Étude CFD du système de ventilation d'une chambre d'hôpital pour réduire les infections et atteindre le confort thermique

Alkhalaf, Mustafa (2022). Étude CFD du système de ventilation d'une chambre d'hôpital pour réduire les infections et atteindre le confort thermique. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Département de mathématiques, informatique et génie, 85 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Dans la conception des bâtiments modernes, les systèmes de climatisation occupent un rôle central. Les systèmes de climatisation sont conçus en tenant compte des deux exigences essentielles aux habitats humains : le confort thermique et la qualité de l'air. Satisfaire ces deux exigences devient de plus en plus difficile surtout dans le contexte de nombreuses maladies aéroportées telles que la SARS-Covid-19. Le but de cette recherche numérique est de simuler différentes conceptions de ventilation avec trois débits 9, 12, et 15 ACH (nombre de changements d'air par heure) pour un modèle de chambre d'hôpital, tout en tenant compte des recherches antérieures. L'objectif ici est d'illustrer comment le réglage du débit d'air et le placement des diffuseurs peuvent affecter le confort thermique et l'élimination des polluants contenant principalement le dioxyde de carbone. Les équations de RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) avec le modèle de turbulence k-e, ont été utilisées comme modèle mathématique pour le flux d'air. Les conditions aux limites ont été extraites des références de ventilation de l'ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers Society) et des études antérieures. Contrairement à la croyance populaire, les données ont montré que l'augmentation de la ventilation n'améliorait pas nécessairement la distribution de l'air ou n'éliminait pas plus de polluants. L'élimination des polluants est fortement affectée par l'emplacement de l'exutoire. Selon le confort thermique, il existe une corrélation entre le débit d'air, la position de l'entrée et l'intensité de la turbulence. Il a été constaté que le cas à débit 9 ACH et le cas à débit 12 ACH présentaient la meilleure élimination des polluants. De plus, le confort thermique obtenu dans les deux derniers cas était le meilleur parmi les cas étudiés même si la cible n'a pas été atteinte. Il est à noter que pour ces deux cas, la sortie est située sous le niveau de la tête du patient, et l'air est introduit près du plafond sur le mur opposé. -- Mot(s) clé(s) en français : Confort thermique, Qualité de l'air, Simulation CFD, Chambre d'isolement, Élimination des contaminants. --
ABSTRACT : The main requirement in designing air conditioning systems is to provide thermal comfort to occupants. In addition, the elimination of pollution is one of the crucial health elements in building design, particularly in the presence of many airborne diseases such as Covid-19 lately. The purpose of this numerical research is to simulate various ventilation designs for a hospital room model by taking into account results obtained by previous researchers. Four designs with three flow rates 9, 12, and 15 ACH (Air Change per Hour), were applied to each. The objective is to determine the effect of airflow and the diffuser location distribution on the thermal comfort and pollutants elimination represented by carbon dioxide. Through SolidWorks Flow Simulation software, Reynold Averaged Navier Stokes (RANS) equations, along with the k-e turbulence model are used as the underlying mathematical model for the airflow. In addition, boundary conditions are extracted from ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers Society) ventilation publications and from relevant literature. Contrary to popular belief, the results of this study have demonstrated that the increase in ventilation does not necessarily improve air distribution or remove more contaminants. In addition, pollutant removal has been significantly affected by the outlet's location. Furthermore, a correlation has been deduced for thermal comfort between airflow, diffuser locations, and turbulence intensity. It has been found that case four at flow 9 ACH and case five at flow 12 ACH had the optimum removal of the contaminants. Although thermal comfort is not totally achieved inside the room, still the latter two cases are the best of the 12 cases. It is noteworthy to mention that for these two cases, the outlet is located below the level of the patient's head, and the air is supplied near the ceiling on the opposite wall. However, thermal comfort has not been entirely achieved in the occupied area too. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Thermal Comfort, Air Quality, CFD Simulation, Isolation Room, Contaminant Removal.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Ilinca, Adrian
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Hayyani, Mohamed Yasser
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en ingénierie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences appliquées (M. Sc. A.).
Mots-clés :	Chambres d'hôpital; Climatisation; Température; Polluants; Air; Épuration; Qualité; Aspect sanitaire; Modèles mathématiques; Simulation par ordinateur.
Départements et unités départementales :	Département de mathématiques, informatique et génie > Génie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	23 mai 2023 18:18
Dernière modification :	23 mai 2023 18:18
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2303

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