Contribution to the Study of the Impact of Building Materials on the Urban Heat Island and the Energy Demand of Buildings
Contribution à l'étude de l'impact des Matériaux de Construction sur l'îlot de Chaleur Urbain et la Demande Energétique des Bâtiments
Résumé
In this century, the world has already witnessed the biggest increase
in its population in human history, which led to the increase of the
use of the land and shrinking green areas. The main concern of the
present thesis is the city which is characterized by higher nighttime
temperature compared to rural areas. This phenomenon is known as
an urban heat island (UHI). UHI leads to degraded comfort
conditions both outdoor and indoor, and as a result, higher energy
consumption for cooling.
One of the main reasons for the UHI is the materials used for
building envelope and urban areas. Many attempts have been made
to avoid UHI by using a new type of materials such as using
materials with high solar reflectance. In addition, these types of
materials help minimize energy consumption if used on an urban
scale. In our research, we address the building envelope design
with respect to its main types of construction materials as well as its
layer design and its shape to mitigate the urban heat island and
achieve energy consumption reduction. The work is applied on one
of the important residential complexes in Mosul city – Iraq, which will
be constructed in many cities in Iraq. The weather of the Mosul city
is characterized by hot semi-arid climate. In summer, the climate is
dry and extremely hot, whereas it is very cold and the temperatures
are down to below zero in winter. The main objective of this research
is to propose an appropriate building envelope design and design
strategy which provides high thermal performance regarding the
exterior and interior surface temperature, high-level of indoor thermal
comfort with minimum energy needed, reduce the air temperature
difference between the city and its surrounding rural area. It tackles
some important questions that are related to the case study: What is
the relation between the building envelope design and the following
aspects: 1. The external surfaces temperature of buildings and
urban surfaces which lead to raise the air temperature, and finally
contribute to the UHI phenomenon, 2. The indoor surfaces
temperature of buildings which influence the indoor thermal comfort
and the energy needed to maintain this level of comfort?
To answer the research questions, simulations have been achieved
by using Solene-microclimat. From simulation results, it is shown
that it is possible to find different combinations of materials, forms
and surface coatings to both to reduce the interior and exterior
surfaces temperature and consequently, maintain indoor and
outdoor thermal comfort. We also show that the strategy can be
different depending on the surface exposure to the sun and the
interaction between surfaces. We propose a methodology to find the
best combination depending on the case study.
Dans notre siècle, le monde a déjà connu la plus grande
augmentation de sa population à travers l'histoire de l'humanité. Ce
phénomène conduit à une utilisation accrue de la terre agricole pour
l’urbanisation et à réduire les zones vertes en ville. Les villes
connaissent des températures plus élevées la nuit que les zones
rurales environnantes. Ce phénomène est connu sous le nom d'îlot
de chaleur urbain (ICU). Il contribue à la dégradation du confort
thermique en ville à l’éxtérieur et dans les bâtiments et à
l’augmentation des consommations énergétiques pour le
refraichissement. L'une des principales raisons de ICU est liée aux
matériaux de construction pour la construction l'enveloppe des
bâtiments et pour les surfaces urbaines. De nombreuses études
portent sur le développement des revêtements pour réduire l’ICU.
Cette thèse traite de la conception de l'enveloppe du bâtiment, et
principalement ses types de matériaux de construction et sa forme
pour lutter contre l'îlot de la chaleur urbain et réduire la
consommation d'énergie des bâtiment. Elle est appliquée à l'un des
principaux complexes résidentiels à Mossoul, qui sera construit dans
de nombreuses villes en Irak. La ville de Mossoul se caractérise par
un climat semi-aride et chaud. En été, il est sec et extrêmement
chaud, tandis qu’en hiver il fait très froid et les températures sont au
dessous de zéro. L'objectif principal de cette recherche est montrer
qu’une conception d’enveloppe du bâtiment appropriée permet
d’atteindre de bonnes performances thermiques à l'égard de la
température extérieure et intérieure de la surface Cette recherche
aborde les questions suivantes, quel est le lien entre la conception
de l’enveloppe bâtie et : 1/ la température des surfaces extérieures
des bâtiments et des surfaces urbaines qui entraîne l’augmentation
de la température de l'air et donc la formation du phénomène d’ICU,
2/ la température des surfaces intérieures des bâtiments qui
influence le confort thermique intérieur et la quantité d'énergie
nécessaire pour maintenir ce niveau de confort? Pour répondre, des
simulations ont été réalisées en utilisant solene-microclimate.
D'après les résultats des simulations, il est démontré qu’il est
possible d’établir des combinaisons de matériaux, formes de
surfaces et al.bédo permettant d’améliorer à la fois les conditions de
confort thermique intérieures et extérieures. Ces combinaisons
peuvent différer en fonction de l’exposition solaire des surfaces et de
leurs interactions. Nous proposons ainsi une méthodologie de
conception adaptée aux phases de conception et qui a été
appliquée au cas d’étude.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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