Modélisation thermoaéraulique système 0D et 1D

Une expertise au cœur de nos moyens expérimentaux

Le CETIAT développe des modèles système 0D/1D pour analyser et prédire le comportement réel des équipements thermiques (chaudières, pompes à chaleur PAC, PAC hybrides, …), aérauliques (réseau d’air, ventilateurs), HVAC (centrale de traitement d’air) et industriels (séchage, récupération d’énergie …). Cette approche dynamique restitue les échanges thermiques et fluidiques, les phases transitoires, les effets de commande et l’influence des conditions d’usage. 

Appuyée sur les mesures de nos plateformes d’essais et sur l’expertise multidisciplinaire de nos ingénieurs, la modélisation 0D/1D offre une compréhension fiable et exploitable du fonctionnement global des systèmes. Elle constitue un outil efficace pour optimiser, dimensionner ou améliorer vos équipements et installations. 

Une approche multiphysique et systémique 

La modélisation système s’inscrit au CETIAT dans une démarche globale qui dépasse l’analyse de chaque composant pour considérer le fonctionnement du système complet, éventuellement, au sein de son environnement, incluant, lorsque pertinent, le bâtiment et ses occupants. 

Cette approche multi-échelle relie les phénomènes internes au comportement global d’une installation, ainsi qu’au comportement thermique et aéraulique du bâtiment lorsque pertinent, en intégrant les effets thermiques, fluidiques, énergétiques et de pilotage. 

Elle permet de :

• comprendre les interactions entre composants au sein d’un réseau complexe (hydraulique, aéraulique, thermique), et leur impact sur le confort, la qualité de l’air et le fonctionnement global du bâtiment, 
• analyser et optimiser les systèmes de ventilation intelligents, incluant la conception et la régulation (CAV, VAV, DCV),  
• mettre en œuvre des stratégies de régulation basées sur la Qualité de l’Air Intérieur (CO₂, COV, humidité, PM2.5, formaldéhyde), 
• prédire et améliorer la Qualité de l’Air Intérieur (QAI), et le confort thermique et aéraulique selon le cas,  
• apprécier l’évolution du système face aux variations de charge, de fonctionnement ou d’environnement, 
• simuler des scénarii représentatifs d’usage réel (conditions climatiques, charges, profils d’occupation, stratégies de commande), 
• relier les phénomènes internes aux performances globales : rendement, consommation, confort, stabilité, qualité d’air, bruit, 
• optimiser la performance du système dans sa globalité, au-delà de l’amélioration d’un seul composant.

Ventilation 

• Analyse et dimensionnement des réseaux aérauliques 
• Dynamique des débits, variations de pression, interactions ventilateurs–réseau 
• Évaluation de la qualité de l’air via scénarios de renouvellement 
• Études de confort dans les environnements ventilés 

Cas d’étude : modélisation de la ventilation d’une salle de classe équipée d’un système double flux modulé en fonction du niveau de CO₂. La salle, d’une surface de 60 m², est occupée par 2 adultes et 28 enfants. Les sources de polluants prises en compte incluent les émissions des occupants (métabolisme et activités), le mobilier ainsi que les apports extérieurs. L’étude permet d’évaluer et d’optimiser les stratégies de régulation du système, en tenant compte de la Qualité de l’Air Intérieur.

Cas d’étude : modélisation d’un banc aéraulique et comparaison aux mesures réalisées.

Banc aéraulique

Modélisation et simulation

Génie climatique (HVAC)

• PAC : modélisation des composants internes de la pompe à chaleur pour améliorer la conception du système (optimisation du dimensionnement) et prédire le comportement en conditions normatives ou réelles de fonctionnement 
• Chaudières : simulation du comportement du système avec des mélanges de gaz avec Hydrogène et gaz naturel et prédiction des performances en mode chauffage ou production d’eau chaude sanitaire 
• PAC hybrides : simulation d’un couplage pompe à chaleur avec chaudière pour l’optimisation du dimensionnement des générateurs et des paramètres de régulation  
• Boucles thermiques (chauffage, refroidissement) 
• Régulation et pilotage des systèmes multiénergies : PAC électrique, chaudière à gaz, capteurs solaires et stockage de chaleur ou d’électricité 
• Analyse énergétique saisonnière et comportements transitoires : étude du givrage des évaporateurs, étude de l’impact de la récupération de chaleur et de l’évolution de la température extérieure 
• Détermination des performances énergétiques par simulation des gammes de produit et assemblages 

Cas d’étude : simulation d’une PAC au R134a en mode production d’ECS avec ballon de stockage avec les conditions de la norme EN 16147. Analyse de la répartition de la charge du fluide et de l’évolution de la stratification dans le ballon en fonction du temps. 

Cas d’étude : simulation de chaudières à gaz en mode production d’ECS selon la norme EN 13203-2. La comparaison entre les résultats de simulation et les performances mesurées sur 9 appareils différents permet de valider le modèle. 

Procédés et systèmes industriels 

• Systèmes de chauffage, refroidissement ou séchage 
• Circuits fluidiques complexes 
• Analyse des transitoires en conditions de production 
• Optimisation énergétique des procédés 
• Décarbonation du séchage, avec étude de l’impact sur la cinétique de séchage du produit ou encore sur la régulation 

Cas d’étude : analyse du potentiel de récupération de chaleur d’un sécheur : 

Situation initiale

Avec récupération de chaleur