Modélisation de la ventilation naturelle pour l'optimisation du rafraichissement passif des bâtiments

Modeling natural ventilation for optimization of passive cooling of buildings

• Auteur / Autrice : Louis Stéphan
• Direction : Étienne Wurtz
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil et sciences de l'habitat
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Chambéry
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcul adaptatif

Habitations -- Technique de l'environnement

Aéraulique

Ventilation naturelle

Mots clés libres

Rafraîchissement passif

Spark

Inversion de modèles

Résumé

L'utilisation croissante de systèmes de rafraîchissement mécaniques a entraîné l'augmentation de la consommation électrique des bâtiments, des effets psychologiques sur les habitants et une accoutumance chez les occupants qui ne tolèrent plus les variations de température intérieure. On assiste actuellement à l'émergence d'une tendance qui pousse vers une réforme des nommes pour reconnaître la notion historique qu'est l'adaptation. C'est le début du développement d'une architecture respectueuse qui pourra mieux gérer l'intégration du bâti dans son environnement naturelle. Cependant, il reste un travail conséquent à réaliser afin de consolider les connaissances et surtout la maîtrise de la ventilation naturelle. De notre point de vue, ceci passera par le développement d'outils de simulation de deux types : Des outils d'aide à la conception pour aider à réaliser des choix préliminaires et ce dès la phase de conception; Des outils précis pour réaliser des simulations fines du comportement aéraulique du bâtiment afin de valider les choix de base et les raffiner. Ces outils doivent être performants et capables de s'adapter à tout type de réalisation et au changement des conditions aux limites tout en gardant un temps de simulation raisonnable. Cette thèse s'est construite autour de ces deux idées où l'on a réalisé une démarche de conception basée sur l'inversion de modèles simplifies dans le but de dimensionner les ouvertures. Puis, on a développé un modèle intermédiaire basé sur la résolution des équations de Navier-Stokes sur un maillage adaptatif en utilisant la méthode des caractéristiques et de décomposition des opérateurs couplée à une parallélisation des calculs.

The spread of mechanical cooling systems resulted in increased power consumption, psychological effects on people and a kind of addiction among occupants Who do not tolerate indoor temperature variations. We are currently witnessing the emergence of a trend pushing towards new standards that recognize the historical adaptive concept. This is actually, in our opinion, the first step towards a sustainable architecture that will manage, in a more respectful way, the integration of buildings in their natural environment. However, there is still a consistent work that needs to be done to enhance our knowledge on natural ventilation in order to achieve optimized control strategies. From our point of view, this will require the development of two types of simulation tools : tools to be used by architects to help make preliminary choices during the design phase where the most important and sometimes irreversible decisions are taken; tools to achieve detailed simulations of air flow patterns in order to validate and refine the basic choice. These tools must be efficient and capable to adapt to any type of construction and change in boundary conditions while preserving a reasonable simulation time. This thesis is built around these two ideas : we proposed a design approach based on the inversion of simplified numerical models in order to size natural ventilation openings. Then, we developed an intermediate more detailed model based on solving Navier-Stokes equations on an adaptive mesh using the method of characteristics and operator's splitting coupled to parallel computing.