Aide aux choix de conception de bâtiments économes en énergie

par Maxime Trocmé

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Bruno Peuportier.

Soutenue en 2009

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Dans un contexte de raréfaction des ressources énergétiques et d'objectifs de diminution par 4 des émissions de gaz à effet de serre, le problème posé aux acteurs de l'industrie du bâtiment est d'élaborer des concepts de bâtiments à forte efficacité énergétique et de disposer des outils d'ingénierie capables de les évaluer. De nombreuses études et retours d'expériences sur des bâtiments atteignant des besoins annuels de chauffage inférieurs à 50 kWh. M-2. (incluant chauffage, climatisation, eau chaude sanitaire, éclairage et ventilation) montrent que la diminution des consommations énergétiques passe par une conception architecturale prenant en compte la compacité du bâtiment et la gestion des apports d'énergie passifs, une sur-isolation de l'enveloppe, la mise en place de free-cooling et d'une ventilation double-flux avec récupération de chaleur. Les performances de cette dernière technologie sont directement affectées par le renouvellement d'air naturel à travers les défautsd'étanchéité de l'enveloppe. Il paraît donc primordial de procéder à une évaluation plus fine de ces phénomènes. Un modèle de simulation aéraulique multizone est développé. Il permet d'évaluer les débits d'air dans le bâtiment et s'insère dans un outil d'aide à la conception thermique, COMFIE. Ce modèle est basé sur les hypothèses du mélange parfait et de la conservation de la masse pour chaque zone du bâtiment. Les débits d'air entre deux zones s'expriment en fonction de la différence de pression (causée par le vent et le tirage thermique) entre ces zones. Plusieurs sortes de connexions aérauliques sont implémentées dont les fissures, les entrées d'air et les grandes ouvertures. Le modèle aéraulique utilise les températures du modèle thermique pour qui les débits d'air sont aussi une donnée d'entrée. Les deux modèles sont donc couplés, via une méthode synchrone, jusqu'à ce qu'un critère de convergence soit atteint. Deux études de cas permettent de présenter les fonctionnalités du modèles : une opération de logement et un ‘‘concept building'' de bâtiment urbain performant

  • Titre traduit

    Assisting low energy consumption building design


  • Résumé

    In order to respond to global warming and natural resources depletion challenges, industrials from the building sector need to propose an adequate offer. Energy simulation tools can support this process. Various studies and real cases show that a high performance level, e. G. Primary energy consumption below 50 kWh. M-² per year (including heating, cooling, domestic hot water, lighting and ventilation), can be reached by appropriate architecture combined with high insulation, free cooling and heat recovery on exhaust air. This last technology is particularly affected by airflows across the building envelope caused by a low air tightness. Thermal modelling tools need therefore to deal with this issue precisely. A multizone model has been developed to compute building airflows in order to evaluate them with a higher degree of precision in the frame of a simplified simulation tool that can be used in early design phases. This model is based on the well-mixed zones assumption and mass conservation principles. The air flow rate between two zones is expressed as a function of the pressure drop between those two zones. Wind pressure and buoyancy effects are the causes of pressure drops. Several types of connections are implemented: cracks, ventilation inlets, large openings. This model has been implemented in the thermal building simulation tool COMFIE. The airflow model uses the zone temperatures as an input and reciprocally the thermal model requires the airflows. Both models run therefore at each time step until convergence is reached using a synchronous coupling method. Two case studies are presented. First, the case of a residential building, project of Vinci Construction France where the influence of air tightness on heating loads is being studied. Then the case of a concept building, Effibat, being developed by Vinci Construction France and MINES ParisTech. This building is an urban dwelling building including an atrium. Natural ventilation is used to cool the building at night in summer and the model aims at evaluating the resulting comfort level

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  • Détails : 1 vol. (148 p.)

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