La connaissance des mouvements d'air est utile à une bonne maîtrise des problèmes de confort intérieur et d'économie de moyens (installations de ventilation) et d'énergie. L'étude de la diffusion des polluants est également importante (incendie, chimie, milieu hospitalier...)

Le recours à ces méthodes, dites complexes, se justifie pour l'étude de détails (bouches et grilles de ventilation p. ex.) et dans le cas de volumes importants avec des contraintes particulières (salles de spectacle, ateliers d'usine, laboratoires...)

Si le recours à ces méthodes de simulation devient de plus en plus accessible, le niveau de détail du modèle géométrique et la maîtrise des paramètres d'entrée restent critiques et nécessitent un véritable apprentissage.

Les résultats sont spectaculaires mais leur validité à l'échelle du bâtiment reste un point critique.

Logiciels

ESP-r

Mass flow networks and CFD coupling ESP-r propose la simulation d'un réseau nodal pour les transferts de masse de même que la simulation par CFD. Le module CFD contenu dans ESP permet de tenir compte de géométries complexes, ameublements, ouvertures et grilles de ventilation, les transferts de chaleur surfaciques et l'évaluation spatiotemporelle du confort intérieur ainsi que la diffusion des polluants. Site Internet >>> http://www.esru.strath.ac.uk/

FLOVENT

Airflow Modeling Software for the Building Services Engineer Calcul statique des mouvements d'air, transferts de chaleur et distribution de contaminants à l'intérieur d'une pièce. Ce logiciel utilise la technique du CFD (Computational Fluid Dynamics). Si ces techniques sont très efficaces pour l'étude de composants techniques (électronique, machines thermodynamiques), la transposition au système bâtiment n'est pas trivial en raison des effets dynamiques.   Site Internet >>> http://www.flovent.com/

Equipements de mesure

Soufflerie

Laboratoire d'aérotechnique Le laboratoire d'aérotechnique de l'eig dispose d'une soufflerie qui permet l'étude de maquettes de bâtiments ou d'ilôts. Moyens techniques: 1 soufflerie subsonique: 80 m/s, veine de 0.6x0.4 m2 1 soufflerie subsonique: 80 m/s, veine de 2x1.5 m2 1 soufflerie supersonique 1.4<Ma<3.5, veine de 8x14 cm2 1 soufflerie de calibration 80 m/s 1 générateur d'air comprimé à 16 bars, 10 kg/s   Site Internet >>> http://eig.unige.ch/~labaero/

Théorie

Deux modèles de simulation des mouvements d'air coexistent:

• Réseau nodal de transfert de masse
• CFD (computational fluid dynamics)

La première considère la conservation de masse qui aboutit à une équation permettant de déterminer les flux. Le bâtiment et ses équipements de ventilation sont traités comme un réseau nodal. Des conditions de liaison entre les noeuds permettent de définir des composants tels que infiltrations, portes, fenêtres, ventilateurs, gaines. A chaque composant est attribué un modèle qui décrit le transfert de masse en fonction de la différence de pression.

Cette méthode est bien adaptée à la simulation thermique mais trouve ses limites lors de la caractérisation du confort intérieur et de la diffusion des polluants dans une pièce.

Dès lors, on se tourne vers la CFD: la méthode consiste à découper le volume à étudier en une multitude de volumes élémentaires (typiquement 30'000 à 100'000). La distribution des vitesses dans les trois axes est obtenue par la résolution des trois équations de moments correspondantes aux axes x, y et z.

Bibliographie

• ASHRAE, ASHRAE Standard 62-1989, Ventilation for acceptable indoor air quality. American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers, Inc., Atlanta, 1989
• CEN, CR 1752, Ventilation for Buildings - Design Criteria for the Indoor Environment. European Committee for Standardization, Geneva, 1998