Génie Climatique – Entrepôt de matériel médical
Maintien en température d’un entrepôt de matériel médical pour Bio-Rad, à Mitry-Mory
La société d’innovation médicale Bio-Rad a fait appel à nous dans le but de maintenir une température précise dans leur hall réfrigéré destiné au stockage de produits médicaux. Le maintien en température uniforme et précis dans la zone de stockage permet de préserver la qualité des produits sensibles, de se conformer aux réglementations, et d’assurer la stabilité et l’efficacité à long terme des produits médicaux.
L’objectif de l’étude est donc d’utiliser des méthodes de simulation numérique (CFD) pour analyser les conditions thermoaérauliques du hall, et de développer des solutions techniques pour maintenir les températures en respectant des valeurs cibles spécifiques.
Génie Climatique d'un entrepôt de matériel médical
Année
2024
Client
IPSEN
Localisation
Mitry Mory
Typologie
Génie Climatique - Laboratoire
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Les études réalisées pour les grands bâtiments de stockage de matériel sensible à la température
L'importance d’une étude CFD pour le maintien d'une température homogène dans un entrepôt
Pour assurer le maintien d’une température homogène dans l’entrepôt, il est crucial de réaliser une étude CFD (Mécanique des fluides numérique). Cette approche permet de simuler et de visualiser en tous points de l’espace les flux d’air et les échanges thermiques à l’intérieur de l’entrepôt.
En comprenant pleinement ces flux thermiques, il devient possible de déterminer comment la température se propage et varie dans l’espace, ce qui aide à identifier les éventuelles zones sortant de la plage de valeur visée, ainsi que les causes de ces problèmes. Une fois ces problèmes détectés, des ajustements appropriés peuvent être apportés pour garantir une température adéquate et uniforme dans tout l’entrepôt.
Modélisation 3D de l'entrepôt
Pour réaliser cette étude CFD, une modélisation en 3D précise de l’ensemble de l’entrepôt est conçue par nos ingénieurs. Ensuite, une simulation numérique des mouvements et températures de l’air est réalisée en prenant en compte l’intégralité des paramètres intérieurs et extérieurs au système, ainsi que tous les phénomènes physiques rentrant en jeu, notamment les échanges thermiques avec l’extérieur, à travers les parois comme au niveau des ouvertures.
Les effets du phénomène de stratification de l’air
Une étude de stratification de l’air est essentielle dans le cadre d’une analyse thermoaéraulique d’un bâtiment à grande hauteur de plafond. En raison de la différence de densité de l’air en fonction de sa température, une stratification se forme naturellement, avec de l’air chaud accumulé dans les parties supérieures du bâtiment et de l’air froid demeurant au niveau du sol.
Cette stratification de l’air peut entraîner plusieurs problèmes. Premièrement, elle peut provoquer des variations de température significatives entre les différentes zones d’un bâtiment, rendant certaines parties trop chaudes ou trop froides. Cela peut affecter le confort des occupants et entraîner une surconsommation d’énergie pour maintenir une température homogène. Deuxièmement, la stratification de l’air peut également entraîner une mauvaise distribution de l’air frais et de l’air vicié, conduisant à une mauvaise qualité de l’air intérieur. Les contaminants peuvent s’accumuler dans les parties basses du bâtiment, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur la santé des occupants.
Pour remédier à ces problèmes, l’utilisation de systèmes de déstratification est indispensable. Les déstratificateurs sont des dispositifs utilisés pour perturber la stratification de l’air en mélangeant activement les couches d’air chaud et froid.
Ils permettent de réduire les différences de température entre les différentes zones du bâtiment et de garantir un meilleur confort thermique pour les occupants. De plus, les déstratificateurs permettent une meilleure ventilation et donc une réduction des risques liés à la présence de contaminants dans les parties basses du bâtiment.
Isosurface des vitesses à 1m/s
L’étude de redondance des systèmes de maîtrise climatique
La redondance des systèmes de maîtrise climatique est d’une importance cruciale dans le cadre de bâtiments de stockage de matériel sensibles à la température, tels que du matériel médical. La redondance fait référence à la présence de deux systèmes ou plus qui ont la capacité de remplir la même fonction. Dans le contexte des systèmes de maîtrise climatique, cela implique d’avoir des dispositifs de climatisation multiples et indépendants les uns des autres pour maintenir les conditions de température souhaitées.
L’importance de la redondance réside dans la fiabilité et la résilience accrues qu’elle offre. En cas de défaillance d’un système, les autres peuvent prendre le relais pour maintenir les conditions environnementales requises. Cela permet d’éviter les variations de température qui pourraient endommager le matériel sensible. En outre, cela réduit le risque de perte de matériel précieux et coûteux, et également de contribuer à la conformité réglementaire.
En utilisant une étude CFD, il est possible de vérifier si la redondance des systèmes de maîtrise climatique est suffisante pour maintenir des conditions environnementales stables dans l’ensemble du bâtiment. Ce type d’étude permet ainsi de simuler différentes situations, telles qu’une panne de système ou des charges thermiques supplémentaires, afin de vérifier si les systèmes de secours sont capables de maintenir les conditions de température requises. En identifiant les zones de faible performance et en optimisant les systèmes de redondance, il est possible de garantir une résilience totale en cas de panne.
Étude thermoaéraulique de l’entrepôt
Caractérisation précise du système étudié
Pour pouvoir analyser en détail les problématiques mentionnées précédemment, EOLIOS a mobilisé ses ingénieurs sur le site afin de réaliser divers relevés et observations. Tout d’abord, un relevé précis de l’aménagement du bâtiment a été effectué pour permettre une modélisation 3D complète de l’environnement.
Une attention particulière a été portée à l’agencement des racks de stockages, leur disposition pouvant avoir un impact significatif sur la circulation de l’air et la répartition de la température dans l’entrepôt. Cette modélisation permettra une modélisation précise des flux thermiques et aérauliques, ainsi que des interactions entre les différents éléments présents dans le hall de stockage.
Racks de stockage - Passage sous les rayonnements
Ensuite, l’aménagement de la ventilation existante a également fait l’objet d’un examen minutieux. Les ingénieurs ont évalué les systèmes de ventilation en place, identifiant les éventuels points faibles ou les zones où des améliorations peuvent être apportées. Enfin, une étude des conditions météorologiques de la zone a été réalisée afin de déterminer les températures extérieures les plus défavorables pour la conservation des médicaments à prendre en compte.
Des mesures de températures et de vitesses d’air ont aussi été relevées en différents points stratégiques du bâtiment afin de pouvoir valider expérimentalement nos résultats numériques.
Les différentes situations étudiées grâce à la CFD
Plan des températures - Sortie de gaine
Deux situations ont été étudiées, un cas correspondant aux températures extérieures maximales atteintes en été et un cas correspondant aux minimales atteintes en hiver. Les simulations réalisées en scénario estival ont permis de déterminer que le système de climatisation actuel était suffisant pour le palier aux fortes températures, l’ensemble des points de la pièce étant compris dans la plage de température visée, et que l’activation des déstratificateurs n’était pas nécessaire dans ce cadre.
Les simulations réalisées en scénario hivernal cependant ont mis en évidence, malgré une certaine homogénéité de températures, des zones sortantes de la plage ciblée. Des solutions techniques précises vis-à-vis de l’aménagement de l’espace et des systèmes de ventilation (température de soufflage, système de déstratification, redondance) ont alors pu être proposées et dimensionnées afin d’être les moins onéreuses possibles, tout en assurant efficacement le maintien en température de la zone de stockage dans les conditions les plus extrêmes, afin de garantir tout au long de l’année la qualité et la fiabilité des produits médicaux qui y sont stockés.
Synthèse vidéo de l'étude
Résumé de l'étude
La société d’innovation médicale Bio-Rad a fait appel à nous pour maintenir une température précise dans leur entrepôt réfrigéré à Mitry-Mory. Notre objectif était d’utiliser des méthodes de simulation numérique (CFD) pour analyser les conditions thermoaérauliques du hall et développer des solutions techniques pour maintenir les températures dans les valeurs cibles spécifiques.
Nous avons effectué des relevés précis de l’aménagement du bâtiment et une modélisation 3D complète de l’environnement, en tenant compte de l’agencement des racks de stockage. Une évaluation minutieuse de la ventilation existante a été réalisée, en identifiant les points faibles et les zones nécessitant des améliorations.
Les simulations en scénario estival ont montré que le système de climatisation actuel était suffisant pour faire face aux fortes températures. Cependant, en scénario hivernal, des zones sortaient de la plage ciblée. Nous avons donc proposé et dimensionné des solutions techniques précises, telles que des ajustements de l’aménagement de l’espace et des systèmes de ventilation, pour maintenir efficacement la température dans tout l’entrepôt.
Notre étude CFD nous permet de garantir la qualité et la fiabilité du stockage des produits médicaux tout au long de l’année, en assurant le maintien d’une température homogène et conforme aux réglementations.
