Influence de la position des charges internes sur l’écoulement

Afin de mettre en évidence l’influence de la position des sources de chaleur sur l’écoulement et le

confort, les simulations de l’étude paramétrique précédente ont été étendues à d’autres conditions

d’occupation. Dans la mesure où l’étude des cas de soufflage chaud n’a pas fait apparaître de risques

d’inconforts particuliers, seul le cas de soufflage froid est investigué par la suite. Le cas avec un seul

occupant F1+ faisait précédemment intervenir uniquement l’occupant A. Ici, deux cas

supplémentaires sont étudiés : un cas sans occupation, et un cas avec uniquement l’occupant B,

voir Figure IV.37. De même que pour l’étude paramétrique précédente, les conditions aux limites

aux parois et la puissance apportée au soufflage sont constantes et correspondent à celles du cas

F1+. Seuls changent le débit et la température de l’air soufflé, Q

0

et T

0

, et en conséquence le nombre

d’Archimède au soufflage, Ar

0

.

Figure IV.37. Etude paramétrique sur la position des charges internes. a) sans occupant, b) occupant A

uniquement, c) occupant B uniquement.

L’efficacité de température est comparée pour les cas avec et sans charges internes (Figure IV.38).

Lorsqu’il n’y a pas de charges internes, un mélange « parfait » est obtenu avec une efficacité de

température supérieure ou égale à 1. Celle-ci est légèrement accrue lorsque la valeur du nombre

d’Archimède au soufflage est faible, ce qui provient de la hausse de l’induction de l’air ambiant dans

le jet lorsque le débit au soufflage augmente. En présence de charges internes, on remarque que

l’efficacité de température est légèrement inférieure, avec une valeur de 0,96 au minimum. Cela

provient certainement du fait que les sources de chaleur sont ici situées au milieu de la zone

d’occupation, et donc plus pénalisantes que pour le cas sans occupation où seules les parois

constituent un apport de chaleur. Quelles que soient les conditions de soufflage considérées, le

mélange est donc relativement bon dans la zone d’occupation et la distribution de température est

homogène. Cela signifie que le confort thermique global est bon, tant qu’une puissance froide

suffisante est apportée par le soufflage. Cependant, et comme vu précédemment, certaines

conditions de soufflage sont à éliminer, car responsables d’un inconfort local par courant d’air dans

la zone d’occupation.

171

Figure IV.38. Efficacité de température en fonction de l’occupation et du nombre d’Archimède au

soufflage

La portée du jet en fonction du nombre d’Archimède au soufflage pour les différentes conditions

d’occupation est présentée sur la Figure IV.39. Pour tous les cas considérés, une relation apparaît

entre la portée du jet et le nombre d’Archimède au soufflage. Nous voyons également que la

présence de charges internes dans la pièce diminue globalement la portée du jet. Cela s’explique

par les panaches thermiques issus des occupants qui constituent un obstacle au jet d’air issu du

diffuseur. La comparaison du cas comprenant l’occupant A à celui comprenant l’occupant B est

plus délicate. Ainsi, pour un nombre d’Archimède au soufflage élevé, une source de chaleur proche

du soufflage (occupant A) est plus pénalisante en termes de portée qu’une source de chaleur loin

du soufflage (occupant B). Ce phénomène est illustré sur la Figure IV.40, sur laquelle sont présentés

les champs de vitesse d’air dans le plan Z = 1,8 m pour les différentes positions des charges internes

étudiées. Les figures A, B et C correspondent au cas sans occupation. Les figures D, E et F au cas

avec l’occupant A et les figures G, H et I au cas avec l’occupant B. Il apparaît que la déflexion du

jet est plus marquée lorsque l’occupant A est présent et le panache thermique est proche du

soufflage ( sur la Figure IV.40) que lorsque l’occupant B est présent et le panache est loin en aval

du soufflage ().

1,00

1,01

1,00

1,02

1,01

1,02

0,98 0,98 ^0,98

1,01

1,01

0,97 0,97

0,98

0,99

0,99

0,99 ^0,99

0,96

0,94

0,96

0,98

1,00

1,02

1,04

0,0E+00 2,0E-03 4,0E-03 6,0E-03 8,0E-03 1,0E-02

εT

Ar₀

Sans occupant

Occupant A

Occupant B

172

Figure IV.39. Portée en fonction des charges internes et du nombre d’Archimède au soufflage

Le contraire est observé pour un faible nombre d’Archimède : les forces d’inertie sont suffisantes

pour permettre au jet de ne pas chuter dans la zone d’occupation et d’atteindre la paroi opposée

lorsque l’occupant A est considéré (). Lorsque l’occupant B est présent, le jet ne peut pas atteindre

complètement le mur opposé du fait du panache thermique qui constitue un obstacle devant le mur

(). L’emplacement des charges internes par rapport au soufflage d’air joue ainsi un rôle important

sur la portée et sur la trajectoire du jet.

Trois relations sont alors obtenues reliant la portée au nombre d’Archimède au soufflage pour les

trois conditions d’occupation étudiées :

Y18,occA= 0,2284Ar₀^−0,377 (IV.6)

Y_18,occB= 0,5061Ar₀^−0,246 (IV.7)

Y_18,0occ= 0,5098Ar₀^−0,276 (IV.8)

Y_18,0occ= 0,5098Ar₀-0,276

R² = 0,97

Y_18,occA= 0,2284Ar₀-0,377

R² = 0,96

Y_18,occB= 0,5061Ar₀-0,246

R² = 0,95

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,0E+00 2,0E-03 4,0E-03 6,0E-03 8,0E-03 1,0E-02

Y¹⁸

(m)

Ar₀

Sans occupant

Occupant A

Occupant B

173

Figure IV.40. Champs de vitesse d’air dans le plan Z = 1,8 m :

Sans occupation : A) Ar

0

= 5,8.10

-4

B) Ar

0

= 2,2.10

-3

C) Ar

0

= 4,0.10

-3

Occupant A : D) Ar

0

= 6,3.10

-4

E) Ar

0

= 2,1.10

-3

F) Ar

0

= 4,2.10

-3

Occupant B : G) Ar

0

= 6,4.10

-4

H) Ar

0

= 2,2.10

-3

I) Ar

0

= 4,2.10

-3

2

1

3

4

174

La présence de charges internes dans la pièce joue ainsi un rôle pénalisant sur la portée du jet, qu’il

semble important de prendre en compte lors du choix des conditions de soufflage. En effet, même

des charges internes de faible puissance, tels que des occupants, suffisent à modifier de façon

importante l’écoulement dans la pièce dans les conditions étudiées propres aux BBC.

Afin de prédire la portée du jet dans le but d’éviter sa chute dans la zone d’occupation, il serait

possible de déduire une corrélation unique reliant la portée du jet au nombre d’Archimède au

soufflage à partir des résultats obtenus pour l’ensemble des simulations effectuées. Cependant,

celle-ci ne serait vraisemblablement pas valable pour d’autres configurations, c’est-à-dire d’autres

géométries de pièce, d’autres positions des charges internes, ou encore un nombre de charges

internes différent. Or, dans les habitations, de nombreuses sources de chaleur sont présentes, dont

la position est inconnue. En particulier, les occupants constituent des sources de chaleur qui sont

amenées à se déplacer au cours du temps. Il semble ainsi impossible de déduire une équation

générale qui permettrait de prendre en compte leur influence sur l’écoulement. Néanmoins, afin

d’obtenir une meilleure compréhension de l’influence des charges internes sur l’écoulement et la

portée du jet, l’impact d’une charge interne de puissance supérieure placée proche du diffuseur est

étudiée.

175

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 177-182)