OPTIMISATION DES SYSTÈMES RAYONNANTS EN VUE DE L'AMÉLIORATION DU CONFORT THERMIQUE // OPTIMISATION OF RADIANT SYSTEMS FOR THERMAL COMFORT IMPROVEMENT

Dans un contexte énergétique difficile (COP 2026) et réglementaire plus contraignant dans le secteur du bâtiment (RE2020), l'architecture bioclimatique caractérisée notamment par des façades hautement vitrées connait un intérêt grandissant ces dernières années en raison de l'apport solaire, de la lumière et de l'aspect esthétique induit par l'exigence des utilisateurs quant au confort visuel. Cependant, les façades vitrées mal conçues affectent considérablement le confort thermique des occupants, en raison des grandes surfaces chaudes résultant de la dissipation du rayonnement solaire. Ainsi, les façades vitrées dans les bâtiments économes en énergie nécessitent une conception adéquate pour maintenir un compromis entre le confort thermique et la performance énergétique recherchée.
Les travaux présentés dans la littérature abordent majoritairement la problématique du confort thermique des bâtiments vitrés en période estivale, dont l'accent est mis sur l'étude et l'optimisation des systèmes de conditionnement d'air fortement sollicités dans cette période. Dans ce cadre peu de travaux ont été menés dans ce type de bâtiments et sur les systèmes de chauffage ainsi que sur les systèmes de production de la chaleur, dans un contexte hivernal, en intégrant le confort thermique des occupants.
Dans ce cadre, il est primordial de comprendre et de formaliser la corrélation entre les paramètres de conception de l'enveloppe du bâtiment, le confort thermique et la consommation énergétique, pour une meilleure intégration du confort thermique lors de la conception de bâtiments.
Les systèmes de chauffage et de rafraîchissement rayonnants sont de plus en plus déployés dans les bâtiments modernes à basse consommation énergétique. Ils sont caractérisés par une température opérative uniforme résultant principalement du transfert de chaleur radiatif avec utilisation de fluides à basse température (30°C à 35°C) pour le chauffage et à température modérée (14°C à 18°C) pour le refroidissement, et le potentiel de couplage avec des systèmes solaires thermiques même dans les régions à faible potentiel solaire. Cependant, les défis causés par la réponse thermique lente des systèmes radiants intégrés, induite par l'inertie thermique des matériaux, leur comportement thermique sous exposition solaire prolongée, et la condensation de l'eau pendant la saison de refroidissement impactent significativement le confort thermique des occupants.
Ce projet de thèse proposera de se pencher sur l'amélioration du confort thermique des occupants dans les bâtiments équipés par les systèmes rayonnants. Une optimisation multi-objectifs sera menée afin de tenir compte de divers facteurs intrinsèques et extrinsèques et leurs impacts sur le confort thermique et la consommation énergétique. Des approches de modélisation et de méta-modélisation seront utilisés pour développer un outil d'aide à la décision. Les modèles développés seront validés par les mesures expérimentales in-situ à réaliser sur la cellule test expérimentale BBC+.
Ces données sont nécessaires pour appréhender avec plus de précision la température de consigne ou la température de base intérieure d'un bâtiment.
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In a difficult energy context (COP 2026) and more restrictive regulations in the building sector (RE2020), bioclimatic architecture characterized particularly by highly glazed facades has experienced growing interest in recent years due to solar gain, light and the aesthetic aspect induced by users' requirements for visual comfort. However, poorly designed glass facades affect significantly the thermal comfort of the occupants, due to the large hot surfaces resulting from the dissipation of solar radiation. Thus, glazed facades in energy-efficient buildings require adequate design to maintain a compromise between the thermal comfort of the occupants and the desired energy performance.
Hydronic radiant systems are qualified to satisfy thermal comfort and energy saving requirements. Their main advantages include uniform operative temperature resulting from predominantly radiative heat transfer with utilization of fluids at low temperature (30°C to 35°C) for heating and moderate temperature (14°C to 18°C) for cooling, and the coupling potential with solar thermal systems even in low solar potential regions. However, challenges caused by the slow thermal response of embedded radiant systems induced by the thermal inertia of the materials, their thermal behavior under prolonged solar exposure, and water condensation during cooling season significantly impact the occupant's thermal comfort.
This research project will focus on the multi-objective optimization of radiant systems. Models and metamodels will be developed in order to perform sensitivity studies dealing with the impact of intrinsic and extrinsic factor on both thermal comfort and energy consumption. Model validation will be achieved thanks to the measurements that will be done on the experimental cell test BBC+.
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Début de la thèse : 01/10/2024

https://www.univ-reims.fr/

Profil : Mécanique énergétique, Génie thermique, Thermique du bâtiment, Des compétences dans le domaine de l'efficacité énergétique des bâtiments. Une compréhension des concepts physique de la thermique et du confort thermique. Quelques compétences en métrologie et au développement numérique. Une aptitude à travailler en équipe et à collaborer avec des équipes multidisciplinaires.
Profile: Mechanical and energy engineering, Thermal Engineering, Building Science Skills in the field of energy efficiency in buildings. An understanding of the physical concepts of thermal and thermal comfort. Some skills in metrology and digital development. Ability to work in a team and collaborate with multidisciplinary teams.