Analyse multicritères des stratégies de ventilation en maisons individuelles

Multi-criteria analysis of ventilation strategies in single-family houses

• Auteur / Autrice : Juslin Kouadio Koffi
• Direction : Francis Allard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean Jacques Akoua, Christian Inard, Charles Pele
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilbert Achard, Jean-Jacques Roux

Mots clés

Mots clés contrôlés

Air confiné -- Pollution

Ventilation -- Appareils et matériel

Ventilation

Mots clés libres

Modélisation multizone

Expérimentation in situ

Résumé

La multitude de polluants de l’air intérieur et les coûts énergétiques dans les bâtiments conduisent à la mise en œuvre de nouvelles stratégies de ventilation. La thèse vise à évaluer et comparer des stratégies de ventilation au regard de ces critères. Des méthodes des gaz traceurs et des scénarios de pollution sont utilisés pour apprécier les échanges aérauliques et le transfert de polluant à l’intérieur de la maison expérimentale MARIA. Les résultats montrent que la VMC double flux protège efficacement les pièces principales de la pollution. La VMC simple flux et la ventilation naturelle fournissent une qualité d’air assez satisfaisante. Les échanges aérauliques sont cependant perturbés par la pratique des ouvrants et les infiltrations d’air dues au vent. Un modèle multizone thermo-aéraulique simulant la maison MARIA couplée à ses systèmes de ventilation a été développé dans l’environnement Matlab/Simulink. Les résultats comparés à ceux des essais donnent une dynamique similaire des concentrations; toutefois le niveau de la pollution résultant du modèle souligne la nécessité d’une connaissance précise de la perméabilité par façade et entre pièces. Les simulations réalisées sur la période de chauffage fournissent les meilleures performances de qualité d’air et d’économie d’énergie pour la VMC double flux. La ventilation hygroréglable réduit bien le coût énergétique mais peine souvent à maintenir une qualité d’air approprié. La ventilation naturelle bien que surdimensionnée reste moins performante que la VMC simple flux. Enfin, l’efficacité de la ventilation s’avère être l’un des facteurs importants pour le maintien d’une bonne qualité d’air à l’intérieur des bâtiments.

The large number of indoor air pollutants and buildings energy requirements lead to adapting various ventilation strategies. The thesis intends to evaluate and compare some strategies based on these criteria. Pollution scenarios are investigated in the experimental house MARIA by means of tracer gas methods in order to deal with internal airflow patterns and pollutant spread. Results show the best performance with mechanical balanced ventilation which protects the main rooms from pollution. Exhaust ventilation and natural ventilation yield rather acceptable IAQ. However the airflow patterns are disturbed by doors opening and air infiltration due to wind. The numerical assessment of ventilation strategies requires the development of a multizone building model quite useful in simulating heat and mass transfer problems in buildings: this model is used to simulate MARIA, coupled with ventilation systems, in Matlab/Simulink environment. Numerical results are compared to the experimental ones and show similar dynamics in relevance to gas concentrations. However, the high pollution levels provided by the model indicate that a suitable model requires an accurate knowledge of air leakages by façade and between rooms. The numerical investigations performed during a heating season show good IAQ and energy performances for balanced ventilation. Humidity controlled ventilation reduces energy costs but fails to ensure a good IAQ. Natural ventilation though seems oversized yields a worse IAQ compared to the reference system. Finally the ventilation effectiveness appears as one of the most essential factors in maintaining good IAQ in buildings.