Sujet de Thèse
Titre :
Proposition du titre : Conception d'une architecture de co-simulation dynamique basée sur le BIM et appliquée au couplage de l'énergétique du bâtiment et du comportement de l'usager.
Dates :
2020/03/05 - 2022/04/30
Autre(s) encadrant(s) :
Riad Benelmir
Description :
Durant ces dernières années, de nombreux travaux de recherche ont été menés avec pour objectif la gestion et la maîtrise de la demande énergétique et ce, dans tous les domaines et en particulier celui du bâtiment. Les compétences acquises du CRAN au travers de sa participation aux projets antérieurs ANCRE et ECOSUR et de sa récente implication dans le projet Européen « Simulation Based Control for Energy Efficiency building opération and maintenance » (Energy in Time ; FP7 NMP ; 2013-2017) et du LERMAB au travers de sa participation aux projets européens INTERREG V A Grande Région - Programme Transfrontalier de Coopération Territoriale européennes 2014-2020 « Power to Heat for the Greater Region's Renewables Integration and Development - PtH4GR²ID » et INTERREG V A Grande Région - Programme Transfrontalier de Coopération Territoriale européennes 2014-2020 « Réseau de Chambres Climatiques » et au Projet ADEME Vers des Bâtiments responsables à l'horizon 2020 « Cool Data Center », ont justifié la volonté des deux laboratoires de collaborer pour la mise en place d'un démonstrateur à échelle réelle utile pour optimiser la gestion de l'énergie et de la qualité de l'air dans un système complexe de bâtiments (de type campus, CHU, éco-quartier). L'objectif final est un démonstrateur de solution intégrée, prenant en compte les rétroactions et interactions entre différents objectifs et faisant cohabiter plusieurs composants issus de différents domaines d'ingénierie.

Dans le cadre du CPER FORBOIS 2, une action a été initiée par le CRAN en collaboration avec le LERMAB visant à acquérir et installer dans un ensemble de bâtiments en exploitation (Campus Fibres à Épinal) un système de gestion de l'énergie et de la qualité de l'air d'un bâtiment complexe. Ce système comporte d'une part l'instrumentation des bâtiments nécessaire à la mesure et au suivi de la consommation d'énergie et de la qualité de l'air, et d'autre part une maquette numérique de cet ensemble de bâtiments, connectée à cette instrumentation. La finalité de la plate-forme de recherche est de proposer un pilotage optimal des actionneurs de l'ensemble de bâtiments (chauffage, climatisation, ventilation, occultation, etc.) sur la base de l'état de cette maquette numérique et l'usage des différentes pièces du bâti (nombre de personnes, profil énergétique, prévisions météo, etc.) permettant d'optimiser la performance énergétique et le confort des usagers.
Le développement des activités de recherche autour de cette plate-forme seront essentiellement conduits à travers deux thèses. Une première thèse a pour vocation d'étudier la pertinence d'un système de contrôle énergétique et de qualité de l'air distribué par une structure récursive et anthropocentrique basée sur le BIM (Building Information Modeling). Elle s'intéressera au système d'information et de planification de la plateforme. La deuxième thèse, que nous décrivons ici, a comme objectif de traiter le système physique de la plateforme en abordant la question de la modélisation multi-physique par la co-simulation interactive traitant simultanément les aspects qualité de l'air et thermique ainsi que l'efficacité énergétique, environnementale et le confort de l'usager.
La co-simulation peut être mise en évidence à travers le couplage entre un progiciel (Pleiade Comfie, Design Builder,...) de STD (Simulation Thermique Dynamique) du bâtiment et des outils comme Brahms de simulation du comportement des occupants dans l'environnement Matlab/SIMULINK. L'orchestration de ces outils sera assurée par la maquette numérique BIM pour profiter des compétences spécifiques de ces outils dans chaque domaine et assurer la complémentarité entre eux.
Références :
[1] GiacomoCapizzi, Grazia LoSciuto, GiulianoCammarata, MassimilianoCammarata, Thermal transients simulations of a building by a dynamic model based on thermal-electrical analogy: Evaluation and implementation issue, Applied Energy, Volume 199, 1 August 2017, Pages 323-334
[2] Daniele Testia*, Eva Schitoa, Emidio Tiberia, Paolo Contia, Walter Grassia, Building energy simulation by an in-house full transient model for radiant systems coupled to a modulating heat pump, 6th International Building Physics Conference, IBPC 2015
[3] Clayton Miller, Daren Thomas, Jerôme Henri Kampf, Arno Schlueter, Urban and building multiscale co-simulation: case study implementations on two university campuses, Journal of Building Performance Simulation · July 2017
[4] Andreas Nicolai1Anne Paepcke, Co-Simulation between detailed building energy performance simulation and Modelica HVAC component models, Institut for Building Climatology, Faculty of Architecture, TU Dresden, Germany
Département(s) : 
Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques