Ventilation par mélange utilisant des dispositifs de diffusion munis d’inserts lobés : analyse des écoulements moteurs et du confort thermique induit

par Pierre Bragança

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Amina Meslem.

Le président du jury était Souad Harmand.

Le jury était composé de Amina Meslem, Souad Harmand, Frédéric Kuznik, Pascal Henry Biwole, Francis Allard, Václav Sobolík.

Les rapporteurs étaient Frédéric Kuznik, Pascal Henry Biwole.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la ventilation par mélange à haute induction pour le bâtiment au moyen de diffuseurs d’air innovants munis de promoteurs de tourbillons. Il s’agit d’inserts lobés, introduits au sein de diffuseurs d’air commerciaux, sans en modifier le processus de fabrication. L’innovation est née de travaux antérieurs et a fait récemment l’objet d’un brevet européen. Sa mise en situation à l’échelle 1 en conditions typiques de chauffage et de climatisation, constitue l’objectif premier des présents travaux. Par une démarche expérimentale, l’impact des inserts lobés sur la topologie de l’écoulement moteur, sur le confort thermique induit en zone d’occupation d’une cellule climatique thermiquement gardée, et sur les pertes de charges et le bruit générés, sont évalués. Les écoulements moteurs sont analysés par PIV 2D2C grand champ, et le confort thermique est évalué en zone d’occupation à l'aide d’un ensemble de capteurs ponctuels de vitesse et de température et du modèle PMV/PPD de Fanger. Les résultats montrent que les inserts lobés introduits dans le diffuseur, favorisent le mélange du jet qui en est issu avec l’air ambiant à traiter. Le confort thermique en zone d’occupation est amélioré de façon significative, par rapport au cas de référence du même diffuseur sans inserts. L’impact des inserts sur l’acoustique et les pertes de charges n’est pas significatif, ce qui valide l’innovation pour son application immédiate dans le bâtiment. En dernière partie, nous avons comparé la performance des diffuseurs innovants munis d’inserts lobés au diffuseur vortex, présenté sur le marché de la diffusion de l’air comme étant doté d’une grande capacité de mélange, suite à la mise en rotation du jet à l’aide d’ailettes profilées. Les résultats ont montré que l’encastrement au plafond du diffuseur vortex préconisé par le fabricant, dont il résulte l’adhérence immédiate du jet par effet Coanda, inhibe le mouvement de rotation escomptée, et sa performance dans ces conditions est inférieure à celle du diffuseur à inserts lobés. Il résulte de ce constat, la nécessité d’une installation du diffuseur vortex sur conduite apparente pour que sa performance soit réelle ; cela est envisageable pour des locaux commerciaux ou industriels de grande hauteur sous plafond. Les diffuseurs lobés encastrés au plafond, dont on a ainsi démontré la performance, sont parfaitement adaptés aux espaces de bureaux ou d’habitations de faibles hauteurs sous-plafond, et répondent par conséquent au réel besoin de la haute induction dans ce type de locaux.

  • Titre traduit

    Mixing ventilation using air diffusion devices equipped with lobed inserts : airflow pattern and induced thermal comfort analysis


  • Résumé

    This thesis deals with high-induction mixing ventilation for buildings using innovative air diffusers equipped with vortex promoters. These are lobed inserts, introduced into commercial air diffusers, without modifying the manufacturing process. The innovation was born from previous work and has recently been the subject of an European patent. The first objective of the present work is to conduct full scale experiments under typical heating and air conditioning conditions. By an experimental approach, the impact of the lobed inserts on the airflow and jet pattern, on the thermal comfort induced in the occupied zone of a thermally guarded climate chamber, and on the pressure drop and the noise generation. Airflow pattern is analyzed by large scale PIV 2D2C, and thermal comfort is evaluated in the occupied zone using a set of temperature and speed sensors and Fanger's PMV / PPD model. The results show that the lobed inserts introduced into the diffusers enhance the mixing between the jet and ambient air whose to be treated. The thermal comfort in the occupied zone is significantly improved, compared to the reference case of the same diffuser without inserts. The impact of the inserts on the acoustics and the pressure drop is not significant, which validates the innovation for its immediate application in buildings. Finally, we compared the performance of innovative diffusers with lobed inserts to the vortex diffuser, presented in the air diffusion market as a high mixing diffuser, because of the rotation generated by profiled fins. The results showed that when the diffuser is flush mounted to the ceiling, which is recommended by the manufacturer, the immediate attachment of the jet due to the Coanda effect inhibits the expected rotational movement. Its performance under these conditions is lower to that of the diffuser with lobed inserts. It follows from this finding that the installation of the vortex diffuser on a free pipe is necessary for its best performance ; this can be performed for high ceiling commercial buildings or industrial buildings. Ceiling flush mounted diffusers with lobed inserts, which we have demonstrated their performance, are perfectly suited for office spaces or homes with low ceiling heights, and therefore meet the real need for high induction in this type of buildings.


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