Methodological developments for the validation of Urban Building Energy Models

Développements méthodologiques pour la validation des outils de simulation énergétique urbaine

• Auteur / Autrice : Lucie Lefort
• Direction : Eric Peirano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 14/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Christian Inard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Eric Peirano, Michaël Kummert, Monika Woloszyn, Mindjid Maïzia, Bruno Duplessis, Thomas Berthou, Pascal Schetelat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michaël Kummert, Monika Woloszyn

Mots clés

Mots clés contrôlés

Écologie urbaine

Consommation d'énergie

Économies d'énergie

Mots clés libres

Simulation énergétique urbaine

Validation

Urban-Scale Building Energy Modeling

Validation

Résumé

Afin d’aider les décideurs à choisir les meilleures mesures d’économie d’énergie pour les bâtiments à l’échelle urbaine,la communauté scientifique a développé des outils d’aide à la décision parmi lesquels figurent les outils de simulationénergétique urbaine (UBEM). Un UBEM est capable de calculer les consommations d’énergie pour chaque bâtimentd’un quartier ou d’une ville et permet ainsi aux décideurs d’avoir une compréhension claire des impacts de différentesmesures d’économie d’énergie telles que la rénovation de certains bâtiments ou la mise en place d’actions d’effacementdes consommations.Cependant, pour s’assurer que les UBEM fournissent une aide réelle au processus de prise de décision, leur exactitudedoit être vérifiée par un processus de validation approfondi. La principale question de recherche abordée dans cette thèsepeut donc être décrite comme suit : Comment vérifier l’adéquation des UBEM au processus de décision pour lequel ilssont utilisés ?Un processus de validation composé d’une étape d’évaluation et d’une étape de diagnostic a été développé et estprésenté dans cette thèse. Une application de ce processus de validation est proposée sur des cas d’usages pourlesquels des données accessibles librement peuvent être utilisées pour composer un jeu de données de validation.L’étape d’évaluation et l’étape de diagnostic sont ensuite décrites en profondeur pour cet ensemble de cas d’usages demême que les outils statistiques sélectionnés pour évaluer et analyser les performances des UBEM.Le cadre d’évaluation proposé a été pensé pour être applicable à un large éventail d’UBEM et à un large éventail de casd’usages, mais de futurs travaux futurs devraient permettre de vérifier son applicabilité à une plus large échelle.

In order to help decision makers choose the best energy saving measures for buildings at the urban scale, the scientificcommunity developed decision-aiding tools among which lie the urban building energy models (UBEM). A UBEM is ableto compute energy consumptions for each building of a district or a city and thus enables decision-makers to have a clearunderstanding of the impacts of different energy saving measures such as buildings refurbishment or flexibility.However, to ensure that UBEM provide a real aid in the decision-making process, their accuracy should be verified througha thorough validation process. The main research question tackled in this thesis can then be described as follows: Howto verify the adequacy of UBEM to the decision process they are used for?A validation framework composed of an assessment stage and a diagnostic stage has been developed and is presentedin this dissertation. An application of this assessment framework is proposed on use cases for which open data can beused to compose a validation dataset. The assessment stage and the diagnostic stage are then described in depth forthis set of use cases along with the statistical tools selected to assess and analyse the UBEM performances.The proposed assessment framework has been thought to be applicable to a large range of UBEM and to a large rangeof use cases, but future works should verify its applicability on a broader range.