Projet de fin détude pour lobtention du titre d’                               Ingénieur             De l’école Supérieure...
Projet de fin détude pour lobtention du            Master de Sciences et Technologies de l’UPMC                   Mention ...
PLAN    Introduction           I.   Présentation du CERMA           II. Problématique           III. Méthodologie         ...
Introduction       Mon intérêt pour le stage    • EPMI + UPMC           # Validation des connaissances théoriques         ...
I. Présentation du CERMAPage  5
I. Présentation du CERMA       Le CERMA    • Centre de Recherche Méthodologique d‘Architecture                 Créé en 197...
I. Présentation du CERMA                                                                    Pascal Joanne   Organigramme d...
II. ProblématiquesPage  8
II. Problématiques       Le projet EnVIE    Enrichissement de Villes 3D numériques par des Indicateurs de       durabilité...
II. Problématiques       Le projet EnVIE    • Aide à la prise de décision    • Fin du projet : fin janvier 2013    • Zones...
II. Problématiques            Le travail du stage    Proposer une méthode de calcul du confort thermique à l’échelle    ur...
II. Problématiques            Le travail du stage    Calcul de la température de surface    Calcul du TRM    Calcul du con...
III. MéthodologiePage  13
III. Méthodologie       Etat de l’art sur le confort thermique    Définition :            # Un état de satisfaction de l’i...
III. Méthodologie Rappel de Thermique   La convection   La rayonnement   Lévaporation   Les échanges par chaleur respirati...
III. Méthodologie       Les phénomènes thermiques :                              35%                            Convection...
III. Méthodologie       Bilan thermiquePage  17
III. Méthodologie       Indicateur de confort thermique                                   Coefficient de proportionnalité ...
III. Méthodologie       Indicateur de confort thermique  Représentation du PPD en fonction du PMV* avec ExcelPage  19
III. Méthodologie       Paramètres du confort    Dépend de 6 paramètres    Les paramètres qui dépendent de l’individu :   ...
III. Méthodologie       Paramètres du confort    Les paramètres qui dépendent de l’individu :            1 -Le métabolisme...
III. Méthodologie     Comparaison entre SOLWEIG et ENVI-met                                             SOLWEIG           ...
III. Méthodologie     Calcul de Ts sur Solene                               Source J. Bouyer 2009                         ...
III. Méthodologie     Calcul de Ts sur Solene            Source J. Bouyer 2009Page  24
III. Méthodologie     Comparaison ENVI-met SOLWEIG SOLENE                                           SOLWEIG               ...
III. Méthodologie       Le calcul du GLO                   FACTEURS DE                     FORMES              ENVI-met   ...
III. Méthodologie       Solutions retenues             ENVI-met             SOLENE                        SOLWEIGPage  27
III. Méthodologie       Géométrie à simuler                                                 Géométrie de simulation à part...
IV. Présentation des                  résultatsPage  29
IV. Présentation des résultats       Hypothèses de calculsPage  30
IV. Présentation des résultats       Méthode SOLWEIG    # Procédé de calcul de l’indice de clarté IC            Luminance_...
IV. Présentation des résultats       Loi de variation de la température de surface pour la méthode Solweig pour IC =1     ...
IV. Présentation des résultats       Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle inspiré de    ...
IV. Présentation des résultats       Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle de Solene     ...
IV. Présentation des résultats       Comparaison des résultats de simulation  Résultat version TSimulation_Surface        ...
IV. Présentation des résultats       Comparaison des résultats de simulation                              Différence entre...
IV. Présentation des résultats       Simulation de la température radiante moyenne                                   Flux ...
IV. Présentation des résultats       Simulation du PMV*                           Métabolisme                             ...
IV. Présentation des résultats       Simulation du PMV*        TRM          Ta             HR               Va            ...
IV. Présentation des résultats       Conclusion sur la méthode            # Méthode Solweig invalide            # Réduire ...
ConclusionPage  41
CONCLUSION    • Implications dans un projet intéressant    • Un stage très riche en contenu et en nouvelles notions    • L...
QUESTIONS ?  Calcul du confort thermique sur une zone      urbaine par un modèle simplifié                   Présenté par ...
La convectionPage  44
La convectionPage  45
Le rayonnementR = Densité de flux de chaleur radiatif, W/m²𝜀 𝑣𝑒𝑡 = L’émissivité moyenne de la peau et des vêtements dans l...
Le rayonnementPage  47
Le rayonnementPage  48
Les échanges par chaleur latente :       lévaporationPage  49
Les échanges par chaleur respirationPage  50
Les échanges par chaleur sensible                                     Environnement     Environnement (1)                 ...
Le stockage de chaleurPage  52
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Soutenance stage cerma-poas-2012

  1. 1. Projet de fin détude pour lobtention du titre d’ Ingénieur De l’école Supérieure d’Ingénieurs Électricité, Production et Méthodes IndustriellesCalcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALL Société daccueil : Centre de recherche méthodologique darchitecture de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes (CERMA) Encadré par : Monsieur Vincent TOURRE, Maitre de Conférences. et Madame Marjorie MUSY, Ingénieur de Recherche. Année universitaire 2011/2012
  2. 2. Projet de fin détude pour lobtention du Master de Sciences et Technologies de l’UPMC Mention Sciences de l’Ingénieur Orientation Énergétique et EnvironnementCalcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALL Société daccueil : Centre de recherche méthodologique darchitecture de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes (CERMA) Encadré par : Monsieur Vincent TOURRE, Maitre de Conférences. et Madame Marjorie MUSY, Ingénieur de Recherche. Année universitaire 2011/2012
  3. 3. PLAN Introduction I. Présentation du CERMA II. Problématique III. Méthodologie IV. Présentation des résultats Conclusion • Apports du stagePage  3
  4. 4. Introduction Mon intérêt pour le stage • EPMI + UPMC # Validation des connaissances théoriques # Expérience professionnelle • Projets futurs # Ingénierie d’Etudes # ThèsePage  4
  5. 5. I. Présentation du CERMAPage  5
  6. 6. I. Présentation du CERMA Le CERMA • Centre de Recherche Méthodologique d‘Architecture Créé en 1971, sous forme dune association UMR CNRS 1563 « Ambiances architecturales et urbaines » Disciplines du CERMA Architecture Thermique Géographie Recherche Physique Acoustique InformatiquePage  6
  7. 7. I. Présentation du CERMA Pascal Joanne Organigramme du Cerma Directeur du CERMA Recherche et Administration enseignement et technique Doctorants MCC Chercheurs Associés *Professeurs HEGRON Gérard MCC MIGUET Francis IFSTTAR de Nantes Chargée d’études ENSA de Nantes PENEAU Jean-Pierre CHAZELAS Martine MARENNE Christian Professeur Emérite ENSA de Nantes ENSA de Nantes ENSA Nantes Derouiche Malek SIMONNOT Nathalie Grimaud Valentin Secrétaire *Maitres-assistants IR MCC ENSA Versailles DA RUGNA Josiane HASMAINA Rachid JOANNE Pascal GROLEAU Dominique ENSA de Nantes IR honoraire CNRS HE Shuang ENSA de Nantes MEUNIER Virginie DROZD Céline *Assistante de Direction LIU Ruijun ENSA de Nantes Gestionnaire BEN SALMA Amar MALYS Laurent FERCOQ Agnès *Ingénieurs de Recherche PETIT Anne Ecole Centrale de Nantes *Chargée de la communication CHAILLOU Francoise SALIOU Jean-Rémy *MESR (CERMA et IRSTV) Ingénieur contractuelle MUSY Marjorie Professeur DOM Véronique VIGIER Toinon SIRET Daniel MOREAU Guillaume CHANG Fan *Administrateur réseau et parc *Maitres de Conférences informatique CNRS MARTIN Jean-Yves MIGNE Cédric *Ingénieur de recherche LEDUC Thomas SERVIERES Myriam TOURRE VincentPage  7
  8. 8. II. ProblématiquesPage  8
  9. 9. II. Problématiques Le projet EnVIE Enrichissement de Villes 3D numériques par des Indicateurs de durabilité et de qualité Environnementale, - 3 PME : # SIRADEL # METEODYN # MGDIS - 1 laboratoire de recherche : # CERMAPage  9
  10. 10. II. Problématiques Le projet EnVIE • Aide à la prise de décision • Fin du projet : fin janvier 2013 • Zones de test : # la commune de Saint-Grégoire majoritairement résidentielle # le quartier de Blosne constitué de grands immeublesPage  10
  11. 11. II. Problématiques Le travail du stage Proposer une méthode de calcul du confort thermique à l’échelle urbaine • Problème : # Acquisition des données du projet # Exploitation des donnéesPage  11
  12. 12. II. Problématiques Le travail du stage Calcul de la température de surface Calcul du TRM Calcul du confortPage  12
  13. 13. III. MéthodologiePage  13
  14. 14. III. Méthodologie Etat de l’art sur le confort thermique Définition : # Un état de satisfaction de l’individu dans son environnement thermique. Conditions du confort : # Une sensation de neutralité thermique. # Un équilibre énergétique du corps.Page  14
  15. 15. III. Méthodologie Rappel de Thermique La convection La rayonnement Lévaporation Les échanges par chaleur respiration Le stockagePage  15
  16. 16. III. Méthodologie Les phénomènes thermiques : 35% Convection 35% Rayonnement Sudation 24% Respiration Pertes de chaleur Evaporation 1% ConductionPage  16
  17. 17. III. Méthodologie Bilan thermiquePage  17
  18. 18. III. Méthodologie Indicateur de confort thermique Coefficient de proportionnalité Production de chaleur métabolique Pertes de chaleur sensible à travers la peau Pertes par diffusion à travers la peau Pertes de chaleur par sudation Pertes de chaleur sensible par respiration Pertes de chaleur latente par respiration Température EffectivePage  18
  19. 19. III. Méthodologie Indicateur de confort thermique Représentation du PPD en fonction du PMV* avec ExcelPage  19
  20. 20. III. Méthodologie Paramètres du confort Dépend de 6 paramètres Les paramètres qui dépendent de l’individu : 1 -Le métabolisme 2 -Le style vestimentaire Les paramètres qui dépendent des données météo : 3 -La température ambiante de l’air 4 -L’humidité relative de l’air 5 -La vitesse du vent 6 -La température de surface des paroisPage  20
  21. 21. III. Méthodologie Paramètres du confort Les paramètres qui dépendent de l’individu : 1 -Le métabolisme OK 2 -Le style vestimentaire OK Les paramètres qui dépendent des données météo : 3 -La température ambiante de l’air OK 4 -L’humidité relative de l’air OK 5 -La vitesse du vent OK 6 - Le calcul de la température de surface des parois ?Page  21
  22. 22. III. Méthodologie Comparaison entre SOLWEIG et ENVI-met SOLWEIG 3 Paramètres à déterminer ENVI-met 18 Paramètres à déterminerPage  22
  23. 23. III. Méthodologie Calcul de Ts sur Solene Source J. Bouyer 2009 Modélisation d’un murPage  23
  24. 24. III. Méthodologie Calcul de Ts sur Solene Source J. Bouyer 2009Page  24
  25. 25. III. Méthodologie Comparaison ENVI-met SOLWEIG SOLENE SOLWEIG 3 Paramètres à déterminer ENVI-met 18 Paramètres à déterminer SOLENE 17 Paramètres à déterminerPage  25
  26. 26. III. Méthodologie Le calcul du GLO FACTEURS DE FORMES ENVI-met SOLENEPage  26
  27. 27. III. Méthodologie Solutions retenues ENVI-met SOLENE SOLWEIGPage  27
  28. 28. III. Méthodologie Géométrie à simuler Géométrie de simulation à partir de ParaviewGéométrie de simulation à partir de Google-MapPage  28
  29. 29. IV. Présentation des résultatsPage  29
  30. 30. IV. Présentation des résultats Hypothèses de calculsPage  30
  31. 31. IV. Présentation des résultats Méthode SOLWEIG # Procédé de calcul de l’indice de clarté IC Luminance_ciel Energie_sol_direct Masques_sol Energie_sol_globale Energie_sol_diffuse Organigramme pour le calcul d’ICPage  31
  32. 32. IV. Présentation des résultats Loi de variation de la température de surface pour la méthode Solweig pour IC =1 35 30 25 20 15 Ts-Ta en fonction de la hauteur max Ts-Ta du soleil 10 Linéaire (Ts-Ta en fonction de la hauteur max du soleil ) 5 0 0 20 40 60 80 100 -5 -10 nmax Relation entre la hauteur du soleil et de la différence maximale entre la surface du sol (Ts) et la température de lair (Ta), Pour les jours clairs.Page  32
  33. 33. IV. Présentation des résultats Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle inspiré de Solweig Données météo Tparoi_psall _Solweig Ts Caractéristiques géométriques Organigramme pour le calcul de Ts avec la méthode basée sur SolweigPage  33 Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 Aout à 14h00
  34. 34. IV. Présentation des résultats Résultats de la simulation de la température de surface avec le modèle de Solene Données Caractéristiques météo géométriques de surfaces Caractéristiques TSimulation_ Caractéristiques géométriques Surface Ts géométriques de sols Conditions initiales de températures Organigramme pour le calcul de Ts avec la méthode de julien BouyerPage  34 Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 Aout à 14h00
  35. 35. IV. Présentation des résultats Comparaison des résultats de simulation Résultat version TSimulation_Surface Résultat version Tparoi_psall Température de surface en (°C) calculée pour la date du 1 AoutPage  35
  36. 36. IV. Présentation des résultats Comparaison des résultats de simulation Différence entre les 2 résultats de simulation Température de surface en (°C)Page  36
  37. 37. IV. Présentation des résultats Simulation de la température radiante moyenne Flux solaire Température direct + albédo Vitesse air air diffus Scène sol piéton Surface Elévation du Bonhomme bonhomme soleil Température radiante moyenne Géométrie du Scène masque ciel Scène maillée Organigramme de la fonction proc_out_mrt.c Température EmissivitéPage  37 de surface
  38. 38. IV. Présentation des résultats Simulation du PMV* Métabolisme = 1,2 Température radiante moyenne HR confort PMV* PPD Vitesse air Température air Organigramme de la fonction pmv_et.c Rcl= 0,5Page  38
  39. 39. IV. Présentation des résultats Simulation du PMV* TRM Ta HR Va M Rcl PPD PMV*(°C) (°C) (%) (m/s) (met) (Clo) (%) 0 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.192 5.768 10 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.561 11.579 20 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 0.956 24.296 30 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 1.380 44.468 40 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 1.834 68.891 50 19.673 0.5572 0.25 1.2 0.5 2.327 89.076 Quelques exemples de calcul du PMV* avec une hypothèse de valeurs constantesPage  39
  40. 40. IV. Présentation des résultats Conclusion sur la méthode # Méthode Solweig invalide # Réduire la taille de la scène # Fonction proc_out_mrtPage  40
  41. 41. ConclusionPage  41
  42. 42. CONCLUSION • Implications dans un projet intéressant • Un stage très riche en contenu et en nouvelles notions • La découverte milieu des architectes Apport du stage Sur le plan personnel Sur le plan professionnel # Expériences # Traitement de l’information # Adaptation # Travail d’équipe # CommunicationPage  42
  43. 43. QUESTIONS ? Calcul du confort thermique sur une zone urbaine par un modèle simplifié Présenté par : Papa SALLPage  43
  44. 44. La convectionPage  44
  45. 45. La convectionPage  45
  46. 46. Le rayonnementR = Densité de flux de chaleur radiatif, W/m²𝜀 𝑣𝑒𝑡 = L’émissivité moyenne de la peau et des vêtements dans l’infrarouge lointain est de l’ordre de 0,97. 𝑓𝑐𝑙 = Facteur d’habillement. 𝜎 = Constante de Stefan Boltzmann, 5.67 × 10−8 𝑊/𝑚²𝐾 4 𝑇 𝑟𝑚 = Température radiante moyenne, °C 𝑇 𝑝 = Température de la peau, °C 𝐹 𝑒𝑓𝑓 = Le facteur de surface effective de rayonnementPage  46
  47. 47. Le rayonnementPage  47
  48. 48. Le rayonnementPage  48
  49. 49. Les échanges par chaleur latente : lévaporationPage  49
  50. 50. Les échanges par chaleur respirationPage  50
  51. 51. Les échanges par chaleur sensible Environnement Environnement (1) Microclimat Homme (2) urbain proche Transfert de masse Ambiance climatique Microclimat local globale urbain T V ê R > T interne t P > T cutanée e E Température HR > Thermorégulation Tair m A Rayonnement e U > Activité Rayonnement Humidité n C > Métabolisme Humidité relative Vent t Vitesse d’air Précipitation E Description fonctionnelle de la biophysique du microclimat (Fabrice & Sophie , 2005-2006)Page  51
  52. 52. Le stockage de chaleurPage  52

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