Abstract :
[en] For decades, growing interests in environmental and buildings energy performance concerns
lead architects and building engineers to develop new skills and to get used to advanced simulation
tools. Among them, Multizone models and Computational Fluid Dynamics (CFD) models
are increasingly used to solve problems of building physics.
This Thesis reports the development of a new and optimized tool based on the coupling of
these two tools and its application to a typical Belgian two-storey house. Indeed, separately, these
two tools have significant advantages and disadvantages :
• Multizone models are based on the hypothesis that the temperature is uniform in every
simulated zone which implies that they are not suited for large spaces. However, in small spaces,
Multizone models generate accurate results in a small amount of time.
• CFD models are very accurate, independently of the size of the room or the type of physical
phenomena encountered. However, it is also well known that CFD simulation are time and
resources consuming. Consequently, it is not possible to use it for a long term study.
This Thesis will first introduce these approaches and discuss their validity field. In order to
do this, a validation process has been developed to assess the ability of CFD to model accurately
physical phenomena at different study scales.
This Thesis will then discuss the coupling scheme developed in this study, based on experimental
results of a two-storey house in Belgium. Different coupling level will be studied in order
to understand deeply needs of such approach.
Eventually, it will be shown that coupling approach can drastically improve overheating prediction
for buildings even for a long term simulation. Thanks to this new tool, building actors
may design optimized cooling strategies while maximizing occupants comfort.
[fr] Les préoccupations environnementales croissantes et la question de la performance
énergétique des bâtiments entraînent, pour le secteur de la Construction, la nécessité d’employer
des outils de simulation dynamique avancés en physique du bâtiment. Parmi eux, les modèles
Multizone et les simulations CFD (Computational Fluid Dynamics) connaissent un essor rapide.
Cette thèse envisage le développement d’un outil de simulation optimisé basé sur le couplage
de ces deux approches et sa validation sur l’étude du comportement thermique d’une maison en
Belgique. En effet, séparément, ces deux outils présentent différents avantages et inconvénients.
• L’approche Multizone se base sur l’hypothèse d’uniformité de la température dans chaque
zone étudiée. Ceci implique l’inadéquation de cet outil pour les locaux de grandes dimensions.
A l’inverse, pour les autres locaux, il permet d’obtenir rapidement des résultats précis.
• L’approche CFD est très précise, quels que soient les dimensions du local ou les
phénomènes physiques rencontrés. Par contre, elle requiert des ressources temporelles et informatiques importantes. Par conséquent, cet outil n’est pas adapté aux simulations à long terme.
Cette Thèse présentera d’abord ces deux approches et leur champ d’application. A cet égard,
un processus de validation de la CFD traitant à la fois des phénomènes physiques et des échelles
de grandeur usuellement rencontrés en physique du bâtiment a dû être développé.
Cette Thèse abordera ensuite le développement de l’outil couplé, sur base de résultats
expérimentaux d’une habitation de deux étages en Belgique. Différents niveaux de couplage
seront envisagés afin de cerner les besoins d’une telle approche.
Enfin, il sera démontré que ce nouvel outil peut améliorer significativement la prédiction de
la surchauffe d’un bâtiment, même à long terme. Grâce à celui-ci, les acteurs concernés pourront
définir des stratégies de refroidissement optimisées tout en maximisant le confort des occupants.
