Contribution du rayonnement au confort thermique et aux économies d'énergie dans l'habitat

Contribution of Radiant Heating to Thermal Comfort and Energy Saving in Buildings

• Auteur / Autrice : Mickaël Le Bohec
• Direction : Denis Lemonnier, Didier Saury
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique, combustion
• Date : Soutenance le 06/12/2017
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Atlantic Industrie, La Roche-sur-Yon
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime- ENSMA
• Jury : Président / Présidente : Francis Allard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Peniguel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Monica Siroux, Christophe Le Niliot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bien-être

Constructions -- Propriétés thermiques

Transfert radiatif

Chauffage -- Économies d'énergie

Chauffage par rayonnement

Rayonnement thermique

Mots clés libres

Radiosité

Facteurs de forme

Méthode hiérarchique

Radiosity

Form factors

Hierarchical method

Résumé

Pour réduire la consommation énergétique des bâtiments, les systèmes de chauffage agissant par rayonnement semblent particulièrement intéressants puisqu'ils ne nécessitent pas de chauffer l'air de la pièce pour que leur action soit perçue (moins d'énergie dépensée et moins de déperditions) et qu'jls permettent une meilleure réactivité au mode de vie des utilisateurs. De plus, des expériences réalisées au MIT ont montré que nous préférons un air frais et des murs chauds plutôt que le contraire, ce qui milite en paveur du chauffage par rayonnement. L'objectif de ce travail est de développer un outil permettant de paire le lien entre le rayonnement échangé entre un occupant et son environnement et le confort qu'il exprime vis-a- vis de celui-ci. L'étude des transferts radiatifs dans l'habitat peut se ramener a la résolution de l'équation des radiosités. Celle-ci nécessite l'évaluation de couplages géométriques entre les éléments de la scène appelés facteurs de forme. Leur obtention est particulièrement ardue, notamment lorsqu'il s'agit de tenir compte d'éventuelles obstructions. Une comparaison des méthodes numériques disponibles pour cela est proposée. Outre l'évaluation de ces facteurs, le système a résoudre est très lourd, puisque chaque surface interagit, le plus souvent, avec toutes les autres et que le nombre de nœuds mis en jeu dans la description d'une scène complexe est important. Nous présentons une méthode de résolution qui raffine le maillage d'une scène tout en construisant simultanément une représentation a différentes échelles des facteurs de forme entre ses éléments, dans le but de ne pas calculer tous les échanges a la résolution la plus fine. Elle permet ainsi de réduire considérablement le temps de calcul et rend son utilisation possible en bureau d'étude.une fois que les transferts radiatifs entre un individu, la source de chauffage et différents éléments de l'environnement sont connus, le modèle de confort de Fanger est mis en oeuvre pour déterminer si les configurations envisagées sont confortables ou non, au regard des normes en vigueur dans le bâtiment. Ainsi, nous avons pu déterminer quels types d'appareils de chauffage sont les plus susceptibles d'apporter du confort, dans diverses situations, et sans accroitre la puissance consommée.

In order to reduce building's energy consumption, radiant heater seems particularly attractives because they didn't require to heat the air of the room to be perceived (less energy spent and less losses), and because they provide a better reactivity to users life rythmes. Moreover, experiences of the MIT showed that we prefer a fresh ai with warm wall rather than the opposite. The goal of the work is to develop a tool to study the link between the radiant energy exchange by an occupant with his environment and the thermal comfort express under some hypothesis, radiative beat transfers can be idealized by the radiosity equation. This one needs the evaluation of geometrics couplings between the elements of the scene called form factors or view factors. It's generally hard to get them, especially when there are obstructions. A comparison of existing numerical methods is proposed. beyond the evaluation of those factors, the algebraic system is heavy to solve because each surface interact, usually, with all the others and because the number of nodes required for the description of a complexe scene is important. We present a resolution method which refine the mesh of the scene while constructing a multi scale representation of form factors between its elements, in order to don't have to compute all the transfers at the finest resolution. This drastically reduce the computation time and allow to use this method in a industrial development process.When the radiative transfers between the occupant, heaters and differents elements of the environment are known, the thermal comfort model of fanger is used to determine if the considered env!ronments are confortable or not, according to international standards. This way, we could find which type of heaters are the most subject to provide thermal comfort without increasing energy consumption.