Calcul Aéraulique

Le calcul Aéraulique en STD

2 vidéos de présentation explicitent les différences entre les saisies simplifiée et détaillée des ventilations en STD :

1 Le principe du calcul aéraulique par COMFIE

Le calcul aéraulique de COMFIE effectue le calcul des débits d'air entre pièces, s'appuyant, lorsque c'est nécessaire, sur le calcul de la pression de chaque pièce au pas de temps.

Il prend en considération les débits d'air liés à :

• la ventilation mécanique,
• la ventilation naturelle, comprenant :
  • les infiltrations,
  • les tirage thermique,
  • les ouvertures de menuiserie,

Le calcul aéraulique de COMFIE reprend différents modèles aérauliques éprouvés, tels que ceux du logiciel CONTAM. Il a été réalisé initialement dans le cadre de la thèse de M. Trocmé puis amélioré et finalisé par IZUBA énergies.

Le logiciel calcule le tirage thermique entre les différentes pièces et avec l'extérieur. Il ne calcule cependant pas la stratification de la température à l'intérieur des locaux. Le calcul de la température résultante reste lié au bilan énergétique de la zone considérée.

1.1 Utilisation

Le calcul aéraulique de COMFIE n'est réalisé que sur les pièces des zones localisées dans les enveloppes aérauliques du projet. Pour ces zones, la méthode "classique" de COMFIE de gestion des ventilations ne s'applique pas. Il n'est donc pas possible de leur affecter de scénario de renouvellement d'air.

Ici, on entend par "pièce" un volume d'air fermé, connexe et non compartimenté. Pour s'assurer que les pièces du projet Pleiades respectent cette définition, il est indispensable d'activer la fonction Fusionner les pièces avec des parois ouvertes au moment de l'export du projet depuis le Modeleur.

Pour les zones se trouvant hors enveloppe aéraulique, seule la gestion "classique" des ventilations s'applique : il n'y a pas de calcul de pression des pièces ni des débits induits. Pour ces zones, il est donc nécessaire de spécifier les scénarios de ventilation externes et internes.

Pour activer le calcul aéraulique de COMFIE, il est nécessaire de cocher la case correspondante dans l'onglet Simulation.

Il est possible de combiner un calcul aéraulique détaillé pour une partie des zones et un calcul simplifié pour une autre partie dont vous ne maitriseriez pas, par exemple, le niveau d'étanchéité à l'air. Comme le calcul aéraulique peut fortement ralentir les calculs, vous pourriez aussi avoir intérêt à ne pas réaliser ce calcul sur la totalité du bâtiment. Dans cette configuration, il n'y a pas de mouvement d'air entre les zones dans l'enveloppe aéraulique et celles hors de l'enveloppe aéraulique sauf par les portes ouvrables (dans ce cas, la porte ouvrable est considérée comme étant tout le temps ouverte, la zone thermique hors enveloppe aéraulique est considérée comme étant à la pression extérieure et les échange thermique seront fait dans ce contexte).

Les équipements de ventilation (bouches, entrées d'air et ventilateur) ne sont pris en compte que s'ils sont affectés à une zone thermique d'une enveloppe aéraulique. Pour zones situées hors enveloppe aéraulique, ce sont les scénarios de ventilation internes et externes qui sont pris en compte.

1.2 Les données d'entrée spécifiques

• Les données météorologiques (vitesse et direction) caractérisant le vent.
• Les caractéristiques de hauteur et d'exposition au vent du bâtiment
• La ou les enveloppes aéraulique du projet, qui comporte les caractéristiques de perméabilité à l'air globales et par défaut de l'enveloppe
• Les bouches de soufflage ou d'extraction
• Les bouches d'entrée d'air
• Les conditions d'ouvertures des menuiseries (extérieure ET intérieure)
• L'éventuel détalonnage des portes
• Les ventilations mécaniques qui peuvent gérer la récupération de chaleur et le prétraitement de l'air

1.3 Prise en compte du vent

La vitesse et l'orientation du vent sont lues, pour chaque heure, dans le fichier météo. Si le fichier météo ne dispose pas de ces données, le logiciel appliquera les valeurs par défaut que vous aurez indiquées dans l'arborescence au niveau du projet.

La vitesse du vent fournie par un fichier météo est conventionnellement mesurée à 10 m du sol en terrain dégagé. Or, plus près du sol, cette vitesse est généralement plus faible que la vitesse mesurée du fait du frottement de l'air avec le sol et les obstacles qui peuvent y être présents (arbres, bâtiments, etc.). Deux fonctionnalités accessibles depuis l'arborescence au niveau du projet permettent d'ajuster la vitesse du vent prise en compte :

• un facteur de correction, qui sera appliqué à la vitesse du vent pour la réduire ou l'augmenter selon que ce coefficient est inférieur ou supérieur à 1.
• (à partir de la version 4.18.8.0 de Pleiades) une correction de la vitesse du vent en fonction de la hauteur de l'ouverture par rapport au sol selon la méthode préconisée par l'ASHRAE dans son Handbook of Fundamentals (2005). La vitesse du vent pourra alors être réduite pour les faibles hauteurs, légèrement accrue pour les grandes hauteurs, en fonction du type de terrain.

Pour terminer, l'effet du vent sur le débit de l'air circulant à travers une ouverture ou une entrée d'air est fonction du "coefficient de pression" qui dépend de l'orientation du vent par rapport à la paroi considérée. En effet, selon cette orientation relative, le vent pourra créer une surpression ou une dépression, favorisant respectivement l'insufflation ou l'aspiration de l'air.

1.4 Les sorties du calcul

Le calcul aéraulique calcule :

• Les débits au niveau de chaque entrée d'air, de chaque ouverture
• Le taux d'ouverture des grandes ouvertures

Les débits calculés sont utilisés pour en déduire les échanges thermiques résultants de l'entrée d'air dans les différentes zones du bâtiment.

Les différences de pressions inter-zone connues permettent, via des formulations empiriques ou semi-empiriques, de déterminer les débits d’air inter-zone. Deux types de connexions sont considérés : les petites ouvertures caractérisant les défauts d’étanchéité de l’enveloppe et les entrées d'air et les grandes ouvertures qui représentent les ouvertures volontaires (entrées d’air, portes, fenêtres).

Il est possible d'utiliser les graphiques experts pour visualiser :

• les débits d'air des bouches;
• les débits d'air des entrées d'air;
• les débits d'air entrant et sortant des menuiseries;
• et les débits d'infiltrations entrants et sortants d'une zone thermique.

2 Les éléments du projet concernés par le calcul aéraulique

Les informations concernant le calcul aéraulique s'effectue sur 5 types d'éléments.

2.1 L'enveloppe aéraulique

Au niveau de l'enveloppe, il faut spécifier les caractéristiques de perméabilité à l'air de l'enveloppe et la manière dont cette perméabilité se répartit sur les différents types de parois. Cela ne concerne que les parois externes de l'enveloppe. Les "experts" (que vous êtes probablement) peuvent aussi détailler la perméabilité des parois internes par défaut du bâtiment. Au niveau des zones, il existe des possibilités de saisie supplémentaires concernant la ventilation: en particulier au niveau des pièces, des parois, des ouvertures et du système de ventilation mécanique.

Les infiltrations sont modélisées par une loi empirique de puissance :

2.2 Les bouches de ventilation

Vous pouvez ajouter des bouches de soufflage ou d'extraction dans les pièces situées dans une enveloppe aéraulique. Plusieurs options sont disponibles pour imposer le débit (fixe, scénario, bouche de bibliothèque) et pour indiquer l'origine ou la destination de l'air (extérieur, ventilation mécanique, scénario de température ou température fixe). Le débit renseigné au niveau des bouche est pris comme condition aux limites du modèle aéraulique.

2.3 Les entrées d'air

Au niveau des parois, il est possible d'affecter des entrées d'air. Il est nécessaire de spécifier la hauteur par rapport au plancher de la pièce afin de pouvoir calculer le tirage thermique. Comme pour les infiltrations, les entrées d'air sont modélisées comme des "fissures", caractérisées par une loi empirique de puissance :

Pour les entrées d'air auto-réglables, cette loi de puissance est ajustée pour prendre en compte la plage d'autorégulation :

2.4 Les Ouvertures

Les ouvertures, portes ou fenêtres, comprennent un certain nombre de caractéristiques utilisées par le calcul aéraulique:

Ces informations sont :

• l'allège

L'allège est utilisée pour le calcul du tirage thermique exercé par l'ouverture.

• le type défini en bibliothèque, pour les portes

Le détalonnage éventuel des portes est défini en bibliothèque dans les caractéristiques générales de celle-ci.

• l'ouverture

Le mode d'ouverture des portes et fenêtres est défini en bibliothèque dans les caractéristiques générales de celle-ci. Les paramètres d'ouverture peuvent être ajustés par l'utilisateur en bibliothèque.

• la classe d'exposition au bruit

La définition des niveaux de bruit est celle définie dans le calcul réglementaire RT2012 . Il est utilisé par si une ouverture de baie manuelle est appliqué à une fenêtre extérieure. Dans ce cas, suivant la méthode Th-BCE, le logiciel considère des pourcentage d'ouverture plus faibles pour des façades exposées au bruit.

• la perméabilité à l'air

L'indicateur Q4Pa surf est calculé automatiquement à partir de la perméabilité à l'air globale de l'enveloppe aéraulique dans laquelle se situe la paroi. Comme pour les parois, il est possible de forcer cette valeur de perméabilité.

Les portes peuvent être détalonnées. Sur les fenêtres comme sur les portes, il faut spécifier une ouverture : - Toujours fermé - Toujours ouvert - Scénario d'ouverture - Ouverture dynamique suivant la méthode Th-BCE

À travers une grande ouverture, les phénomènes physiques sont variés (écoulements en régimes permanent et turbulent, recirculation de l’air à la couche limite thermique) et l’air peut s’écouler dans plusieurs directions.

Comfie utilise le modèle à deux flux, définit par Walton, proposant une solution analytique intégrable dans le réseau aéraulique du bâtiment. Cette approche a pour objectif de représenter le débit d’air par un seul élément en calculant au préalable la position du plan neutre.

Pour les calculs aérauliques, il est donc important de bien renseigner les menuiseries intérieures et leur éventuel détalonnement pour que l'air puisse circuler entre les pièces. Ainsi, si on a une pièces sans menuiserie et que les parois intérieures sont étanches (éventuellement modifiable via les paramètres expert de l'enveloppe aéraulique), alors une bouche d'extraction ou de soufflage affectée à cette pièce n'aurait aucune incidence puisque l'air ne pourrait pas entrer ou sortir.

2.5 La ventilation mécanique

La ventilation mécanique utilisée par les bouches s'affecte au niveau du projet. Elle permet de prendre en compte:

• l’échangeur double flux et son by-pass,
• les consommations des ventilateurs,
• les prétraitements chaud et froid éventuels de l'air soufflé.