Modélisation dynamique du confort thermique dans les bâtiments naturellement ventilés PDF Download
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Author: Bassam Moujalled
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 329
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Book Description
Avec les besoins actuels d’économie d’énergie et de maîtrise des impacts environnementaux du bâtiment, certains doutes se posent sur la définition du confort thermique et la façon de créer et maintenir les conditions de confort. En effet, les normes actuelles considèrent le confort thermique sous une approche analytique, réductrice de la complexité du réel. Les études in situ du confort thermique ont permis de constater une surestimation du niveau de l’inconfort perçu en réalité par rapport à celui prévu par ces normes surtout dans les bâtiments naturellement ventilés pendant les périodes chaudes. Ces études ont servi à mettre les bases de l’approche adaptative, qui caractérise le confort thermique à travers les interactions adaptatives entre l’occupant et son environnement. L’utilisation des normes peut conduire à un recours systémique à la climatisation alors que l’approche adaptative permet d’assurer le confort thermique avec des consommations d’énergie plus modestes. Nous nous intéressons dans ce travail à l’aspect adaptatif du confort thermique en complément à l’aspect analytique dont l’ensemble permet d’avoir une vision globale du confort thermique dans les bâtiments. En partant d’une étude bibliographique sur les approches existantes, nous avons conduit une étude expérimentale in situ dans huit bâtiments pour explorer de plus près le confort adaptatif et caractériser l’interaction entre l’occupant et le bâtiment. Ensuite en adoptant une démarche systémique, nous avons développé un modèle dynamique sur le confort thermique qui permet d’intégrer les différents mécanismes dynamiques identifiés dans la bibliographie et par l’expérimentation. Ce modèle, que nous avons appelé AdOCC, permet de déterminer l’état thermique de l’occupant à partir du modèle dynamique à deux noeuds de Gagge et d’en déduire le comportement de l’occupant et ses actions adaptatives selon les caractéristiques du bâtiment et la saison. Le modèle a été intégré dans l’outil de simulation dynamique TRNSYS. Cela nous a permis d’évaluer le modèle AdOCC en confrontant les simulations réalisées avec deux bureaux tirés de l’expérimentation vis à vis les résultats de mesures. L’application du modèle au cas des bâtiments de bureaux naturellement ventilés nous a permis de déterminer les conditions qui permettent d’établir le confort thermique avec des ressources énergétiques limitées, en utilisant un ventilateur local ou la ventilation nocturne, selon l’inertie du local, l’orientation, les protections solaires, et le climat L’utilisation du ventilateur correspond à une consommation de l’ordre de 10 Wh/m2/jour et la ventilation nocturne 30 Wh/m2/jour. Ces valeurs sont négligeables devant les consommations de climatisation qui peuvent être 10 fois plus importantes.
Author: Bassam Moujalled
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Languages : fr
Pages : 329
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Book Description
Avec les besoins actuels d’économie d’énergie et de maîtrise des impacts environnementaux du bâtiment, certains doutes se posent sur la définition du confort thermique et la façon de créer et maintenir les conditions de confort. En effet, les normes actuelles considèrent le confort thermique sous une approche analytique, réductrice de la complexité du réel. Les études in situ du confort thermique ont permis de constater une surestimation du niveau de l’inconfort perçu en réalité par rapport à celui prévu par ces normes surtout dans les bâtiments naturellement ventilés pendant les périodes chaudes. Ces études ont servi à mettre les bases de l’approche adaptative, qui caractérise le confort thermique à travers les interactions adaptatives entre l’occupant et son environnement. L’utilisation des normes peut conduire à un recours systémique à la climatisation alors que l’approche adaptative permet d’assurer le confort thermique avec des consommations d’énergie plus modestes. Nous nous intéressons dans ce travail à l’aspect adaptatif du confort thermique en complément à l’aspect analytique dont l’ensemble permet d’avoir une vision globale du confort thermique dans les bâtiments. En partant d’une étude bibliographique sur les approches existantes, nous avons conduit une étude expérimentale in situ dans huit bâtiments pour explorer de plus près le confort adaptatif et caractériser l’interaction entre l’occupant et le bâtiment. Ensuite en adoptant une démarche systémique, nous avons développé un modèle dynamique sur le confort thermique qui permet d’intégrer les différents mécanismes dynamiques identifiés dans la bibliographie et par l’expérimentation. Ce modèle, que nous avons appelé AdOCC, permet de déterminer l’état thermique de l’occupant à partir du modèle dynamique à deux noeuds de Gagge et d’en déduire le comportement de l’occupant et ses actions adaptatives selon les caractéristiques du bâtiment et la saison. Le modèle a été intégré dans l’outil de simulation dynamique TRNSYS. Cela nous a permis d’évaluer le modèle AdOCC en confrontant les simulations réalisées avec deux bureaux tirés de l’expérimentation vis à vis les résultats de mesures. L’application du modèle au cas des bâtiments de bureaux naturellement ventilés nous a permis de déterminer les conditions qui permettent d’établir le confort thermique avec des ressources énergétiques limitées, en utilisant un ventilateur local ou la ventilation nocturne, selon l’inertie du local, l’orientation, les protections solaires, et le climat L’utilisation du ventilateur correspond à une consommation de l’ordre de 10 Wh/m2/jour et la ventilation nocturne 30 Wh/m2/jour. Ces valeurs sont négligeables devant les consommations de climatisation qui peuvent être 10 fois plus importantes.
Author: Sébastien Wullens
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Languages : fr
Pages : 131
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Book Description
Le secteur du bâtiment est le plus gros consommateur d'énergie au niveau mondial. Pour en réduire l'impact environnemental, l'utilisation de solutions passives pour améliorer le confort est nécessaire. Malgré ce constat, la climatisation est de plus en plus utilisée dans les DROM-COM. Le développement de la ventilation naturelle est incontournable pour inverser cette tendance. Les méthodes multizones, modèles historiques de la simulation thermique du bâtiment, peinent à décrire ce type d'écoulement. Les modèles de mécanique des fluides numériques (MFN) sont prometteurs pour lever ce frein à l'utilisation de la ventilation naturelle.Ce manuscrit traite de l'adaptation d'un code de résolution directe des équations de Navier-Stokes à la description d'écoulements d'air dans le bâtiment. À cette fin, le développement, l'implémentation et la comparaison de différents types de conditions aux limites en pression sur les ouvertures ont été nécessaires. Ce travail nous a permis d'étudier le comportement d'une chambre soumise à de la convection naturelle et mixte. Pour intégrer ces développements à une simulation de bâtiment, nous avons développé un objet qui appelle le code de MFN sur un serveur de calcul distant depuis un environnement multizone de façon transparente. Le refroidissement partiel des murs d'une cavité soumise à de la convection naturelle a pu être simulé à l'aide de cette méthode.
Author: Marcello Caciolo
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Languages : fr
Pages : 211
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Book Description
L'application de la ventilation naturelle peut contribuer sensiblement à la réduction des besoins de climatisation et à l'amélioration du confort d'été dans les immeubles de bureaux. Dans cette thèse, une configuration simple de ventilation naturelle, c'est-à-dire la ventilation mono-façade, est étudiée expérimentalement et par simulation. Après avoir examiné les phénomènes qui contribuent au renouvellement de l'air, on évalue la validité et l'applicabilité des modèles existants afin de calculer le débit de ventilation, en comparant leurs résultats avec ceux d'une campagne de mesures effectuée dans une pièce expérimentale. Ensuite, on valide l'utilisation de la CFD, avec trois modèles différents de turbulence, pour la simulation de la ventilation naturelle mono-façade, par comparaison avec les essais. Les résultats d'un des modèles de turbulence (RANS RSM) sont utilisés pour l'établissement d'une nouvelle corrélation pour le calcul du débit de ventilation. Celle-ci apporte des améliorations par rapport aux corrélations existantes, en particulier lorsque l'ouverture est située sous le vent. Cette nouvelle corrélation est couplée à un modèle thermique dynamique afin d'évaluer le potentiel de rafraîchissement de la ventilation naturelle mono-façade dans des immeubles de bureaux neufs. En particulier, on étudie la réduction des besoins de climatisation dans des immeubles climatisés et le nombre d'heures d'inconfort en l'absence de climatisation. L'influence de plusieurs paramètres est considérée : climat, orientation, inertie, taux de surface vitrée, apports internes et stratégie de ventilation (diurne, nocturne et diurne + nocturne). Les simulations montrent des réductions importantes des besoins de refroidissement, entre 30 et 90%. Il est possible de se passer de climatisation, sans générer d'inconfort, à condition de privilégier une inertie lourde et de maitriser les apports internes et solaires.
![Étude de la ventilation naturelle à l'aide de la mécanique des fluides numérique [i.e. numériques] dans les bâtiments à grandes ouvertures PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/-8oFYAAACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Alain Bastide
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Languages : fr
Pages : 382
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Book Description
L'étude de la ventilation naturelle et du confort thermique, à travers des bâtiments grandement ouverts dits "traversant", requiert la connaissance des débits massiques et des vitesses d'air à l'intérieur des bâtiments. Une alternative à la mise en place des moyens coûteux, est d'utiliser la mécanique des fluides numérique comme soufflerie numérique et ce, dans des conditions standard d'étude. Le modèle de turbulence RNG-k-e est retenu pour les études menées dans cette thèse. L'influence des conditions limites sur l'écoulement intérieur au bâtiment cubique traversant est analysée. Le modèle de Walton-Roldan est modifié pour améliorer l'évaluation des débits massiques à travers des grandes ouvertures extérieures. Un modèle "adapté" basé sur les distributions statistiques de vitesse dans une pièce est proposé. Les distributions statistiques de vitesses sont évaluées dans des couches horizontales d'air. Un modèle de distribution est défini.
Author: Ghjuvan Antone Faggianelli
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Face à la nécessité de réduire les consommations énergétiques ainsi que les émissions de CO2 dans le secteur du bâtiment, nous voyons se succéder des réglementations thermiques de plus en plus strictes. Ainsi, en 2020, tous les bâtiments neufs devront être à énergie positive. Le recours à des stratégies passives, exploitant les ressources de l'environnement, est un point clé pour atteindre cet objectif.En climat méditerranéen, caractérisé des étés chauds et secs, la ventilation naturelle peut apporter un confort thermique acceptable si celle-ci est utilisée intelligemment. Son efficacité est cependant très dépendante des conditions météorologiques locales et peut varier grandement d'un site à l'autre. Malgré la simplicité de ce type de système, sa gestion peut également s'avérer complexe si l'utilisateur ne dispose pas d'informations suffisantes et n'est pas présent en permanence dans le bâtiment. Cela met en avant l'intérêt de disposer d'outils adaptés à son étude, ainsi que de proposer un pilotage simple et optimisé du bâtiment, basé sur le confort de l'occupant.Afin d'évaluer le potentiel de la ventilation naturelle sans avoir recours à une lourde campagne expérimentale ou à une phase de modélisation complexe, nous proposons tout d'abord des indicateurs climatiques permettant d'obtenir une première vue du site étudié.À partir d'une approche expérimentale et numérique en conditions réelles, nous nous intéressons ensuite à la problématique de la mesure dans les bâtiments ventilés naturellement et notamment à celle du débit d'air. L'instrumentation d'un bâtiment résidentiel de l'IESC, situé sur le site de l'Université de Corse et du CNRS, permet le développement et le test de différents modèles simplifiés et adaptés au cas d'étude. La partie aéraulique est traitée à l'aide d'outils statistiques tandis la partie thermique repose sur une modélisation par analogie électrique. Un cas d'application du modèle thermo-aéraulique ainsi développé est finalement proposé pour illustrer ses possibilités d'utilisation sur différents modes de gestion de la ventilation naturelle.
Author: Lefebvre
Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 19
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Author: David Jreijiry
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ISBN:
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Languages : fr
Pages : 165
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Book Description
Les principaux objectifs de ce travail consistent à mettre en œuvre et à analyser des stratégies de contrôle de la ventilation hybride combinant les modes naturel et mécanique dans le secteur du bâtiment résidentiel. Dans la première partie, nous dressons l'état de l'art des systèmes de ventilation existants, de leurs stratégies de contrôle ainsi que des outils de simulation numérique utilisés en thermo-aéraulique du bâtiment. La seconde partie concerne la méthodologie utilisée pour implémenter dans l'environnement informatique Matlab/SIMULINK les modèles nécessaires à l'étude de l'aéraulique des bâtiments. Des modèles simplifiés de calcul de la concentration des polluants et de l'humidité intérieure des locaux ont été développés dans le même environnement. Enfin, le couplage thermo-aéraulique est réalisé en utilisant les modèles thermiques déjà implémentés dans la bibliothèque SIMBAD. Ces modèles sont intégrés dans la nouvelle version de SIMBAD. La troisième partie nous permet de définir les composants des systèmes de ventilation modélisés ainsi que leur stratégie de contrôle. Il s'agit d'un système de ventilation mécanique basé sur la réglementation en vigueur et un système de ventilation hybride étudié également dans le cadre du projet européen RESHYVENT. Les deux stratégies de contrôle du système de ventilation hybride sont du type à la demande dans le sens où l'une est basée sur la détection des occupants et l'autre sur le taux de dioxyde de carbone dans les pièces principales. Le potentiel du tirage thermique est également pris en compte. Dans la dernière partie, nous présentons les résultats obtenus numériquement. Le cas d'étude considéré est une maison individuelle située successivement à Athènes, Nice, Stockholm et Trappes. Les simulations annuelles réalisées permettent une évaluation des différents systèmes et pour différents climats en terme de fonctionnement global, de qualité de l'air intérieur, de confort thermique, et de consommations énergétiques. Une analyse de l'influence de l'exposition au vent du bâtiment est également présentée. Les principaux résultats de ce travail ont montré la capacité des systèmes de ventilation hybride à améliorer la qualité de l'air intérieur et à réduire les consommations électriques des ventilateurs par rapport au système de référence tout en conservant le même ordre de grandeur pour les consommations énergétiques de chauffage du bâtiment.
Author: SANGKERTADI.
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Languages : fr
Pages : 273
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Book Description
DES ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES SUR L'ARCHITECTURE ET LE CONFORT THERMIQUE EN CLIMAT TROPICAL HUMIDE MONTRENT LE ROLE PRIMORDIAL DE LA VENTILATION NATURELLE POUR AUGMENTER LE NIVEAU DE CONFORT DES OCCUPANTS, EN PARTICULIER L'AUGMENTATION DU MODULE DE LA VITESSE D'AIR FAVORISE LES ECHANGES CONVECTIF ET EVAPORATIF. DANS CE CADRE A PARTIR DES ANALYSES BIBLIOGRAPHIQUES SUR LE CONFORT THERMIQUE, NOUS PROPOSONS UNE CORRELATION PERMETTANT D'EVALUER LE NIVEAU DE CONFORT EN CLIMAT TROPICAL HUMIDE. UNE EXPERIMENTATION NUMERIQUE SUR LE COMPORTEMENT AERAULIQUE A L'INTERIEUR DES BATIMENTS A ETE REALISEE A L'AIDE D'UN CODE CFD (COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC). UNE PREMIERE PHASE A PERMIS DE VALIDER CETTE METHODE PAR COMPARAISON AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX. CETTE METHODE APPARAIT DONC COMME UN OUTIL FIABLE ET INTERESSANT POUR LA RECHERCHE DANS CE DOMAINE. PUIS NOUS AVONS REALISE UNE ETUDE SPECIFIQUE POUR UNE MAISON INDONESIENNE STANDARD. PLUSIEURS CONFIGURATIONS CORRESPONDANT A DES DIRECTIONS DE VENT DIFFERENTES ONT ETE REALISEES. ON MET EN EVIDENCE L'EVOLUTION DES VITESSES INTERIEURES EN FONCTION DU VENT INCIDENT. COMME RESULTATS NOUS PROPOSONS QUATRE CORRELATIONS DE COEFFICIENT DE VITESSE MOYENNE. NOUS AVONS CONSTRUIT UN CODE D'EVALUATION THERMOAERAULIQUE POUR DES BATIMENTS MULTIZONES DANS UNE STRUCTURE D'ACCUEIL MODULAIRE: TRNSYS. LA COMPARAISON AVEC D'AUTRES CODES ET DES MESURES ONT PERMIS DE VALIDER NOTRE CODE. EN UTILISANT CE CODE UNE ETUDE DE LA QUALITE THERMOAERAULIQUE D'UNE MAISON INDONESIENNE STANDARD A ETE REALISEE. CETTE ETUDE MONTRE QUE L'USAGE DU CONDITIONNEMENT D'AIR PEUT ETRE EVITE
Author: Teddy Gresse
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Avec le changement climatique en cours et l'augmentation de la fréquence et de l'intensité des vagues de chaleur comme typiquement en France, l'enjeu du confort thermique d'été devient central pour la conception et la rénovation des bâtiments, notamment en ville. L'étude du confort thermique dans des environnements thermiques intérieurs complexes, mettant en jeu des phénomènes radiatifs et convectifs dynamiques et locaux, nécessite de disposer d'outils de simulation thermique du bâtiment capables de prendre en compte cette complexité physique et de produire des données fiables et adaptées. Ainsi, afin de pouvoir étudier de façon détaillée les différents phénomènes en jeu, ce travail de thèse propose le développement et la validation d'une modélisation thermo-aéro-radiative de pièce basée sur la BES (Building Energy Simulation) dynamique et tridimensionnelle, la CFD (Computational Fluid Dynamics) par la méthode de Boltzmann sur réseau (LBM) avec la simulation des grandes échelles (LES), et finalement le couplage de ces deux approches. Dans un premier temps, le modèle de BES développé, capable notamment de localiser la tâche solaire sur les surfaces intérieures et de prendre en compte les multi-réflexions radiatives, a été validé suivant une confrontation avec des mesures en conditions réelles réalisées dans une pièce dans laquelle évolue une tâche solaire (configuration solaire passive BESTLab d'EDF Re&D). Les résultats montrent des résidus inférieurs à 4°C et des erreurs moyennes autour de 0,6°C sur les températures de surface intérieures. L'application du modèle de BES à l'étude d'un matériau à changement de phase dans cette même pièce a notamment permis de montrer que le stockage d'énergie latente s'effectue principalement dans les parties de mur ensoleillées (tâche solaire), ce que ne peuvent pas prédire les codes de calcul couramment utilisés. Dans un second temps, la modélisation LBM-LES adoptée a été confrontée à un vaste ensemble de données expérimentales portant sur une pièce d'essai à échelle 1 (MINIBAT) équipée d'une ventilation mécanique, mettant en jeu des jets turbulents (Re∼10^4), axisymétriques et anisothermes se développant près du plafond. Une attention particulière a été portée au traitement dynamique et thermique proche paroi afin d'adapter les modèles aux écoulements dans les bâtiments. Les résultats montrent un bon accord entre les profils moyens de vitesse et de température avec des positions et des valeurs de maximums en cohérence avec les mesures ainsi qu'une anisotropie de la turbulence correctement retrouvée par la simulation. Enfin, le couplage BES-CFD a été mis en place et confronté aux données expérimentales d'une pièce équipée d'un radiateur en régime permanent. L'analyse porte sur le transfert de chaleur aux parois ainsi que le comportement du radiateur et les caractéristiques du panache thermique. Les résultats obtenus montrent que le couplage employé conduit à des résultats fiables.
Author: Leila Gharbi (Auteur d'une thèse en Génie Civil (2005)).)
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Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
L'évaluation de la qualité des ambiances à l'intérieur des bâtiments dans le contexte méditerranéen, nécessite la connaissance précise des vitesses et des températures de l'air à l'intérieur du local considéré. Les aspects thermiques et aéraulique doivent également être pris en compte de manière couplée, en raison de leur très forte interdépendance. Dans ce contexte, nous avons développé un code de calcul tridimensionnel, modulaire, des échanges thermo-aérauliques couplés en régime dynamique. Le modèle aéraulique est fondé sur une modélisation zonale en température et pression. Cette approche est un compromis entre les modèles de type CFD très détaillés et les codes en pression simplifiés. Le modèle d'enveloppe repose sur le couplage de modèles modaux réduits pour le calcul des flux conductifs. Cette méthode permet de décrire de manière précise le comportement dynamique d'un bâtiment à l'aide d'un système d'ordre peu élevé et de modéliser finement les transferts de chaleur à travers des parois de géométrie complexe. Ces deux modèles ont été validés par comparaison avec des résultats numériques et expérimentaux. Leur couplage a été mis en œuvre par une stratégie de connexion itérative. Les résultats de simulation ont montré que le code thermo-aéraulique couplé décrit de manière satisfaisante le champ des températures et les mouvements d'air dans une pièce d'habitation. Son couplage avec un modèle de confort a permis d'évaluer l'influence de la ventilation nocturne sur la qualité thermique d'un local soumis à des conditions météorologiques caractéristiques de la saison chaude tunisienne.
