9, rue de la Physique

(1)

G. RUSAOUEN

Centre d’Energétique et de Thermique de Lyon

Bâtiment Sadi-Carnot

9, rue de la Physique

INSA de LYON

Campus La Doua - LyonTech

69621 Villeurbanne Cedex

IUT Lyon 1 - Génie Thermique et Energie

71, rue Peter Fink

01000 Bourg en Bresse

(2)

Quel est le problème ?

(3)



1: Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse.



2 et 3 : Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons.



3 : Zone à éviter vis-à-vis des développements d'acariens.



4 :Polygone de confort hygrothermique.

Rarement atteint 24h/24h & 7j/7j sur la planète !

Confort hygrothermique humain :

Mais l’extérieur est utile :

(4)

 Est aussi gênant :

(5)

 Le confort hygro-thermique n’est qu’une partie du problème :

La qualité de l’air est aussi importante !

➢Dans l’UE, 500.000 malades en 2010.

➢Coût économique 1420 milliards d’euros par an,

10% du PIB de l’UE.

(6)

 Il s’agit donc de réaliser une médiation entre

l’humain et son environnement

(7)

 En utilisant l’environnement au mieux en tant que sources

 En tenant du compte du fait que

l’environnement est aussi utilisé par l’être

humain :

(8)

 En évitant les solutions actives le plus possible :

 En tenant compte des divers usages participant à la médiation :

Eclairage

(9)

L’isolation

(10)

 Clash pétrolier de 1974 : nécessité pour les états consommateurs de prouver qu’ils

peuvent agir sur leur consommation

(11)

 Parc ancien, coût de l’immobilier

 Efficacité :

Lou Chesné, Thèse 2012

(12)

 Apparition de surchauffe en été si l’inertie du bâtiment est insuffisante ou les charges

internes trop élevées

 Déploiement de systèmes de climatisation

(13)

Les indicateurs synchrones de

ressources

(14)

 Tester une source environnementale à la fois, par exemple le soleil.

 Réaliser une évaluation des besoins avec la

source, puis une sans la source.

(15)

(16)

 Simulation bien sûr :

(17)

(18)

 Le potentiel concomitant du soleil est égal au

potentiel total si les besoins de chauffage sans

soleil existent, sinon il est nul

(19)

 Le potentiel ajusté du soleil est le minimum entre les besoins de chauffage réels et le potentiel total

(20)

 Le potentiel exploité du soleil pour les besoins de chauffage est la différence des besoins de chauffage sans soleil (besoins réels) et des besoins de

chauffage avec soleil (besoins résiduels)

(21)

 C’est le rapport du potentiel exploité aux besoins sans la source

(22)

 C’est le rapport entre le potentiel exploité et le

concomitant

(23)

La simulation

(24)

 Critères :

◦ Simulation dynamique sur au moins une année

◦ Effets du vent

◦ Assimilation des données météorologiques

◦ Taille de l’environnement

Simulation directe et complète impossible

(25)

 Pour les parois :

x

Conduction CLO direct,

réfléchi, diffus

Echange convectif avec

l’air

GLO environnementale

Conduction à l’intérieur de la paroi :

Extérieur :

Intérieur : GLO

Echange

convectif

avec l’air

(26)

 Echange convectif avec l’air :

Le problème majeur à résoudre avant le calcul du flux de chaleur consiste à déterminer h _c,ext qui dépend de nombreux paramètres :

➢Caractéristiques du fluide,

➢Nature de l’écoulement,

➢Nature de la paroi,

➢La température,

➢La forme de la surface d’échange,...

Inc Inc Géo

Phys

(27)

 GLO environnementale

env env

env paroi

env _ _  F _ _   ₀ T ⁴ S



Dans l’environnement urbain, il y a souvent d’autres bâtiments….

Géo

Géo Phys

Inc

(28)

 Pour les vitrages :

Extérieur Intérieur

Vitre n° 1 Vitre n° 2

Phys Inc

Géo Phys

Phys PhysGéo

(29)

 Avec :

…

(30)

 Les infiltrations d’air :

Clément Belleudy, Thèse 2016

Particulièrement visible dans les

bâtiments à ossature bois :

(31)

 Mise en évidence :

Importance de l’air humide

(32)

 Matériaux poreux :

(33)

 Comment modéliser ?

Loi de Darcy dans un milieu poreux en régime permanent :

✓ L’air :

✓ L’humidité :

(34)

✓ La chaleur :

✓ Et bien sûr des conditions aux limites !

(35)

Clément Belleudy, Thèse 2016

(36)

 Les systèmes les plus évidents :

(37)

Inc

(38)

 Capteur solaire !

(39)

Comment traiter

l’environnement alors ?

(40)

Méso-Echelle :

Partie basse de l’atmosphère

Zone rurale Panache urbain Zone de mélange

Couche urbaine

Couche de surface

Lucie Merlier, Thèse 2015

✓Les échelles pour l’air :

(41)

 Au minimum :

Rayonnement diffus

Climat Proche

Vent

Micro-Climat Urbain

Env. Intérieur Env. Intérieur

(42)

 Les équations:

(43)

 Un exemple avec LaBS (LBM, LES) :

M2P2 : LABORATOIRE DE MÉCANIQUE, MODÉLISATION & PROCÉDÉS

PROPRES

(44)

PFM :

(45)

Lucie Merlier, Thèse 2015

(46)

9, rue de la Physique

G. RUSAOUEN

Centre d’Energétique et de Thermique de Lyon

Bâtiment Sadi-Carnot

9, rue de la Physique

INSA de LYON

Campus La Doua - LyonTech

69621 Villeurbanne Cedex

IUT Lyon 1 - Génie Thermique et Energie

71, rue Peter Fink

01000 Bourg en Bresse

Quel est le problème ?

1: Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse.

2 et 3 : Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons.

3 : Zone à éviter vis-à-vis des développements d'acariens.

4 :Polygone de confort hygrothermique.

Rarement atteint 24h/24h & 7j/7j sur la planète !

Confort hygrothermique humain :

Mais l’extérieur est utile :

 Est aussi gênant :

 Le confort hygro-thermique n’est qu’une partie du problème :

La qualité de l’air est aussi importante !

➢Dans l’UE, 500.000 malades en 2010.

➢Coût économique 1420 milliards d’euros par an,

10% du PIB de l’UE.

 Il s’agit donc de réaliser une médiation entre

l’humain et son environnement

 En utilisant l’environnement au mieux en tant que sources

 En tenant du compte du fait que

l’environnement est aussi utilisé par l’être

humain :

 En évitant les solutions actives le plus possible :

 En tenant compte des divers usages participant à la médiation :

Eclairage

L’isolation

 Clash pétrolier de 1974 : nécessité pour les états consommateurs de prouver qu’ils

peuvent agir sur leur consommation

 Parc ancien, coût de l’immobilier

 Efficacité :

 Apparition de surchauffe en été si l’inertie du bâtiment est insuffisante ou les charges

internes trop élevées

 Déploiement de systèmes de climatisation

Les indicateurs synchrones de

ressources

 Tester une source environnementale à la fois, par exemple le soleil.

 Réaliser une évaluation des besoins avec la

source, puis une sans la source.

 Simulation bien sûr :

 Le potentiel concomitant du soleil est égal au

potentiel total si les besoins de chauffage sans

soleil existent, sinon il est nul

 Le potentiel ajusté du soleil est le minimum entre les besoins de chauffage réels et le potentiel total

 Le potentiel exploité du soleil pour les besoins de chauffage est la différence des besoins de chauffage sans soleil (besoins réels) et des besoins de

chauffage avec soleil (besoins résiduels)

 C’est le rapport du potentiel exploité aux besoins sans la source

 C’est le rapport entre le potentiel exploité et le

concomitant

La simulation

 Critères :

◦ Simulation dynamique sur au moins une année

◦ Effets du vent

◦ Assimilation des données météorologiques

◦ Taille de l’environnement

Simulation directe et complète impossible

 Pour les parois :

x

Conduction CLO direct,

réfléchi, diffus

Echange convectif avec

GLO environnementale

Conduction à l’intérieur de la paroi :

Extérieur :

Intérieur : GLO

Echange

convectif

 Echange convectif avec l’air :

Le problème majeur à résoudre avant le calcul du flux de chaleur consiste à déterminer h c,ext qui dépend de nombreux paramètres :

➢Caractéristiques du fluide,

➢Nature de l’écoulement,

➢Nature de la paroi,

Le problème majeur à résoudre avant le calcul du flux de chaleur consiste à déterminer h _c,ext qui dépend de nombreux paramètres :

env _ _  F _ _   ₀ T ⁴ S