Couplages STD/CFD pour la ventilation naturelle
Pourquoi ?
Dans les logiciels de STD, les coefficients de pression sont généralement donnés par des corrélations en fonction de l’angle d’incidence et de la forme du bâtiment [Swami & Chandra 1988]1 ou des valeurs tabulées qui s’avèrent inadaptées à la plupart des situations réelles : à titre d’exemple, la Figure 1 ci-dessous montre les valeurs utilisées par certains logiciels de STD pour déterminer le \(C_{\text{p}}\).
Les débits en ventilation naturelle calculés sont donc très susceptibles d’être erronés s’ils sont estimés à partir des valeurs par défaut (voir aussi notre article sur la réduction des incertitudes en ventilation naturelle).
Comment on fait ?
Il faut commencer par récupérer les coefficients de pression par façade de la simulation, qui varient selon l’orientation du vent et sa force (une illustration est donnée sur la Figure 2). On doit ensuite affecter chaque coefficient de pression au bon élément de façade.
Pour ce faire on parcourt le fichier de définition du problème de STD (fichiers *.idf dans EnergyPlus) et
on effectue le remplacement pour chaque ouvrant et chaque paroi, notamment afin de pouvoir calculer les
débits liés aux infiltrations, comme indiqué sur le synoptique de fonctionnement en Figure 3.
Cette approche a deux avantages principaux :
- Par rapport à l’injection directe du débit calculé par CFD, ceci permet de conserver les effets de tirage thermique liés à la différence de température entre intérieur et extérieur.
- Le nombre de coefficients de pression par direction de vent s’en trouve augmenté : par défaut ils sont donnés tous les 45°, tandis que nous en prenons au maximum tous les 30°.
La question se pose alors de savoir combien de directions de vent il est utile de simuler afin d’affiner la prédiction du tirage par ventilation naturelle : c’est l’objet de la section suivante.
Influence de la discrétisation angulaire
La figure 4 qui suit présente le taux de renouvellement d’air lié à la ventilation naturelle dans un hall de gare très vitré. On y relève plusieurs courbes qui correspondent au nombre de directions de vent pour le calcul des coefficients de pression : ainsi “4 directions” signifie une simulation tous les 90°, tandis que “24 directions” équivaut à une simulation tous les 15° autour de la rose des vents.
On constate qu’à partir de 8 directions (soit \(\Delta\theta\)=45°), l’écart entre courbes diminue. L’écart entre 12 et 24 simulations semble relativement faible et pousserait dans le cas présent à réaliser 12 simulations uniquement. L’analyse quantitative est disponible dans son intégralité dans notre article paru dans les Techniques de l’Ingénieur .