Cellule climatique

Les essais expérimentaux ont été menés dans la cellule climatique « Qualité de l’environnement

intérieur » située dans l’enceinte du laboratoire LaSIE, à La Rochelle. L’ensemble des travaux

expérimentaux, comprenant : la période d’aménagement de la cellule, l’installation de la métrologie,

la campagne d’essais de mise au point de la cellule, et la campagne de mesure des essais finaux, a

duré une année, de juin 2011 à juin 2012. Cette thèse constitue la première étude menée dans la

cellule.

II.1.1 Composition de l’enveloppe

La cellule climatique est composée de deux enceintes, nommées par la suite « cellule test » et

« garde thermique» (cf. Figure II.1.). Les mesures sont effectuées dans la cellule test. Celle-ci est

composée de panneaux en acier inoxydable amovibles. De la sorte, il est possible de sélectionner

la position du caisson de soufflage de l’air et du caisson d’extraction d’air parmi de nombreuses

positions au niveau des parois et du plafond de la cellule. Des joints en silicone permettent d’assurer

l’étanchéité au niveau des panneaux constituant les cloisons de la cellule test. Les dimensions de la

cellule test sont spécifiées sur la Figure II.2. L’introduction d’air neuf est effectuée à proximité du

plafond sur la paroi Est. La reprise d’air est quant à elle effectuée sur la paroi opposée (Ouest),

proche du sol.

La garde thermique entoure la cellule test : elle est contrôlée en température et permet ainsi de

soumettre les parois de la cellule test à la température souhaitée. Les parois de la garde thermique

sont composées de panneaux isolants d’une épaisseur de 15 cm afin de se soustraire aux conditions

de température extérieures. Le soufflage d’air dans la garde thermique s’effectue contre la paroi

Ouest de la cellule test, et la reprise d’air est assurée sur la paroi opposée de la garde thermique en

partie haute, afin d’assurer un brassage efficace de l’air et une température homogène dans la garde

thermique. En conséquence, les parois de la cellule test ont également une température homogène.

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Figure II.1. Vue extérieure de la cellule « Qualité de l’environnement intérieur », et schéma de la cellule

test et de la garde thermique

Figure II.2. Vue intérieure et schéma et de la cellule test

La cellule test et la garde thermique sont contrôlées en pression. Une dépression de 20 Pa est

maintenue entre la garde thermique et le hall d’essais. De même, une surpression de 5 Pa est

maintenue entre la cellule test et la cellule garde afin de ne pas introduire d’air en provenance de la

cellule garde dans la cellule test, qui est la plus faible valeur mesurable. Sans cette précaution, l’air

introduit par les infiltrations entraînerait des erreurs dans les mesures par introduction d’air en

provenance de la garde thermique, ce qui pourrait avoir pour conséquence de surestimer l’efficacité

d’extraction du polluant et de sous-estimer l’efficacité de température. La faible valeur de la

surpression maintenue vise à limiter les fuites par exfiltration qui peuvent également être source

d’erreur.

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II.1.2 Conditionnement thermique

Le conditionnement thermique de la cellule test et de la garde thermique est assuré par une centrale

de traitement d’air (CTA). Le schéma aéraulique de celle-ci est présenté sur la Figure II.3. La CTA

peut fonctionner soit entièrement en air neuf en provenance de l’extérieur, soit en air partiellement

recyclé en provenance de la cellule test ( sur la Figure II.3). Pour tous les essais faisant intervenir

de l’injection de polluant, le mode « tout air neuf » a été retenu.

Le refroidissement de l’air soufflé est assuré par un groupe de production d’eau glacée d’une

puissance frigorifique de 75kW fonctionnant à un régime 8/12°C et associé à une vanne trois voies

afin d’obtenir la température d’air souhaitée en sortie de CTA (). Une batterie électrique d’une

puissance de 12 kW permet quant à elle de chauffer l’air soufflé (). Une température de sortie de

CTA de 12,6°C à 35°C est ainsi atteignable, avec un débit variable de 35 m

3

/h à 300m

3

/h. L’air

traité est ensuite amené au niveau d’un caisson de soufflage, puis insufflé dans la cellule test à la

position souhaitée ().Un extracteur situé en aval de la cellule test permet alors de contrôler la

surpression dans la cellule (). Un extracteur général est quant à lui chargé d’évacuer l’air extrait

de la cellule test et de la garde thermique (). Un certain nombre de fonctions de la CTA est dédié

aux études de la qualité de l’air (filtre à particules, filtre à charbon actif, caisson d’injection de

polluants…) et n’est pas utilisé dans le cadre de cette étude.

Afin de pouvoir obtenir des températures de soufflage plus extrêmes, une isolation complémentaire

de 10 cm d’épaisseur a été placée sur les gaines souples menant au soufflage et passant par la garde

thermique. Ces modifications ont permis d’atteindre des températures de soufflage d’air de 14,9°C

et de 32°C dans la cellule test, pour une température d’air de 27°C et 18°C dans la garde thermique,

respectivement.

Un automate est associé à la CTA et permet d’atteindre et de maintenir la consigne de température.

Un logiciel associé à l’automate permet de spécifier les consignes de débit et de température d’air

soufflé, de température de garde, et de surpression dans la cellule test. L’humidité relative de l’air à

l’intérieur de la cellule n’est pas contrôlée. Cependant, elle est mesurée ce qui nous a permis de

vérifier qu’elle est globalement constante durant l’essai en cours et d’un essai à un autre.

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II.1.3 Unité terminale de diffusion d’air

Diffuseur d’air étudié

La stratégie de ventilation par mélange retenue amène à employer un dispositif terminal de diffusion

d’air compatible (cf. Chapitre I). Le diffuseur d’air étudié dans cette thèse est présenté sur la Figure

II.4. Il a été retenu d’un commun accord avec ALDES, le partenaire industriel du projet. Il est

composé de 12 buses de soufflage de géométrie complexe, qui ont été développées et fournies par

ALDES. Celles-ci sont distantes de 0,08 m de centre à centre. Le diffuseur d’air est placé près du

plafond afin de bénéficier de l’effet Coănda et d’éviter la chute du jet d’air dans la zone

d’occupation, particulièrement en soufflage froid. La distance du centre de la première rangée de

buses au plafond est ainsi de 0,16 m. La section de passage de l’air au travers du diffuseur a été

déterminée par la géométrie DAO et est égale à 3,64.10

-4

m² pour une buse, et à 4,37.10

-3

m² pour

l’ensemble du diffuseur à 12 buses. L’optimisation de l’espacement et de la géométrie des buses de

soufflage n’est pas traitée dans cette étude. C’est un aspect qui a fait l’objet de nombreux travaux

[Khan, 2007] [Meslem et al., 2012] et qui constitue une des perspectives de cette étude.

Figure II.4. Vues du diffuseur composé de 12 buses et des buses de soufflage

Reprise d’air

La reprise d’air s’effectue en position basse de la paroi Ouest, de sorte à reproduire l’extraction par

un détalonnage en bas de porte. Une dimension standard de porte intérieure est considérée : 0,83

m de largeur, avec un détalonnage de 0,01 m, soit une section de reprise de 0,0083 m². La forme

de la reprise d’air retenue est rectangulaire, de dimensions 0,02 m x 0,415 et est située à 0,05 m du

sol (Figure II.5), de sorte à s’adapter aux dimensions des panneaux de la cellule tout en conservant

la même section que pour une porte standard.

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Figure II.5. Dimensions de la reprise d’air

Bouche de référence

Afin d’estimer les performances du diffuseur d’air à 12 buses, des essais avec une bouche de

référence ont été menés. Celle-ci est couramment utilisée en pratique pour l’insufflation d’air dans

les habitats, notamment en réhabilitation, et a également été fournie par ALDES. Elle possède un

becquet orientable, permettant de diriger le jet (Figure II.6). Celui-ci a été orienté vers le haut, avec

une direction de soufflage similaire à celle des buses du diffuseur à 12 buses. Les essais avec bouche

de référence ont été menés dans les mêmes conditions de température et de débit d’air soufflé

qu’avec le diffuseur à 12 buses. Cependant, sa section de soufflage est plus faible, à savoir égale à

1,92.10

-3

m² contre 4,37.10

-3

m² pour le diffuseur à 12 buses.

Figure II.6 : Vues de la bouche de référence avec becquet en position de soufflage haute

Dans le document Etude expérimentale et numérique du traitement des ambiances par le vecteur air dans les bâtiments à très basse consommation d'énergie (Page 58-63)