Experimental and numerical study of the supply-only ventilation system performances : indoor air quality in residential buildings

La mauvaise qualité de l'air intérieur a été classée parmi les cinq principaux risques environnementaux sur la santé publique (EPA, 2013). La ventilation est une solution bien connue pour réduire la variété de contaminants qui pourraient être trouvés à l'intérieur de bâtiments résidentiels. Cependant, comme l'air propre est un facteur essentiel pour une vie saine et un bâtiment sain, une faible consommation d'énergie est essentielle pour une planète saine. Pour ces raisons, différentes recherches scientifiques sont menées pour l'amélioration des performances des systèmes de ventilation afin de créer un équilibre entre la distribution de l'air et la qualité de l'air intérieur d’un côté et le confort thermique et l'efficacité énergétique d’un autre côté. Un des systèmes de ventilation existants est la ventilation mécanique par insufflation (VMI). Son principe consiste à introduire mécaniquement de l’air neuf depuis l’extérieur, après l’avoir filtré et préchauffé. Les systèmes existant à ce jour en France introduisent l’air via un ou deux points d’insufflation (situés généralement au centre de l’habitation). Quant à l'évacuation de l’air vicié, celui-ci est véhiculé par les sorties naturelles installées dans chaque pièce de la maison. L’objectif de ce travail est tout d’abord d’étudier les performances de la ventilation par insufflation dans un environnement réel puis de trouver des pistes d’amélioration qui permettront d’atteindre une meilleure qualité de l’air intérieur. En se basant sur deux études préliminaires présentées par le chapitre II, on a installé un système à insufflation répartie (un point d’insufflation/pièce de vie) dans une maison réelle où l’on a mené des expérimentations. Des scénarios d’émission de polluant ont été effectués à l’aide de la technique de gaz traceur. L’étude a montré que, malgré un débit de ventilation global du système VMI inférieur à celui du système de référence (ventilation mécanique par extraction hygroréglable B), la VMI fournit des résultats satisfaisants. En outre, elle aide à lutter contre le confinement des chambres et à réduire à l'intérieur, les concentrations des particules provenant des sources extérieures. Une étude numérique est réalisée en utilisant un modèle aéraulique et de transfert de masse multizone. Les résultats ont montré un bon accord avec l'expérience et sont prometteurs pour l’avenir ; une étude paramétrique permettant d'améliorer la performance de la VMI vient parachever ce travail.Poor indoor air quality has been ranked among the top five environmental risks on public health (EPA, 2013). The ventilation is a well-recognized solution for reducing the variety of contaminants that could be found inside residential buildings. However, as well as clean air is an essential factor for a healthy life and a healthy building, low energy consumption is significant for a healthy planet. For these reasons, scientific research are conducted to improve the performance of ventilation systems in order to obtain a balance in the controversial relationship between the air distribution and indoor air quality on the one hand and the thermal comfort and energy efficiency on the other hand. One of the existing ventilation systems is the Supply-Only Ventilation (SOV), known also as positive input ventilation (PIV). It functions by mechanically introducing fresh, filtered and preheated air into the center of the building. So far, the existing systems in France introduce air through one or two supply points (usually located in the center of the house). As for the evacuation, steal air goes out through natural vents installed in each room of the house. The aim of this study is to evaluate the performance of this system in terms of indoor air quality in a real environment and to find improvement field that will help in increasing the indoor air quality. Based on preliminary studies and on the airflow path principle required by French regulation, we decided to investigate a Multi Supply-Only Ventilation system (M-SOV). The idea is to have an insufflation point in the bedrooms and living room, while the free air outlets are located in the utility rooms (kitchen, bathroom and toilets). Different emission scenarios are experimentally simulated using tracer gas methods. The study shows that even though the flow rate of this system is lower than the extract only ventilation system (EOV), it provides satisfactory results. In addition, it helps fight against the confinement room and reduce the indoor particles concentrations originated from outdoor sources. A numerical study using a multizone airflow and contaminant transport model is performed. The numerical results show a good agreement with that of the experimental ones. Moreover, they are promising for the future parametric study in order to improve the SOV performance