DÉVELOPPEMENT ET COUPLAGE AVEC UN OUTIL DE SIMULATION THERMIQUE

SÉLECTION D’UN MODELE

CHOIX DES PRINCIPES GÉNÉRAUX

Le modèle présenté dans cette partie a pour objectif de quantifier les déperditions énergétiques dues aux apports d’air non maitrisés dans le bâtiment et le potentiel de rafraîchissement lié à la ventilation naturelle. Un tel modèle doit être capable de quantifier les débits d’air transitant par l’enveloppe et ce pour les différentes zones, caractérisées par leur température, prises en compte par le modèle thermique. Il doit aussi proposer une méthode de distribution des défauts d’étanchéité de l’enveloppe. Enfin, les transferts aérauliques étant liés aux transferts thermiques (et réciproquement), une méthode de couplage entre les deux modèles doit être mise en œuvre. Comme on l’a vu dans la partie précédente, le modélisateur dispose d’une multitude d’outils pour caractériser les mouvements d’air dans le bâtiment. Les plus simples sont les modèles mono-zone, qu’ils soient empiriques ou détaillés, mais ils ne permettent pas de prendre en compte la complexité du bâtiment, notamment les différences de températures qui peuvent exister entre ses zones. Les modèles multi-zone présentent l’avantage de prendre en compte cette hétérogénéité interne du bâtiment en le considérant comme un réseau de zones à caractéristiques physiques homogènes. Ces modèles sont adaptés à l’étude des transferts aérauliques dans les bâtiments. Ils sont tout particulièrement adaptés à l’étude du renouvellement d’air, [BOJIC & COSTIC, 2006] et [KHOUKHI & AL., 2007] ont par exemple utilisé cette approche pour quantifier le renouvellement d’air par ventilation naturelle dans des bâtiments résidentiels. Ces modèles sont également utilisés pour dimensionner des installations de ventilation. [WILLENS & JANSSENS, 2005] utilisent COMIS pour évaluer l’influence de la présence d’entrées d’air auto-réglables sur les performances d’un système de ventilation. Le même logiciel a été utilisé pour confronter la performance de différents systèmes de ventilation en fonction des variations climatiques annuelles [BLOMSTERBERG & AL., 1999]. Enfin, quelques travaux ont consisté en un couplage de ces modèles avec des modèles thermiques multi-zone. [WEBER & AL., 2003] proposent de coupler COMIS à TRNSYS, [KOANAKIS, 2005] et [JREIJIRY & AL., 2007] ont également développé des modèles thermoaérauliques en couplant transferts thermique et aérauliques à chaque pas de temps pour évaluer des stratégies de ventilation naturelle et hybride. L’approche zonale permet de prendre en compte la diversité des caractéristiques physiques au sein d’une même zone. Ce type de méthode s’avère particulièrement intéressante pour l’étude de la stratification thermique dans un local de grand volume. Les travaux de [WURTZ & AL., 1999] ont permis d’aboutir à une évaluation pertinente de l’écoulement de l’air et de la distribution de température dans des locaux de géométrie rectangulaire simple. Cette méthode a aussi été mise en œuvre par [VOELTZEL & AL., 2001] pour l’étude de l’ambiance thermique dans un atrium. La confrontation du modèle zonal de [INARD & AL., 1997A] à des données expérimentales pour des locaux mono-zone, un local bizone et un atrium soumis à des écoulements de convection mixte a également permis de montrer la pertinence de l’approche au niveau de l’étude du confort thermique dans ce type de local. 

CHOIX SPÉCIFIQUES

Les principes généraux du modèle ainsi établis, il reste à choisir les types de connexions aérauliques qui seront prises en compte. L’objectif est ici d’évaluer plus finement les origines du renouvellement d’air du bâtiment pour affiner la prédiction de ses performances énergétiques. On choisit donc, pour l’instant, une bibliothèque de composants permettant de caractériser son enveloppe et les débits inter-zones. Cette bibliothèque pourra être complétée pour évaluer d’autres problématiques liées au renouvellement d’air en intégrant, par exemple, des composants de ventilation naturelle. Vitesse du vent Direction du vent Températures de zone Ventilation mécanique Tirage thermique BATIMENT Pression exercée par le vent Débits imposés Distribution des pressions internes Evaluation des débits d’air Caractérisation aéraulique (connexions entre les zones du bâtiment) 

DÉFAUTS D’ÉTANCHÉITÉ DE L’ENVELOPPE

Pour représenter les défauts d’étanchéité de l’enveloppe, on choisit la loi de puissance pour ses qualités physiques et pratiques. D’une part, cette relation liant le débit à la différence de pression a été de nombreuses fois validée expérimentalement par des études sur sites et en laboratoire ; aussi, la comparaison entre les résultats obtenus par cette dernière et la relation quadratique montre des résultats identiques [KULA & SHARPLES, 1994] et [WALKER, WILSON & SHERMAN, 1997]. D’autre part elle est l’expression adoptée par l’industrie du bâtiment, elle est utilisée dans le cadre des tests de pressurisation par porte soufflante et dans les normes de calculs de ventilation. Chapitre III – Modèle aéraulique : développement et couplage avec un outil de simulation thermique Aide aux choix de conception de bâtiments économes en énergie 57 Enfin, les bases de données de perméabilité à l’air des composants de l’enveloppe, disponibles sous forme de coefficients C (exprimé en dm3 .s -1 .m -1.Pa-n ou en dm3 .s -1 .m -2.Pa-n) et d’exposants n ou de surfaces équivalentes de fuite (m²), nécessitent une adaptation de cette loi de puissance.