Contribution to the study of Tubular Daylight Guidance Systems (TDGS): Experimentation, Modelling and Validation
Contribution À L’Étude Des Dispositifs De Guides Lumineux Tubulaires (D.G.L.T.) Appliqués Au Bâtiment:Expérimentation, Modélisation et Validation
Résumé
Designing a building with comfort and energy conservation concerns is a key issue. In the alarming global context, both on energy-climate that the building sector is singled out. In France, the lighting is among the poor performers compared to other European countries. The country lags behind in quality tertiary or residential lighting in terms of energy performance, visual comfort or health.The organization of "2015, Année de la Lumière en France" by the ONU, UNESCO and the CNOP shows a change which tends to take place in the popular consciousness.Reunion Island, considering its strong solar radiation, is a land of choice to experiment with innovative devices in the contribution of daylight in buildings. For this purpose, the physical approach of the phenomenon provides prediction prospects, where the theoretical study of today will be tomorrow's building.Starting with a generalist approach, this PhD thesis aims to be as comprehensive as possible in the literature review, experimental and modelling study of the TDGS (Tubular Daylight Guide Systems) applied to the building.Our bibliographic survey has revealed that, this process is commonly marketed and installed internationally on the buildings concerned about their environmental impact or well-being of their occupants. However, the literature also shows they are poorly studied, and the approaches cannot be applied to all types of climates. In this context, a full-scale experimental study, including many scenarios was conducted to understand the phenomena involved.The semi-empirical modelling has both strengths and weaknesses. With simplicity, it remains limited to a configuration or a particular climate.In this issue, this research offers a solution: a numeric tool of dedicated modelling environment, ensuring the generation of the models according to need, called HEMERA. It uses the power of genetic algorithms to provide an effective solution to a local problem. The computer code CODYRUN is the support of the validation of the model developed as part of this work, and adjusted specifically for the climate of Reunion Island. This software profits an experience and a development of over 20 years in the PIMENT laboratory.
Concevoir un bâtiment avec des préoccupations de confort et de maitrise de l’énergie est un enjeu primordial. Dans le contexte mondial alarmant, tant sur le plan énergétique que climatique, le secteur du bâtiment est pointé du doigt. En France, l’éclairage fait partie des mauvais élèves comparés aux autres pays européens. Le pays accuse un certain retard dans la qualité de l’éclairage tertiaire ou résidentiel en termes de performance énergétique, confort visuel ou santé au travail.L’organisation de « 2015, Année de la Lumière en France » par l’ONU, l’UNESCO et le CNOP montre qu’un changement tend à s’opérer dans les consciences.L’île de La Réunion, compte tenu de son fort gisement solaire, est une terre de choix pour expérimenter des dispositifs novateurs dans l’apport de lumière naturelle au sein des bâtiments. Pour cela, l’approche physique du phénomène offre des perspectives de prédiction où l’étude théorique d’aujourd’hui fera le bâtiment de demain.En débutant par une approche généraliste, ce manuscrit de thèse se veut être le plus exhaustif possible dans l’étude bibliographique, expérimentale et modélisation du comportement des DGLT-R (Dispositifs de Guides Lumineux Tubulaires Réfléchissants) appliqués au bâtiment.Notre prospection bibliographique nous a révélé que ce procédé est couramment commercialisé et installé à l’échelle internationale sur les bâtiments soucieux de leur impact environnemental ou du bien-être de leurs occupants. Cependant, la littérature montre également qu’ils sont peu étudiés et que les approches ne peuvent être appliquées à tous types de climats. Dans ce cadre, une étude expérimentale à échelle réelle, comprenant de nombreux scénarios, a été menée en vue de créer une base de données de mesures expérimentales unique et comprendre les phénomènes mis en jeu. La modélisation semi-empirique possède à la fois des atouts et des inconvénients. Forte de simplicité, elle reste toutefois limitée à une configuration ou un climat particulier. À cette problématique, ces travaux de recherche offrent une solution : un outil numérique de modélisation dédié, assurant la génération des modèles au départ de mesures à effectuer, nommé HEMERA. Il utilise la puissance des algorithmes génétiques pour offrir une solution efficace à un problème local. Le code de calcul CODYRUN est le support de validation du modèle généré pour le climat de La Réunion. Ce code de calcul bénéficie d’une expérience et d’un développement de plus de 20 ans au sein du laboratoire PIMENT.