Etude de l'influence d'un système de chauffage sur l'état thermique et aéraulique des bâtiments multizones avec prise en compte de la stratification thermique

= Study of the heating system effect on the indoor thermal stratification in multizone buildings

• Auteur / Autrice : Sorin Burchiu
• Direction : Christian Inard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique du bâtiment
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Lyon, INSA

Mots clés

Mots clés contrôlés

Consommation d'énergie

Chaleur -- Convection

Transfert de chaleur

Chauffage

Constructions

Résumé

Cette étude est dédiée à l'analyse de l'influence lie la stratification thermique sur les transferts de chaleur à travers les larges ouvertures verticales des bâtiments multizones. Des études antérieures ont montré que de considérer des zones isothermes au sein des locaux chauffés permet d'évaluer correctement les transferts de masse mais peut conduire à des valeurs des transferts de chaleur notablement erronées. Ce constat nous a amené â mettre en œuvre un modèle permettant d'appréhender ce phénomène. Pour ce faire, les champs thermo convectifs de chaque pièce sont décrits à l' aide de le méthode zonale avec une zone basse séparée par un plan horizontal. La modélisation des différents écoulement moteurs (jets thermiques et couches limites thermiques) permet d'évaluer les températures d’équilibre thermique des ces deux- zones également utilisées pour calculer les transferts de masse et de chaleur à travers les ouvertures verticales. Les échanges radiatifs aussi bien de grande que de courte longueur d’onde sont traités par la méthode de l’enceinte fictive et la conduction par un modèle analogique à deux résistances et trois capacités. Une fois mis au point, le modèle a été validé à 1 'aide d’expérimentations réalisées en Régime dynamique dans une cellule test bizone pour différentes sollicitations thermiques : créneau de la température extérieure, de la puissance convective et du débit de ventilation. Par la suite, nous présentons les résultats d’une étude paramétrique effectuée sur un bâtiment multizone (six pièces). Celle-ci permet de montrer l’influence de paramètres tels que la position des sources de chaleur (réparties dans les différentes pièces ou localisées en un nombre restreint de locaux), les scénarii de régulation sur les champs thermique et aéraulique au sein du bâtiment ainsi que sur les consommations énergétiques de ce dernier.

This study is devoted to the analysis of the influence of the final stratification on heat transfer through vertical large openings in multizone buildings. It has been shown in previous studies that taking isothermal zones in heated rooms into consideration involves accurate mass transfer values but may lead to wrong heat transfer results. According to this fact, we built a model which enable to account for this phenomena. In this model, the zonal method is used to describe thermo-convective fields with an upper zone and a lower zone separated by a horizontal plane. The modeling of the main flows (jets, thermal plumes and thermal boundary layers) enable to evaluate thermal balance temperatures of these two zones also used to calculate heat and 1nass transfer throu3h the vertical openings. Short wave as well as long wave radiative heat transfer are treated with the virtual enclosure method and a two resistance and three capacitance model enables to calculate conductive heat transfer this model has been validated by comparison with experimental results obtained under the unsteady state in a two zone test cell, for various thermal inputs: steps of the external temperature, of the convective power and of the ventilation rate. The results of a parametric study carried out for a multizone building (six rooms) are presented This study allows to analyze the i11fluence of parameters such as the location of heat sources (distributed in all rooms or only in a few rooms), the control schedule on t he thermal fields and on the air flow distribution within the building and on its energy consumption.