Indicateurs de durabilité pour la conception préliminaire de bureaux du point de vue énergétique

The building sector currently represents 40% of the energy consumption and one of the major emitters of greenhouse gases in the world. This, combined with the characteristic long lifespan of buildings, means that the decisions behind building design have long-term and multidimensional impacts on both society and the environment. As a result, there is a growing interest in the assessment of buildings based on the concept of sustainability, considering its three basic dimensions: economic, ecological and social. However, current evaluation systems are usually developed in the context of the declaration or certification of buildings, while only a limited number are designed to provide decision-support during the preliminary design phase. It is during these early design stages that key decisions such as construction principles and operation strategies are defined, usually with a limited amount of information available. In order to assist in decision-making during the preliminary building design, a set of indicators is proposed in this present work to evaluate early design alternatives by following a life-cycle analysis approach and according to the three pillars of sustainability. Indicator selection is based on consensus from the international projects and initiatives that compose the state of the art, as well as operational aspects such as database availability for calculation parameters, the evolution of information available and of specific design decisions at every stage of the design process. The conclusions of this study are focused on the energy design of commercial buildings, specifically offices, in the French context

Exploitation et réhabilitation de bâtiments tertiaires (une démarche énergétique d'amélioration environnementale)

Le secteur du bâtiment est l un secteur des plus énergivore, sa consommation énergétique importante découle d une part de la dégradation des matériaux propre à leur vieillissement et d autre part, au manque d un cadre réglementaire énergétique plus strict accompagnant la conception. Enfin cette consommation énergétique est due à la présence des usagers. Ceci est d autant plus vrai pour le secteur tertiaire au travers leurs activités, leurs comportements et leur degré d appartenance que les usagers donnent à ces types de bâtiments. En effet, même si tout le monde les utilise, personne ne se sent responsable de leur maintenance. Le travail présenté ici met en avant la relation entre la consommation énergétique dans les campus universitaires et le comportement des usagers. Les résultats sont analysés dans un contexte climatique comparable (paramètre clé les Degrés Jours Unifiés - DJU), avec indicateurs d évaluation partageables (ce qui ont été judicieusement choisis à partir d une comparaison entre différents systèmes d évaluation) et traduit dans une méthodologie d évaluation (basée sur les méthodes multicritères). Celle-ci tient compte de la multiplicité d usages, d usagers et d attentes énergétiques, environnementales et de confort présents dans ce type de secteur tertiaire. L objectif principal de cette étude a été d élaborer une démarche d amélioration environnementale et énergétique pour l exploitation des bâtiments tertiaires, pour aller vers la réhabilitation thermique et énergétique, en considérant d une part, la satisfaction des usagers et d autre part les performances énergétiques et environnementales améliorées des bâtiments analysés. Ce mémoire de thèse est construit autour la logique suivante : une mise en situation des problématiques énergétiques internationales et nationales (France et du Chili). Un focus sur l énergie dans le secteur tertiaire, permet de s imprégner des différents dispositifs mis en place pour atteindre l objectif de réduction de la consommation d énergie et des émissions de CO2. Une grille de comparaison qui va nous permettre de réaliser les analyses de consommations énergétiques à différentes périodes de l année avec un seul paramètre climatologique le DJU, est mise en avant. Ensuite les différents campus et sites universitaires sur lesquels nous appuyons la réflexion sont présentés. Dans ceux-ci, nous analysons à différentes échelles spatio-temporelles et avec différents types d analyses qualitatives et quantitatives, les variables discriminantes qui seront essentielles pour parvenir à une amélioration énergétique au fil du temps. Par la suite, une ligne de base de critères et indicateurs qui vont nous permettre d évaluer avec la même échelle d évaluation, la performance énergétique et environnementale des bâtiments dans leur état actuel est crée. Pour, ensuite, les comparer dans un état optimisé lorsque les améliorations énergétiques ont été mises en place. Enfin nous proposons une méthodologie d évaluation et d amélioration environnementale pour l exploitation des bâtiments tertiaires qui va mettre en relation de façon originale les besoins énergétiques, environnementaux, économiques et de confort des gestionnaires et des usagers universitaires. Une modélisation thermique de solutions de réhabilitation et un modèle économique, assez simple, sont proposés pour illustrer l application de la méthodologie.The buildings sector is one of the largest energy consuming sectors, its high energy consumption stems to construction materials degradation on the one hand and to the lack of a stricter regulatory context in design step on the other hand. Finally, this energy consumption is due to the presence of users. This is especially true for the service sector through its activities, its behavior and the sense of belonging of users to this type of buildings. Even if everyone uses them, nobody feels responsible for their maintenance.The work presented here highlights the relationship between energy consumption in university campuses and user s behavior. The results are analyzed in a comparable climatic context (the key parameter Unified Degree Days - UDD) with sharable assessment indicators (which have been carefully selected from a comparison between different assessment systems). Then, the results are translated into an evaluation methodology (based on multicriterio analysis). The methodology takes into account the multiplicity of uses, users and energy resources, environment and comfort requirements expected in this service sector.This study aims to develop an environmental and energy improvement approach for the operation of tertiary buildings, to move towards a thermal and energy rehabilitation, considering on the one hand, user satisfaction and on the other hand the energy and environmental improved performance of the studied buildings.This manuscript of thesis is built around the following logic: an overview of national and international energy issues (France and Chile). A specific reference to energy in the tertiary sector emphasizes the different mechanisms put in place to achieve the reduction target of energy consumption and CO2 emissions. A comparison grid is built to analyze energy consumptions at different times of the year with a single climate parameter: the DDU (Unified Degree Days). Then, the different campuses and universities supported by the reflection are presented. In these study cases, we analyzed at different spatio-temporal scales and with different types of qualitative and quantitative analysis, the discrimination of critical variables to achieve energy improvements over time. Subsequently, a baseline of criteria and indicators is developed to evaluate the energy and environmental performance of buildings in their current state with the same rating scale. Then energy improvements are implemented to compare them in an optimized state. Finally, we propose an evaluation methodology and environmental improvements for the operation of tertiary buildings which will bring together in an original way the energy, environmental, economic and comfort managers and users universities needs. Thermal modeling solutions and economic rehabilitation rather simple model are provided to illustrate the application of the methodology.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF

Experimental Comparative Study between Conventional and Green Parking Lots: Analysis of Subsurface Thermal Behavior under Warm and Dry Summer Conditions

Green infrastructure has a role to play in climate change adaptation strategies in cities. Alternative urban spaces should be designed considering new requirements in terms of urban microclimate and thermal comfort. Pervious pavements such as green parking lots can contribute to this goal through solar evaporative cooling. However, the cooling benefits of such systems remain under debate during dry and warm periods. The aim of this study was to compare experimentally the thermal behavior of different parking lot types (PLTs) with vegetated urban soil. Four parking lots were instrumented, with temperature probes buried at different depths. Underground temperatures were measured during summer 2019, and the hottest days of the period were analyzed. Results show that the less mineral used in the surface coating, the less it warms up. The temperature difference at the upper layer can reach 10 °C between mineral and non-mineral PLTs. PLTs can be grouped into three types: (i) high surface temperature during daytime and nighttime, important heat transfer toward the sublayers, and low time shift (asphalt system); (ii) high (resp. low) surface temperature during daytime (resp. nighttime), weak heat transfer toward the sublayers, and important time shift (paved stone system); and (iii) low surface temperature during daytime and nighttime, weak heat transfer toward the sublayers, and important time shift (vegetation and substrate system, wood chips system, vegetated urban soil). The results of this study underline that pervious pavements demonstrate thermal benefits under warm and dry summer conditions compared to conventional parking lot solutions. The results also indicate that the hygrothermal properties of urban materials are crucial for urban heat island mitigation

Acte de colloque / Congrès Français de Thermique : Thermique en conditions extrêmes, 29 mai - 1er juin 2012, Bordeaux

Nobatek propose un outil développé sous environnement MATLAB, permettant de réaliser des simulations thermiques dynamiques (STD) à échelle patrimoniale. Cet outil, actuellement en phase de validation, intègre un mode de paramétrage simplifié et est spécialement adapté aux problématiques de rénovation de patrimoine. Reprenant des principes classiques de STD, il se différencie sur plusieurs points : typologie prédéfinie, description simplifiée des caractéristiques géométriques, scénarios d’utilisation des équipements associés à la typologie, distinction entre contraintes et variables de conception

Acte de colloque / Congrès Français de Thermique : Thermique en conditions extrêmes, 29 mai - 1er juin 2012, Bordeaux

L’objectif de cette étude est de produire une description précise du comportement énergétique de solutions de protections solaires, de manière à développer un modèle aisément intégrable dans une plateforme de simulation commercialisée. Un modèle en 1D prenant en compte les échanges radiatifs de manière fine et intégrant le flux laminaire ascendant prenant place dans la cavité entre la protection solaire et la paroi est ainsi proposé. Une étude expérimentale permet de confirmer les choix de modélisation et le paramétrage de ceux-ci ainsi que la validation

Caractérisation hygro-thermique, par une approche multi échelle, de constructions en bois massif en vue d'amélioration énergétique et de valorisation environnementale

Le développement de la construction bois constitue un enjeu important et une réponse efficace dans une demande de réduction des impacts environnementaux liés au secteur du bâtiment. Les maisons Bois Massif constitués de madriers empilés sont la seule solution de construction mono matériau et par filière sèche sur le marché. Ces techniques de construction se sont aujourd'hui grandement améliorées et industrialisées mais une ambiguïté demeure toutefois sur l'efficacité énergétique et sur la prise en compte de leurs qualités thermiques réelles dans le contexte de calculs réglementaires. Ce travail a donc consisté en premier lieu et en lien avec les professionnels, à détailler les performances thermique et énergétique d un échantillon de 20 maisons monitorées. En second lieu, à partir de ces mesures in-situ et partant de caractéristiques hygrothermiques des madriers bois déterminées en laboratoire, Un modèle de transfert couplé de masse et de chaleur applicable aux parois formée de madriers bois massif contrecollés a été développé. Enfin, par simulation numérique, on montre comment améliorer le comportement hygro-thermique et les performances énergétiques de ce type de construction.BORDEAUX1-BU Sciences-Talence (335222101) / SudocSudocFranceF

Development of a night-time radiative sky cooling production & storage system: A proposal for a robust sizing and potential estimation methodology

This paper proposes a sizing method to guide the design of water-circulating radiative sky cooling systems and water-based energy storage solutions. Following this method, the choice of operational flow rate in the radiative sky cooling (RSC) panels and the water storage is based on four indicators: sub-ambient temperature, cooling power density, minimum storage temperature and useful energy stored. The method is applied to the BaityKool Solar Decathlon Middle East (SDME) prototype in order to design a water-radiative sky cooling system with storage in the climatic conditions of Dubai. We developed passive strategies for the BaityKool prototype, including a multi-functional innovative exterior wall and a semi-indoor courtyard space, combined with active solutions (in particular a hydraulic radiative sky cooling system). The experimental campaign conducted on the RSC system over three successive nights in November (ambient air temperature between 22.7 and 31.4 °C) indicates an average cooling power of 30–45 W m−2 for a maximum sub-ambient temperature drop of 2.8 °C, and shows that great attention to the water pipes and storage insulation can lead to an increase in the thermal performance of radiative sky cooling systems