Évaluation de la performance globale de la ventilation intelligente en logement basse consommation

Evaluation of the global performance of smart ventilation in low energy housing

• Auteur / Autrice : Baptiste Poirier
• Direction : Monika Woloszyn, Gaëlle Guyot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Civil et Sciences de l'Habitat
• Date : Soutenance le 30/03/2023
• Etablissement(s) : Chambéry
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences, ingénierie, environnement (Chambéry ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'optimisation de la conception et ingénierie de l'environnement (Le-Bourget-du-Lac, Savoie)
• Jury : Président / Présidente : Evelyne Gonze
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Roux, Nathan Mendes, Dusan Licina
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Arnold Janssens, Vincenzo Corrado

Mots clés

Mots clés contrôlés

Habitations -- Chauffage et ventilation

Systèmes d'extraction d'air

Mots clés libres

Qualité de l'air intérieur

Ventilation

Bâtiment

Modélisation

Indoor air quality

Ventilation

Buildings

Modelisation

Résumé

Les économies d’énergies et la réduction de l’empreinte carbone dans le secteur du bâtiment sont cruciales pour atteindre les objectifs climatiques. Pour soutenir la transition énergétique dans ce secteur, des objectifs européens ambitieux visent à généraliser les bâtiments à haute efficacité énergétique. Dans ces bâtiments, la ventilation pour le renouvellement de l'air intérieur reste une source de consommation d'énergie. Or, le renouvellement de l'air est essentiel, car la pollution de l'air intérieur des bâtiments est bien souvent pire que celle de l'air extérieur. Sachant qu’un européen passe en moyenne 60 à 90% de son temps à l'intérieur d'un bâtiment, les systèmes de ventilation jouent un rôle clé pour répondre aux enjeux de santé publique par l'évacuation et la dilution des polluants.Dans ce contexte, les systèmes de ventilation dit « intelligents », en plein essor, présentent un grand potentiel pour répondre aux besoins de QAI et améliorer la performance énergétique de la ventilation. Les réglementations actuelles sur la ventilation proposent une approche prescriptive préconisant, par exemple en France, des débits d’air extraits à respecter. Dans ce travail, nous proposons une approche performancielle incluant la qualité de l'air intérieur (QAI) et la performance énergétique regroupées sous la notion de "performance globale". Les principaux objectifs de ce travail de thèse sont de proposer une méthode améliorée d'évaluation de la performance globale (MOPA) des systèmes de ventilation au stade de la conception, avec une incertitude quantifiée, et de tester le potentiel de la MOPA comme outil d'aide à la décision pour les systèmes de ventilation dans la conception des bâtiments. Pour cela, nous avons cherché à répondre aux questions de recherches orientées sur les indicateurs de performance globale, les sources et les scénarios d'émission de polluants et les méthodes d'incertitude et de robustesse de la méthode. Ce travail de thèse contient quatre articles publiés et un soumis, qui sont complétés par des résultats et des explications supplémentaires. La MOPA développée est basée sur des simulations aérauliques, réalisées avec CONTAM. En complément, des simulations énergétiques ont été réalisées afin de questionner l'utilisation de températures constantes dans CONTAM. De plus, un travail exploratoire de co-simulation en collaboration avec l’Université PUCPR (Brésil) a permis d'initier le couplage thermoaéraulique.

Energy consumption and carbon reduction in building sector is crucial to achieve sustainable development goals regarding the climate change. To support the energy transition in this sector, ambitious European objectives (EPBD Directive, 2003:2010.) aim to generalise nearly zero-energy buildings. However, ventilation systems for the renewal of indoor air are still a source of heat loss and of energy consumption. But theair renewal is essential, as indoor air quality (IAQ) in buildings could be worse than outdoor air environments. Given that the average European spends 60% to 90% of his or her time inside a building, ventilation systems play a key role in the evacuation and dilution of pollutants to meet corresponding public health challenges. In this context, smart ventilation systems, which are booming in practice present a great potential to meet the IAQ needs and improve energy performance of ventilation system. Such performance benefits need to be assessed, indeed the current regulations on ventilation propose a prescriptive approach advocating. For example in France (JOFR, 1982), exhausted airflow rates must be respected whatever their impacts on energyand IAQ. In this work, we focus on an “overall performance-based” approach, including indoor air quality and energy performance with the aim to avoid conflicts between them. We introduce the notion of “overall performance assessment” (named OPA) for ventilation systems.The mains objectives of this PhD work is to propose an improved method for overall performance assessment (named MOPA) of ventilation systems at design stage, with quantified uncertainty and to test the potential of this MOPA as a decision-making toolfor ventilation systems at building design. We oriented this work to answer to the research questions on overall performance indicators, pollutants emission sources and scenarios, as well as uncertainty and robustness of the performance assessment method; This PhD work includes 4 published and 1 submitted articles, which are complemented by additional results and explanations. The developed MOPA is based on airflows simulations, performed with CONTAM. In addition, several energy simulations were performed based on DOMUS to question the use of constant temperatures in CONTAM and energy simulations. Moreover, a co-simulation exploratory work in collaboration with the the LST in the University PUCPR, Brasil has allowed to initiate the coupling between DOMUS and CONTAM.