Tour à vent contemporaine dans le monde et en Algérie
2.5 État de l’art des tours à vent en Algérie
2.5.5 L’étude de TORKIA (2009)
L’étude établie consistait en l’évaluation quantitative des performances des tours à vent ajustées aux logements à caractères bioclimatiques, conçues et réalisées en mars 1980 par le bureau d’études égyptien des frères El Manyaoui. L’étude est sise à Ouled Djellal wilaya de Biskra à climat semi-aride. Ces tours à vent étaient fermées ou totalement supprimées par les occupants pour des raisons diverses. Cette étude a mis le rendement thermique en exergue comme une des causes du rejet de la tour à vent par ses usagers en
exploitant deux techniques d’investigation: l’expérimentation et la simulation numérique via le code Fluent version 6.2.
De la campagne de mesure de la température, l’humidité relative et la vitesse de l’air effectuée sur la construction en R+1 dotée de tour à vent desservant deux niveaux: RDC et 1er étage, le 21 juin 2008 de 8h00 à 16h00 période où le besoin de climatisation est le plus convoité, il est en ressort ce qui suit:
- Pour la campagne de mesure: l’effet de rafraîchissement a augmenté avec l’accroissement de la température de l’air à l’extérieur ou l’écart (∆T) était maximal à 16h. sa valeur était de:
o 12,4 °C au RDC et 11,5 °C au 1er étage au niveau de la bouche de soufflage, o 13 °C au RDC et 11,5 °C au 1er étage au milieu du Wastdar,
Malgré la réduction importante de la température intérieure par rapport à celle de l’extérieur induite par la tour à vent, les températures moyennes de l’air ayant une valeur de:
o 31,7 °C au niveau de la bouche de soufflage et 31,5 °C à Wastdar au RDC, o 31,6 °C au niveau de la bouche de soufflage et 31,4 °C à Wastdar au 1erétage.
Restent élevées et en dehors de la plage de la température du confort recommandée pour l’été (de 23°C à 26°C, ASHRAE 55 - 1992).
Les humidités relatives moyennes de l’air mesurées pour la journée du 21 juin 2008 entre 8h et 16h ayant une valeur de:
o 31 % au niveau de la bouche de soufflage ainsi qu’au niveau du Wastdar au RDC, o 29 % au soufflage et 30 % à Wastdar au 1er étage,
Étaient à la limite du confort (40 à 70% pour un confort optimal et 30 à 60% pour un bon confort, (Article 64 du RGPT et ASHRAE 55 - 1992).
Dans les régions chaudes et semi arides, la notion de confort est très attachée à l’hygrométrie, cette dernière est relativement faible vu la température de l’air moyenne intérieure élevée, ce qui donne une sensation d’air relativement sec (ASHRAE 55 – 1992). Par conséquent, il a été constaté que l’introduction de l’humidification est indispensable.
Les vitesses moyennes de l’air mesurées au niveau de la bouche de soufflage ainsi qu’au milieu du Wastdar des deux étages pour la période d’étude (8h à 16h) étaient de:
o 0,56 m/s au niveau de la bouche de soufflage et nulle à Wastdar au RDC, o 0,32 m/s au soufflage et nulle à Wastdar au 1er étage.
Ces résultats ont confirmé que la ventilation naturelle est assurée uniquement au niveau des sources de soufflage de la tour à vent sachant que tous types d’ouvertures (porte ou fenêtre) étaient fermés durant toute la période d’expérimentation. Une sensation d’inconfort
(étouffement) est ressentie au milieu du Wastdar car aucune propagation de l’air provenant de la bouche de soufflage n’est produite.
- Pour la simulation numérique: Le calcul numérique de la vitesse de l’air produite au moyen de la tour à vent, cas d’étude à l’intérieur de la construction, a montré que cette dernière a fourni un rafraîchissement passif par ventilation naturelle dont l’intensité est plus élevée à l’étage qu’au RDC. L’augmentation de la performance thermique de la tour à vent est liée à la longueur de son conduit vertical qui favorise l’accroissement de la surface de transfert de chaleur. L’écart maximal numérique de température était obtenu à 16h où le besoin de rafraîchissement est le plus convoité. Il était de:
o 13,9 °C au niveau de la bouche de soufflage et 15,3 °C au milieu de Wastdar au RDC, o 8,6 °C au niveau de la bouche de soufflage et 9,7 °C au milieu de Wastdar à l’étage.
Les températures de l’air intérieures moyennes calculées d’une valeur de:
o 30,1 °C au niveau de soufflage et 29,4 °C au milieu du Wastdar au RDC o 32,9 °C au niveau de soufflage et 32,8 °C au milieu du Wastdar à l’étage
Étaient élevées et en dehors de la limite de la température du confort d’été (de 23°C à 26°C, ASHRAE 55 – 1992).
Les vitesses de l’air intérieur moyennes calculées dépendaient de la présence ou de l’absence du vent à l’extérieur.
- En l’absence du vent ou pour une vitesse minimale inférieure ou égale à 0.5 m/s, la tour à vent a fourni un rafraîchissement passif de l’air par l’effet de cheminée, comme l’a mentionné El MUALIM dans ses travaux en 2006. La ventilation naturelle était limitée au niveau du soufflage et aucun mouvement d’air n’était ressenti à l’intérieur de Wastdar.
- Pour une vitesse tolérable à l’extérieur de 2 m/s (GIVONI, 1969), la tour à vent a assuré un rafraîchissement passif de l’air par la force du vent. Elle a favorisé la ventilation naturelle et le balayage d’air à l’intérieur de Wastdar au moyen de soufflage. La vitesse de l’air au soufflage était importante, elle était de:
o 3.4 m/s au RDC et de 3.8 m/s à l’étage au-delà de la limite du confort à l’intérieur pour la période estivale (0,2 ≤V≤0,5 m/s, ASHRAE 55-1992). L’emplacement de la bouche de soufflage au niveau du plancher réduisait cette sensation d’inconfort due à des vitesses de soufflage élevées. Plusieurs solutions sont utilisées dans le refroidissement actif (climatisation) où l’air frais est soufflé à des vitesses élevées.
o La vitesse de l’air est nulle au centre de Wastdar pour les deux niveaux. Ce qui a provoqué une sensation d’étouffement pour les occupants.
Le conduit vertical court, cas de la tour à vent d’étage était meilleur en ventilation naturelle que le conduit long, cas de la tour à vent du RDC. La longueur du conduit est un facteur déterminant dans la performance en ventilation naturelle de la tour à vent (DRACH &
KARAM, 2008). Trouver un bon rapport de longueur/largeur du conduit vertical de la tour à vent donnera un meilleur résultat pour la réduction de la température et une bonne ventilation à l’intérieur de l’espace.
Malgré le mouvement d’air produit à l’intérieur, la sensation d’inconfort était dominante au RDC et au 1er étage.
La campagne de mesure et la simulation numérique ont confirmé le pouvoir rafraichissant de la tour à vent d’Ouled Djellal. Malgré l’écart moyen important de la température entre l’extérieur et l’intérieur au niveau du soufflage, la sensation d’inconfort était dominante durant toute la période de l’investigation à l’intérieur de la construction. Wastdar reste toujours en dehors de la limite de confort de la température, l’humidité relative et la vitesse de l’air recommandée par la réglementation internationale (ASHRAE 55 – 1992; DIN 1946 et NBN EN 13779-2004).
Conclusion
La tour à vent contemporaine est un remède aux défaillances de la tour à vent traditionnelle classique. Bien que tous les travaux effectués dans ce domaine soient fondés sur la base de la différence de pression créée par l’écoulement du vent autour des bâtiments, chaque recherche présente des avantages et des inconvénients par rapport à la technologie adaptée au modèle proposé. Les nouveaux modèles de tours à vent et les recherches actuelles présentent une amélioration significative des performances de ventilation et offrent également la possibilité d’améliorer les taux obtenus par d’autres stratégies de ventilation naturelle et de refroidissement passif.
Actuellement, la tour à vent moderne équivalente de la tour conventionnelle dispose de louvers contre les intempéries, d’un écran anti-impureté (maillage) et d’une série de dampers régulateurs de débit d’air soufflé via une ou plusieurs bouches de soufflage et protégées par une grille intérieure. Son conduit est devenu plus court et esthétique, mais en contrepartie l’effet de transfert de chaleur a été réduit, chose qui est indispensable en climat chaud aride et semi-aride.
Les récentes recherches ont introduit un nouveau contexte à la tour à vent classique, elle est devenue, vis-à-vis de sa performance, plus qu’un système de ventilation naturelle et de
rafraîchissement passif, un dispositif d’éclairage naturel, de chauffage et de renouvellement d’air de qualité. La tour moderne est devenue opérationnelle hiver comme été.
La combinaison de ce système de ventilation avec d’autres systèmes passifs tels que tour à vent avec une autre tour, tour à vent-cheminée solaire, tour à vent-dôme, ou systèmes actifs tels que tour à vent avec panneau solaire, turbine ou ventilateur intégré dedans (pour produire de l’électricité), est indispensable pour un rendement thermique efficace durant toute l’année.
Les nouvelles conceptions et design des tours à vent modernes hybrides contribuent à l’amélioration de ce système vernaculaire pour survivre, être intégré de nouveau dans la conception et d’une façon appropriée aux besoins actuels de la société. Elles peuvent aider à réduire le recours à des systèmes de refroidissement mécaniques, et par conséquent, diminuer les émissions de CO2.
Peu d’études effectuées sur ce sujet en Algérie dont la majorité sont focalisées au Sud à climat aride et semi-aride. Les résultats obtenus prouvent l’efficacité énergétique de ce système.
La tour à vent contemporaine reste un champ ouvert d’expérimentation qui mérite d’être exploré et adapté particulièrement dans notre pays, en Algérie, où la grande consommation électrique en système de refroidissement actif est devenue un problème sérieux vis-à-vis de son impact sur l’environnement et surtout sur l’économie (objet du 3e Chapitre).