Stratification thermique
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En pratique : Quelles sources sont attendues ? Comment ajouter mes sources ?La stratification thermique est la formation de couches (strates) de températures distinctes dans un fluide. La plupart des fluides ont une masse volumique (densité) qui diminue avec la température : si un fluide a une température inhomogÚne, en présence de la gravité, la partie chaude du fluide monte au-dessus de la partie froide. Dans une enceinte fermée (exemple : piÚce non ventilée), si la paroi haute est chaude et la paroi basse froide, une stratification thermique du fluide peut apparaßtre (si on inverse les parois haute et basse, un mouvement de convection naturelle devrait apparaßtre).
Ainsi, l'eau de surface des lacs ou de la mer au repos est plus chaude que l'eau Ă un mĂštre plus en profondeur, et l'air au niveau du plafond d'une piĂšce est plus chaud qu'au niveau du sol.
Stratification de l'air
[modifier | modifier le code]Stratification de l'eau
[modifier | modifier le code]Stratification d'un lac
[modifier | modifier le code]La stratification des lacs est la tendance des lacs à former des couches thermiques séparées et distinctes par temps chaud. Les lacs stratifiés présentent généralement trois couches distinctes : l'épilimnion comprenant la couche chaude supérieure, la thermocline (ou métalimnion), couche intermédiaire qui peut changer de profondeur tout au long de la journée, et l'hypolimnion, plus froid, s'étendant jusqu'au fond du lac.
Stratification thermique appliquée au bùtiment
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Dans le cas de l'air dans un bĂątiment, l'air chaud est moins dense que lâair froid : lâair chaud monte et lâair froid stagne au niveau du sol. La variation de tempĂ©rature peut atteindre 1 °C par mĂštre de hauteur (ainsi, pour une hauteur de 10 mĂštres entre le sol et le plafond, on peut constater une diffĂ©rence de tempĂ©rature de 10 °C).
Cette situation est préjudiciable :
- au confort des personnes (surtout s'il y a des niveaux différents) ;
- Ă la consommation dâĂ©nergie de chauffage nĂ©cessaire pour obtenir la tempĂ©rature de consigne. La surchauffe de l'atmosphĂšre haute (inutile) est alors une source de dĂ©perdition proportionnelle Ă l'Ă©cart de tempĂ©rature (involontaire).
Lâinstallation dâun systĂšme de dĂ©stratification, dĂ©plaçant lâair de la partie haute vers la partie basse, permet de faire descendre cet air chaud avec pour consĂ©quences[1] :
- une rĂ©duction importante de la tempĂ©rature haute, donc de la consommation dâĂ©nergie ;
- une augmentation sensible du confort des personnes (atmosphÚre plus réguliÚre) ;
- un meilleur pouvoir asséchant de l'atmosphÚre (par augmentation des flux d'air).
Ce systĂšme concerne principalement des locaux de l'industrie et doit ĂȘtre Ă©vitĂ© en cas de prĂ©sence de polluants (poussiĂšres, COV) dans l'air[1].
Locaux Ă forte stratification
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Tous les locaux de grande hauteur ont une stratification de la température importante : gymnases, salles de sport, lieux de culte, ateliers, amphithéùtres, cinémas... Pour la combattre, plusieurs techniques peuvent cohabiter pour rabattre la chaleur, en plus de ceux précités :
- diffusion avec un plus grand nombre de radiateurs pour en abaisser la température d'émission ;
- régularité de l'émission de la chaleur (température initiale de convection abaissée) ;
- systÚmes de rayonnements concentré-dirigés vers le bas par des réflecteurs ;
- systÚme de rayonnement réparti ;
- systÚme de rayonnement doux par le sol ;
- systÚme de récupération-collecte des flux d'air frais (systÚme de convection forcée ou canalisée).
Solutions
[modifier | modifier le code]Il existe aujourd'hui dans le commerce un grand nombre de systÚmes différents pour combattre la stratification en température. Cependant, rares sont les systÚmes alliant économie et confort.
Les systÚmes les plus courants sont :
- ventilo-brassage intelligent et régulé ;
- caissons aérothermes ;
- canons à air ;
- déstratificateur (récupération de l'air chaud au plafond en le renvoyant en permanence au sol)
Cas des stratifications bénéfiques
[modifier | modifier le code]Les réservoirs de stockage de chaleur tirent parti de ce phénomÚne (exemple : chauffe-eau domestique). Les couches chaudes transmettant peu leurs calories aux couches basses, l'utilisateur peut vider le réservoir (ballon) en abaissant peu la température de sortie. Faut-il encore que l'eau de remplissage soit introduite par le bas et sans provoquer de brassage.
Notes et références
[modifier | modifier le code]- 1 2 Pascale Maes, « Ventilation et traitement de l'air des bĂątiments industriels », Techniques de l'ingĂ©nieur,â (DOI 10.51257/a-v1-tba2788).
