Multiscale investigation of thermal and hydric behavior of buildings : integration of artificial intelligence in building energy simulation - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2023

Multiscale investigation of thermal and hydric behavior of buildings : integration of artificial intelligence in building energy simulation

Étude multi-échelle du comportement thermique et hydrique des bâtiments : intégration de l'intelligence artificielle dans la simulation thermique dynamique

Abstract

In light of the energy needs of building and their possible environmental implications, it appears that low carbon materials are an effective way to improve thermal comfort, indoor air quality, energy consumption, and indoor humidity control. An energy model can be developed to assess the savings that would be realized with a retrofit or for new constructions. The dynamic hygrothermal response of such a sort of enclosure is still without any reference values. In order to verify the aforementioned energy model, the primary goal of this PhD thesis is to establish a set of suitable numerical and experimental settings. The advantages of using hygroscopic envelopes in real-world applications in terms of energy savings and less environmental effect will then be determined based on the model's outputs. Numerous numerical models will be created and improved in order to achieve these goals since they serve as the project's main foundations. Modeling coupled heat and mass transfers is challenging because of the complicated physics of how water moves through hygroscopic materials which may well hold humidity. To accurately anticipate in the future the thermo-hydric behavior of hygroscopic media, such as the building envelopes, a multi-scale analysis has been conducted using experimental and numerical approaches. Experimental results were utilized to validate the developed numerical models that are capable to replicate variations of the interior relative humidity and temperature. The framework of our research includes both the continuation of previous work and the validation of the results of dynamic co-simulation between artificial intelligence and building energy simulation (AI-BES). These models are used to simulate heat and moisture transfer between indoor and outdoor environments at building scale, transforming traditional thermal outputs into hygrothermal data while conserving the physical feature of the model. The novel numerical simulation method will be able to model the thermal/hydric behavior of various real-world indoor and outdoor scenarios.
En raison de la demande en hausse des besoins énergétiques des bâtiments et de leurs éventuelles implications environnementales, il apparaît que les matériaux à faible teneur en carbone sont un moyen efficace d'améliorer le confort thermique, la qualité de l'air intérieur, la consommation d'énergie, ainsi le contrôle de l'humidité à l'intérieur. Un modèle énergétique peut être développé pour évaluer les économies qui pourraient être réalisées lors d'une rénovation ou d'une nouvelle construction. La réponse hygrothermique dynamique d'un tel type d`enveloppe est encore sans données de référence. En vue de vérifier le modèle énergétique évoqué, l'objectif principal de notre thèse de doctorat est d'établir un ensemble de paramètres numériques et expérimentaux adéquats. Les avantages de l'utilisation d'enveloppes hygroscopiques dans des applications réelles en termes d'économies d'énergie et de réduction de l'impact sur l'environnement seront ensuite déterminés sur la base des résultats du modèle. De nombreux modèles numériques seront créés et améliorés afin d'atteindre ces objectifs, car ils constituent les principales fondations du projet. La modélisation des transferts couplés de chaleur et de masse est un véritable défi en raison de la complexité de la physique du mouvement de masse à travers des matériaux hygroscopiques qui sont susceptibles de conserver l'humidité. Afin d'anticiper avec précision le comportement thermo-hydrique des matériaux hygroscopiques, tels que les enveloppes des bâtiments, une analyse multi-échelle a été réalisée à l'aide d'approches expérimentales et numériques. Les résultats expérimentaux ont été utilisés pour valider les modèles numériques développés, lesquels sont capables de reproduire les variations de l'humidité relative et de la température à l'intérieur des bâtiments. Le cadre de notre recherche comprend à la fois la continuation des travaux précédents et la validation des résultats de la co-simulation dynamique entre l'intelligence artificielle et la simulation énergétique des bâtiments (AI-BES). Ces modèles sont utilisés pour simuler le transfert de chaleur et de masse entre les milieux intérieur et extérieur à l'échelle du bâtiment. En transformant les données thermiques traditionnelles en données hygrothermiques tout en conservant les caractéristiques physiques du modèle. La nouvelle méthode de simulation numérique sera capable de modéliser le comportement thermique/hydrique de divers scénarios intérieurs et extérieurs du monde réel.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04349897 , version 1 (18-12-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04349897 , version 1

Cite

Mohamed Ali Hamdaoui. Multiscale investigation of thermal and hydric behavior of buildings : integration of artificial intelligence in building energy simulation. Fluids mechanics [physics.class-ph]. Normandie Université, 2023. English. ⟨NNT : 2023NORMC228⟩. ⟨tel-04349897⟩

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