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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Universit

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Abderrahmane Mira de BEJAIA Faculté de la Technologie Département de Génie Civil Option : Matériaux & Structures Mémoire de fin d’ETUDES En vue de l’obtention du Diplôme du Master II en Génie civil THEME : Modélisation et simulation de quelques systèmes DE RAFRAICHISSEMENTS PASSIF en climat algérien Proposé par : Réalisé par : Mme : H.CHIKH AMER TEBAA HAMZA Promotion : 2011 /2012 Sommaire Chapitre I : Systèmes passifs de rafraichissement 1. Introduction 2. Le rafraichissement passif……………………………………………………………….......................................01 2.1 Le principe……………………………………………………………………………………….……………….....…01 2.1.1 prévention……………………………………………………………………………………………………........…..01 2.1.2 Le traitement………………………………………………………………………………………………...……...03 2.2 Différents techniques passives de rafraichissement ………………………………..............03 2.2.1 Ventilation naturelle…………………………………………………………………………………………....03 2.2.1.1 Ventilation naturelle avec contrôle des débits d’extraction………………………….05 2.2.1.2 Ventilation mécanique contrôlée (VMC)……………………………………………………...…..05 2.2.2 La ventilation nocturne…………………………………………………………………………………...…06 2.2.3 Rafraichissement radiatif…………………………………………………………………...…………………07 2.2.4 Rafraichissement évaoratif ……………………………………………………………………………….…08. 2.2.4.1 Les différents systèmes évaporatifs ……………………………………………………………...…..09. 2.2.5 Systèmes hybrides…………………………………………………………………………………………...……..11 2.2.5.1 Systèmes hybrides à évaporation directe à pad………………………………………….…....11 2.2.5.2 Systèmes hybrides à évaporation combinée………………………………………………….…13 2.2.6 Rafraichissement par contact avec la terre « ground cooling »……………….……...13 2.2.7 Rafraichissement par toiture végétalisée………………………………………………….……….14 2.2.7.1 Quels sont les constituants de la toiture végétale ?................................................................14 2.2.7.2 Avantages de la toiture végétale…………………………………………………………………........15 2.2.7.3 Les inconvénients de toiture végétale…………………………………………………………....16 2.2.8 L’inertie thermique…………………………………………………………………………………….…..... 17 2.2.9 L’aspect architecturales…………………………………………………………………………………..….19. Conclusion………………………………………………………………………….20 Sommaire Chapitre II : Consommation énergétique en Algérie 1-Introduction et problématique énergétique………………………………………………………………20 2-La consommation mondiale de l’énergie……………………………………………………………………22 3-La consommation énergétique en Algérie………………………………………………………………….25 3-1- Consommation de gaz naturel en Algérie……………………………………………………………...27 3-2- Consommation de l’électricité en Algérie……………………………………………………………..28 4- Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………...…29 Chapitre III : Description du logiciel TRANSYS Introduction 1-Description du logiciel…………………………………………………………………………………………………30 2-Fonctionnement……………………………………………………………………………………………………………30 3-Utilisation du logiciel TRANSYS……………………………………………………………………………….32 4-Les différentes interfaces de TRANSYS……………………………………………………………………35 4.1 TRNBuild……………………………………………………………………………………………………………………35 4.2 TRNEdit……………………………………………………………………………………………………………………...37 4.3 TRNSYS Studio……………………………………………………………...………………………………………….37 5-Les différents types utilisés dans l’interface TRNStudio……………………………………….38 6-Les liaisons entre les types………………………………………………………………………………...…….….40 7-Avantages du logiciel…………………………………………………………………………………………………..41 8-Inconvénients………………………………………………………………………………………………………………41 9-Déroulement de la simulation…………………………………………………………………………………….42 10- Conclusion………………………………………………………………………….............................................................43 Conclusion générale de la recherche bibliographique ……………………………44 Sommaire Chapitre IV : Modélisation, simulations et résultats Introduction IV-1 Présentation et description du bâtiment simulé…………………………………………………..45 IV-1-1 Géométrie du bâtiment étudié……………………………………………………………………………45 IV-1-2 Constituants des parois du bâtiment simulé…………………………………………………….45 IV-1-3 Modélisation des différents systèmes………………………………………………………………....46 IV-1-4 Modélisation du bâtiment au sein de TRNSYS………………………………………………..47 IV-1-4-1 Description du bâtiment au sein de l’interface de TRNBUILD…………………47. IV-1-4-2 Couplage bâtiment environnement au sein du TRNSTUDIO……………………53 IV-1-4-2-1 Liaison entre les types…………………………………………………………………………………..54 IV-2 Analyse du comportement thermique du bâtiment selon le système mis en œuvre……………………………………………………………………………………………………………………………...…59 IV-3 Résultats et Discussions……………………………………………………………………………………….…60 IV-3-1 Analyse des courbes de températures ……………………………………………………………………….60 IV-3-2 Analyse des courbes des humidités …………………………………………………………………………..63 IV-3-3 Effet des dimensions des ouvrants sur les conditions de confort……………………65 IV-3-4 Couplage ventilation traversante – sur ventilation nocturne………………..66 IV-3-5 Impact de l’orientation des fenêtres sur les conditions de confort…………68 IV-3-6 Effet des protections solaires ………………………………………………….69 IV-3-7 Couplage sur ventilation nocturne+ protections solaires…………………….72 Conclusion……………………………………………………………………………………………………………………...74 Conclusion générale………………………………………………………………………………………………………...75 Introduction Introduction générale L’émergence d’une dynamique visant à réduire les consommations dans le secteur du bâtiment s’est traduite par l’apparition d’une nouvelle génération de bâtiments. Ce désir de rationalisation énergétique et d’optimisation se traduit de la part des professionnels par la nécessité d’utiliser des outils d’estimation des performances à tous les stades de la conception. Par ailleurs, de nombreux systèmes de rafraîchissement passif existent, certains très anciens, issus de l’habitat vernaculaire, d’autres issus de recherches récentes. Quels systèmes sont les plus efficaces et les plus favorables en termes de confort d’été en rapport aux coûts des systèmes ? Comment choisir une stratégie de rafraîchissement passif ? Quels couplages privilégier ? De ce fait, la qualité de l’air a longtemps été négligée. Bien souvent, il faut être soumis à des désordres de types moisissures ou problèmes d’odeurs pour réagir. Depuis quelques années, la qualité de l’air intérieur fait objet d’études approfondies, et son impact sur la santé et sur le bâtiment est une préoccupation de plus en plus forte. Les problèmes de qualité d’air peuvent être résolus par l’usage d’un système de ventilation adapté. L’obtention d’une bonne qualité d’air, c’est se soucier en premier lieu des sources polluantes, et ensuite des moyens de rejeter ces polluants, et la question qui se pose-elle même est : Comment maintenir les ambiances dans des conditions de confort sans recourir à la climatisation artificielle ? Ce problème est devenu un enjeu public avec un objectif simple dans sa formulation : dans un contexte de très forte chaleur, comment apporter un bien être à l’usager en choisissant des solutions ayant une qualité environnementale satisfaisantes ? - En d’autres termes comment rafraîchir sans climatiser ? - Que peut-on faire pour améliorer le confort d’été des bâtiments ? - Quelles sont les solutions pour limiter le recours à une climatisation classique énergétique et dont l’utilisation contribue au réchauffement climatique ? Introduction Pour garantir le confort d’été et sa durabilité, sans climatisation, on a recours à des systèmes passifs de rafraîchissement qui sont diverses, tels que : la ventilation naturelle, la ventilation nocturne, le rafraîchissement par évaporation, par contact avec le sol, le puits canadien….etc. Ces systèmes se basent sur des sources d’énergies naturelles, en fonction de différentes méthodes de transmission de chaleur : convection, conduction et par rayonnement. On peut résumer la justification de l’utilisation des techniques de rafraîchissement par : - Une ambiance inconfortable en été. - Le coût élevé de l’installation de climatiseur et de l’énergie utilisée - La pollution atmosphérique due à l’utilisation des systèmes traditionnels et à fuite des CFC (chlorofluorocarbone HFC (hydrofluocarbones). Problématique du travail : ce travail est répartie en deux parties. La première partie concerne une recherche bibliographique qui permettra de : - Décrire un état de l’art concernant les solutions de rafraîchissement passif. Ces différents systèmes seront explicités, puis analysés et mis en perspective vis-à-vis des principes physiques qui les régissent. - Montré le taux élevé de la consommation énergétique et la nécessité de la réduire par le recoure aux systèmes passifs. - Décrire d’une manière générale le logiciel utilisé dans notre recherche. Dans une deuxième partie, je décrirai ma démarche pour ce travail de fin d’études, avec notamment la méthode de travail que j’ai adoptée ainsi qu’une description de l’étude menée. Rapporter mes observations et analyses concernant les résultats des modélisations obtenus afin d’évaluer l’action des systèmes. Une analyse des paramètres mis en place et des modélisations de couplages entre différents systèmes permettront d’avoir un point de vue assez global sur l’action des solutions. CHAPITRE I : Systèmes passifs de Rafraichissement Chapitre I Techniques passives de rafraichissement I- Introduction Parmi les préoccupations en matière de conception de l’habitat, celles relatives aux conditions des ambiances intérieures occupent une place prépondérante en raison des contraintes climatiques pendant les périodes chaudes, il est donc impérative de concevoir l’habitat de façon à maintenir les ambiances dans des conditions de confort acceptable afin de minimiser l’utilisation de la climatisation artificielle. Ce problème est devenu un enjeu public avec un objectif simple dans sa formulation : dans un contexte de très forte chaleur, comment apporter un bien être à l’usager en choisissant des solutions ayant une qualité environnementale satisfaisante ? En d’autres termes comment rafraîchir sans climatiser ? Que peut-on faire pour améliorer le confort d’été des bâtiments ? Quelle sont les solutions pour limiter le recours à une climatisation classique énergétique et dont d’utilisation contribue au réchauffement climatique ? Pour garantir le confort d’été et sa durabilité, sans climatisation, on a recours à des systèmes passifs de rafraîchissement qui sont diverses, tels que :la ventilation naturelle , la ventilation nocturne, le rafraîchissement par évaporation, par radiation, par contact avec le sol,….etc. Ces systèmes se basent sur des sources d’énergies naturelles, en fonction de différentes méthodes de transmission de chaleur convection, conduction et par rayonnement. On peut résumer la justification de l’utilisation des techniques de rafraîchissement par : *une ambiance inconfortable en été *le coût élevé de l’installation de climatiseur et de l’énergie utilisée *la pollution atmosphérique due à l’utilisation des systèmes traditionnels et la fuite des CFC (chlorofluorocarbone HFC (hydrofluocarbones). 2. Le rafraîchissement passif : 2.1 Le principe : Le principe de rafraîchissement passif se base sur deux critères : 2.1.1 La prévention : La prévention se fait par la réduction de la charge du bâtiment .Les charges sont de deux types :  Les charges externes (entre le bâtiment et l’environnement) :celle-ci se résument au : 1 Chapitre I Techniques passives de rafraichissement • Rayonnement solaire transmis à travers le vitrage et celui absorbé par les parois opaques et restitué à l’ambiance. • Gradient de température entre l’extérieur et l’intérieur.  Les charges internes amenées par : • L’éclairage artificiel • Les occupants (métabolisme) • Les équipements de différentes natures Les principaux moyens de prévention sont : 1. La protection solaire en agissant sur le micro climat (voisinage direct du bâtiment en termes de conditions extérieures) : • En implantant par exemple de la végétation autour du bâtiment ce qui permettra la protection des rayonnements solaires directs et provoquer le rafraîchissement par évaporation. • En choisissant la conception architecturale adéquate par le choix des dimensions et disposition des ouvertures, leur orientation [1]. 2. Une bonne conception des éléments de la structure telle que le toit. En effet, le toit c’est la partie du bâtiment la plus exposée aux conditions climatiques, il doit être conçu pour éviter les effets de chaleur, uploads/Ingenierie_Lourd/ modelisation-et-simulation-de-quelques-systemes-de-rafraichissements-passif-en-climat-algerien.pdf