Modélisation des échanges thermo-aérauliques dans les bâtiments en régime dynamique

• Auteur / Autrice : Leila Gharbi
• Direction : Jean-Jacques Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Bien-être

Aéraulique

Résumé

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.

The assessment of buildings thermal comfort quality in the Mediterranean context necessitates an accurate knowledge of the air velocities and the air temperature inside the considered space. Besides, thermal and airflow aspects must be considered coupled together, because of their very strong interdependence. In this particular context, we have developed a three-dimensional dynamic modular model of coupled heat transfer and airflow calculation. The airflow model is based upon the zonal approach in temperature and pressure. It represents a compromise between very detailed models (CFD) and simplified ones (one-zone or multizone models) which assume that the considered room contains well-mixed air. The heat transfer model is based upon the coupling of heat conduction reduced-order state models. It allows accurate modelling of the dynamic thermal behaviour of a building with a reduced dimension system, and the precise calculation of conductive heat transfer through geometrically complex walls. Those two models were validated by comparison with experimental and numerical results. Their coupling was carried out by an iterative strategy of connection. Simulation results have shown that our coupled model can predict satisfactorily the air temperature field and the air flow within a room. Its coupling with a thermal comfort model allows to study the effects of night natural ventilation on thermal comfort inside a building, in the summer Tunisian meteorological conditions.