Vers une conception rationnelle des bâtiments à basse consommation d'énergie : méthodologie d'évaluation des performances thermiques

Toward a rational design of low energy buildings : thermal performance evaluation methodology

• Auteur / Autrice : Issa Jaffal
• Direction : Christian Inard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : La Rochelle

Mots clés

Mots clés contrôlés

Climatisation

Thermique

Habitations -- Consommation d'énergie

Résumé

Le secteur du bâtiment possède un grand potentiel de réduction de la consommation d’énergie. Un choix rationnel parmi les nombreuses solutions possibles s’avère être un problème essentiel mais complexe, nécessitant une évaluation des impacts des très nombreuses options sur les aspects performantiels du bâtiment. Ce travail propose une méthodologie d’évaluation des performances thermiques adaptée à une conception rationnelle des bâtiments. Les modèles développés allient plusieurs exigences, notamment la rapidité et la précision. Le choix des paramètres est issu d’étude des flux thermiques dans le bâtiment. La méthode est appliquée à l’évaluation des besoins de chauffage d’une maison individuelle pour trois types de climat français. Les coefficients des modèles sont identifiés avec un nombre limité de simulations dynamiques l’aide de la méthode des plans d’expériences. La meilleure précision obtenue est de l’ordre d’un dixième de kWh/m²an. Les modèles permettent d’analyser les effets des paramètres sur les besoins de chauffage et d’avoir une meilleure compréhension de l’influence des flux thermiques dans le bâtiment. L’application de la méthode à l’évaluation des besoins de climatisation et du confort thermique d’été dans un logement montre une précision du même ordre que celle obtenue avec les besoins de chauffage. Enfin, un outil prototype de choix de solutions, basé sur les modèles étudiés, est proposé. Il permet de guider le choix des solutions d’une manière évolutive à partir des performances souhaitées par les concepteurs.

The building sector has a high potential to reduce energy consumption. A rational choice among the design alternatives is an essential but complex issue, requiring the evaluation of the impact of a large number of alternatives on the different performance aspects of the building. This work proposes a methodology to evaluate thermal performance adaptable to a rational building design. The developed models satisfy several requirements including speed and accuracy. The choice of parameters is derived from the study of the heat flow in buildings. The method is applied to evaluate the heating demand of a single family house for three types of French climate. The coefficients of the models are identified with a low number of dynamic simulations using the design of experiment method. The best obtained accuracy is around the tenth of kWh/m²year. The models can analyze the effect of the different parameters on the heating demand. They also allow a better understanding of the influence of building heat flow. The application of the method to evaluate the cooling demand and the summer thermal comfort in a residential apartment shows an accuracy of the same order of magnitude as the one obtained with the heating demand. Finally, a prototype tool for choosing solutions based on the studied models is proposed. It allows guiding an evolutionary choice of solutions from a desired performance of the building designers.