Optimisation du confort thermique des opérateurs et de l'efficacité énergétique de l'usine Verallia Cognac, dans le contexte d'un passage d'un four à gaz à un four électrique.
L'objectif principal de l'étude est de mettre en place des solutions pour optimiser le confort thermique des opérateurs autour de leur poste de travail, tant dans le bout froid que dans le bout chaud de l'usine. Cela inclut également l'optimisation des consommations d'énergie liées à la gestion climatique de l'usine. Une attention particulière est portée à la conception des entrées d'air spécifiques pour un remplacement de four à gaz en four électrique.
Un objectif secondaire est de limiter les effets de courants d'air dans les zones de processus sensibles, qui peuvent avoir un impact négatif sur les opérations de production et causer des défauts récurrents.
La complexité des phénomènes thermoaérauliques dans le dimensionnement est due à de nombreux facteurs tels que les températures radiantes des parois, le tirage thermique, la pression du vent, la résistance interne à l'écoulement d'air vertical, les caractéristiques des ouvertures de l'enveloppe du bâtiment, le terrain local ou encore la protection contre le vent. Dans cet environnement où le bâtiment n'est pas régulé thermiquement, le contrôle des ambiances se fait principalement par l'apport d'air frais par tirage naturel vers les aérateurs statiques en toiture et par ventilation forcée (extraction ou insufflation).
L'essentiel. EOLIOS optimise le confort thermique des opérateurs et l'efficacité énergétique de la verrerie Verallia Cognac, dans le contexte du passage d'un four à gaz à un four électrique. Audit sur site (tests fumigènes, caméra thermique) et modèle CFD 3D ont montré que l'arrêt du four à gaz inverse l'aérateur statique en entrée d'air. Régulation des ventelles et cloisonnement bout chaud / bout froid rétablissent le confort en hiver et réduisent la facture énergétique.
Pour évaluer les mouvements de l'air, des tests fumigènes ont été effectués afin de visualiser les trajectoires de l'air et d'identifier d'éventuelles zones de stagnation ou de mauvaise ventilation pouvant engendrer une mauvaise qualité de l'air dans ces zones.
Le test fumigène libère une fumée tracéuse non polluante pour rendre visibles les trajectoires réelles de l'air. Il révèle les zones de stagnation et les circulations parasites entre les différentes zones de l'usine, imperceptibles à l'œil nu.
De plus, des caméras thermiques ont été utilisées pour visualiser les températures de parois et pour identifier les zones de forts apports ou déperdition thermique. Ces informations ont été utilisées pour quantifier les phénomènes thermiques et les zones présentant des points chauds et points froids.
L'audit aéraulique a permis de mettre en évidence les zones où des améliorations sont nécessaires pour optimiser la ventilation, la température et la qualité de l'air dans l'usine. Des recommandations ont été formulées pour remédier aux problèmes détectés et améliorer ainsi les conditions de travail des opérateurs et l'efficacité énergétique des installations.
Les données climatologiques de la station météorologique de Cognac-Châteaubernard sont utilisées pour définir les conditions climatiques extérieures nécessaires à l'étude des ventilations de l'usine.
La vitesse et la direction des vents ainsi que la température minimale moyenne en hiver et la température maximale moyenne en été ont été relevées, ainsi que les pics de températures les plus extrêmes atteints.
Ces données sont essentielles pour déterminer les conditions climatiques réelles et adapter les stratégies de ventilation et de climatisation afin d'assurer le confort des opérateurs dans l'usine tout au long de l'année.
La mécanique des fluides numérique (ou CFD) regroupe l'ensemble des méthodes numériques utilisées pour étudier les écoulements de fluides dans un environnement donné. Les équations régissant ces écoulements ne pouvant être résolues analytiquement, la méthode des éléments finis permet de les résoudre numériquement.
Dans le domaine du bâtiment, une étude CFD peut fournir aux concepteurs des informations précises sur les vitesses d'air, les pressions et les températures qui se produiront à l'intérieur et autour des systèmes étudiés. Ce type d'étude est notamment particulièrement utile pour étudier la conception des systèmes de ventilation et de climatisation dans de grands espaces. Elles permettent d'optimiser le confort intérieur en vérifiant que les entrées et sorties d'air assurent une ventilation adéquate du volume, garantissant ainsi un confort optimal pour les occupants. Ces simulations sont essentielles pour assurer une conception efficace, contribuant ainsi à améliorer l'efficacité énergétique et le bien-être des utilisateurs.
Dans le cadre de l'étude, un modèle 3D a été créé à partir des plans et des coupes fournis, en incluant la géométrie du site et de son environnement dans un rayon de 300 mètres. Pour cette étude, les types de parois, les surfaces ouvertes sur l'extérieur, les points de soufflage, les reprises et tout système rejetant des calories dans l'espace, identifié lors de l'audit, sont modélisés et pris en compte de manière précise.
Un aérateur statique (ou lanterneau en toiture) évacue l'air chaud par tirage thermique, sans moteur. Son sens de fonctionnement dépend du tirage : à four éteint, il peut s'inverser en entrée d'air. Son étude relève du dimensionnement des aérateurs statiques.
Après vérification de la précision et de l'efficacité du modèle de simulation utilisé pour l'étude CFD en comparant les premiers résultats aux mesures réalisées sur place lors de l'audit, des simulations sont réalisées sur la configuration actuelle de l'usine en situation hivernale. Il apparaît que l'arrêt du four à gaz réduit le tirage thermique et l'aérateur statique rentre donc en entrée d'air et vient ramener l'air frais ainsi que les polluants, en plus de perturber les flux d'air dans l'usine.
De plus, nos études ont aussi montré que les principaux problèmes vis-à-vis du confort thermique des opérateurs venaient dans un premier temps du manque de régulation sur les ventelles, générant en hiver des entrées d'air indésirables. Une autre cause à ces problèmes est l'ouverture considérable entre le bout chaud et le bout froid, créant d'importants déplacements d'air entre l'un et l'autre venant perturber grandement les flux d'air des systèmes de chauffages du bout froid, engendrant des zones mortes, résultant en zone d'inconfort pour les opérateurs.
Une nouvelle simulation hivernale a été réalisée impliquant l'ajout de solutions pour bloquer la propagation de l'air frais rentrant par les ventelles ainsi qu'un cloisonnement permettant de séparer plus efficacement le bout chaud du bout froid. Cette simulation démontre une nette amélioration de l'efficacité des systèmes de chauffages dans la zone où travaillent les opérateurs grâce aux solutions techniques proposées.
Dans une verrerie, le bout chaud désigne le four et le formage du verre en fusion ; le bout froid, le recuit, le contrôle et l'emballage. Gérer les échanges d'air entre ces deux zones aux besoins thermiques opposés est l'un des enjeux clés de l'étude.
De plus, une autre simulation a aussi permis de montrer qu'avec l'activation du nouveau four électrique, le tirage thermique est suffisant pour le bon fonctionnement de l'aérateur statique en extraction d'air, supprimant le flux d'air parasite généré précédemment dans la zone de travail.
Les données climatologiques de la station météorologique de Dunkerque sont d'une importance capitale pour définir les conditions climatiques extérieures nécessaires à l'étude des ventilations de l'usine. Les informations collectées comprennent la vitesse et la direction des vents, ainsi que la température minimale moyenne en hiver et la température maximale moyenne en été.
De plus, les pics de températures les plus extrêmes enregistrés sont également pris en compte. Ces données jouent un rôle crucial dans l'adaptation des stratégies de ventilation et de climatisation afin de garantir le confort optimal des opérateurs de l'usine tout au long de l'année.
Ce type d'étude CFD sur la thermoaéraulique du bâtiment permet d'améliorer grandement l'efficacité énergétique en minimisant les pertes d'énergie et en maximisant l'utilisation de la chaleur générée, ce qui améliore la performance énergétique globale du processus de production. Ainsi, l'optimisation énergétique d'un bâtiment type verrerie présente de nombreux avantages. Cela permet en premier lieu de réduire les coûts énergétiques en optimisant les installations, les processus de chauffage et les échanges thermiques entre le bout chaud et le bout froid, entraînant ainsi des économies sur la facture énergétique liée au chauffage du bout froid.
Par ailleurs, l'optimisation énergétique contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre en diminuant la demande d'énergie et en limitant les émissions de CO2 et d'autres polluants provenant de la combustion des combustibles fossiles. Enfin, l'amélioration de la durabilité environnementale de l'entreprise grâce à des mesures d'optimisation énergétique permet de répondre aux attentes des clients et des parties prenantes en matière de pratiques durables, renforçant ainsi l'image de l'entreprise. L'optimisation énergétique d'une verrerie offre donc des bénéfices significatifs tant sur le plan économique que sur le plan environnemental.
À retenir. Dans une verrerie, changer de four rebat les équilibres aérauliques : c'est la régulation des ventelles et le cloisonnement entre bout chaud et bout froid, plus que le chauffage d'appoint, qui rétablissent le confort des opérateurs tout en réduisant la consommation d'énergie.
Ventilation naturelle, transition four gaz/électrique et confort thermique en verrerie.
Le bâtiment n'étant pas régulé thermiquement, la ventilation naturelle par tirage vers les aérateurs en toiture assure l'essentiel du renouvellement d'air, complétée par une ventilation forcée là où le tirage seul ne suffit pas. Une démarche voisine a été conduite sur notre projet ventilation naturelle d'une usine sidérurgique.
Un four à gaz dégage beaucoup de chaleur et entretient un fort tirage thermique. À l'arrêt, l'aérateur statique s'inverse en entrée d'air et ramène air frais et polluants. Le four électrique rétablit un tirage suffisant pour que l'aérateur reparte en extraction.
Le bout chaud regroupe le four et le formage du verre en fusion ; le bout froid, le recuit, le contrôle et l'emballage. Une ouverture trop large entre les deux crée des déplacements d'air qui perturbent le chauffage du bout froid.
L'étude préconise de réguler les ventelles pour bloquer les entrées d'air indésirables en hiver et de cloisonner le bout chaud et le bout froid, ce qui améliore nettement l'efficacité des systèmes de chauffage dans la zone de travail.
En limitant les pertes de chaleur du bout froid et en tirant parti de la chaleur déjà produite, la ventilation optimisée réduit le recours au chauffage d'appoint, donc la consommation d'énergie et les émissions de CO2 associées.
Explorez nos expertises, projets et dossiers techniques pour aller plus loin que la FAQ.
L'étude vise à améliorer le confort thermique des opérateurs tout en renforçant l'efficacité énergétique. La transition d'un four à gaz à un four électrique est planifiée pour optimiser les conditions thermiques. Veiller à réduire les courants d'air dans les zones sensibles est un objectif complémentaire pour éviter les perturbations de la production. Toute complexité des phénomènes thermoaérauliques est étudiée, prenant en compte des éléments tels que les températures des parois, le tirage thermique et la pression du vent. Dans ce contexte non régulé thermiquement, l'apport d'air frais par les aérateurs en toiture et la ventilation forcée sont des stratégies clés pour réguler l'environnement.
Expertises CFD, projets livrés et dossiers techniques : tout le domaine Industries, réuni en un point d'accès.
Le plus simple, c'est d'en discuter ensemble. Nos ingénieurs vous répondent avec une première lecture technique.
