Pseudo-Bond Graph model for the analysis of the thermal behavior of buildings

In this work, a simplified graphical modeling tool, which in some extent can be considered in halfway between detailed physical and Data driven dynamic models, has been developed. This model is based on Bond Graphs approach. This approach has the potential to display explicitly the nature of power in a building system, such as a phenomenon of storage, processing and dissipating energy such as Heating, Ventilation and Air-Conditioning (HVAC) systems. This paper represents the developed models of the two transient heat conduction problems corresponding to the most practical cases in building envelope, such as the heat transfer through vertical walls, roofs and slabs. The validation procedure consists of comparing the results obtained with this model with analytical solution. It has shown very good agreement between measured data and Bond Graphs model simulation. The Bond Graphs technique is then used to model the building dynamic thermal behavior over a single zone building structure and compared with a set of experimental data. An evaluation of indoor temperature was carried out in order to check our Bond Graphs model

Bond Graphs modeling in order to improve the energy efficiency in buildings

L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire concerne le développement d'un modèle global représentant le couplage de l'enveloppe du bâtiment avec les équipements énergétiques. Une approche systémique appelée les Bond Graphs, peu employée jusqu'ici dans la modélisation des systèmes thermiques, est utilisée. Le modèle global du bâtiment, regroupant sous le même environnement de simulation, les modèles de l'enveloppe du bâtiment, les apports solaires, les émetteurs de chauffage et de rafraîchissement et le système de ventilation, est développé pour reconstituer l'ensemble des articulations énergétiques entre l'enveloppe et les environnements intérieur et extérieur. A travers la modélisation d'un bâtiment multizone, le couplage systémique des modèles de l'enveloppe et des apports solaires est présenté. Par ailleurs, un système combinant un plancher chauffant et un plafond rafraîchissant est étudié à l'aide des modèles des émetteurs de chauffage et de rafraîchissement. Le renouvèlement d'air dans le bâtiment est également concerné par la modélisation Bond Graph. Enfin, des éléments de validation expérimentale sont présentés. Pour cela, la plateforme de tri-génération d'énergie ENERBAT est exploitée. L'objectif est d'étudier le couplage optimal enveloppe du bâtiment - équipements énergétiques pour lequel les modèles BG sont développés. Une étude paramétrique tenant compte des interactions entre les paramètres étudiés est menée sur un projet réel de rénovation. Finalement, une combinaison appropriée des paramètres étudiés a été retenue afin de réduire la consommation énergétique selon la réglementation thermique française (RT2012)Our works focus on the setting of reliable tools able to analyze the interaction between the building envelope and HVAC systems. The developed approach is based on Bond Graphs methodology, a graphical modeling language which is particularly suitable for energy exchanges. A numerical model gathering, under the same simulation environment, sub-models representing the building envelope, the solar gains, the floor heating, the chilled ceiling and the ventilation system, is developed in order to predict the energy interactions between these sub-systems. The multi-zone building model is developed in order to simulate and analyze the overall building thermal behavior. Then, the solar gains model is also included to predict the solar radiation exchanges in a way close to reality. The model of the heating and cooling system, combining the floor heating and the chilled ceiling, is developed in order to improve the thermal comfort of the building. Afterwards, the ventilation system is modeled in order to represent the air exchange inside the building. The experimental validation is carried out on the tri-generation unit integrated with a thermal solar system (platform ENERBAT). Furthermore, the parametrical study was realized in order to gain a better understanding according to the impact of some factors in the energy performance of the single-family building located in Meurthe-et-Moselle region (France). Optimization of several measures, such as insulation of the building envelope, type of glazing, building orientation and ventilation system, is performed to respond to the requirements of the French thermal standard (RT2012

Modélisation Bond Graphs en vue de l'efficacité énergétique du bâtiment

2012Our works focus on the setting of reliable tools able to analyze the interaction between the building envelope and HVAC systems. The developed approach is based on Bond Graphs methodology, a graphical modeling language which is particularly suitable for energy exchanges. A numerical model gathering, under the same simulation environment, sub-models representing the building envelope, the solar gains, the floor heating, the chilled ceiling and the ventilation system, is developed in order to predict the energy interactions between these sub-systems. The multi-zone building model is developed in order to simulate and analyze the overall building thermal behavior. Then, the solar gains model is also included to predict the solar radiation exchanges in a way close to reality. The model of the heating and cooling system, combining the floor heating and the chilled ceiling, is developed in order to improve the thermal comfort of the building. Afterwards, the ventilation system is modeled in order to represent the air exchange inside the building. The experimental validation is carried out on the tri-generation unit integrated with a thermal solar system (platform ENERBAT). Furthermore, the parametrical study was realized in order to gain a better understanding according to the impact of some factors in the energy performance of the single-family building located in Meurthe-et-Moselle region (France). Optimization of several measures, such as insulation of the building envelope, type of glazing, building orientation and ventilation system, is performed to respond to the requirements of the French thermal standard (RT2012).L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire concerne le développement d'un modèle global représentant le couplage de l'enveloppe du bâtiment avec les équipements énergétiques. Une approche systémique appelée les Bond Graphs, peu employée jusqu'ici dans la modélisation des systèmes thermiques, est utilisée. Le modèle global du bâtiment, regroupant sous le même environnement de simulation, les modèles de l'enveloppe du bâtiment, les apports solaires, les émetteurs de chauffage et de rafraîchissement et le système de ventilation, est développé pour reconstituer l'ensemble des articulations énergétiques entre l'enveloppe et les environnements intérieur et extérieur. A travers la modélisation d'un bâtiment multizone, le couplage systémique des modèles de l'enveloppe et des apports solaires est présenté. Par ailleurs, un système combinant un plancher chauffant et un plafond rafraîchissant est étudié à l'aide des modèles des émetteurs de chauffage et de rafraîchissement. Le renouvèlement d'air dans le bâtiment est également concerné par la modélisation Bond Graph. Enfin, des éléments de validation expérimentale sont présentés. Pour cela, la plateforme de tri-génération d'énergie ENERBAT est exploitée. L'objectif est d'étudier le couplage optimal enveloppe du bâtiment - équipements énergétiques pour lequel les modèles BG sont développés. Une étude paramétrique tenant compte des interactions entre les paramètres étudiés est menée sur un projet réel de rénovation. Finalement, une combinaison appropriée des paramètres étudiés a été retenue afin de réduire la consommation énergétique

BESOINS ET ENJEUX DE LA PARTICIPATION PUBLIQUE DANS LES DEMARCHES D’ECOLOGIE INDUSTRIELLE ET TERRITORIALE (DEIT)

International audienceLes DEIT s’appuient sur un renouvellement des modes de gouvernance : il s’agit de définir des pratiques innovantes, destinés aux acteurs publics et privés, permettant de mieux affronter les défis inhérents à la transition écologique. Parmi ces pratiques, nous aborderons plus spécifiquement la participation publique, composante fondamentale de la gouvernance (livre blanc de la gouvernance européenne, convention d’Aarhus, charte de l’environnement). Résultats d’une démarche interdisciplinaire, la présente contribution vise à analyser la place et la portée de la participation dans une DEI, avant de comprendre comment des données dotées d’une technicité incontestable peuvent devenir des vecteurs de dialogue entre les acteurs à l’origine d’un projet et ses destinataires (utilisateurs, population du territoire impacté). Nous illustrerons notre réflexion par des résultats obtenus à propos du bâtiment BBC accueillant aujourd’hui l’Ecole Polytechnique féminine- Site de Troyes

BESOINS ET ENJEUX DE LA PARTICIPATION PUBLIQUE DANS LES DEMARCHES D’ECOLOGIE INDUSTRIELLE ET TERRITORIALE (DEIT)

International audienceLes DEIT s’appuient sur un renouvellement des modes de gouvernance : il s’agit de définir des pratiques innovantes, destinés aux acteurs publics et privés, permettant de mieux affronter les défis inhérents à la transition écologique. Parmi ces pratiques, nous aborderons plus spécifiquement la participation publique, composante fondamentale de la gouvernance (livre blanc de la gouvernance européenne, convention d’Aarhus, charte de l’environnement). Résultats d’une démarche interdisciplinaire, la présente contribution vise à analyser la place et la portée de la participation dans une DEI, avant de comprendre comment des données dotées d’une technicité incontestable peuvent devenir des vecteurs de dialogue entre les acteurs à l’origine d’un projet et ses destinataires (utilisateurs, population du territoire impacté). Nous illustrerons notre réflexion par des résultats obtenus à propos du bâtiment BBC accueillant aujourd’hui l’Ecole Polytechnique féminine- Site de Troyes

Design of a Solar Water Distiller Based on Frugal Considerations

International audienc

A COMBINED USE OF FDM AND DOE METHOD TO DERIVE A NEW TRANSIENT SIMPLIFIED SEMI-ANALYTICAL MODEL: A CASE STUDY OF ANHYDRITE RADIANT SLAB

Radiant floor heating systems (FHS) are considered as reliable heating systems since they ensure maintaining inside air temperature and reduce its fluctuations more efficiently than conventional heating systems. The presented study investigates the dynamic thermal response of an experimental FHS equipped with an anhydrite radiant slab. A new simplified model based on an analytical correlation is proposed to evaluate the heating radiant slab surface temperature and examine its thermal behavior under dynamic conditions. In order the validate the developed analytical model, an experimental scenario, under transient conditions, was performed in a monitored full-scale test cell. 2D and 3D numerical models were also developed to evaluate the accuracy of the analytical model. The method of Design of Experiments (DoE) was used to both derive meta-models, to analytically estimate the surface temperature, and perform a sensitivity study

Design of a Solar Water Distiller Based on Frugal Considerations

International audienc

Metamodeling of mean radiant temperature to optimize glass facade design in PMV-based comfort controlled space

International audienceIn recent years, glass facades and extensive glassing areas have gained popularity in the built environment. However, thermal comfort and energy-savings in such buildings are still questionable. Advanced comfort-based control strategies have been proposed in order to fulfill a tradeoff between energy-saving and occupants’ thermal comfort. Yet, they could consume energy as the conventional control approach if the building is poorly designed. Thus, an adequate design of building envelope, namely glass facades, is essential to achieve the desired trade-off. The objective of this study is to understand and formulate the relationship between the mean radiant temperature (MRT) and glass facades design parameters in a comfort-controlled space in order to optimize building design for a trade-off between energy savings and thermal comfort. The combined use of numerical simulations, the design of experiments (DoE) technique and an optimization approach is adopted. For the investigations, a previously developed and validated dynamic simulation model is used. The combined use of numerical simulation and DoE aims to identify the significant parameters affecting the MRT, as well as to develop a metamodeling relationship between the considered design factors and MRT. Lastly, the developed meta-models are validated and used to determine a set of optimal solutions using the desirability function approach. The results indicate that the optimized design case allowed about 26% reduction of heating energy consumption compared to the base case design. Finally, the results show that an adequate design of the glazed envelope leads to improved thermal comfort conditions and reduce heating energy consumption