Verrerie – Cognac
Optimisation du confort thermique des opérateurs dans l'usine Verallia Cognac
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).
Verrerie de Cognac
Année
2024
Client
Localisation
France
Typologie
Verrerie
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Mesures préliminaires à l’analyse thermo-aéraulique
Audit thermoaéraulique du site
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.
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.
Audit fumigène des systèmes
Analyse météorologique
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.
Étude CFD des phénomènes thermoaérauliques dans l’usine
Simulation numérique des mouvements et températures de l’air
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.
Recherche des sources d’inconfort thermique
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.
Optimisation de la conception existante pour améliorer le confort thermique en hiver
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.
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.
Optimisation de la ventilation estivale pour éviter la stagnation de chaleur
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.
Optimisation énergétique d’un bâtiment type verrerie
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.
Synthèse vidéo de l'étude
Résumé de l'étude
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.
