Méthode d'analyse du comportement thermo-aéraulique des bâtiments pour la construction de modèles zonaux adaptatifs

Method of analysis of the thermal phenomena and the air flow in buildings for the construction of adaptive zonal models

• Auteur / Autrice : Sihem Guernouti
• Direction : Gérard Hégron, Marjorie Musy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chauffage et ventilation

Constructions

Conception orientée objets (informatique)

Turbulence

Simulation par ordinateur

Résumé

Afin de concevoir des systèmes énergétiques (chauffage, rafraîchissement, ventilation) et de prédire leurs performances en terme de confort thermique et de qualité de l'air, l’estimation des détails des écoulements et des transferts de chaleur au sein des locaux représente un enjeu important. Les modèles zonaux, qui reposent sur un découpage d’une pièce en un petit nombre de sous-volumes permettent d'appréhender l'hétérogénéité des caractéristiques thermo-aérauliques d'un espace avec des temps de calcul modérés. Ils correspondent à un bon compromis entre simplicité des modèles et volumes d'informations utilisables pour contribuer à la qualification des ambiances. Si de nombreux progrès ont été réalisés pour l'automatisation de la construction des modèles zonaux à partir d'un maillage du volume et du choix des modèles à utiliser, ces deux tâches restent encore à la charge de l'utilisateur alors qu'elles requièrent une bonne connaissance de la modélisation et de l’expérimentation dans le bâtiment. Il reste un travail important à faire pour minimiser l’intervention du modélisateur. Notre recherche consiste à proposer un générateur automatique de modèles zonaux permettant essentiellement d’affranchir l’utilisateur du choix des modèles des écoulements spécifiques présents dans un local et du partitionnement de ce dernier. L’outil de simulation dynamique baptisé « O-Zone », est basé sur une nouvelle approche des modèles zonaux. Cette approche repose sur un partitionnement de la pièce adapté aux écoulements particuliers en présence. La méthode choisie pour le partitionnement est celle des arbres octaux ou Octree. C'est une représentation hiérarchique de l'espace qui repose sur la subdivision successive et récursive d'un cube en huit cubes plus petits.

In order to design HVAC systems and to predict their performances in term of thermal comfort and indoor air quality, the estimation of airflows details and heat transfers within the buildings zones represents an important stake. Zonal models are based on dividing the considered room into a small number of sub-zones. They can appreciate the heterogeneity of the thermal and aerodynamic characteristics of an air space with moderate computing times. These models represent a good compromise between simplicity of models and quantity of data useful in order to contribute to the qualification of environments. If much progress is made to automate the zonal models construction from an air space partitioning and a choice of the models to be used, these two tasks are still spring of the user whereas they require an important modelling expertise and experimentation in the building. There remains an important work to make in order to minimize the user’s intervention. In this research, we propose an automatic generator of zonal models that make it possible to free the user from the choice of the specific flows models present in a room and her partitioning. The dynamic simulation tool called “O-Zone” is based on an advanced formulation of zonal models. It uses on a new way of sub-dividing the room which allows us to obtain a partitioning based on airflow patterns. The selected method for partitioning is the Octree method. It is a hierarchical representation of the space which is based on the successive and recursive subdivision of a cube in eight smaller cubes.