Développement et évaluation numérique et expérimentale de stratégies de régulation de la ventilation hybride

Abstract

Les systèmes de ventilation sont des composants essentiels à prendre en compte lors de la conception des bâtiments. En effet, alors que la ventilation a longtemps été associée à la qualité de l'air intérieur, on constate un intérêt grandissant pour la ventilation pour le confort d'été. Dans le cas des systèmes de ventilation hybride, la coexistence de deux modes de ventilation différents associée à des objectifs d'économie d'énergie nécessitent une meilleure évoluée. Notre étude vise le développement et l'évaluation sur le plan numérique et expérimental de plusieurs architectures de contrôleurs pour la gestion de la ventilation hybride. Dans un premier temps, nous effectuons un choix des paramètres, des types de contrôleurs et de la méthode d'évaluation à travers un rappel des principes fondamentaux des différents composants intervenant dans cette gestion (confort thermique, qualité de l'air, systèmes de ventilation et techniques de contrôle). Nous présentons ensuite les outils numériques (modèle thermoaéraulique HYBCELL1.0) et expérimentaux (cellule HYBCELL) développés afin d'élaborer et d'évaluer les architectures de contrôle. Une première approche de stratégies de contrôle de la ventilation hybride basées sur des contrôleurs simples pour un cas fictif montre les limites des techniques de contrôle et des méthodes d'évaluation simples. Nous nous intéressons ensuite au développement d'architectures de contrôle plus complexes (contrôleurs logiques, contrôleurs flous hiérarchiques). Pour permettre une évaluation objective sur plusieurs critères, nous avons construit deux fonctions de performance. Les performances relatives des différentes architectures sont étudiées grâce à une étude de sensibilité. Enfin, sont présentés les résultats d'une évaluation expérimentale des contrôleurs développés, en conditions hivernales.Whereas in the past, ventilation was automatically linked to indoor air quality control, there is nowadays more interest in ventilation as an energy efficient strategy to achieve thermal comfort in summer. To reach these targets and manage hybrid ventilation systems, advanced control strategies are therefore needed. In this study, we aim to develop and to assess several architectures of controllers for hybrid ventilation numerically and experimentally. In order to carry out a choice of control parameters and evaluation techniques, we first make a review of thermal comfort, indoor air quality and control principles. Then, we present the numerical tool (HYBCELL1.0) and the experimental device (HYBCELL test cell) conceived in order to develop and to assess architectures of controller for hybrid ventilation. As a first approach, simple control strategies are tested using a fictive building. More complex control strategies based on logical and hierarchical fuzzy controllers are then developed. To allow an objective evaluation of the controllers using comfort, indoor air quality, energy and stability creterias, two fitness functions were used. The relative performances of developped architectures are then studied using a sensitivity study. Finaly, the results of an experimental evaluation of the developed controllers under winter climat are presentedVILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF