Systèmes aérauliques, qualité de l’air et commande-contrôle
Systèmes aérauliques, qualité de l’air et commande-contrôle
La compréhension du cheminement de l’air dans un bâtiment représente également un enjeu important pour le confort et la santé de l’occupant et pour la préservation du bâti. Les conditions de pression en façade, la qualité de l’enveloppe et l’organisation intérieure du bâtiment au niveau du zonage influencent la réponse globale du bâtiment.
En raison des volumes d’air échangés, la ventilation des locaux de grandes dimensions a des conséquences énergétiques importantes. Le contrôle local de la ventilation permet d’envisager une réduction de ceux-ci, en ne ventilant que les zones subissant effectivement une pollution ; un tel pilotage suppose que puissent être identifiées les émissions localisées de polluants. Le travail a permis de valider numériquement et expérimentalement des stratégies de régulation permettant d’assurer ce contrôle local de la ventilation. L’analyse d’images pour l’identification des sources, la modélisation CFD pour les simulations numériques et la conduite expérimentale d’une installation double flux de traitement d’air sont les principaux outils mis en œuvre (thèse de N. Cordier, 2007).
Le couplage entre les stratégies de ventilation naturelle et de ventilation mécanique contrôlée in-situ a été initié au sein du projet “HybVent” de l’Agence Internationale de l’Énergie (annexe 35). L’approche expérimentale développée au laboratoire a permis de valider le travail de modélisation de ces stratégies.
La gestion des consommations énergétiques et des conditions d’ambiance au sein des bâtiments, était jusqu’à présent principalement axée sur la conduite des équipements actifs (chauffage, ventilation, climatisation, éclairage). Les développements scientifiques et technologiques récents permettent d’envisager l’intégration dans la conception de l’enveloppe de composants passifs de nouvelle génération dont la commande offre des perspectives intéressantes tant sur le plan énergétique (optimisation des déperditions, réduction des recours aux systèmes actifs) qu’en termes de confort (rafraîchissement nocturne estival, éclairage naturel).
L’essor des nouvelles technologies de l’information et de la communication concerne les différentes phases de la conception à l’exploitation du bâtiment grâce aux réseaux et systèmes de gestion et la multiplication des artéfacts de communication. Dans ce contexte, les travaux ont porté sur le développement et le paramétrage des contrôleurs flous multicritères de la qualité d’ambiance.
La valorisation de ces travaux est en cours par l’intermédiaire de collaborations industrielles concernant le pilotage des composants de façades pour les besoins de rafraîchissement passif des immeubles de bureaux dans un premier temps et le couplage entre l’utilisation de la ventilation naturelle et de la ventilation mécanique contrôlée ensuite.
Ainsi, les travaux de recherches réalisés dans le cadre du projet PHACES (partenariat avec SOMFY) ont abouti sur le développement et la validation numérique et expérimentale de différentes stratégies de gestion de la ventilation naturelle pour la qualité de l’air et le rafraîchissement passif en période estivale. Cette étude a notamment montré la nécessité de prise en compte de différents paramètres tels que le climat, l’inertie du bâtiment et les caractéristiques aérauliques des composants de façade pour une meilleur exploitation du potentiel de rafraîchissement de l’air extérieur. Un outil numérique d’aide à la décision a d’ailleurs été développé afin de faciliter la mise en place in-situ des stratégies développées.
Outil numérique d'aide à la décision pour la mise en place in situ des stratégies développées
Par ailleurs, ces recherches ont été poursuivies dans le cadre du projet CLINAT 1 (Partenariat avec l’ADEME, ALDES, SOMFY et WICONA) dans le but d’établir, de manière systémique, les principes de conception de composants actifs de façade (ouvrants commandables). Cette démarche a notamment abouti sur le développement d’un composant prototype (ouvrant de ventilation asservi à la pression différentielle) dont les performances thermo-aérauliques seront testées en utilisant la plateforme HYBCELL réhabilitée.
Cellule Hybcell réhabilitée
De plus, la prise en compte des contraintes locales des micro-climats urbains locaux est une nécessité pour optimiser les solutions techniques de gestion énergétique et environnementale applicables à un bâtiment. C’est une clé indispensable à une gestion environnementale globale car la limitation des décharges entropiques dues aux bâtiments ne peut passer que par une réduction des puissances énergétiques installées et donc par un traitement adéquat des espaces urbains pour limiter la demande.
La prise en compte des réalités du site urbain, de ses potentialités et de ses contraintes sur l’optimisation de l’efficacité énergétique des bâtiments ou de la qualité des ambiances intérieures a fait l’objet d’une action méthodologique permettant d’analyser les interactions entre le microclimat urbain et le bâtiment. Les outils permettant d’évaluer la pertinence d’actions menées sur l’optimisation de l’usage de la ventilation naturelle dans un tel milieu ont été développés dans le cadre du projet européen Urbvent (programme Energy).
