Contribution au développement d'un contrôle optimal de la ventilation dans des locaux de grandes dimensions

par Muriel Barbat

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Gérard Guarracino.

Soutenue en 2000

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Depuis quelques décennies, les chercheurs montrent un intérêt croissant pour les problèmes de pollution intérieure en liaison avec les politiques actuelles de maîtrise énergétique et de considérations sanitaires. Des études expérimentales ont été réalisées dans trois bâtiments publics. Elles incluent la mesure des polluants COVT, CO2, CO, HCNO, de la température, de l'humidité relative et du renouvellement d'air. Les résultats montrent que, pour un fonctionnement normal de la ventilation, des concentrations en polluants peuvent être supérieures à des valeurs sanitairement "acceptables". Ces résultats, confortés par une analyse bibliographique, mettent en évidence la carence des systèmes de ventilation usuels. En effet, la pollution localisée et discontinue émise par les occupants dans des bâtiments de grandes dimensions, peut induire des concentrations hétérogènes. Une ventilation efficace devrait fournir la quantité d'air nécessaire au bon endroit de façon à minimiser le coût énergétique et l'inconfort. Des simulations CFD ont mis en évidence l'influence d'une variation de la position de soufflage sur l'efficacité locale d'extraction du polluant. A partir de là, une nouvelle stratégie de ventilation est élaborée. Tout d'abord, la source de pollution est identifiée et l'évolution temporelle de la concentration de polluant, prédite. Pour ce faire, un modèle zonal permettant de retranscrire l'écoulement de l'air intérieur et la dispersion du polluant est utilisé. Ensuite, considérant plusieurs positions de soufflage, nous déterminons pour chacune d'elles, le débit minimal permettant de limiter le niveau de pollution local. Finalement, un compromis qualité d'air/coût énergétique est obtenu en choisissant le débit minimal associé à la configuration de soufflage correspondante. Le contrôleur ainsi développé est mis en oeuvre dans le cadre d'un étude de cas théorique. En comparaison à un soufflage fixe, nous observons une réduction ponctuelle du débit de 40 %

  • Titre traduit

    = Contribution to the development of optimal control for ventilation in large buildings


  • Résumé

    Researchers have shown a growing interest in indoor air quality during the last decades, mainly because of energy-use reduction policies, health issues, and productivity concerns. Three public buildings were monitored. The measurements included: TVOC, C02, CO, NOx, HCHO concentrations; bacteria; air flow rates; temperature and humidity. Our results show that the concentrations can be well-above the limits commonly "accepted" during some significant periods of time, with the normally functioning ventilation systems. Besides, this field study is consistent with the findings of our literature review that highlighted deficiencies of existing ventilation systems and strategies. More specifically, some pollutants are emitted locally and discontinuously by occupants in large buildings, which can result in time-dependent heterogeneous pollutant concentration fields in the space. Therefore, efficient ventilation solutions should provide the right amount of fresh air at the right place so as to minimise energy cast and discomfort. CFD simulations have shown that local ventilation rates and pollutant removal effectiveness can be drastically changed by modifying the inlet positions. As a result, a new ventilation strategy is developed. It is divided into two phases. First, the pollution source is identified with a minimisation technique and the time-dependant pollutant concentration is predicted. For this, a zonal model describing the air flow pattern and a pollutant dispersion is used. Second, a minimum ventilation rate to limit the local pollution concentration is calculated considering different inlet positions. This allows us• to determine an optimal compromise between air quality and energy cast by choosing the inlet location associated with the lowest total ventilation rate. A theoretical case study using the developed controller is carried out. Compared with a fixed inlet, the instantaneous local ventilation rate is reduced by 40 %.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (217 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-189

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  • Bibliothèque : Université de La Rochelle. Bibliothèque universitaire.
  • Disponible pour le PEB
  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2447)
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