MODELISATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE

MODELISATION DES TRANSFERTS DE CHALEUR ET DE MASSE DANS L’ENVIRONNEMENT DE SIMULATION SIMSPARK E. Wurtz 1, L. Mora 2, K. C. Mendonça 3, C. Maalouf*4 1 - INES, CNRS, Savoie Technolac, France 2 - TREFLE, Université de Bordeaux, France 3 - Pontfical Catholic University of Parana, Curitiba, Brazil. 4 - LEPTAB, University of La Rochelle, France 1

Motivations n Développement des modèles dans un environnement basé sur les équations afin de les coupler avec des codes externes n Modélisation des phénomènes de transfert de masse et de chaleur dans le bâtiment afin de caractériser: – L’air et l’enveloppe du bâtiment – La présence de l’humidité – Les équipements/ le contrôle – L’environnement extérieur n Couplage de modèles de niveaux de finesse différents (nodal, zonal, CFD ) 2

L’approche zonale Equations de conservation de masse et d’énergie Integration sur un large volume Zones standard: pas d’écoulement moteur (équation de Bernoulli ) Les variables d’état sont homogènes Conservation de masse et d’énergie, Loi des gaz parfait Détermination des zones standard Zones spécifiques: écoulements moteur ( jet, panache, …) Conservation de masse et d’énergie Loi des gaz parfaits Relation empirique Choix d’un modèle d’écoulement approprié Valeurs des variables d’état pour chaque zone 3

Modèles implémentés pour les approches zonales et nodales n Air : – Transfert de masse: air, polluant et transport d’humidité – Transfert de chaleur (convection, diffusion) n Enveloppe: – Infiltration (Ouvertures verticales) – Convection, conduction, radiation (méthode de l’enceinte fictive) – Sorption des polluants et de l’humidité n Composants de systèmes thermiques: ventilateurs, échangeurs, batteries, roue dessiccante, humidificateur, capteurs solaires 4

Equations de l’air (Zone standard) Conservation de la masse de l’air sec Conservation de la vapeur Conservation d’énergie 5

Autres équations (zone standard) 6

Equations de transfert d’air (entre deux zones standards) Air sec 7

Transfert de vapeur (entre deux zones standard) Diffusion de vapeur Transport de vapeur 8

Modèle de l’enveloppe du bâtiment: Transferts de masse et de chaleur couplés (UMIDUS) q Cons. de masse q Cons. d’énergie q Conditions aux limites q Equation de masse q Equation d’énergie 9

Présentation de la librairie 10

Construction d’un problème avec SPARK n n Exemple: un modèle zonal 2 x 2 Choix et connexion des objets 11

Connexion des objets Exemple de connexion entre une interface et ses deux cellules adjacentes Cellule 1 Interface n Cellule 2 12

Application: role de l’enveloppe sur les transferts d’humidité n n n Un bureau ventilé entouré d’un espace climatisé (t=24°C, RH=50%) avec un mur en contact avec l’extérieur Tous les murs ont une épaisseur de 10 cm (béton) Un modèle zonal de 27 cellules avec 3 modèles différents d’enveloppe: – Transfert de chaleur – Prise en compte des transferts d’humidité (phase vapeur) – Phase vapeur et liquide n Simulation pour 44 heures 13

Resultats au centre du local Temperature Humidité relative 14

Conclusion et perspectives n n n Une librairie de modèles zonaux permettant d’étudier le comportement hygrothermique des locaux climatisés a été proposée. La prise en compte des transfert de masse et de chaleur dans le bâtiment permet de mieux caractériser les conditions de l’air intérieur. La validation de cette librairie est en cours dans le cadre de la tache 41 de l’Agence Internationale de l’Energie. 15