Simulations, conception et réalisation d'un plafond chauffant et rafraîchissant pour des pièces à usage de bureau

Simulations, design and making of a chilled and hot radiant ceiling for offices

• Auteur / Autrice : Cyril Hassan
• Direction : Denis Clodic
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Paris, ENMP

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Caloducs

Plafonds chauffants-rafraîchissants

Mots clés libres

Plafond rayonnant

Température équivalente

Simulation numérique

Confort thermique

Caloduc souple

Cfd

Modélisation du bâtiment

Résumé

La prise en compte de considérations économiques et écologiques favorise la recherche du confort thermique dans les pièces à usage de bureau. Une étude du confort thermique chez l'homme met en avant les systèmes de climatisation par plafond rayonnant puisqu'ils pemettent un gain énergétique. Cependant, ces systèmes sont limités en puissance, surtout en rafraîchissement, pour un emploi dans le secteur tertiaire. Un système de climatisation par plafond rayonnant fut réalisé dans un bureau de l'Ecole des Mines de Paris, en y intégrant des caloducs souples plats car ils présentent l'avantage d'uniformiser les températures de surfaces et de pouvoir transmettre des flux thermiques élevés. Les essais effectués mettent en évidence l'impact d'un tel système sur les conditions de confort thermique : en chauffage, la température opérative augmente de 2 à 3 K et en rafraîchissement elle diminue de 3 à 4 K. Cette pièce a fait l'objet d'une étude numérique poussée : l'aéraulique a été modélisée à l'aide d'une simulation CFD réalisée avec le logiciel FLUENT® et le champ thermique l'a été grâce à une modélisation nodale en régime dynamique, réalisée avec le code de calcul thermique Thermette®. Ces simulations ont été utilisées pour améliorer la conception du système : ainsi, il a été mis en avant qu'en augmentant la superficie de la surface rayonnante utile et en améliorant le coefficient d'échange avec l'air ou en associant ce système à un préconditionnement thermique de l'air neuf entrant, le plafond rayonnant à panneaux caloducs pourrait transférer plus facilement la totalité des charges thermiques.

Studies on thermal comfort in office spaces are encouraged by economic and environmental considerations. Radiant air-conditioning ceiling systems are efficient on thermal comfort because they do not create any discomfort and the air temperature is higher than with a all-air system. Their use is cheaper than with a conventional system and so, it provides energy saving. However, their cooling capacity is limited for an office use. After a sizing performed with the software COMFIE®, heat soft pipes are integrated in a radiant air-conditioning ceiling system. With this technology, uniform surface temperatures are observed and high heat transfer rates are achieved. During the tests, effects on the thermal comfort are noticed : operative temperature is higher to 2 or 3 K in heating mode, and lower 3 or 4 K in cooling mode. An advanced numerical simulation of this room is carried out : air velocity field is predicted with the CFD software FLUENT® and the thermal field is calculated with THERMETTE®. These simulations are used to improve the system design : by increasing the radiant ceiling area and the thermal convection coefficient or by a thermal preconditioning on air, the radiant air-conditioning ceiling system would be able to transfer more easily all thermal fluxes.