Stratification thermique

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La stratification thermique est la répartition verticale de la température dans les liquides ou les fluides. La plupart des fluides ont ainsi une masse volumique (densité) qui diminue avec la température et en présence de la gravité le fluide chaud se retrouve au-dessus du fluide plus froid. Dans une enceinte fermée (exemple: pièce non ventilée) si la paroi haute est chaude et la paroi basse froide une stratification thermique du fluide peut apparaître (si on inverse la paroi haute et froide, un mouvement de convection naturelle devrait apparaître).

Ainsi, l'eau de surface des lacs ou de la mer au repos est plus chaude que l'eau à 1 mètre plus en profondeur et l'air au niveau du plafond d'une pièce est plus chaud qu'au niveau du sol.

Cas de la stratification de l'air dans un bâtiment[modifier | modifier le code]

Dans le cas de l'air dans un bâtiment, l'air chaud est plus léger que l’air froid : l’air chaud monte et l’air froid stagne au niveau du sol. La variation de température peut atteindre °C par mètre de hauteur (à titre d’exemple, pour une hauteur de 10 mètres entre le sol et le plafond, on peut constater une différence de température de 18 °C).

Cette situation est préjudiciable: - au confort des personnes (surtout s'il y a des niveaux différents). - à la consommation d’énergie de chauffage nécessaire pour obtenir la température de consigne. La surchauffe de l'atmosphère haute (inutile) est alors une source de déperdition proportionnelle à l'écart de température (involontaire)

L’installation d’un système de déstratification permet de faire descendre cet air chaud avec pour conséquences :

  • une réduction importante de la température haute, donc de la consommation d’énergie ;
  • une augmentation sensible du confort des personnes (atmosphère plus régulière).
  • un meilleur pouvoir asséchant de l'atmosphère (par augmentation des flux d'air).

En déplaçant l’air de la partie haute vers la partie basse, on homogénéise la température et on supprime les zones froides, c'est ce qu'on appelle la déstratification.

Stratification en température d'un local chauffé
Installation de destratification d'une église

Locaux à forte stratification[modifier | modifier le code]

Tous les locaux de grande hauteur ont une stratification de la température importante :

  • Gymnase ; Salle de sport ;
  • Lieu de culte;
  • Atelier ;
  • Amphithéâtre ;
  • Cinéma.

Pour la combattre, plusieurs techniques peuvent cohabiter en plus de ceux précité pour rabattre la chaleur :

  • - 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).
  • - Systèmes de rayonnements concentré-dirigés vers le bas par des réflecteurs.
  • - Système de rayonnement répartie.
  • - Système de rayonnement doux par le sol.
  • - Système de récupération-collecte des flux d'air frais = Système de convection forcé ou canalisé.

Solutions[modifier | modifier le code]

Il existe aujourd'hui dans le commerce un grand nombre de systèmes tous différents les uns des autres pour combattre la stratification en température. Cependant, rares sont les systèmes alliant économie et confort.

Local destratifié par un système de ventilo-brassage intelligent

Les systèmes les plus courants sont les suivants :

  • 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]

  1. - Réservoirs de stockage de calories (exemple ballons d'eau chaudes sanitaire). Les couches chaudes transmettent peu leurs calorie aux couches basses. Cela permet de 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 en plus qu'elle soit introduite sans provoquer de brassage.
  2. - En météo le courant de Gulf-Stream permet des climats particulièrement régulier et clément à des latitudes élevées.