b. Calibration des systèmes de ventilation

Le but ici est d’estimer le débit de ventilation en fonction des conditions de fonctionnement. Nous avons supposé que les pertes de charge dues au volume d’air étaient négligeables devant celles du ventilateur et des mortaises d’entrée d’air. Ainsi, à conditions égales le débit sera le même pour un écart entre les fenêtres de 0,3 ou 0,1 m.

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Pour mesurer ce débit de ventilation, un ballomètre FlowFinder a été utilisé. Il s’agit d’une mesure du débit par compensation de la pression à zéro en appliquant directement le ballomètre sur la section de soufflage du ventilateur. Ses caractéristiques sont montrées dans le Tableau III-7.

Les mesures au FlowFinder ont été réalisées pour chaque ventilateur, plusieurs fois et avec des tensions d’alimentation variant entre 6 et 20 V pour chaque campagne expérimentale. Elles sont présentées en Figure III-27 pour la campagne estivale et en Figure III-28 pour la campagne hivernale. A noter que les ventilateurs nommés #1 et #2 sont installés sur la double-fenêtre de la pièce A alors que les ventilateurs nommés #3 et #4 le sont sur celle de la pièce B.

Plage de mesure 10 à 550 m3/h Précision _{+/- 3% (minimum 3 m}^{1 m3/h} _3/h)

Tableau III-7. Caractéristiques métrologiques du ballomètre FlowFinder.

Figure III-27. Débits de ventilation moyennés de chaque prototype en fonction de sa tension d’alimentation pour la campagne estivale.

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Figure III-28. Débits de ventilation moyennés de chaque prototype en fonction de sa tension d’alimentation pour la campagne hivernale.

Seulement, cette mesure se fait de manière ponctuelle et dépend de certaines conditions de fonctionnement. N’ayant pas de système de régulation sur ces ventilateurs il est prévu de maintenir la tension d’alimentation fixe pour chaque test. Or, la connaissance du débit à chaque instant est primordiale. Seulement, les performances aérauliques du ventilateur peuvent être impactées par les conditions de vent ou encore le gradient de température vertical au sein de la double-fenêtre. Afin de mesurer et considérer leurs impacts nous avons enregistré la vitesse de soufflage pour deux configurations de tension différentes durant une semaine chacune (6 V pour le ventilateur #1 uniquement puis 6 V pour les ventilateurs #1 et #2). Les mesures de vitesse de soufflage rapportées à la vitesse du vent et au gradient de température sont présentées sur la Figure III-29 pour la première semaine et sur la Figure III-30 pour la seconde semaine. A noter que la vitesse du vent considérée correspond à celle au voisinage de la façade de la cellule et a été déterminée à partir de la vitesse du vent de la station météo selon la procédure de la norme ISO 15099 [87] détaillée en V.3.2.a. Sur ces graphiques, le gradient de température est positif si la température d’entrée est supérieure à celle de soufflage.

Dans un premier temps, ces deux figures montrent que la vitesse de soufflage varie fortement sur la période étudiée. Les vitesses de soufflage peuvent varier du simple au double sur une échelle de 24 h. En effet, la vitesse de soufflage atteint son maximum peu avant midi chaque jour. Cette période correspond à la fin de la période d’ensoleillement direct de la cellule. La vitesse de soufflage baisse ensuite progressivement le reste de la

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journée pour atteindre son minimum peu après 6 h. Ainsi le débit de ventilation ne peut être considéré comme constant tout au long des tests. Dans un second temps, les deux semaines de mesures montrent une corrélation entre la vitesse de soufflage et le gradient de température au sein de la double-fenêtre. Les deux grandeurs augmentent et diminuent selon les mêmes rythmes journaliers. En revanche, il ne semble pas avoir de corrélation directe entre la vitesse de soufflage et celle du vent. En effet, on peut observer sur les deux graphiques que les augmentations de la vitesse de soufflage coïncident tantôt avec une augmentation de la vitesse du vent et tantôt avec une diminution. Il en est de même pour les baisses de la vitesse de soufflage. Cela ne signifie pas pour autant que le vent n’impacte pas la ventilation mais plutôt que les mesures ne permettent pas de relier mathématiquement les deux grandeurs. Par conséquent, nous retiendrons uniquement la corrélation directe de la vitesse de soufflage avec le gradient de température.

Figure III-29. Mesures de vitesse de soufflage du ventilateur #1, de vitesse du vent et du gradient de température au sein de la double-fenêtre pour une tension d’alimentation de 6 V pour le

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Figure III-30. Mesures de vitesse de soufflage du ventilateur #1, de vitesse du vent et du gradient de température au sein de la double-fenêtre pour une tension d’alimentation de 6 V pour les

ventilateurs #1 et #2.

Comme montré en III.2.2, le gradient de température au sein de la cavité est une grandeur mesurée à chaque pas de temps. Ainsi, il faut à présent déterminer la corrélation entre la vitesse de soufflage et ce gradient. Nous ferons ensuite l’hypothèse que le débit de ventilation subit les mêmes variations que la vitesse de soufflage. Rappelons que la mesure du débit avec le FlowFinder est ponctuelle et requiert la présence d’un utilisateur. Il était alors impossible de mesurer le débit sur les deux semaines de mesure de la vitesse de soufflage. En revanche, les mesures de débit présentées en Figure III-27 et Figure III-28 ont été effectuées avec un gradient de température égal à 2,4°C. C’est pourquoi nous allons rechercher la corrélation entre la variation de la vitesse de soufflage et la variation du gradient de température toutes deux relativement aux valeurs mesurées avec un gradient de température de 2,4°C.

Pour cela, les données des deux semaines sont rassemblées et triées en fonction du gradient de température arrondi au dixième. Ensuite, nous faisons correspondre à chaque gradient une vitesse de soufflage moyenne ce qui donne la représentation graphique de la Figure III-31.

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Figure III-31. Vitesses de soufflage moyennes en fonction du gradient de température arrondi au dixième.

Puis les variations relatives de la vitesse de soufflage 𝑉𝐴𝑅 𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒} et du gradient de température 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 sont obtenues selon les relations (III-3) et (III-4). On obtient alors la courbe du graphique Figure III-32.

𝑉𝐴𝑅 𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒}=^{𝑉𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒− 𝑉𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒 2,4°𝐶}

𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒 2,4°𝐶} (III-3)

𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 =^{∆𝑇 − 2,4}

2,4 (III-4)

Figure III-32. Evolution de la variation de la vitesse de soufflage et celle de la variation corrélée en fonction de la variation du gradient de température.

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L’utilisation d’un polynôme de degré 6 aurait permis de trouver une corrélation avec un coefficient de détermination égal à 98%. Cependant, son utilisation aurait été limitée à la plage de variation mesurée durant les deux semaines et ne permet pas d’extrapoler correctement à des cas où le gradient sort de cette plage. C’est pourquoi il a été fait le choix de découper la courbe selon trois dynamiques observées :

- une croissance linéaire lente assurant un débit minimum lorsque 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 ≤ −175%,

- une croissance linéaire rapide lorsque −175% <𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 ≤ −70%,

- une croissance linéaire plus lente plafonnant le débit lorsque 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 > −70%.

Ce découpage a conduit à la corrélation suivante et est également présentée à travers la courbe rouge de la Figure III-32 :

- si 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 ≤ −175% alors 𝑉𝐴𝑅 𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒} = 0,0454 × 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 + 0,3303

- si −175% < 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 ≤ −90% alors 𝑉𝐴𝑅 𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒} = 0,5325 × 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 + 0,5472 - si 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 > −90% alors 𝑉𝐴𝑅 𝑉_{𝑠𝑜𝑢𝑓𝑓𝑙𝑎𝑔𝑒} = 0,0095 × 𝑉𝐴𝑅 ∆𝑇 + 0,0647

La fonction de la variation de la vitesse de soufflage corrélée reproduit très bien la variation de la vitesse de soufflage mesurée puisque son coefficient de détermination est de 0,96. En définitive, on obtient le débit de ventilation en fonction du débit mesuré au FlowFinder 𝑑é𝑏𝑖𝑡_{𝐹𝑙𝑜𝑤𝐹𝑖𝑛𝑑𝑒𝑟}grâce à la relation (III-5).

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

Comme évoqué en III.1.3 cette correction du débit a également été appliquée pour les tests en boite chaude mais sur les valeurs de débit directement mesurées sur le prototype BCG afin de considérer les pertes de charge du conduit de ventilation ajouté. Ces derniers sont présentés dans le Tableau III-8. Les incertitudes sur les débits ont été calculées suivant la NF ISO/CEI GUIDE 98-3 [88].

Ventilateur ^{Tension d’alimentation} _[V] ^{Débits mesurés} _[m3/h] ^{Débit moyen} _[m3/h]

#1 6 10 12 12 11 11 22 ± 1,1 #2 6 12 10 9 11 11 #1 - - - - #2 8 10 12 10 10 11 ± 0,7 #1 - - - - #2 10 15 18 15 16 16 ± 1,0 #1 8 14 14 15 15 15 _{28 ± 0,5} #2 8 14 14 13 14 14

Tableau III-8. Débits mesurés avec le FlowFinder pour plusieurs tensions d’alimentation et pour le test en BCG.