Anne e 41 de l'AIE sur Annexe ll'adsorption adsorption d'humidité d humidité dans les matériaux
Monika Woloszyn CETHIL, Université de Lyon, Université Lyon 1, CNRS UMR5008, INSA Lyon
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Plan Pourquoi ? • Contexte et enjeux j Comment ? • Annexe 41 : présentation, modèles thermohygro-aérauliques, hygro aérauliques, benchmarks de validation Et après ? • Perspectives
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Adsorption p d'humidité – p pourquoi q ?
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pression n de vapeurr [mb].
26
Injection j de vapeur p • 1.7 kg/h • 1 heure
production de vapeur
24 22 20 18 16 14 0:00
0:20
0:40
1:00
1:20
1:40
2:00
temps [heures] Plathner & Woloszyn, BEnv, 2002
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Adsorption p d'humidité – p pourquoi q ? Transport par l’air
Transport + adsorption
importance de l’adsorption d’humidité ~45% 45% de d vapeur produite d it 4
Adsorption p d'humidité – p pourquoi q ? enveloppe
Différentes échelles liées matériau
e qu i lum ort o v sp e n s a as tr m
THERMIQUE enveloppe, l chauffage h ff
AERAULIQUE ventilation, infiltrations mouvements d'air interzones
condensation, absorption t ib ti enthalpique th l i contribution
m
as
s tra e vo ns l po umi qu rt e
Différents Diffé t phénomènes liés
HYGRIQUE sources de vapeur absorption (matériaux)
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Annex 41 (MOIST-EN) Whole Building g Heat,, Air and Moisture Response p 2003-2007 - operating agent: H. Hens, KUL, Leuven, Belgique Objectifs: • améliorer les connaissances scientifiques • analyser l lles effets ff d de lla réponse é couplée lé thermo-hygro-aéraulique des bâtiments sur le confort des occupants, les consommations énergétiques et la durabilité de l'enveloppe l enveloppe 39 instituts – 19 pays, dont CETHIL, C LEPTIAB, CS CSTB 6
Contenu 1 Modélisation et 1. exercices de comparaison
3. Conditions aux limites (intérieur/extérieur)
Diffusion Air leakage
2. Investigations expérimentales
4. Applications : QAI énergie QAI, énergie, durabilité 7
Modélisation et exercices de comparaison Objectif • amélioration de codes existants, modèles, • développement de nouveaux modèles • validation (exercices de comparaison) Organisation : • exercices de comparaison (les benchmarks) + études associés • travaux originaux de modélisation (« free papers ») 8
Niveaux de discrétisation spatiale Approche Simplifié
Zone d’air
Enveloppe
Mono-zone
fonction de transfert T2
T3
Intermédiaire Multi Multi-zone zone
1D T1
T4
T5 T
Fine
Zonal
T
2
T3
1
T
T
2D
5
4
Très fine
CFD
3D
9
Associations types Air-Enveloppe Enveloppe
Ai Air Simplifié
Intermédiaire
Fine
Très fine
Simplifié
X
X
X
X
Intermédiaire
X
X
X
X
Fine Très fine
X X
Développés à partir des outils de simulations énergétiques
X
X Développés Dé l é à partir ti des codes CFD
Fluent Trnsys Energy-Plus, Trnsys, Energy Plus ESP ESP-rr Développés à partir de codes de simulation de l’enveloppe Delphin, Power-Domus, Wufi+, HAM-Tools 10
Modélisation simplifié état quasi-permanent par 3 modèles : • effective capacitance (EC) – modèle réduit 1R • effective moisture penetration depth (EMPD) – modèle réduit 2R1C • modèle couplé p thermo-hygro-aéraulique yg q ((HAM)) – modèle complet p (d’après Janssens and De Paepe, 2005) 7.0%
Variatio on RH
5 0% 5.0% 3.0% 1.0% -1.0% -3.0% -5.0% 0
6
12
18
24
Time (h) EC
EMPD
HAM
11
Couplage CFD - parois Steeman et al al. 2006
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Benchmarks de validation
¾ CE0: Validation des aspects thermiques des modèles utilisés (BESTEST) ¾ CE1: Hygro-BESTEST Hygro BESTEST (y compris une solution analytique) analytique). ¾ CE2: basé sur des données expérimentales d'une cellule climatique en conditions gardées (Japon). ¾ CE3: basé sur un double essai de chambre climatique soumise au climat extérieur, (Allemagne) ¾ CE4: CE4 CE3 + ventilation il i hygroréglable h é l bl et des d matériaux éi h hygroscopiques i ¾ CE5: étude de cas réel ¾ CE6: CE6 cellule ll l climatique li ti à deux d niveaux i située it é à (C (Canada) d )
17 outils de simulations participants 13
CE3 : Présentation
Lengsfeld et al al. 2008
Cellule
Etape 1
Etape 2
Etape 3
Reference
Enduit plâtre peint
Enduit plâtre peint
Enduit plâtre peint
Test
Aluminium
Plaque de plâtre (P i ) (Parois
Plaque de plâtre (P i + plafond) (Parois l f d) 14
CE3 : Humidité relative
Lengsfeld et al al. 2008
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CE3 : Puissance de chauffage
Lengsfeld et al al. 2008
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CE2 : Présentation
Répartition des matériau hygroscopiques
Yoshino et al al. 2009
Production de vapeur
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CE2 : Humidité relative
Yoshino et al al. 2009
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CE2 : Humidité absolue
Matériau hygroscopique sur un mur
Yoshino et al al. 2009
Matériau hygroscopique sur le plancher
Stratification ? 19
Annexe 41 - Principaux résultats Importance de ll’interaction interaction hygrique matériaux - air •
Existence d’outils d outils d’analyse
C Complémentarité lé i é entre les l diffé différentes approches h – Modélisation simplifié : estimation correcte de HR intérieure, si les paramètres du modèle sont correctes – Modélisation intermédiaire : permet l’analyse des interactions entre énergie – air intérieur – enveloppe – CFD + parois hygrothermique : prometteuse pour l’analyse l analyse locale
•
Recensement de 17 outils de simulation (modélisation intermédiaire)
•
7 benchmarks : base de validation des codes de simulation thermohygro-aérauliques
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… et après ? Propositions pour continuer… Application de modèles Analyse des risques Rénovation énergétique Modélisation g globale QAI Plateformes de simulation p énergétique g q Optimisation
RAP-RETRO RAP RETRO (C.E. Hagentoft)
Whole BEE (C. Rode)
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