Dans ce billet, nous montrerons un exemple de simulation d’un système CVC à l’aide de la Dynamique des Fluides Numérique (CFD). Dans cet exemple, nous analyserons une enceinte avec quelques éléments internes, comme on peut le voir sur l’image. Nous comparerons un système de chauffage par ventilateur avec un système de chauffage par le sol. Nous montrerons les principaux aspects à prendre en compte à partir de notre expérience en matière de simulation CVC.
Cet article sera suivi d’un tutoriel plus détaillé dans notre section Téléchargements où vous pourrez voir les étapes à suivre dans le logiciel Cradle ScStream.
Préparation du modèle CFD
Après l’importation de la géométrie, l’étape suivante consiste à attribuer les matériaux aux enceintes et aux objets. Dans le cas des solides, il suffit d’attribuer le matériau à partir de la bibliothèque Cradle, puisque toutes les propriétés thermiques y sont déjà décrites. Pour les éléments de type panneau, une épaisseur doit être attribuée à des fins thermiques. Cette option permet de maintenir la précision de l’étude thermique tout en réduisant le nombre d’éléments et en améliorant la vitesse de calcul.
Pour tenir compte de la convection avec l’extérieur, le domaine a été étendu au-delà des murs. Pour les bords latéraux et supérieurs, l’air est réglé pour entrer à 10oC. Le sol est soumis à une température constante, qui peut être différente de celle de l’air extérieur.
Pour le maillage dans ce type de simulations, il est pratique de définir une zone intérieure à l’intérieur du navire où nous prenons une taille d’élément fine et une zone extérieure avec un maillage plus grossier comme le montre l’image suivante. Un total de 500 000 éléments est utilisé pour cet exemple.
Définition des systèmes CVC
Dans le cas du chauffage par le sol, à partir du panneau, on peut régler la puissance en W/m2 ou une température fixe correspondant au fonctionnement du système. En fonction des données disponibles chez le fabricant, on peut choisir l’un ou l’autre.
Pour les aérothermes, les géométries sont définies et les surfaces d’entrée et de sortie d’air sont attribuées. Dans ce cas, nous avons placé l’air d’alimentation à l’horizontale, mais il est possible de le modifier sans problème pour lui donner un angle sans changer la géométrie. Ce système est illustré dans l’image suivante.
Simulation CFD et résultats
Le meilleur indicateur de l’atteinte d’un état stable dans ces simulations est la température moyenne à l’intérieur du navire. Celle-ci doit être analysée en même temps que d’autres indicateurs numériques pour qu’une simulation soit considérée comme valide.
Une fois la simulation terminée, il est possible d’obtenir des cartes de résultats pour un grand nombre de variables liées à l’efficacité énergétique des systèmes et au confort thermique fourni par les alternatives. À titre d’exemple, nous montrerons la température de fonctionnement et le vote moyen prédit dans deux plans représentatifs.
A gauche, nous voyons les résultats du système de chauffage par ventilateur et à droite les résultats du système de chauffage par le sol pour la première température :
Ensuite, pour le vote moyen prédit (PMV) :
La simulation CVC permet de conclure que le système de chauffage par le sol est une meilleure solution pour le confort thermique, avec les puissances placées pour chaque proposition.
Dans les étapes ultérieures d’une étude de climatisation, les causes de cette différence doivent être analysées et les modifications de l’équipement dimensionné doivent être évaluées. A la fin des étapes d’optimisation, les aspects économiques et d’efficacité des alternatives doivent également être évalués, et les informations obtenues permettront de prendre une meilleure décision quant au système le plus approprié.
