Methods and models for optimal design of buildings and energetic systems in sketch phase integrating operation strategies

Méthodes et outils pour le dimensionnement des bâtiments et des systèmes énergétiques en phase d'esquisse intégrant la gestion optimale

van Binh Dinh (1)

1 G2ELab - Laboratoire de Génie Electrique de Grenoble

In order to reduce the energy consumption and to increase the use of renewable energy, the optimal design of future buildings (smart-buildings) appears as an important factor.This thesis aims to develop models, innovative methods aiding decision-making during the design of buildings. Our approach of design is a global and simultaneous optimization of envelope, energy systems and their management strategies from the sketch phase, which takes into account multi-criterions of costs (investment et exploitation) and comforts (thermal, visual, aeraulic). The multi-objective optimization problem is so a strong coupling problem of large scale with a lot of variables and constraints, which leads to difficulties to solve.After the tests, an optimization method of order 1 is chosen in combination with analytical models formally derived automatically. Our methodology is applied to the design of individual houses, especially positive energy houses. The results of this global approach provide important information to designers to help make choices from the preliminary phase of the design process.

Dans le but de réduire la consommation d’énergie et d’augmenter la part des énergies renouvelables, la conception optimale des futurs bâtiments (bâtiments intelligents) apparaît comme un facteur important. Cette thèse vise donc à développer des modèles, des méthodes innovantes d’aide à la conception pour ces bâtiments. Notre nouvelle approche de conception est une optimisation globale et simultanée de l’enveloppe, des systèmes énergétiques et de leurs stratégies de gestion dès la phase d’esquisse, qui prend en compte plusieurs critères de coût (investissement et exploitation) et de confort (thermique, visuel et aéraulique). Le problème d’optimisation multi-objectif est donc un problème de couplage fort de grande taille avec de nombreuses variables et contraintes, qui induisent des difficultés lors de sa résolution. Après avoir fait des analyses sur des cas tests, une méthode d’optimisation d’ordre 1 est choisie, en association à des modèles analytiques dérivés formellement de manière automatique. Notre méthodologie est appliquée à la conception de maisons individuelles, et plus particulièrement des maisons à énergie positive. Les résultats obtenus par cette approche globale apportent des informations importantes aux concepteurs pour l’aider à faire des choix en phase amont du processus de conception.

Mots clés: Positive energy building; Global optimization; Aid making design; Optimal design; Optimization method; Sketch phase

Mots clés: Bâtiment à énergie positive; Optimisation globale; Aide à la conception; Dimensionnement optimal; Méthode d'optimisation; Esquisse

Domaines: Energie électrique

van Binh Dinh. Méthodes et outils pour le dimensionnement des bâtiments et des systèmes énergétiques en phase d'esquisse intégrant la gestion optimale. Energie électrique. Université Grenoble Alpes, 2016. Français. ⟨NNT : 2016GREAT092⟩. ⟨tel-01529763⟩