Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Ce travail présente une nouvelle méthode pour obtenir le comportement thermique d'un bâtiment historique, sans utiliser de technique destructive. Grâce à une méthodologie inverse on peut estimer la résistance thermique d'un mur dont les caractéristiques sont inconnues. En mesurant le flux de chaleur traversant le mur grâce à un fluxmètre et en enregistrant la température des différentes pièces du bâtiment par des capteurs de température sur plusieurs mois, on obtient la résistance thermique des murs, qui peut être utilisée pour la Simulation thermique dynamique (STD) du bâtiment. Par affinage du modèle numérique, la courbe issue de la simulation devrait être proche des températures enregistrées. Ainsi, le résultat de la STD sera cohérent avec le vrai comportement thermique du bâtiment.
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This article presents a new reverse engineering method to determine the thermal behaviour of a historical building non-destructively. The method is used to estimate the thermal resistance of walls whose characteristics are unknown. The heat flow through the walls is measured using a heat flow meter (HFM), and the temperature of different spaces in the building is recorded by sensors over 4 months. We thus obtain the thermal resistance of walls, and use that information for dynamic thermal simulation (DTS) of the building. The temperature curves plotted from DTS are compared with recorded temperatures. By further refining the model, the simulation curves can be brought very close to recorded temperatures. The DTS results thus mirror the real thermal behavior of the building.
Auteur(s)
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Hiva SHAMSBORHAN : Enseignant Chef de projets R&D - Département énergétique et environnement, ICAM (Lille, France)
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Christophe PENNEL : Enseignant responsable projets R&D, ICAM site de Paris-Sénart (Lieusaint, France)
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Baptiste HEELE : Ingénieur exploitation au CNPE (Civaux, France)
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Marine HERAULT : Ingénieur développement BI chez Sopra Steria (Lille, France)
INTRODUCTION
De nos jours, beaucoup de pays développés essaient de réduire la consommation globale d'énergie des bâtiments, ainsi que leurs émissions de gaz à effet de serre. Pour atteindre les objectifs de réduction de consommation visés, la rénovation devient nécessaire pour un bon nombre de bâtiments. Beaucoup de méthodes sont utilisées dans le monde pour réussir les projets de rénovation des bâtiments. Parmi celles-là, on peut mentionner :
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l’audit énergétique ;
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l’évaluation des performances du bâtiment ;
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la quantification des gains énergétiques ;
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l’analyse économique ;
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l’évaluations des risques et mesure & vérification (M&V) de l'énergie sauvée.
Dans le but d'avoir des rénovations pertinentes pour économiser l'énergie, l'audit énergétique du bâtiment est primordial. L'audit énergétique varie selon le champ et la profondeur. Selon le manuel d'ASHRAE, l'audit énergétique peut être classifié selon trois niveaux :
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niveau 1: survol des évaluations ;
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niveau 2 : étude énergétique avec analyse ;
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niveau 3 : analyse énergétique détaillée.
Les modèles numériques sont une partie importante de l'analyse énergétique détaillée. Aussi, ils permettent de prédire l'énergie économisée après un ensemble de projets de rénovation.
En connaissant les caractéristiques d'un bâtiment, nous pouvons facilement calculer sa STD et obtenir son comportement thermique. C'est le cas du bâtiment pour lequel la base de données technique est disponible. Si la base de données technique est manquante, il y a deux façons fiables pour obtenir la résistance thermique du mur :
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la première est une méthode destructive, i.e. faire des trous dans les murs (carottage ou méthode endoscopique) pour comprendre leur composition et calculer leur résistance thermique ;
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la seconde est une méthode non destructive qui utilise un fluxmètre pour obtenir la résistance thermique du mur et la comparer avec la méthode destructive. Ficco et al. ont prouvé la précision et la fiabilité de la seconde méthode pour les bâtiments historiques.
Dans ce travail, il a été tenté d'impliquer ladite méthode non destructive dans une méthodologie inverse, afin d'obtenir le comportement thermique du bâtiment, sans utiliser aucune opération de destruction.
Le travail est effectué à l’ICAM de Lille qui a été construit en 1898. L’Établissement est donc considéré comme un bâtiment historique dans lequel les opérations destructives ne sont pas recommandées. D'autre part, il n'y a aucune information à propos de la composition des murs. Les bâtiments de l’ICAM présentent donc une bonne opportunité pour appliquer notre méthodologie et des essais.
Domaine : thermique du bâtiment
Entreprises concernées : toutes sortes d'entreprise intéressée
Technologies / méthodes impliquées : mesure des températures et du flux thermique
Secteurs : rénovation des bâtiments historiques
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
simulation numérique des phénomènes thermiques superficiels bâtiment historique simulation thermique dynamique comportement thermique
KEYWORDS
numerical simulation of surface thermal phenomena | historical building | dynamic thermal simulation | thermal behavior
DOI (Digital Object Identifier)
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Mise en œuvre1. Contexte
Une aile d’un des bâtiments de l’ICAM de Lille a été choisie pour comprendre son comportement thermique. Ce bâtiment n'a pas une bonne isolation et consomme beaucoup d'énergie, comme nous le montre la facture de consommation de gaz (~ 21 k€/an).
Ce bâtiment est appelé « bâtiment Auber » parce qu'il est parallèle à la rue Auber à Lille avec, comme coordonnées géographiques, 50° 37’ 49’’ N, 3° 2’ 30’’ E (voir figure 1). Il a un rez-de-chaussée, 1er étage, 2e étage et un comble avec un toit. Ce bâtiment est composé de classes et de bureaux. La surface de chaque étage est environ de 474 m2. L'entrée principale du bâtiment est orienté nord-est et l'autre côté est orienté vers la cour intérieure de l'ICAM. Comme mentionné précédemment, le bâtiment a été construit à la fin du 19e siècle (voir figure 2).
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - EILAM (E.) - Reversing : Secrets of Reverse Engineering. - Wiley Publishing, Inc. Indiana, USA (2005).
-
(2) - CHEN (Y.), LI (X.), ZHANG (Q.), SPITLER (J.D.), FISHER (D.) - Investigation of the accuracy of calculation methods for Conduction Transfer Functions of building construction. - In proceedings of the 6th International Conference for Enhanced Building Operations, Shenzhen, China (6-9 November 2006).
-
(3) - JOBERT (R.) - Perméabilité à l'air de l'enveloppe en application de la RT 2012. - CSTB Editions, pp. 32-35 (2012).
-
(4) - ASCIONE (F.), ROSSI (F.), VANOLI (G.P.) - Energy retrofit of historical buildings : theoretical and experimental investigations for the modelling of reliable performance scenarios. - Energy and Buildings 43 1925-1936 (2011).
-
(5) - FARK (S.), BEL (T.) - Les ponts thermiques dans le bâtiment : Mieux les connaître pour mieux les traiter. - CSTB Éditions (2006).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Certifications et labels : performance énergétique et qualité environementale.
-
Newsteo Wireless Montoring
http://www.newsteo.com/en/data-logger/datalogger.php (page consultée le 22 juin 2016)
-
Huskeflux Thermal Sensors
http://www.hukseflux.com/product_group/heat-flux-sensors (page consultée le 22 juin 2016)
-
IZUBA énergie
http://www.izuba.fr (page consultée le 22 juin 2016)
ISO 9869-1 - Geneva 1994 - Thermal insulation, Building elements, In-situ measurement of thermal resistance and thermal transmittance.
HAUT DE PAGE
Directive 2002/91/EC of The European Parliament and of the Council of 16 December 2002 on the performance of buildings, Official Journal of the European Communities, L 1/54 of the 4.1.2003.
Directive 2010/31/EU of The European Parliament and of the Council of 19 May 2010 on the performance of buildings (recast), Official Journal of the European Union, L 153/13 of the 18.6.2010.
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