Modélisation hygro-thermo-aéraulique des bâtiments multizones : proposition d'une stratégie de résolution du système couple

par Monika Woloszyn (Vallon)

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Gilles Rusaouen.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Dans l'analyse des deux critères nécessaires à la conception thermique des bâtiments - le confort des usagers et la gestion efficace de l'énergie - la teneur en humidité dans l'air est un facteur important. Cependant, la majorité des codes de simulation énergétique des bâtiments représente de manière trop simplifiée l'évolution de cette grandeur. Ceci est en partie dû aux difficultés rencontrées lors de la résolution numérique des problèmes couplés. Par conséquent, nous contribuons dans ce travail au développement des outils de simulation modulaires exhaustifs et fiables, capables de représenter le comportement hygro-thermo-aéraulique des bâtiments multizones. Quatre éléments importants sont pris en compte : (1) le transport de l'humidité par l'air, (2) la condensation de vapeur d'eau, (3) le comportement hygroscopique des matériaux, (4) les sources de vapeur. Nous proposons une représentation dynamique intégrée, prenant en compte les interactions de l'humidité avec les mouvements d'air et avec l'énergie : une comparaison avec les résultats expérimentaux confirme que la modélisation proposée inclut tous les éléments nécessaires pour représenter correctement la propagation de l'humidité dans un espace multizone. Afin d'assurer la résolution numérique fiable de cette modélisation, nous étudions les performances des différentes méthodes de résolution des systèmes algébriques non-linéaires. Compte tenu de l'échec des algorithmes de résolution classiques, une stratégie itérative est mise au point. Elle est basée sur un découpage en blocs, correspondant aux principaux systèmes physiques : aéraulique, thermique et hygrique. La mise à jour des variables au fur et à mesure des itérations est adaptée aux dépendances physiques. Lors de sa validation sur un ensemble de cas tests, conçus par les utilisateurs du code, la stratégie de résolution démontre sa fiabilité numérique et sa bonne adaptation aux problèmes hygro-thermo-aérauliques.

  • Titre traduit

    = Moisture-energy-airflow modeling of multizone buildings : A strategy proposed to solve the integrated system of equations


  • Résumé

    In the analysis of the two criteria necessary for the thermal design of buildings - user's comfort and energy efficiency - air moisture content is an important factor. However, in most existing computer software, the evolution of moisture content is either neglected or represented in a very simplified way. This is partly due to convergence difficulties met during numerical resolution of coupled systems. Therefore, in this work, we contribute to the development of comprehensive and reliable modular simulation tools. The aim is to represent moisture-energy-airflow dynamic behaviour of a multizone building. Four substantial aspects are covered (l) airborne moisture transport, (2) vapour condensation, (3) vapour absorption by hygroscopic materials (4) vapour production. We propose an integrated model, representing moisture interaction with energy and airflow. A comparison with experimental results confirms that the proposed representation includes all elements necessary for a correct modeling of moisture propagation in a partitioned space. In Order to en sure a reliable numerical resolution of the proposed mode!, we examine the performances of different methods for solving systems of algebraic non-linear equations. As classical algorithms fail on our problem, we develop an iterative strategy based on black decomposition. Identified blacks correspond to principal physical systems: (1) airflow black: inter-zonal air movements, (2) energy black: temperatures in each zone, (3) moisture black: air moisture content in each zone. During the iterations, the values of variables are updated according to physical interaction among systems. During its validation on a set of benchmark tests designed by software users, the proposed strategy demonstrates its numerical reliability and adaptation to moisture-energy-airflow problems.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (227 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 201-208

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2374)
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