éclairage : économie d'énergie BTS EFS

Une salle de restaurant comprend 30 tables rondes de diamètre 120 cm. Chaque table est éclairée par une lampe dont l'abat jour dirige 65 % du flux sur la table et 35 % en éclairage indirect d'ambiance. Chaque lampe est équipée d'une ampoule à incandescence d'efficacité lumineuse k = 10 lm W-1. Principe de fonctionnement d'une lampe à incandescence : Le filament en tungstène est porté à haute température ( > 2000 °C) par effet Joule. L'ampoule ne contient pas d'air, mais un gaz inerte, sinon le filament chauffé brûlerait. Tout corps chauffé émet de la lumière, d'autant plus blanche que sa température est plus élevée. Sachant que le niveau d'éclairement minimum provenant de l'éclairage direct sur chaque table doit être de 300 lux, calculer le flux minimum que doit envoyer chaque lampe. Surface de la table de rayon R= 0,6 m : S = 3,14*R2 = 3,14*0,62 =1,13 m2. Flux énergétique reçu par la table : éclairement * surface de la table = 300 *1,13 = 339 lm Flux total émis par une lampe : 339/0,65 = 521 lm. Quelle ampoule est la plus adaptée à cette situation ( 40 W, 60 W, 100 W ) ? Puissance de la lampe = flux / efficacité lumineuse = 521/10 = 52 W. On choisit une ampoule de 60 W. Inconvénient des lampes à incandescence classiques : la plus grande partie de l'énergie électrique est convertie en chaleur et non pas en lumière. Etude sur les économies réalisées en remplaçant les lampes à incandescence par des lampes fluocompactes d'efficacité lumineuse 52 lm W-1. Quelle doit être la puissance pour avoir un éclairement moyen de 300 lux ? Puissance de la lampe = flux / efficacité lumineuse = 521/52 = 10 W. Calculer l'économie réalisée pour 1000 heures d'éclairage. On remplace des ampoules de 60 W par des ampoules de 10 W. Economie pour une table 50 W ; pour 30 tables 50*30 = 1500 W Energie économisée pour 1000 heures d'éclairage : 1500 *1000 = 1,5 106 Wh = 1500 kWh. Economie énergétique : 1500* 0,078 = 117 euros. Il faut ajouter à cela le remplacement des ampoules à incandescence qui sont usées au bout de 1000 heures. Coût : 30 euros. Coût de 30 ampoules fluocompactes pour 1000 heures de fonctionnement : 30*10,6 / 6 =53 euros soit un surcout de 53-30 = 23 euros Bilan : le gain est de : 117-23 = 94 euros. Ajoutons à cela que les lampes fluocompactes émettent seulement 25% du rayonnement dans l'infra-rouge ( 80 % pour les lampes à incandescence) : elles dégagent donc peu de chaleur. Données : Caractéristiques des ampoules : Durée de vie des ampoules à incandescence : 1000 heures. Prix : 1 euro Durée de vie des ampoules fluocompactes : 6000 heures. Prix : 10,6 euros.  coût du kWh électrique : 0,078 euro. L'abat-jour des lampes est constitué d'un polyamide 6 ( ou nylon 6). C'est un polymère thermodurcissable obtenu à partir du monomère H2N-(CH2)5-COOH. Indiquer les deux fonctions chimiques portées par le monomère. Amine primaire H2N et acide carboxylique COOH. Quelle nouvelle fonction chimique obtient-on au cours de la polymérisation ? Fonction amide -CO-NH- De quel type de polymérisation s'agit-il ? Polycondensation. Que signifie "thermodurcissable" ? Polymère, matière plastique qui durcit sous l'action de la chaleur : les molécules du monomère se lient les unes aux autres pour le rendre rigide. Une fois durci, sa forme ne peut plus être modifiée. Une ventilation mécanique permet de renouveler le volume total de l'air de la salle à manger (25 m x 12 m x 2,6 m) une fois par heure. La température est maintenue à 20 °C pour une température extérieure de 2 °C. Quelle est l'énergie dépensée pour réchauffer cet air renouvelé chaque heure ? Volume d'air renouvelé par heure : 25*12*2,6 = 780 m3. Masse de cet air : m(kg) = volume (m3) * masse volumique (kg m3) m = 780*1,29 =1006,2 kg. Energie ( J) = masse (kg) * capacité thermique massique ( J kg-1 K-1) * différence de température. Energie = 1006,2*1000*(20-2) =1,81 107 J par heure. 1 Wh = 3600 J = 3,6 103 J ; 1 kJ = 1000 J ; 1 kWh = 3,6 106 J 1,81 107 J = 1,81 107 / 3,6 106 kWh ~ 5,0 kWh. Quelle est la puissance nécessaire correspondante ? Puissance (W) = énergie (J) / durée ( seconde) ou bien mieux Puissance (kW) = énergie (kWh) / durée ( heure) P = 5,0 / 1 = 5,0 kW. Données : capacité thermique massique de l'air c = 1000 J kg-1 K-1 ; masse volumique de l'air : r = 1,29 kg m-3. Le mur de la salle à manger situé au nord est en contact direct avec l'extérieur et ne comporte pas d'ouverture. Il est le siège d'importante déperditions de chaleur car il est constitué de béton recouvert de plâtre. On envisage de l'isoler par une couche de polystyrène maintenu par un lambris en bois. Le coefficient de transmission surfacique du mur non isolé est K = 5,2 W m-2 K-1. Calculer la perte thermique journalière à travers ce mur de dimension 25 m x2,6 m. S = 25*2,6 = 65 m2 ; différence de température 20-2 = 18°C. Puissance perdue : 5,2*65*18 =6084 W = 6,1 kW Energie perdue par jour : 6,084*24 =146 kWh. On isole ce mur par une couche de polystyrène de 6 cm d'épaisseur, recouvert de lambris d'un cm d'épaisseur. lpoly = 0,04 W m-1 K-1 ; lbois = 0,12 W m-1 K-1 Calculer la perte thermique journalière à travers ce mur isolé. Résistance thermique du mur isolé : épaisseur polystyrène / lpoly + épaisseur bois / lbois + 1/K =0,06/0,04 + 0,01/0,12 + 1/5,2 = 1,77 m2W-1K-1. Le coefficient de transmission surfacique du mur isolé est K' = 1/1,77 = 0,56 W m-2 K-1. Puissance perdue : 0,56*65*18 =6084 W =0,66 kW Energie perdue par jour : 0,66*24 =15,8 kWh. Calculer l'économie journalière réalisée. 146-15,8 =130 kWh.

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