Étude numérique thermosolutale d´un jet d´air impactant une matrice poreuse cylindrique

Résumé : Nous présentons une étude numérique concernant le transfert combiné de chaleur et de masse dans un milieu poreux. Ce milieu est homogène et isotrope. Le modèle mathématique qui gouverne le milieu est celui de Darcy corrigé par le terme de Brinkman. Le système d’équations couplées est résolu par la méthode des éléments finis. Il s’agit d’un jet d’air laminaire impactant sur un disque circulaire constituant la base d’une chambre cylindrique en partie poreuse, le fluide pénètre la chambre suivant un axe central et la quitte par sa périphérie. L’analyse est faite dans une large gamme de paramètres : le nombre de Reynolds, le nombre de Grashoff,le nombre de Darcy et le nombre de Lewis. L’écoulement est supposé bidimensionnel et laminaire. Le fluide considéré est de l'air (Pr=0.72). L’approximation de Boussinesq est adoptée. La paroi d’impact est soumise à des températures et concentrations constantes et uniformes. Les résultats montrent que la présence de la matrice poreuse créé une résistance à l’écoulement qui fini par l’affaiblir et limiter les forces convectives. Nous avons constaté que l’écoulement ne pénètre pas dans la couche poreuse pour les faibles nombre de Darcy. Pour des Darcy élevé la pénétration de l’écoulement est totale. Le nombre de Nusselt augmente avec l’augmentation du nombre de Darcy. Les résultats montrent aussi que le transfert de masse est d’autant plus important que le nombre de Lewis est élevé

Sjövärme för 140 småhus i Torsång : mätning och utvärdering /

International audienceIn this paper, a newly developed heat and moisture transfer model for green envelopes is integrated in a transient building simulation program (TRNSYS) in order to investigate its dynamic performances coupled with a multizone building code. On the one hand we focus on the understanding of the coupled heat and mass transfers between green envelopes and the building; and on the other hand we study the model accuracy to assess the vegetation impacts together with building design. At first, the model reliability is verified through experimental comparisons during a summer period. Then, the developed simulation tool is used to assess the impacts of green walls on building energy performance. Since this model involves different hygrothermal transfer phenomena, the detailed numerical model results are analyzed to determine the weight of each phenomenon: evapotranspiration, shading effect and additional thermal resistance of green roof or wall. The results highlight the thermal benefits in summer and winter, especially for the west walls. The analysis of the different transfer mechanisms show that the foliage shading reduces the surface temperature variation whereas the evapotranspiration ensures the passive cooling when the water availability is sufficient

Multicast DIS attack mitigation in RPL-based IoT-LLNs

The IPv6 Routing Protocol for Low-Power and Lossy Networks (RPL) was standardised by the IETF ROLL Working Group to address the routing issues in the Internet of Things (IoT) Low-Power and Lossy Networks (LLNs). RPL builds and maintains a Destination Oriented Directed Acyclic Graph (DODAG) topology using pieces of information propagated within the DODAG Information Object (DIO) control message. When a node intends to join the DODAG, it either waits for DIO or sends a DODAG Information Solicitation (DIS) control message Multicast to solicit DIOs from nearby nodes. Nevertheless, sending Multicast DIS messages resets the timer that regulates the transmission rate of DIOs to its minimum value, which leads to the network’s congestion with control messages. Because of the resource-constrained nature of RPL-LLNs, the lack of tamper resistance, and the security gaps of RPL, malicious nodes can exploit the Multicast DIS solicitation mechanism to trigger an RPL-specification-based attack, named DIS attack. The DIS attack can have severe consequences on RPL networks, especially on control packets overhead and power consumption. In this paper, we use the Cooja–Contiki simulator to assess the DIS attack’s effects on both static and dynamic PRL networks. Besides, we propose and implement a novel approach, namely RPL-MRC, to improve the RPL’s resilience against DIS Multicast. RPL-MRC aims to reduce the response to DIS Multicast messages. Simulation results demonstrate how the attack could damage the network performance by significantly increasing the control packets overhead and power consumption. On the other hand, the RPL-MRC proposed mechanism shows a significant enhancement in reducing the control overhead and power consumption for different scenarios

Trust-aware and Cooperative Routing Protocol for IoT Security

The resource-constrained nature of IoT objects makes the Routing Protocol for Low-power and Lossy Networks (RPL) vulnerable to several attacks. Although RPL specification provides encryption protection to control messages, RPL is still vulnerable to internal attackers and selfish behaviours. To address the lack of robust security mechanisms in RPL, we designed a new Metric-based RPL Trustworthiness Scheme (MRTS) that introduces trust evaluation for secure routing topology construction. Extensive simulations show that MRTS is efficient and performant with respect to packet delivery ratio, energy consumption, and nodes’ rank changes. In addition, a mathematical modelling analysis shows that MRTS meets the requirements of consistency, optimality, and loop-freeness, and that the proposed trustbased routing metric has the isotonicity and monotonicity properties required for a routing protocol. By using game theory concepts, we formally describe MRTS as a strategy for the iterated Prisoner’s Dilemma and demonstrate its cooperation enforcement characteristic. Both mathematical analysis and evolutionary simulation results show clearly that MRTS, as a strategy is an effective approach in promoting the stability and the evolution of the Internet of Things network

A novel clustering-enhanced adaptive artificial neural network model for predicting day-ahead building cooling demand

To accurately predict hourly day-ahead building cooling demand, year-round historical weather profile needs to be evaluated. The daily weather profiles among different time periods result in various features of historical datasets. The different appropriate structure and parameters of artificial neural network models may be identified for training datasets with different features. In this study, a novel clustering-enhanced adaptive artificial neural network (C-ANN) model is proposed to forecast 24h-ahead building cooling demand in subtropical areas. The uniqueness of the proposed adaptive model is that k-means clustering is implemented to recognise representative patterns of daily weather profile and thus categorize the annual datasets into featuring clusters. Each cluster of the weather profile, along with the corresponding time variables and cooling demand, is adopted to train one ANN sub-model. The optimal structure and parameters of each ANN sub-model are selected according to its featuring training datasets; thus the ANN sub-models are adaptive. The proposed C-ANN model is tested on a representative office building in Hong Kong. It is found that the mean absolute percentage error of the training and testing cases of the proposed predictive model is 3.59% and 4.71%, which has 4.2% and 3.1% improvement compared to conventional ANN model with a fixed structure. The proposed adaptive predictive model can be applied in building energy management system to accurately predict day-ahead building cooling demand using the latest forecast weather profile

Impacts of green envelopes at the interface between buildings and urban microclimate

Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet "ANR-Villes Durables VegDUD : Rôle du végétal dans le développement urbain durable ; une approche par les enjeux liés à la climatologie, l’hydrologie, la maîtrise de l’énergie et les ambiances" (2010-2013). Elle traite de la modélisation et de l’expérimentation de toitures et de façades végétales, en vue de l’évaluation de leurs impacts hygrothermiques sur les bâtiments et sur les microclimats urbains. Un modèle physique a été développé pour décrire les mécanismes de transferts couplés de chaleur et de masse au sein de la paroi végétale. L’implémentation de ce modèle dans un code de simulation thermique dynamique permet de prédire l’impact de la végétalisation sur la performance énergétique des bâtiments. L’extension de cette démarche à l’échelle d’une rue-canyon permet d’inclure l’interaction microclimatique dans la simulation thermohydrique des bâtiments. Sur le plan expérimental, une maquette reconstituant une scène urbaine est mise en place pour étudier l’impact de différentes typologies de parois végétales dans plusieurs configurations microclimatiques. La confrontation des résultats expérimentaux et ceux issus de la modélisation numérique a été entreprise à l’échelle du système constitué du bâtiment et du microclimat urbain environnant. Pour cela, l’étude du comportement d’un bâtiment et d’une rue végétalisés par rapport au comportement du même bâtiment et d’une rue témoins a permis d’évaluer l’incidence des transferts thermiques, hygrométriques et radiatifs de la végétalisation. Ceci a permis d’entreprendre la validation des outils de prédiction numérique développés. Les résultats de l’étude montrent que les transferts thermiques et hydriques sont fortement couplés et que le comportement thermique des parois végétales est tributaire de l’état hydrique du substrat de culture. Pour l’été comme pour l’hiver, les simulations numériques et les données expérimentales montrent que la végétalisation permet d’améliorer la performance énergétique des bâtiments et de réduire les îlots de chaleur urbains.This study was conducted in the framework of the National Program "ANR-VegDUD Project : Role of vegetation in sustainable urban development, an approach related to climatology, hydrology, energy management and environments" (2010 -2013). It deals with the experimental and numerical modeling of green roofs and green facades to evaluate their thermohydric effects on buildings and urban microclimates. A physical model describing the thermal and water transfer mechanisms within the vegetated building envelopes has been developed. The model’s program has been implemented in a building simulation program. Using this tool, we are able to predict the impact of green roofs and green facades on building energy performance. This approach is extended to the street canyon in order to assess the microclimatic interaction in building simulation. An experimental mockup modeling an urban scene at reduced scale is designed to study the impact of different types of green roofs and walls. The comparison of the measurements carried out on vegetated buildings and streets with the reference highlights the hygrothermal and radiative impacts of vegetated buildings envelopes. In addition, these experimental data are used to verify and validate the reliability of developed tools. The results show that thermal and water transfers are strongly coupled. Hence, the thermal behavior of green roofs and green walls depend on the water availability within the growing medium. In summer and winter, measurements and numerical simulations show that green envelopes improve the energy efficiency of buildings and reduce the urban heat island

Impacts des enveloppes végétales à l’interface bâtiment microclimat urbain

This study was conducted in the framework of the National Program "ANR-VegDUD Project : Role of vegetation in sustainable urban development, an approach related to climatology, hydrology, energy management and environments" (2010 -2013). It deals with the experimental and numerical modeling of green roofs and green facades to evaluate their thermohydric effects on buildings and urban microclimates. A physical model describing the thermal and water transfer mechanisms within the vegetated building envelopes has been developed. The model’s program has been implemented in a building simulation program. Using this tool, we are able to predict the impact of green roofs and green facades on building energy performance. This approach is extended to the street canyon in order to assess the microclimatic interaction in building simulation. An experimental mockup modeling an urban scene at reduced scale is designed to study the impact of different types of green roofs and walls. The comparison of the measurements carried out on vegetated buildings and streets with the reference highlights the hygrothermal and radiative impacts of vegetated buildings envelopes. In addition, these experimental data are used to verify and validate the reliability of developed tools. The results show that thermal and water transfers are strongly coupled. Hence, the thermal behavior of green roofs and green walls depend on the water availability within the growing medium. In summer and winter, measurements and numerical simulations show that green envelopes improve the energy efficiency of buildings and reduce the urban heat island.Cette étude s’inscrit dans le cadre du projet "ANR-Villes Durables VegDUD : Rôle du végétal dans le développement urbain durable ; une approche par les enjeux liés à la climatologie, l’hydrologie, la maîtrise de l’énergie et les ambiances" (2010-2013). Elle traite de la modélisation et de l’expérimentation de toitures et de façades végétales, en vue de l’évaluation de leurs impacts hygrothermiques sur les bâtiments et sur les microclimats urbains. Un modèle physique a été développé pour décrire les mécanismes de transferts couplés de chaleur et de masse au sein de la paroi végétale. L’implémentation de ce modèle dans un code de simulation thermique dynamique permet de prédire l’impact de la végétalisation sur la performance énergétique des bâtiments. L’extension de cette démarche à l’échelle d’une rue-canyon permet d’inclure l’interaction microclimatique dans la simulation thermohydrique des bâtiments. Sur le plan expérimental, une maquette reconstituant une scène urbaine est mise en place pour étudier l’impact de différentes typologies de parois végétales dans plusieurs configurations microclimatiques. La confrontation des résultats expérimentaux et ceux issus de la modélisation numérique a été entreprise à l’échelle du système constitué du bâtiment et du microclimat urbain environnant. Pour cela, l’étude du comportement d’un bâtiment et d’une rue végétalisés par rapport au comportement du même bâtiment et d’une rue témoins a permis d’évaluer l’incidence des transferts thermiques, hygrométriques et radiatifs de la végétalisation. Ceci a permis d’entreprendre la validation des outils de prédiction numérique développés. Les résultats de l’étude montrent que les transferts thermiques et hydriques sont fortement couplés et que le comportement thermique des parois végétales est tributaire de l’état hydrique du substrat de culture. Pour l’été comme pour l’hiver, les simulations numériques et les données expérimentales montrent que la végétalisation permet d’améliorer la performance énergétique des bâtiments et de réduire les îlots de chaleur urbains

A hygrothermal model of green walls interactions in street canyons – numerical development and experimental comparison

International audienc

Thermal effects of an innovative green wall on building energy performance

Green walls and green roofs are innovative construction technologies involving the use environmentally friendly materials. In addition to their aesthetical and environmental benefits, green walls have significant thermal effects on buildings and heat islands within high-density urban areas. In this paper, we study the impact of an innovative green wall system on building energy performance. These green walls have specific composition and particular geometry that can lead to higher thermal performances and therefore more significant impact on building energy performance. The development, validation and prior integration of a hygrothermal green wall model in a transient building simulation tool make possible the assessment of the energy performance of buildings when covered by green walls. The used model was adapted to be the particular forms and composition of the studied green walls. In parallel, this type of green walls has been installed on a one tenth building mockup to be experimented. The aim of the experiment is to measure the thermal effects and to calibrate some parameters of the numerical model. The results highlight the thermal benefits of this kind of green walls in summer condition. They reduce annual energy demand of building up to 37% for hot climates