser les ressources
HL 320 Système modulaire chauffage solaire et pompe à chaleur
Pompe à chaleur pour le fonctionnement avec différentes sources, opérer le régulateur de chauffage via écran tactile ou un navigateur web
Contenu didactique/essais
- introduction aux applications des pompes à chaleur pour chauffage domestique et préparation d’eau chaude
- utilisation de la pompe à chaleur pour le refroidissement
- avantages et inconvénients de différentes configurations d’installations (pompe à chaleur à eau glycolée, pompe à chaleur à air)
- configuration et le réglage d’un régulateur de chauffage pour la commande d’une pompe à chaleur
- comportement en service en cas d’offres et de besoins de chaleur variables
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Chauffage supplémentaire électrique pour le système modulaire HL 320
Contenu didactique/essais
- chauffage d’appoint et/ou chauffage d’eau sanitaire par chauffage supplémentaire conventionnel
- point de bivalence et charge de chauffe
- stratégies de régulation pour l’appoint de chauffage
- bilans énergétiques dans les systèmes de pompe à chaleur et solaire thermique soutenus conventionnellement
Capteur plan pivotable pour la transformation d'énergie solaire en chaleur
Contenu didactique/essais
- structure et fonction du capteur plan
- détermination de la puissance utile
- influence de la température, de l’intensité lumineuse et de l’angle d’inclinaison sur le rendement du capteur
- intégration d’un capteur plan à un système de chauffage moderne
- conditions de fonctionnement hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
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Transformation d'énergie solaire en chaleur dans le capteur à tubes sous vide
Contenu didactique/essais
- structure et fonction du capteur à tubes sous vide
- détermination de la puissance utile
- grandeurs d’influence sur le rendement du capteur
- intégration d’un capteur à tubes sous vide à un système de chauffage moderne
- conditions de fonctionnement hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
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Module avec réservoir d’accumulation et réservoir bivalent pour systèmes de chauffage avec énergies renouvelables, opérer le régulateur de chauffage via écran tactile ou un navigateur web
Contenu didactique/essais
- en fonction des associations de modules choisies du HL 320, il est possible d’étudier les contenus didactiques suivants:
- familiarisation avec les installations de chauffage modernes basées sur les énergies renouvelables
- mise en service des installations de chauffage avec solaire thermique et pompe à chaleur
- conditions de fonctionnement électriques, hydrauliques et relatives aux techniques de régulation
- propriétés des différents réservoirs de chaleur
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Utilisation comme dissipateur ou source de chaleur
Contenu didactique/essais
- bilan énergétique dans des systèmes de chauffage combinés pour la production d’eau sanitaire et de chauffage
- transmission de la chaleur au sein d’un chauffage au sol
- exploitation de sources de chaleur pour systèmes de pompes à chaleur
- objectifs didactiques du système modulaire HL 320
Utilisation comme dissipateur ou source de chaleur
Contenu didactique/essais
- utilisation d’un ventilo-convecteur pour le chauffage ou le refroidissement domestique
- influence de la différence de température entre l’entrée et le retour du circuit de chauffage sur l’efficacité totale d’une installation de chauffage
- conditions de fonctionnement en cas d’utilisation de l’échangeur de chaleur à air dans un système de pompe à chaleur
- comparaison d’un échangeur de chaleur à air avec d’autres sources de chaleur d’un système de pompe à chaleur
Les pompes à chaleur transportent de la chaleur d’un niveau d’énergie bas vers un niveau d’énergie plus élevé et peuvent être utilisées à des fins de chauffage.
Utilisation de la chaleur ambiante pour un chauffage d'eau
Contenu didactique/essais
- structure et fonction d’une pompe à chaleur air-eau
- représentation du cycle thermodynamique sur le diagramme log p,h
- bilans énergétiques
- détermination des grandeurs caractéristiques importantes
- rapport de pression du compresseur
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Pompe à chaleur avec différents échangeurs de chaleur eau/air
Contenu didactique/essais
- structure, fonctionnement et composants essentiels d’une pompe à chaleur ou d’une installation frigorifique
- représentation du cycle thermodynamique sur le diagramme log p,h
- comparaison de différents modes de fonctionnement
- mesure de la puissance du compresseur, et de la puissance calorifique et de refroidissement du circuit d’eau glycolée
- détermination de
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Pompe à chaleur pour le fonctionnement avec différentes sources, opérer le régulateur de chauffage via écran tactile ou un navigateur web
Contenu didactique/essais
- introduction aux applications des pompes à chaleur pour chauffage domestique et préparation d’eau chaude
- utilisation de la pompe à chaleur pour le refroidissement
- avantages et inconvénients de différentes configurations d’installations (pompe à chaleur à eau glycolée, pompe à chaleur à air)
- configuration et le réglage d’un régulateur de chauffage pour la commande d’une pompe à chaleur
- comportement en service en cas d’offres et de besoins de chaleur variables
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Les accumulateurs de glace sont chargés par une installation frigorifique puis déchargés en cas de très fortes charges. Ils équilibrent les profils de charge non homogènes des bâtiments.
Installation frigorifique industrielle avec accumulateur de glace, tour de refroidissement par voie sèche et tour de refroidissement par voie humide
Contenu didactique/essais
- structure et fonction d’une installation frigorifique efficace énergétiquement
- fonction et fonctionnement d’un accumulateur de glace
- établissement du bilan des flux énergétiques
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