12èmes Journées Internationales de Thermique ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Tanger, Maroc du 15 au 17 Novembre 2005 327 ETUDE EXPERIMENTALE DE L’INFLUENCE D’UN EMETTEUR DE CHALEUR SUR LE TRANSFERT DE PARTICULES EN AMBIANCE VENTILEE Mihai GUSTIUC, Sakina EL HAMDANI, Marc ABADIE, Karim LIMAM LEPTAB, Université de La Rochelle, Av. Michel Crépeau, 17042 La Rochelle Cedex 1, France mgustiuc@univ-lr.fr INTRODUCTION L’étude de la pollution particulaire de l’air à l’intérieur des bâtiments est complexe. En effet, il existe une interaction permanente entre la phase dispersée (les particules) et la phase porteuse (l’air). De plus, les différentes forces qui interviennent au cours de leur transport dans l’air ou de leurs contacts avec les parois sont difficilement quantifiables. De nombreuses études ont été menées dans des conditions isothermes qui malheureusement ne reflètent pas les conditions réelles rencontrées à l'intérieur des espaces habitables. Les phénomènes liés à l'existence des conditions non isothermes ont, pour leur part, été beaucoup moins explorés et on constate un manque de données expérimentales. Le peu de recherches réalisées, pour la plupart numériques, a révélé que l’introduction d’une hétérogénéité thermique peut présenter un impact significatif sur la dispersion particulaire ainsi que sur le dépôt dans une ambiance du bâtiment. Dans leurs travaux, [NAZAROFF et al (1989)] ont mis en évidence qu’une différence de température de seulement 1°C entre l’écoulement et une paroi peut jouer un rôle important sur la dispersion particulaire. Dans une récente étude numérique, [EINBERG (2004)] a montré que la présence d’une petite source de chaleur de 75W, représentant une personne assise, avait non seulement une influence sur la dispersion des particules sub-micrométriques mais aussi sur celle des particules plus grosse, jusqu’à une taille d’environ 10 microns. Dans ce contexte, le présent article s'attache à fournir des informations sur le rôle joué par un émetteur de chaleur sur la dispersion particulaire à l'intérieur d'une ambiance ventilée. Notre étude expérimentale s’intéresse à la variation de la concentration en particules polydispersées dans une enceinte soumise à une ventilation traversante avec la présence d’un émetteur de chaleur. Les résultats obtenus montrent bien que la présence d’un émetteur de chaleur change sensiblement la dynamique particulaire. PROTOCOLE EXPERIMENTAL La cellule test d’un volume d'environ 9 m 3 est équipée d’un système de ventilation dont les bouches de soufflage et de reprise (7×49cm 2 ) sont positionnées comme montré sur la figure 1. Les polluants particulaires utilisés sont des poudres polydispersés d’alumine de 0.65 et 0.85 microns selon D50. Trois compteurs de particules GRIMM 1.08, placés dans le plan vertical A (figure 1) à une hauteur de 1.30m et uniformément espacés sur la longueur de 2.5m, peuvent mesurer la concentration en particules ayant un diamètre aérodynamique compris entre 0.3 et 20 microns. L’émetteur de chaleur est un convecteur d’une puissance de 500W. Celui-ci permet d’augmenter la température de l’air intérieur d’une dizaine de degrés par rapport à la température à l’extérieur de la cellule. Cette dernière est restée constante et égale à 20°C au moment de la réalisation des mesures. La température a été mesurée à l’aide de huit sondes PT100 reliées à une centrale d’acquisition AOiP SA32. Les sondes, étalonnées pour une plage de température allant de 0°C à 40°C avec une précision de 0.1°C, ont été placées à proximité immédiate des parois, au centre de chaque face. Deux autres sondes de température ont été positionnées au-dessus du convecteur, la première à une hauteur de 1.45m et l’autre au niveau du plafond. La température a été également enregistrée au niveau des trois points de mesure de la concentration particulaire avec des sondes de température et d’humidité reliées aux trois compteurs de particules. Un variateur de tension couplé à un ventilateur de soufflage a permis d’établir un taux de renouvellement d’air de la cellule de 1.0h -1 . Celui-ci a été doublement estimé par la technique de la mesure de la décroissance d’un gaz traceur (SF6) et par la mesure directe des profils des vitesses dans la bouche de soufflage. Le protocole expérimental s'est articulé selon trois étapes : mise en température du local ventilé/non ventilé, injection des particules et brassage de l’air jusqu’à homogénéisation de la concentration dans le volume non ventilé, et remise en marche du système de ventilation (pour les cas avec ventilation) après l’arrêt du brassage. Deux stratégies de ventilation ont été prises en compte, à savoir : soufflage en bas de l'enceinte avec extraction dans la partie supérieure de la paroi opposée et soufflage en haut de la cellule avec extraction en partie inférieure de la paroi opposée (voir figure 1). Le cas sans ventilation a été également étudié à titre de comparaison. RESULTATS EXPERIMENTAUX Tout d’abord, il est important de noter que les concentrations mesurées par les trois compteurs de particules ont été identiques pour toutes les configurations étudiées. L’homogénéité spatiale de la concentration est bien assurée pour la présente étude. Ainsi, en l’absence de ventilation et des sources internes de production particulaire, la décroissance de la concentration peut être exprimée de la manière suivante : ) t exp( C ) t ( C d 0 λ − = où ) (t C représente la concentration en particules à l’instant t en nombre de particules/litre, 0 C est la concentration initiale à 0 = t , et d λ est une constante qui décrit le dépôt des particules (nommée constante de dépôt) mesurée en s -1 . Ce coefficient d λ inclut la