Développement d’un modèle pour l’étude de l’impact du microclimat urbain sur les performances énergétiques des bâtiments : cas des rues canyons et des cours intérieures

Résumé

Face aux défis énergétiques auxquels le monde est aujourd'hui confronté, la conception énergétique des bâtiments est l'un des enjeux majeurs. Le véritable défi des années à venir est sans aucun doute la réduction des besoins en énergie fossile primaire et de l'empreinte carbone dont le secteur du bâtiment est responsable d’une grande partie. Afin de garantir les performances énergétiques et apporter des solutions techniques adéquates, la prédiction de la consommation énergétique doit être de plus en plus réaliste. En l’occurrence, la modélisation thermique des bâtiments doit tenir compte des conditions intérieures et extérieures de ses environnements proches. Ce travail de recherche porte donc sur le développement d’un modèle de simulation du microclimat urbain dans le cas des rues canyons et des cours intérieures. Ce modèle est intégré dans le logiciel de simulation thermique dynamique TRNSYS 18 pour étudier l’impact de ce microclimat sur les performances énergétiques du bâtiment. Une étude bibliographique sur les modèles microclimatiques existants dans la littérature a été réalisée. Ceci a montré que le problème majeur réside dans le temps de calcul et l’interopérabilité. En effet, un modèle nodal a été développé par le langage de programmation Python et puis intégré au logiciel TRNSYS 18 pour étudier l’impact du microclimat dans le cas des rues canyons sur les performances énergétiques des bâtiments. Les résultats montrent une cohérence satisfaisante du modèle développé par rapport à des études expérimentales qui existent dans la littérature. Ce modèle a ensuite été utilisé pour effectuer une étude paramétrique dans le cas de cette typologie de rue et pour quantifier ainsi l’impact sur les besoins énergétiques de chauffage et de refroidissement des bâtiments étudiés. A l’instar du modèle précédent, un modèle zonal a été aussi développé et il porte sur la modélisation des cours intérieures dans le cas des bâtiments types « Riad ». Ce modèle a été comparé avec des simulations CFD par le logiciel ENVI-met. Les résultats obtenus ont été très pertinents. Ensuite une étude a été réalisée sur l’impact de la forme des cours intérieures et des paramètres microclimatiques sur les besoins énergétiques de ces bâtiments. En fin, un quartier type Canyon avec des bâtiments comprenant des cours intérieures situé à la ville de Tanger (Maroc) a fait l’objet d’un cas d’étude par l’application de l’ensemble des modèles développés. Les principaux résultats de ce travail de recherche dévoilent clairement la nécessité de la prise en compte du microclimat urbain pour une meilleure estimation des performances énergétiques des bâtiments. Les modèles développés et intégrés dans le logiciel TRNSYS 18 présentent donc un compromis intéressant par rapport aux logiciels existants. Il a été aussi démontré qu’il y a une forte interaction entre la conception énergétique urbaine et l’enveloppe des bâtiments. Le choix des paramètres microclimatiques peut être déterminant sur le comportement hygro-thermo-aéraulique des bâtiments. Ces modèles développés restent à la portée des ingénieurs concepteurs et des chercheurs pour les implémenter facilement dans les outils de simulations thermiques dynamiques des bâtiments.

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