Développement, caractérisation et évaluation d’éléments de façades commutables

Development, characterization and evaluation of switchable façade elements

• Auteur / Autrice : Thibault Pflug
• Direction : Monica Siroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 06/07/2016
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Dominique Marchio
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tilmann Kuhn, Christoph Maurer
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Patrick Salagnac, Stéphane Lassue

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écoconception

Isolation thermique

Chauffage et ventilation

Immeubles de bureaux

Effets des conditions météorologiques

Constructions -- Propriétés thermiques

Matériaux

Façades

Mots clés libres

Isolation commutable

Éléments de façade

Besoins de chauffage et refroidissement

Étude expérimentale

Modèle physique

Analyse de potentiel

Switchable insulation

Façade elements

Building heating and cooling energy demand

Experimental investigation

Physical model

Potential analysis

Résumé

Un niveau important d’isolation des parois de bâtiments peut diminuer le refroidissement du bâtiment en été, quand les conditions extérieures sont favorables. Dans cette thèse, le concept d’isolations commutable, est développé : pendant les périodes de refroidissement, l’isolation commutable peut être désactivée pour refroidir la masse du bâtiment pendant la nuit. Pendant les périodes de chauffage, ce concept peut être utilisé pour utiliser les gains solaires. Dans cette thèse, le potentiel des isolations commutables est étudié pour des bureaux dans un climat continental européen. En outre, deux nouveaux concepts d'isolations commutables sont introduits et développés et caractérisés expérimentalement. Un modèle nodal détaillé a été mis en place, validé et utilisé pour conduire une étude paramétrique. Le potentiel des isolations commutables a été étudié à l’aide de simulations énergétiques dynamiques du bâtiment qui ont montré que des réductions importantes des besoins de chauffage et de refroidissement ainsi que des heures d'inconfort en été peuvent être atteintes. Plusieurs stratégies de contrôle ont été mises au point, introduites et comparées. L'influence de la masse thermique a également été étudiée, ainsi que l'influence de l'orientation ou du cadre des éléments.

Important thermal insulation levels can prevent the building to cool down during the cooling period, when the external conditions are favorable. In this thesis, the concept of switchable insulation is developed: during the cooling period, the insulation can be deactivated during the night to let the heat flow out. During the heating period, the switchable insulation can be deactivated whenever solar gains can be used. In this thesis the potential of switchable insulation for an European continental climate and for office buildings is investigated. Also, two new concepts of switchable insulation are introduced, developed and characterized experimentally. A detailed thermal model has been introduced, validated and used for a parametric analysis. The potential of switchable insulation is investigated on a building level, showing that important reductions of the heating and cooling load as well as summer discomfort hours can be achieved. Several control strategies have been developed, introduced and compared. The influence of thermal mass was also investigated, as well as the influence of the orientation or the elements’ frame.