Contribution à la modélisation du comportement thermique des bâtiments par couplage de modèles réduits

par Christophe Ménézo

Thèse de doctorat en Conception en bâtiment et techniques urbaines

Sous la direction de Jean-Jacques Roux.

Soutenue en 1999

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Dans le domaine de la thermique du bâtiment, la modélisation fait face à un accroissement de la complexité des systèmes. En effet, l'évolution des capacités de résolution des machines accompagne celle des logiciels mis à la disposition des ingénieurs. Les logiciels d'aide à la conception destinés aux bureaux d'études en thermique du bâtiment, couplés à des interfaces de type CAO, vont bientôt permettre le traitement fin d'études importantes. La géométrie complexe des bâtiments fait que, dans un tel contexte de modélisation, l'ensemble des phénomènes de conduction, de rayonnement et de transferts de chaleur liés aux transferts de masse, en régime dynamique, entraîne la résolution de systèmes de très grandes tailles. Ce constat nous a conduit à la proposition de l11. . . Mise en œuvre de techniques de réduction de modèle de connaissance afin de parvenir à un compromis entre la précision des modèles et les capacités des moyens informatiques dont les concepteurs disposent. La caractérisation des mécanismes de couplage des systèmes thermiques est indispensable pour réduire les volumes de calculs. Cette analyse conduit à la décomposition du système bâtiment en composants thermiques élémentaires et rend possible la réduction de modèles locaux. Fondée sur une approche modale, les techniques de réduction, issues du domaine de l'automatique, sont bien adaptées au traitement des modèles de connaissance linéaires associés aux phénomènes de conduction. Ce travail porte donc plus particulièrement sur la réduction des modèles associés à l'enveloppe des bâtiments. Deux stratégies de couplage aux autres modes de transferts de chaleur sont ensuite analysées en fonction du niveau de modélisation envisagé. La stratégie permettant d'intégrer les non linéarités des conditions aux limites des modèles locaux est validée sur la modélisation du comportement énergétique d'une cellule expérimentale à l'échelle 1. Ce travail s'ouvre, en termes de perspectives à l'intégration de modèles simplifiés d'aéraulique (modèles zonaux) dans les codes de calculs généraux du comportement thermo-aéraulique des bâtiments.

  • Titre traduit

    = Contribution to the modeling of the thermal behavior of buildings by coupling reduced models


  • Résumé

    In the field of building• physics, modeling needs to face more and more complex systems. Indeed, improvement in machine resolution capacities follows software improvement. Assisted computation software dedicated to study offices in buildings thermal will soon allow precise processing of important studies. In relation to the diversity of building geometry and their huge space, the ensemble of conduction and radiation phenomenon, combined with heat transfers linked to mass transfers in dynamic behavior, lead to resolution of systems of major complexity. This led us to set up reduction tools of state models in order to get a compromise between precision and availability in computation capacities. Characterization of thermal coupling mechanisms is indispensable for reducing computation time. This approach drives to a decomposition of the building system in thermal elementary components and allows local models reduction. Based on a modal analysis, the reducing techniques, originating from automation field, fit well with linear models associated with conduction phenomenon. This work mainly deals with reduction models associated with buildings' envelop. Two strategies of coupling with the other heat transfer modes are then studied as a function of modeling level. The strategy allowing the integration of non-linear limit conditions of local models is validated with the energetic behavior of an experimental cell to scale. This work opens perspectives for the integration of simplified models of mass transfers (zonal models), in the general calculation codes dedicated to the global comportment of buildings.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (260 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. P

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2267)
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