Adapter les modèles de chauffage et climatisation des bâtiments en puissance à l'échelle du quartier

Adapting buildings heating and cooling power need models at the district scale

• Auteur / Autrice : Loïc Frayssinet
• Direction : Frédéric Kuznik, Jean-Jacques Roux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Thermique énergétique
• Date : Soutenance le 26/10/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CETHIL - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon (Villeurbanne, Rhône) - Centre d'Energétique et de Thermique de Lyon / CETHIL
• Jury : Président / Présidente : Marjorie Musy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Kuznik, Marjorie Musy, Gilles Fraisse, Christian Inard, Bruno Duplessis, Jean-Jacques Roux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Fraisse, Christian Inard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation des données du bâtiment

Économies d'énergie

Mots clés libres

Bâtiment

Energétique du bâtiment

Modélisation

Simplifications

Adaptations

Courbe de charge

Building process

Building energy saving

Modelling

Simplifications

Adaptations

Power curve

Résumé

Les modèles énergétiques des bâtiments à l’échelle du quartier sont généralement simplifiés pour faire face au manque de données et pour réduire le coût de calcul. Cependant, l’impact de ces simplifications sur la validité des modèles n’est pas systématiquement analysée, en particulier lorsqu’on s’intéresse à la courbe de charge. Pour combler ce manque, une méthodologie permettant de quantifier la validité des simplifications, notamment vis-à-vis de la courbe de charge, est proposée. Cette méthodologie est appliquée aux simplifications couramment utilisée pour les modèles thermiques d’enveloppe de bâtiments grâce à une plateforme numérique développée dans le cadre de cette thèse. Cette plateforme permet de générer et simuler automatiquement des modèles énergétiques de bâtiments, avec différents niveaux de détails, à partir de données issues de systèmes d’information géographique. La parallélisation des simulations énergétiques des bâtiments est utilisée à l’échelle du quartier, afin de tirer avantage de la structure du modèle global et de réduire les temps de calculs. La définition d’indicateurs spécifiques selon l’objectif de simulation apparait clairement comme l’étape essentielle lorsque l’on s’intéresse à la courbe de charge. Les résultats indiquent que la puissance est plus sensible aux simplifications que la consommation annuelle d’énergie. Les différents effets induits sont quantifiés et analysés physiquement. La capacité de l’échelle du quartier à atténuer les impacts des simplifications et d’intégrer les données statistiques est démontrée. La quantification des impacts des simplifications permet de guider l’adaptation des modèles vis-à-vis des objectifs de simulation et vis-à-vis des contraintes techniques. Cette contribution a pour objectif d’améliorer la performance des simulations énergétiques à l’échelle de la ville, et de favoriser leur développement, afin de répondre aux enjeux futurs.

District-scale building energy models are generally simplified to cope with a lack of data and to reduce computational cost. However, the impacts of these simplifications on model accuracy are not systematically studied, particularly when considering power demand. The present manuscript introduces a methodology to determine the suitability of any simplifications, notably those at the district scale, and considering the power demand. This methodology was applied to usual simplifications of the building envelope model thanks to a specific platform developed in the frame of this thesis. This platform enables automatically generating and simulating building energy models with different modelling levels of detail from geographical information systems. The parallelisation of the building energy simulations was notably implemented at the district scale in order to benefit from the model structure and to efficiently reduce the computational duration. The definition of indicators related to specific simulation objectives appears to be a necessary step when focusing on power demand. The results show a higher sensitivity to simplifications of the power demand than the annual energy consumption. These effects are quantified and physically analysed. The district-scale ability to attenuate the impacts of simplifications and to integrate statistical sources of data were demonstrated. The resulting quantification of the impacts of the simplifications made it possible to guide the adaptations of models to the simulation objectives and to the technical constraints. Such contribution aims to increase the efficiency and to favour the development of city-scale energy simulations, which are particularly needed to cope with future challenges.