Analyse multicritère des stratégies de ventilation en maisons individuelles

Due to the large number of indoor air pollutants, ventilation aims at providing a sufficient air renewal in order to ensure a good indoor air quality (IAQ). Conversely, buildings energy requirements lead to adapting various ventilation strategies: these strategies aim at reducing the energy losses by air renewal, but at times fail to maintain good air quality. The objective of the present thesis is to make an evaluation of the performances of ventilation systems based on these two criteria. These tasks of evaluation and comparison are performed both experimentally and numerically. Several pollution scenarios are investigated in the experimental house MARIA (Mechanised house Advanced Research on Indoor Air) by means of tracer gas methods. This experimental facility is a true representative of an actual living space. The experiments allow the estimation of airflow patterns within that dwelling. The results obtained show the best performance with mechanical balanced ventilation: airflows from the main rooms (i.e. living-room and bedrooms) are suitably drained towards the kitchen and the bathrooms. Mechanical exhaust ventilation, the reference system, and natural ventilation also yield rather satisfactory results. However, these internal airflow patterns are subjected to some disturbances due to air infiltrations by wind. Numerically, the evaluation of the ventilation strategies requires the development of a multizone building model quite useful in simulating combined heat and mass transfer problems in buildings. A program with the multizone building model is implemented in Matlab/Simulink environment in order to simulate the experimental house MARIA coupled with several ventilation networks (fans, ducts). Comparisons between the airflow model and the experimental study of pollutant spread within the dwelling are carried out. The results show similar dynamics in relevance to the tracer gas concentrations. Nevertheless, the high levels of concentrations provided by the model are an indication that a good modelling of MARIA requires a precise knowledge of airflow paths and connections, such as the façade air leakage and air leakage between rooms. Therefore, the house has been simulated in the present study with the model obtained to a first approximation. The numerical investigations performed that model during a heating period show good performances of balanced ventilation in terms of IAQ and energy saving. Humidity controlled ventilation, although allows a reduction in energy costs, fails at times to ensure a good IAQ. Natural ventilation though seems oversized, yields a worse IAQ performance compared to the reference system. Finally, the influence of the ventilation system efficiency appears as one of the most important factors in maintaining good air quality in buildings.Face à la multitude de polluants de l'air intérieur, la ventilation se doit de fournir un renouvellement d'air suffisant pour assurer une bonne qualité d'air. Cependant, les exigences de réduction de la facture énergétique des bâtiments ont entraîné l'adoption de diverses stratégies de ventilation visant de plus en plus à réduire les déperditions liées au renouvellement d'air, souvent au détriment de la qualité d'air. Nous proposons de faire une évaluation des performances des systèmes de ventilation au regard de ces deux critères. Ces tâches d'évaluation et de comparaison sont effectuées tant sur le plan expérimental que numérique. Des scénarios de pollution réalisés dans la maison expérimentale MARIA à l'aide de la méthode des gaz traceurs ont permis d'évaluer en situation réelle les conditions de fonctionnement du principe de balayage des logements. Ainsi, avec la ventilation mécanique contrôlée double flux, l'air issu des chambres et du séjour est convenablement drainé vers les pièces humides pour y être extrait. La VMC simple flux et la ventilation naturelle permettent également d'obtenir des résultats assez satisfaisants. Cependant, ces échanges internes restent sujets à des perturbations, notamment aux infiltrations dues à la force du vent. Au niveau numérique, l'évaluation des performances de la ventilation a nécessité le développement dans l'environnement Matlab/Simulink d'un outil de simulation thermo-aéraulique des bâtiments multizones. La maison expérimentale a ainsi été modélisée avec les caractéristiques aérauliques et thermiques de son enveloppe et les différents réseaux de ventilation qui y sont installés. Des comparaisons ont été effectuées entre le modèle aéraulique et l'étude expérimentale du transfert de polluant entre les différentes pièces de la maison. Les résultats donnent une dynamique similaire en ce qui concerne l'évolution des concentrations en gaz traceur. Toutefois, les niveaux élevés de concentrations fournies par le modèle indiquent qu'une bonne représentation de la maison MARIA exige la connaissance avec plus de précision des liaisons aérauliques telles que la perméabilité à l'air par façade et la perméabilité entre pièces de la maison. Aussi, la maison est-elle simulée dans la présente étude avec le modèle obtenu en première approximation. Les simulations effectuées sur une période de chauffage dans la météo de la zone H1a ont montré que les performances de la VMC double flux, en termes de qualité d'air et de dépenses énergétiques, semblent meilleures. La ventilation hygroréglable, bien que permettant de réduire de manière assez conséquente la facture énergétique, peine souvent à maintenir une qualité d'air convenable. La ventilation naturelle qui semblait surdimensionnée donne cependant des performances moyennes par rapport à la VMC simple flux. Enfin, l'étude de l'influence de l'efficacité des systèmes de ventilation a permis de souligner l'importance de ce facteur dans le maintien d'une bonne qualité d'air à l'intérieur des bâtiments