Caractérisation des systèmes hydrauliques de conditionnement thermique des ambiances par radiateurs et plancher réversible : application aux bâtiments du secteur tertiaire à forte discontinuité d'occupation

• Auteur / Autrice : Olivier Lafabrie
• Direction : Gilbert Achard, Bernard Souyri
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Chambéry
• Jury : Président / Présidente : Youssef Diab
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Jacques Roux, Jacques Miriel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermique

Machines oléo-hydrauliques

Chauffage -- Appareils et matériel

Mots clés libres

Conditionnement thermique des ambiances

Résumé

Les bâtiments du secteur tertiaire et notamment ceux d’enseignement, sont le siège de fortes charges thermiques (nombre important d’occupants, forts apports solaires, …) qui ont des effets rapides sur les ambiances intérieures ; aussi les maîtres d’ouvrage et les bureaux d’études hésitent à préconiser des systèmes de conditionnement thermique à forte inertie en raison de la difficulté à s’adapter aux besoins réels des locaux occupés. De plus, les exigences en termes de confort thermique et d’économie d’énergie sont de plus en plus mises en avant par les prescripteurs et les usagers. C’est dans ce contexte qu’une opération pilote est menée par le Laboratoire Génie Civil et Habitat de l’Université de Savoie pour mieux cerner le comportement thermique et énergétique des bâtiments à usage tertiaire équipés de système de conditionnement thermique (plancher réversible et radiateur à eau) largement utilisé dans le secteur résidentiel. L’étude expérimentale est menée en site occupé et en condition météorologiques réelles dans des locaux d’enseignement et de recherche de l’Université de Savoie. Le confort thermique d’hiver et d’été est analysé en régime dynamique et en conditions réelles d’occupation. Il se dégage de cette étude que le mode d’émission de la chaleur par plancher constitue une solution technique meilleure que celle des radiateurs à eau, vis-à-vis du confort thermique et des consommations énergétiques. En effet, pour une consommations énergétique moindre, le plancher hydraulique génère une meilleure homogénéité de l’ambiance thermique qui est peu influencée par les apports gratuits. En outre, ce système d’émission, couplé à un groupe de production d’au glacée, peut assurer le rafraîchissement des locaux pendant la période estivale ou même les intersaisons. Complémentaire à cette expérimentation, la modélisation d’une partie du bâtiment expérimental, ainsi que de systèmes de conditionnement thermique précédents, est réalisée avec l’environnement de modélisation m2m et ALLAN. ®Simulation/Neptunix. Cette modélisation témoigne de la complexité des phénomènes physiques qui interviennent dans le comportement thermique de notre bâtiment et de la nécessité de séparer les échanges de chaleur convectifs et radiatifs. A la suite de la validation expérimentale du modèle, nous disposons d’un outil de référence pour mener des études de sensibilité. Pour le modèle associé au plancher chauffant, l’influence des débits de renouvellement d’air sur le confort des occupants et les consommations énergétiques est mis en évidence, tout comme l’ouverture des stores extérieurs. De plus, le nombre d’occupants ou le coefficient d’échanges convectifs à la surface du plancher ne jouent pas un rôle prépondérant et les variations des consommations énergétiques du plancher chauffant sont très faibles. Enfin, pour le modèle associé au plancher rafraîchissant, les apports par occupants ou ensoleillement influencent très largement la température d’air des locaux rafraîchis ainsi que les consommations énergétiques associées

Non-residential building, in particular teaching building, are the seat of strong thermal loads of weak-slowness (number mattering of occupying , strong sunshine contributions…) ; so the owners and the research departments hesitate to recommend systems of thermal conditioning with strong slowness because of the difficulty adapting itself to the real needs of the busy premises. Furthermore, the requirements in terms of thermal comfort and energy savings are more and more advanced by the influencers and the users. It’s in this context that one experimental study is led by the Laboratoire Génie civi let Habitat of the University of Savoy better to encircle the thermal and energy bevaiour of buidlings with custom service industry equipped with systems of thermal conditioning (reversible floor and water radiator) widely used in the residential sector. The experimental study is led in occupied site and in real weather conditions in premises of education and search for the University of Savoy. The thermal summer and winter comfort is analysed in dynamic regime and in real conditions of occupation. It shows that the mode of emission of the heat by the floor constitutes a technical solution better than that of water radiators, face to face thermal comfort and energy consumption. Indeed, for a lesser energy consumption, the hydraulic floor generates a better homogeneity of the thermal atmosphere which is little influenced by the free load. Besides, this system of emission, coupled with a group of ice-cold production water, can assure the refreshment of premises during the summery or period in the interseasons. Additional in this experiment, the modelling of a part of the building, as well as the previous thermal systems of conditioning, is realised thanks to the software m2m et ALLAN. ®Simulation/Neptunix. This modelling testifies of the complexity of the physical phenomena wich intervene in the thermal behaviour of our building and the necessity of separating the exchanges of heat convectives and radiates. Following the experimental validation of the model, we have a reference tool to lead studies of sensibility. For the model associated to the heating floor, the influence of the debits of renewal of air on the comfort of the occupants and the energy consumption is revealing, quite as the opening of the outside blinds. Furthermore, the number of occupants or the convection coefficient of the floor haven’t a dominiting role and the variations of the energy consumption of the heating floor are very weak. Finally, for the model associated to the cooling floor, the load by occupants or the sunshine influence very widely the air temperature of premises refreshed as well as the associated energy consumption