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Villes et Bâtiments Durables (VBD)
Edition 2012


FLUBAT


Suivi et compréhension expérimental des FLUx d’air dans les BATiments

Suivi des trajectoires des flux d'air dans les espaces habités et diagnostic de systèmes de conditionnement d'air à faibles impacts environnementaux
Le projet vise le développement d'un nouveau moyen expérimental de caractérisation des mouvements convectifs : un suivi Lagrangien 3D de particules en utilisant divers types de caméras pour obtenir une vision d’ensemble de la dynamique dans la pièce. La technique sera mise en situation pour une ensemble de 14 configurations typiques du traitement de l'air du bâtiment, produisant ainsi un savoir de référence qui sera mis à la disposition de la communauté numéricienne de la thermique du bâtiment.

Gestion des flux d'air dans les bâtiments de demain - du diffuseur d'air à haute induction vers la qualification de son interaction avec la pièce
Les bâtiments de demain seront, pour le moins, des Bâtiments à Basse Consommation (BBC). La réduction importante des puissances nécessaires dans ce type de bâtiments pose deux problèmes cruciaux : (1) la répartition spatiale des faibles débits d’air que l’on devra injecter dans les pièces de vie, (2) la pertinence des moyens de diagnostic des flux d'air dans les espaces habités, pour un suivi à la hauteur des enjeux énergétiques et sanitaires . Au premier problème, une solution technologique finalisée typique qui permet une amélioration conséquente du mélange a été proposée dans le cadre d'un précédent projet ANR-PREBAT 2005 « INDUBAT ». Il s’agit d’un diffuseur innovant à haute induction basé sur le contrôle passif du mélange du jet d’air à l’air ambiant. Ceci est obtenu, en particulier, par l’utilisation de géométries originales intégrées dans la conception du diffuseur d’air. La solution innovante a été qualifiée en conditions de Laboratoire et en proche diffuseur (analyse du jet d'air généré par le diffuseur). L’interaction entre le jet et la pièce dans laquelle va se développer un écoulement convectif tridimensionnel basse vitesse n'a pas été résolue, alors que le contrôle de l’ambiance sous-tend l’effort consenti en direction d’une maitrise de l’écoulement moteur. L’absence d’un outil efficace de diagnostic du champ thermo-convectif dans la pièce est le deuxième verrou que nous voulons lever. Nous nous proposons de développer un nouveau moyen expérimental de caractérisation des mouvements convectifs : un suivi Lagrangien 3D de particules en utilisant divers types de caméras pour obtenir une vision d’ensemble de la dynamique dans la pièce, permettant ainsi la qualification de solutions innovantes en situation réelles.

Diagnostic lagrangien 3D des écoulements d’air dans les pièces d'habitation par injection de traceurs suivis par diverses caméras
La méthode est basée sur le suivi 3D lagrangien des écoulements d’air par injection de traceurs dans les bâtiments. Le suivi lagrangien de différentes zones de la pièce d'habitation, permettra de comprendre l’interaction entre les diffuseurs d’air et la zone d’occupation. L’approche suivi 3D lagrangien a déjà fait l’objet d’une thèse au CETHIL qui a permis de valider le principe. Il s’agit cette fois de l’étendre à une zone plus vaste en mettant en œuvre plus de caméras de suivi des traceurs et en modifiant l’algorithmie en conséquence. Ceci constitue un enjeu important en termes de verrous technologiques. Dans un deuxième temps la méthode sera appliquée à un ensemble de cas pertinents de ventilation pour les bâtiments basse consommation. La cellule de diffusion de l'air du LaSIE (AIRDIFF) équipée de ses moyens de diagnostic par anémométrie Laser, accueillera les mises en situation des différents cas de référence. Les systèmes anémométriques à laser serviront à la validation/calage de la méthode lagrangienne. Des différents cas de référence, on pourra tirer des conclusions sur les interactions entre les écoulements engendrés par les diffuseurs d’air et la pièce elle-même et donc fournir des informations importantes pour ouvrir de nouvelles voies de développement des méthodes de modélisation. En parallèle, il sera possible de fournir des informations opérationnelles qui seront traitées et mise en forme par la société CIAT partenaire du projet. Ces informations permettront en particulier de définir les conditions de bonne mise en œuvre (par rapport au confort et à la qualité de l’air) des diffuseurs d’air innovants.

Résultats

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Perspectives

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Productions scientifiques et brevets

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Partenaires

CIAT Compagnie industrielle d'applications thermiques

DIPI Diagnostic et Imagerie des Procédés Industriels

INSA DE LYON - CETHIL Institut National des Sciences Appliquées de Lyon- Centre de ThermIque de Lyon

LASIE Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement

Aide de l'ANR 799 502 euros
Début et durée du projet scientifique mars 2013 - 48 mois

Résumé de soumission

Les bâtiments de demain seront, pour le moins, des Bâtiments à Basse Consommation (BBC). La réduction importante des puissances nécessaires dans ce type de bâtiments pose le problème crucial de la répartition spatiale des faibles débits d’air que l’on devra injecter dans les pièces de vie. La qualité de l’air et le confort thermique seront fortement menacés si le problème du mélange de l’air injecté à l’air ambiant n’est pas efficacement contrôlé. Une solution technologique finalisée typique qui permet une amélioration conséquente du mélange a été proposée dans le cadre du projet ANR-PREBAT 2005 « INDUBAT ». Elle servira de base à ce projet. Il s’agit d’un diffuseur innovant à haute induction basé sur le contrôle passif du mélange du jet d’air à l’air ambiant. Ceci est obtenu, en particulier, par l’utilisation de géométries originales intégrées dans la conception du diffuseur d’air. Comme pour d’autres dispositifs, la performance est qualifiée aujourd’hui en Laboratoire, en configuration de jet libre et isotherme ce qui n’est pas une situation courante dans le bâtiment. Dans une situation réaliste de type bâtiment, la qualification des écoulements moteurs va inéluctablement poser la question de l’interaction entre le jet et la pièce dans laquelle va se développer un écoulement convectif tridimensionnel basse vitesse. De plus, le couplage jet d’air/champ thermo-convectif intérieur n’est guère qualifié alors que le contrôle de l’ambiance sous-tend l’effort consenti en direction d’une maitrise de l’écoulement moteur. L’absence d’un outil efficace de diagnostic du champ thermo-convectif dans la pièce rend alors difficile l’analyse de la performance des nouvelles technologies en situations réelles.
Afin d’y remédier, nous nous proposons de développer un nouveau moyen expérimental de caractérisation des mouvements convectifs : un suivi Lagrangien 3D de particules (3D Particle tracking Velocimetry) en utilisant divers types de caméras pour obtenir une vision d’ensemble de la dynamique dans la pièce, permettant ainsi la qualification de solutions innovantes. La deuxième phase de ce projet consistera à exploiter ce nouveau dispositif dans le cas du diffuseur innovant pour étudier l’interaction du jet de ce diffuseur avec la pièce. Un ensemble de 12 configurations d’injection sera analysé, produisant un savoir qui sera mis à la disposition de la communauté numéricienne travaillant dans le champ de la thermique du bâtiment.

 

Programme ANR : Villes et Bâtiments Durables (VBD) 2012

Référence projet : ANR-12-VBDU-0010

Coordinateur du projet :
Madame MESLEM AMINA (Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement)
ameslem@nulluniv-lr.fr

Site internet du projet : http://www.flubat.insa-lyon.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.