Design and development of a Co-simulation Platform to study the impact of occupant behavior on building performances - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2022

Design and development of a Co-simulation Platform to study the impact of occupant behavior on building performances

Conception et développement d'une plateforme de co-simulation pour étudier l'impact du comportement des occupants sur les performances des bâtiments

Abstract

Building performance is impacted by several factors, including physical characteristics, envelope, system maintenance, indoor air quality and climate. However, it is important to remember the behavior of the occupants which determines the overall performance of the building. The operational phase is the phase that consumes the most energy from a building, as it involves technical systems, equipment and occupants. The difference between actual energy and predicted energy has been identified as a main knowledge gap in the literature. One of the main reasons for this difference is related to a misunderstanding of the stochastic nature of their occupants: their presence, current activities, activity-dependent characteristics and the resulting implications for perceived comfort. The focus of previous studies has been on energy-related occupant behavior (OB) investigations in residential buildings. This research involves the development and validation of stochastic models within existing academic buildings. Specific models used in the study areas are occupancy, activities, shading, window openings, thermostat and lighting usage. In current conventional simulation tools, occupant behavior is modeled as occupation patterns. The objective of this study is to identify the direct and/or indirect impacts of occupant behavior on the overall performance of the building. The dynamic behavior of the occupants is modeled and simulated along with the thermal aspects of a building. Consequently, to support this study, a chronological review of the literature on OB and its effects on building performance was conducted. This thesis describes our principle validation platform which integrates stochastic occupant models into a multi-agent simulation platform (SimOcc), which communicates directly with the building simulation. Subsequently, building simulations were completed for the buildings using real data and TRNSYS software tools. SimOcc is validated through a co-simulation platform in order to demonstrate the effectiveness of the built-in stochastic behavior model of occupants in educational buildings. A belief-desire-intention model is used to develop a set of objectives and plans that an agent should follow to influence the environment based on their beliefs about current environmental conditions. SimOcc uses multi-agent-based modeling to learn how to react to building processes and agents are able to choose strategies without the need for context-specific rules. Using these complementary techniques, the integration of occupant presence and behavior in a single platform to support comprehensive simulation support that can be easily interfaced with various building performance simulation programs is a key contribution of this thesis.
La performance des bâtiments est influencée par un certain nombre de facteurs, notamment les caractéristiques physiques, l'enveloppe, l'entretien du système, la qualité de l'air intérieur et le climat. Cependant, il est important de se souvenir du comportement des occupants qui détermine la performance globale du bâtiment. Les occupants sont l'un des facteurs qui ont le plus d'impact sur la performance globale des bâtiments. La phase d'exploitation est la phase la plus consommatrice d'énergie d'un bâtiment, car elle concerne les systèmes techniques, les équipements et les occupants. La différence entre les données énergétiques réelles et l'énergie prédite a été identifiée comme une lacune de connaissances principale dans la littérature. L'une des principales raisons de la différence entre les performances prédites et simulées des bâtiments est liée à la nature stochastique de leurs occupants : leur présence, les activités en cours, les caractéristiques dépendantes de l'activité et les implications qui en résultent pour le confort perçu. Les études précédentes se sont concentrées sur les enquêtes BO liées à l'énergie dans les bâtiments résidentiels. Cette recherche implique le développement et la validation de modèles stochastiques dans les bâtiments universitaires existants. Modèles spécifiques dans les domaines de l'occupation, des activités, de l'ombrage, des ouvertures de fenêtres, du thermostat et de l'utilisation de l'éclairage. Dans les outils de simulation conventionnels actuels, le comportement des occupants est modélisé sous forme de modèles d'occupation. L'objectif de cette étude est d'identifier les impacts directs et/ou indirects du comportement des occupants sur la performance globale du bâtiment. Le comportement dynamique des occupants est modélisé et simulé ainsi que les aspects thermiques d'un bâtiment. Par conséquent, pour étayer cette étude, une revue chronologique de la littérature sur l'OB et ses effets sur la performance des bâtiments a été réalisée. Cette thèse décrit notre principale plateforme de validation qui intègre des modèles d'occupants stochastiques dans une plateforme de simulation multi-agents (SimOcc), qui communique directement avec la simulation du bâtiment. Par la suite, des simulations de construction ont été réalisées pour les bâtiments à l'aide de données réelles et d'outils logiciels TRNSYS. SimOcc est validé via une plateforme de co-simulation afin de démontrer l'efficacité du modèle de comportement stochastique intégré des occupants dans les bâtiments commerciaux. Un modèle croyance-désir-intention est utilisé pour développer un ensemble d'objectifs et de plans qu'un agent doit suivre pour influencer l'environnement en fonction de ses croyances sur les conditions environnementales actuelles. SimOcc utilise des techniques d'apprentissage automatique multi-agents pour apprendre à réagir aux processus de construction et les agents sont capables de choisir des stratégies sans avoir besoin de règles spécifiques au contexte. En utilisant ces techniques complémentaires, l'intégration de la présence et du comportement des occupants dans une plate-forme unique pour prendre en charge un support de simulation complet qui peut être facilement interfacé avec divers programmes de simulation de la performance des bâtiments est une contribution clé de cette connaissance de thèse.
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Dates and versions

tel-04210238 , version 1 (18-09-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04210238 , version 1

Cite

Habtamu Tkubet Ebuy. Design and development of a Co-simulation Platform to study the impact of occupant behavior on building performances. Thermics [physics.class-ph]. Université de Lorraine, 2022. English. ⟨NNT : 2022LORR0251⟩. ⟨tel-04210238⟩
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