Appréciation de l'efficacité de la ventilation pour l'étude de la qualité de l'air intérieur
Institution:
La RochelleDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
An efficient ventilation system provides a good indoor air quality by eliminating air pollutants and ensuring a satisfactory air renewal. Unlike most research works that deal with test cells with controlled boundary conditions, our study focuses on ventilation efficiency in a real environment. In situ experiments are performed and provide the boundary conditions necessary for CFD (Computational Fluid Dynamics) computations. Using CFD for predicting indoor air quality in a real environment is thus analyzed. The influence of permeability on numerical predictions quality is shown. Unfortunately, it is difficult to quantify accurately the air leakages and their airflow rates. Our study proposes a simplified model that includes air infiltration rates in the CFD computations, and that yields satisfactory results. A critical analysis of ventilation efficiency indices is then performed. It is shown that it is currently impossible to evaluate the air change efficiency ( ) in an occupied zone. Concerning the air pollutants removal effectiveness, it is shown that the usual index is not suited to ventilation systems with variable airflow rates. For such cases, a new formulation of this index is given. The ratio between the airflow rate and the nominal airflow rate of the ventilation system is also taken into consideration. A coupled analysis of this new index and of this airflow rate ratio enables us to assess the air pollutants removal effectiveness while considering the energetic cost of ventilation. We finally show that there is no universal index. The choice of the index depends on the pollutant, on the pollutant's concentration, and on the airflow rate. A tool of decision-making aid is thus proposed in order to evaluate the air pollutants removal effectiveness for various ventilation systems. This tool is flexible and rather simple to use.
Abstract FR:
Un système de ventilation est efficace s'il assure un air intérieur de qualité en éliminant les polluants de l'air et en garantissant un apport d'air neuf satisfaisant. L'efficacité de la ventilation est analysée numériquement et/ou expérimentalement. Notre étude consiste à analyser l'efficacité de la ventilation en environnement réel contrairement à la majorité des travaux de recherches qui étudie ce concept dans des cellules d'essais où toutes les conditions limites thermoaérauliques sont imposées. Les mesures in situ réalisées sont en outre utilisées pour définir les conditions aux limites de domaines de calculs CFD (Computational Fluid Dynamics). La comparaison des résultats numériques aux mesures in situ a permis d'analyser l'utilisation des codes CFD pour l'étude de la qualité de l'air intérieur en environnement réel. On a ainsi noté l'influence de la prise en compte de la perméabilité sur la qualité des calculs numériques. Or dans un bâtiment réel, il est difficile d'identifier avec précision les défauts d'étanchéité et leurs débits d'infiltration d'air respectifs. Dans un tel cas, un modèle simplifié est proposé pour tenir compte de la perméabilité dans les calculs numériques. Nous avons ensuite réalisé une analyse critique des indices d'appréciation de l'efficacité de la ventilation. Nous avons ainsi montré qu'il était actuellement impossible d'évaluer l'efficacité de renouvellement de l'air ( ) d'une zone d'occupation. Concernant l'élimination de polluants, nous avons montré que l'indice usuel n'était pas adapté pour des systèmes ayant des débits de ventilation différents. Pour de tels cas, une nouvelle formulation de cet indice est proposée. On a également évalué le rapport du débit de ventilation utilisé par le débit nominal du système de ventilation étudié. Une analyse couplée de ce nouvel indice et de ce rapport de débits a permis d'apprécier l'efficacité d'élimination de polluants en tenant compte du coût énergétique de la ventilation. Pour finir, nous avons montré qu'il n'existe pas d'indice universel. Le choix de l'indice à utiliser dépend en effet de la nature du polluant, de sa concentration et du débit de ventilation employé. Un outil d'aide à la décision est donc proposé pour apprécier l'efficacité d'élimination de polluants des systèmes de ventilation. Cet outil est flexible et assez simple à utiliser.