Évaluation des interactions bâtiment-microclimat à l’échelle du quartier par une approche intégrée à la simulation énergétique des bâtiments

Adnane M’Saouri El Bat1,⋆^{1,\star}, Sihem Guernouti1^{1}, Auline Rodler1^{1}, Marjorie Musy1^{1}
⋆^{\star} : adnane.msaourielbat@cerema.fr
1^{1} Cerema, Equipe de Recherche BPE; CNRS UMR 5271, Université Savoie Mont Blanc, Chambéry, France
Mots clés : Approche zonale, Modèle thermoradiatif, Modèle tridimensionnel d’écoulement du vent, Quartier, Microclimat, TRNSYS.
Résumé :

Dans un environnement complexe, comme une zone urbaine, les éléments bâtis du tissu urbain modifient fortement les conditions microclimatiques en perturbant la distribution de l’écoulement du vent et de la chaleur entre les différentes surfaces. En effet, l’étude de l’impact du microclimat urbain sur les besoins énergétiques et sur le confort thermique des occupants est devenue une nécessité pour une meilleure évaluation de la performance énergétique des bâtiments. Dans la perspective de garantir le confort thermique intérieur et d’apporter des solutions techniques adéquates, la prédiction de la consommation énergétique doit être de plus en plus réaliste.

La littérature récente montre que l’utilisation des modèles basés sur des codes de calculs de mécanique de fluides (CFD) pour étudier le microclimat urbain et son impact sur les besoins énergétiques des bâtiments est répandue. Ces modèles sont généralement détaillés, mais en revanche complexes à utiliser (temps de calcul élevé, utilisation de plusieurs logiciels…).

Afin de surmonter cette complexité, l’objectif de ce papier est de présenter une approche simplifiée d’une modélisation intégrée dans un outil de simulation énergétique des bâtiments couplé à un modèle basé sur une approche zonale pour le calcul des écoulements d’air à l’extérieur. Cette approche vise à évaluer les interactions entre le microclimat urbain et le bâtiment. Pour ce faire, un modèle thermoradiatif basé sur le facteur de Gebhart a été intégré dans un outil STD pour la modélisation du rayonnement solaire de courtes longueurs d’onde (CLO), du rayonnement thermique de grandes longueurs d’onde (GLO) dans le quartier. D’autre part, pour décrire de manière adéquate les champs de température et de vitesse du vent autour des bâtiments, un modèle zonal tridimensionnel d’écoulement du vent respectant la conservation de la masse a été développé sur la base de modèles empiriques existants dans la littérature. Quant au modèle thermo-aéraulique du bâtiment, il est basé sur le modèle aéraulique de CONTAM qui est couplé à TRNSYS. En outre, Urban Weather Generator (UWG) est utilisé pour générer des fichiers météorologiques en vue de tenir compte notamment des effets microclimatiques à l’échelle de la ville.

Pour évaluer la fiabilité de la modélisation développée une comparaison avec des résultats expérimentaux a été effectuée. Les résultats numériques obtenus sont concordants avec ceux des expérimentations avec une erreur absolue moyenne sur la température surfacique des parois extérieures d’environ 1 ∘^{\circ}C et une erreur relative moyenne d’environ 5%. L’utilisation de cette méthode montre son intérêt en terme du temps de calcul réduit par rapport à des calculs CFD tout en gardant une précision satisfaisante afin d’obtenir une meilleure précision par rapport à l’évaluation des performances énergétiques des bâtiments à l’échelle d’un quartier.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-094

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