Calculs de la climatisation et décontamination avec CFD

La climatique du bâtiment s'occupe de l'optimisation des conditions de confort climatique tout en prenant en compte la consommation d'énergie. Il est nécessaire d'éviter les courants d'air, de réguler l'humidité et de minimiser les effets de la canicule et du rayonnement solaire.

Lignes de courant en sortie d'une grille de soufflage

Ligne de courant entrant dans une grille d'extraction

Calcul 3D CFD de l'écoulement

La climatisation ou la décontamination d'une pièce ou d'un bâtiment sont souvent suffisamment importante pour qu'elle doive être dimensionnée dès la phase de conception. Il est nécessaire d'effectuer des calculs avec un logiciel de Computational Fluid Dynamics pour prévoir la structure de l'écoulement, la répartition de l'air, les pertes de pression, la distribution des températures et la propagation des impuretés. Avec un effort relativement modéré il est possible d'obtenir rapidement des résultats; grâce à ces résultats l'écoulement peut être optimisé, ce qui peut être réalisé et confirmé grâce à des simulations CFD supplémentaires. Les causes les plus fréquentes de l'imprécision du calcul sont les défauts d'étanchéité de la pièce ainsi qu'une construction et un service différents de ceux prévus.

Convection libre due à la perte de chaleur

Les appareils électriques dégagent des pertes de chaleur. L'augmentation des température provoquent des changements dans la densité de l’air, ce qui entraîne la formation d'un écoulemnt très lent. Le transport de chaleur entre les solides et l’air est appelé convection libre. Nous avons déselctionné la ventilation de la salle blanche d'un microscope avec une perte de 1700 kW ; Le flux calculé autour du microscope est de 0,4 m/s de bas en haut. Les vitesses de l'écoulement autour du microscope ne doit pas dépasser 0,1 m/s. La convection libre entrave l'écoulement laminaire. Les deux écoulements doivent être calculés simultanément avec la CFD.

Ingénieurs conseils pour Simulation CFD de l'écoulement

Nous sommes spécialisés dans les calculs d'écoulement et de transfert thermique en 3D, nous utilisons le logiciel commercial pour maillage cartésien FloEFD Solidworks Flow Simulation ; nous pouvons pour cela générer le modèle CAO en 3D avec Solidworks. Nous proposons aussi des études succinctes de l'acoustique.

Réduction de la contamination

Le principe de précaution contre les infections, la contamination microbiologique ou bactériale et la pollution nécessite l'agencement d'une chambre propre. Le plus efficace est de souffler de l'air depuis le plafond et d'aspirer depuis le sol ou depuis le bas des murs. Cette solution doit être toujours préférée si l'architecture de la pièce le permet. La simulation permet d'empêcher les contaminants d'entrer dans le local ou bien d'évacuer les contaminants générés par l'activité. En dernier ressort on pourra prévoir d'établir des barrières anticontamination autour de l'activité à protéger.   

La valeur de la pression dans la pièce doit être contrôlée, par exemple une sous-pression de 50 Pa. Pour régler cette valeur précisément il faudra prévoir des volets de dosage qui seront positionnés différemment en été et en hiver. Un écoulement turbulent entraine une dissémination plus importante qu'un écoulement laminaire, comme on peut le voir sur l'image à gauche. Les deux types d'écoulement se calculent de façon standard avec la CFD. Pour les tables d'opération des hôpitaux on utilise toujours une aération laminaire avec des vitesses de l'écoulement au-dessus du lit de l'ordre de 0,3 – 0,5 m/s. Seule la simulation CFD permet de prévoir précisément le respect des classes de décontamination.

Visualisation d'un écoulement turbulent

 
Vecteurs de vitesses au-dessus d’une table d’opération

Réduction du bruit

Le son le plus fort vient le plus souvent du ventilateur; il est transmis par les conduites, il passe les grilles de soufflage pour se propager dans la pièce. Son niveau sonore est estimé par le fabricant ; il est bien souvent nécessaire d'installer un capteur de son pour réduire le bruit du ventilateur. Le choix du capteur de son se base le plus souvent sur des estimations et sur l'expérience.