CONTRIBUTION A LA CONCEPTION DES BATIMENTS A FAIBLE CONSOMMATION D’ENERGIE DANS LES ZONES ARIDES

Abstract

Dans notre étude, une méthodologie a été développée pour mener des études de conception pour les bâtiments à faible consommation d'énergie. Le principe de la méthodologie est de développer à l’aide d’outils de simulation numérique et en se basant sur l’expérimentation, des modèles pour l’évaluation des performances énergétiques et du confort thermique des bâtiments. Le travail se concentre sur l'identification des archétypes d’habitation les plus performantes dans les climats chauds et arides, ce qui permet de déterminer leurs propriétés qui influent directement les performances thermiques. Nous proposons une méthodologie d’intégration des solutions bioclimatiques afin d'améliorer leur confort et leurs économies d'énergie dans ses archétypes d’habitation. On a présenté des techniques permettant la ventilation et le rafraîchissement naturel pour les régions à climat chaud. D'abord, Nous avons étudié le comportement de la cheminée solaire, on a réalisé un dispositif expérimental suivi d’une simulation utilisant le code Fluent pour une cheminée solaire de différentes géométries et deux inclinaisons. Une application est exécutée sur une pièce de dimension (1m x 1m x 1m) équipée d’une cheminée solaire inclinée de 45° par rapport à l’horizontal intégrée sur la partie supérieur de la pièce, afin de prédire le taux de ventilation. Ensuite, Nous avons évalué la performance d'un système échangeur air-sol propre à des zones à climat chaud. Pour réaliser notre travail on a procédés à une simulation numérique d’un écoulement turbulent dans l’échangeur air-sol, on utilise le logiciel "FLUENT" pour le calcul numérique. Une validation du modèle est effectuée par la comparaison entre nos résultats de simulation et les essais expérimentaux. On a introduit les données climatiques réelles de la région d’Ouargla à travers la mesure de la température ambiante et la température du sous sol effectuées dans un jour ensoleillé : le 26/05/2011 à Sidi Khouiled. Ensuite une étude d'optimisation a été extraite de l'analyse de l'influence des paramètres du dimensionnement sur la performance de l'échangeur. Nous sommes également intéressés à étudier la pertinence de l'effet de la végétation comme dispositif de rafraîchissement et son impact sur le confort intérieur des bâtiments. On présente une étude expérimentale comparative pour tester l'effet de la végétation sur différentes cellules. Une méthode d’évaluation de la consommation énergétique en fonction de l’enveloppe du bâtiment est testée. L'outil logiciel "TRNSYS 16" a été utilisé comme moyen d'évaluation. Différents formes de bâtiment ont été considérés. La simulation nous a permit d’estimer les besoins énergétiques de climatisation pour chaque facteur forme. Dans la dernière section, nous avons développé une méthode de comparaison entre les solutions bioclimatiques intégrées pour deux archétypes d'habitation sélectionnés. On développe une méthodologie originale pour la simulation et la prédiction de la consommation d'énergie liée à la climatisation. Une étude technico-économique est présentée pour chaque cas. Elle permet de déterminer l’archétype le moins énergivore et la solution bioclimatique la plus pertinente pour économiser l'énergie dans les bâtiments en région aride.

In our study, a methodology was developed to conduct design studies for low-energy buildings. The principle of the methodology is to develop using numerical simulation tools and based on experimentation, models for the evaluation of energy performance and thermal comfort of buildings. The work focuses on identifying the most successful home archetypes in hot and arid climates, which can be used to determine their properties that directly affect thermal performance. We propose a methodology for integrating bioclimatic solutions to improve their comfort and energy savings in their archetypes of housing. Techniques for ventilation and natural cooling for warm climates were presented. First, we studied the behavior of the solar chimney; we realized an experimental device followed by a simulation using the "Fluent" code for a solar chimney of different geometries and two inclinations. An application is performed on a dimension piece (1m x 1m x 1m) equipped with a solar chimney inclined 45 ° with respect to the horizontal integrated on the upper part of the room, in order to predict the rate of ventilation. Next, we evaluated the performance of an air-ground heat exchanger system specific to hot climate zones. To carry out our work, a numerical simulation of a turbulent flow in the air-ground heat exchanger has been carried out, using the FLUENT software for numerical computation. Validation of the model is performed by comparing our simulation results with the experimental tests. The actual climatic data of the region of Ouargla was introduced through the measurement of the ambient temperature and the temperature of the subsoil carried out in a sunny day: the 26/05/2011 in Sidi Khouiled. Then an optimization study was extracted from the analysis of the influence of the parameters of the dimensioning on the performance of the exchanger. We are also interested in studying the relevance of the effect of vegetation as a cooling device and its impact on the interior comfort of buildings. A comparative experimental study is presented to test the effect of vegetation on different cells. A method of assessing energy consumption according to the building envelope is tested. The "TRNSYS 16" software tool was used as a means of evaluation. Different forms of building were considered. In the last section, we have developed a method of comparison between integrated bioclimatic solutions for two selected residential archetypes. An original methodology is developed for the simulation and prediction of energy consumption related to air conditioning. A technical-economic study is presented for each case. It determines the most energy-efficient archetype and the most relevant bioclimatic solution for saving energy in arid buildings.