Étude de l'aide à la décision par optimisation multicritère des programmes de réhabilitation énergétique séquentielle des bâtiments existants PDF Download
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Book Description
Sous nos latitudes, l'usage des bâtiments existants et les consommations énergétiques associées (chauffage, climatisation, ventilation, eau chaude sanitaire, éclairage et autres usages) sont responsables d'impacts considérables sur l'Environnement. De plus, le renouvellement du parc existant étant inférieur à 1% par an, dans la plupart des pays développés, la réhabilitation des bâtiments constitue un levier majeur de réduction des consommations d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, l'identification de stratégies optimales de réhabilitation énergétique, incluant la planification des actions dans le temps, demeure une problématique complexe pour les acteurs de la Construction. Ces travaux de thèse visent à produire des connaissances afin de contribuer à l'aide à la décision pour l'identification de programmes efficaces de réhabilitation énergétique, à partir de méthodes d'optimisation multicritères. Les solutions (programmes séquentiels de réhabilitation énergétique) sont optimisées en termes de composition et de phasage. La composition est définie par la combinaison de mesures de réhabilitation mise en oeuvre. Celles-ci concernent l'enveloppe des bâtiments (isolation thermique, remplacement des fenêtres, surfaces de fenêtres) et le remplacement des équipements de chauffage, ventilation et production d'ECS. Pour chacune des mesures, plusieurs alternatives sont envisagées. Le phasage correspond à la permutation de ces mesures, définissant la séquence de mise en oeuvre. Les solutions sont évaluées sur une base multicritère et sur le cycle de vie. Les fonctions objectifs ciblent les impacts environnementaux de l'ACV (Analyse de Cycle de Vie), des indicateurs économiques, le bien-être des occupants par le confort thermique adaptatif en été. Des modèles d'ACV et d'analyse du coût du cycle de vie, utilisant la simulation thermique dynamique pour le calcul des besoins de chauffage et des températures intérieures, ont été développés pour l'évaluation des performances des solutions. Etant donnée la nature mathématique du problème (multicritère, combinatoire, à variables discrètes et à fonctions objectifs implicites non-linéaires), deux méthodes d'optimisation multicritères sont étudiées : les algorithmes génétiques (NSGA II) et la programmation dynamique. Dans l'approche génétique, la modélisation des solutions, sous la forme d'un couple de chromosomes, permet d'identifier des programmes séquentiels efficaces de réhabilitation énergétique et d'analyser les surfaces de compromis, en termes de définition et performances des solutions, de compromis entre les critères de décision. A partir de la représentation du problème par un graphe séquentiel, la programmation dynamique permet alors de comparer les solutions approchées issues de l'algorithme génétique, ou d'approches court-termistes, au front de Pareto exact. L'optimisation exacte a également été exploitée pour analyser la sensibilité des solutions à différents paramètres de modélisation dont le comportement des occupants, l'évolution des prix de l'énergie, la durée de vie des composants de réhabilitation. Les contraintes budgétaires s'appliquant au projet de réhabilitation ont été ensuite intégrées dans un algorithme génétique multicritère sous contraintes, adapté à l'étude des stratégies de réhabilitation sous la contrainte d'un plan de financement. Enfin, l'approche génétique a été étendue depuis l'échelle du bâtiment à celle du par cet l'optimisation exacte a été utilisée pour caractériser les typologies de bâtiment en réhabilitation. L'intérêt des différentes méthodes est illustré sur une étude de cas (...).
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Sous nos latitudes, l'usage des bâtiments existants et les consommations énergétiques associées (chauffage, climatisation, ventilation, eau chaude sanitaire, éclairage et autres usages) sont responsables d'impacts considérables sur l'Environnement. De plus, le renouvellement du parc existant étant inférieur à 1% par an, dans la plupart des pays développés, la réhabilitation des bâtiments constitue un levier majeur de réduction des consommations d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Cependant, l'identification de stratégies optimales de réhabilitation énergétique, incluant la planification des actions dans le temps, demeure une problématique complexe pour les acteurs de la Construction. Ces travaux de thèse visent à produire des connaissances afin de contribuer à l'aide à la décision pour l'identification de programmes efficaces de réhabilitation énergétique, à partir de méthodes d'optimisation multicritères. Les solutions (programmes séquentiels de réhabilitation énergétique) sont optimisées en termes de composition et de phasage. La composition est définie par la combinaison de mesures de réhabilitation mise en oeuvre. Celles-ci concernent l'enveloppe des bâtiments (isolation thermique, remplacement des fenêtres, surfaces de fenêtres) et le remplacement des équipements de chauffage, ventilation et production d'ECS. Pour chacune des mesures, plusieurs alternatives sont envisagées. Le phasage correspond à la permutation de ces mesures, définissant la séquence de mise en oeuvre. Les solutions sont évaluées sur une base multicritère et sur le cycle de vie. Les fonctions objectifs ciblent les impacts environnementaux de l'ACV (Analyse de Cycle de Vie), des indicateurs économiques, le bien-être des occupants par le confort thermique adaptatif en été. Des modèles d'ACV et d'analyse du coût du cycle de vie, utilisant la simulation thermique dynamique pour le calcul des besoins de chauffage et des températures intérieures, ont été développés pour l'évaluation des performances des solutions. Etant donnée la nature mathématique du problème (multicritère, combinatoire, à variables discrètes et à fonctions objectifs implicites non-linéaires), deux méthodes d'optimisation multicritères sont étudiées : les algorithmes génétiques (NSGA II) et la programmation dynamique. Dans l'approche génétique, la modélisation des solutions, sous la forme d'un couple de chromosomes, permet d'identifier des programmes séquentiels efficaces de réhabilitation énergétique et d'analyser les surfaces de compromis, en termes de définition et performances des solutions, de compromis entre les critères de décision. A partir de la représentation du problème par un graphe séquentiel, la programmation dynamique permet alors de comparer les solutions approchées issues de l'algorithme génétique, ou d'approches court-termistes, au front de Pareto exact. L'optimisation exacte a également été exploitée pour analyser la sensibilité des solutions à différents paramètres de modélisation dont le comportement des occupants, l'évolution des prix de l'énergie, la durée de vie des composants de réhabilitation. Les contraintes budgétaires s'appliquant au projet de réhabilitation ont été ensuite intégrées dans un algorithme génétique multicritère sous contraintes, adapté à l'étude des stratégies de réhabilitation sous la contrainte d'un plan de financement. Enfin, l'approche génétique a été étendue depuis l'échelle du bâtiment à celle du par cet l'optimisation exacte a été utilisée pour caractériser les typologies de bâtiment en réhabilitation. L'intérêt des différentes méthodes est illustré sur une étude de cas (...).
Author: Bruno Peuportier Publisher: CRC Press ISBN: 1315349558 Category : Science Languages : en Pages : 330
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The Chair on Ecodesign for buildings and infrastructures was created by ParisTech in partnership with VINCI with the aim of developing evaluation and simulation tools that integrate all ecodesign aspects (e.g. greenhouse gas emissions, impact on biodiversity, depletion of resources, etc.) and provide genuine decision-aid instruments, based on a scientific approach, to all those involved in the urban environment (i.e. designers, builders and users). The present book takes stock of five years of research under the Chair. It starts by presenting some methodological bases of ecodesign, life cycle assessments, impact studies, and methods for planning and transport. Several specific subjects are then covered, i.e. public transport, parking, road traffic, the environmental profile of building materials, building retrofits, energy management, and biodiversity. The last part of the book sets out how the knowledge and tools developed under the Chair were applied to a case study: Cité Descartes in Marne la Vallée (Ile de France). This work is aimed at urban planners, local authorities, contracting clients, architects, engineering firms, contractors, building managers, research lecturers, and anyone interested in the environmental quality of the places we live in.
Author: Xavier Marsault Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1119482720 Category : Architecture Languages : en Pages : 160
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This book can be first considered as a complete synthesis of the EcCoGen ANR project (2011-2012), involving researchers from different French labs (including MAP) and domains, breaking major difficulties of the real-time generative design in the early stages of a pre-architectural project. Then the scope becomes larger, and the authors introduce major prospects following recent advances on natural and artificial evolution.
Author: Stephane Ploix Publisher: Springer Nature ISBN: 303076477X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 627
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This book exemplifies how smart buildings have a crucial role to play for the future of energy. The book investigates what already exists in regards to technologies, approaches and solutions both with a scientific and technological point of view. The authors cover solutions for mirroring and tracing human activities, optimal strategies to configure home settings, and generating explanations and persuasive dashboards to get occupants better committed in their home energy managements. Solutions are adapted from the fields of Internet of Things, physical modeling, optimization, machine learning and applied artificial intelligence. Practical applications are given throughout.
Author: Zaid Romani Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le bâtiment est considéré comme étant le premier secteur consommateur d'énergie dans le monde. Dans la région méditerranéenne, face à la crise économique et aux engagements pris pour limiter les effets produisant le réchauffement climatique, il est devenu impératif de réduire la consommation énergétique des bâtiments que ce soit par la conception des bâtiments neufs ou par la réhabilitation du parc existant. Dans ce cadre-là, chercher des solutions techniques optimales en tenant compte des critères économiques, environnementaux et sociétaux est un problème très complexe du fait du nombre élevé de paramètres à prendre en compte. Pour remédier à ce problème, un état de l'art des méthodes d'optimisation multicritère a été réalisé. Nous avons constaté que plusieurs contraintes existent lors de l'utilisation de ces méthodes telles qu'un temps de calcul élevé et la non-maîtrise de la convergence des résultats vers des optimums globaux recherchés. L'objectif de notre travail est de proposer une nouvelle méthode qui permette de contourner ces difficultés. Cette méthode est basée, dans un premier temps, sur le développement des modèles polynomiaux pour la prédiction des besoins de chauffage, de refroidissement, d'énergie finale et du confort thermique d'été à l'aide du logiciel TRNSYS. Pour établir ces modèles, nous avons utilisé la méthode des plans d'expériences et des simulations thermiques dynamiques. À partir de ces modèles, une analyse de sensibilité a été entamée afin d'identifier les paramètres les plus influents sur les besoins énergétiques et le confort thermique d'été. Une base de données est utilisée associant chaque paramètre à son coût et à son impact environnemental sur son cycle de vie. Ensuite, une étude paramétrique complète a été réalisée en utilisant les fonctions polynomiales dans le but de déterminer un ensemble de solutions optimales à l'aide de l'approche du Front de Pareto. Cette nouvelle méthode a été appliquée dans le but de concevoir des bâtiments neufs à haute efficacité énergétique à des coûts maîtrisés pour les six zones climatiques du Maroc. La validation des modèles polynomiaux réalisée grâce à une comparaison avec des simulations aléatoires a donné des résultats très satisfaisants. Avec un modèle polynomial de second degré, l'erreur maximale sur les besoins énergétiques et le confort thermique adaptatif d'été ne dépasse pas 2 kWh/m2.an et 9% respectivement dans la plupart des cas. Les modèles développés ont ensuite été utilisés pour l'aide à la décision multicritères. Les résultats obtenus ont montré que des bâtiments à très faibles besoins énergétiques peuvent être construits à un coût raisonnable, et qu'un effort doit être porté sur des solutions plus performantes pour le rafraîchissement en été. Enfin, nous avons mis en œuvre la méthode que nous avons développée dans le cadre de la réhabilitation d'un bâtiment existant à La Rochelle. Les critères environnementaux ont aussi été intégrés à la recherche de solutions optimales. La solution retenue selon 14 critères correspond à un ensemble de solutions techniques permettant d'obtenir des besoins de chauffage de l'ordre de 15 kWh/m2.an avec un compromis réalisé entre l'efficacité énergétique, le confort des occupants, les impacts environnementaux et la maîtrise du coût de la réhabilitation. La méthode développée dans le cadre de ce travail a montré un fort potentiel d'utilisation pour l'aide à la décision multicritère lors de la conception des bâtiments neufs ou en réhabilitation. Elle permet d'effectuer très rapidement une optimisation opérationnelle de l'enveloppe pour contribuer à des bâtiments durables, confortables, à coût maîtrisé et à basse consommation énergétique.
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Nous passons la majeure partie de notre vie dans des bâtiments. Ces derniers ont été construits, pour la plupart, avant les chocs pétroliers de 1974 et 1979, et offrent une performance énergétique médiocre ainsi que des conditions de confort (thermique, acoustique, éclairement naturel) largement améliorables. En France, avec 32 millions de logements et un taux de renouvellement annuel du parc existant inférieur à 1 %, la rénovation énergétique des logements devient une nécessité. Cela, autant pour des raisons politiques (indépendances énergétiques), économiques (relance des emplois de la construction, valorisation du patrimoine), sociales (bien-être des occupants, lutte contre la précarité), qu'environnementales (diminutions des émissions des gaz à effet de serre). Ce travail de thèse vise à proposer des connaissances ainsi qu'une méthodologie afin de contribuer à l'aide à la décision pour la prescription de scénarios d'amélioration énergétique efficaces des maisons individuelles construites durant la période 1945-1974. Trois problématiques sont mises en avant dans cette recherche. 1) l'intégration de l'approche globale (systémique et multicritère) de la rénovation afin d'éviter des contre-performances collatérales dues à des mauvais choix ; 2) l'aide à la formalisation des préférences des propriétaires-occupants (notre maîtrise d'ouvrage) dans un format interprétable par des outils d'analyses multicritères ; 3) l'intégration des incertitudes liées à la caractérisation des bâtiments existants dans le processus d'élaboration des scénarios et d'aide à la décision. À travers une description systémique des bâtiments et une évaluation multicritères des performances des actions d'amélioration retenues, nous proposons une méthodologie innovante, constituée de 6 sous-modèles techniques modulables et interchangeables, qui vise à automatiser le processus de construction, d'évaluation et de hiérarchisation performantielle de scénarios de rénovation. Le cœur de notre méthodologie est basé sur la formalisation de l'expertise métier des spécialistes du bâtiment dans deux de nos 6 sous-modèles. Le premier est une matrice d'influence permettant de passer des enjeux de rénovation les plus courants (équivalent aux préférences exprimées par la maîtrise d'ouvrage) en profil de poids relatifs et profil de niveaux-cibles de performance sur les indicateurs modélisés. Le second, est un outil d'inférence probabiliste (utilisant la technologie des réseaux bayésiens) permettant à la fois d'optimiser les assemblages d'actions d'amélioration (programmation par contraintes successives) et de réaliser une évaluation multicritère de ces assemblages (par l'usage de fonctions d'agrégation de performances locales). Un sixième et dernier sous-modèle utilise les méthodes de surclassement ELECTRE pour trier et classer les alternatives de rénovation préalablement générées par ordre de préférence. Notre méthodologie offre enfin la possibilité de laisser l'utilisateur tester ses propres scénarios d'amélioration énergétique afin d'analyser leurs performances multicritères et leur compatibilité avec les caractéristiques de l'existant capitalisées lors du diagnostic technique d'une opération. La méthodologie développée se veut pédagogique et transposable dans un prototype d'outil informatique fonctionnel. Une première version a été développée et utilisée pour appliquer notre processus d'aide à la décision à un cas réel de maison individuelle à rénover. Les premiers résultats obtenus sont cohérents et permettent de valider la démarche. Néanmoins, il faut garder à l'esprit que comme tout modèle utilisant des connaissances expertes, sa robustesse et la limite de validité de son périmètre d'application dépendent de la qualité du savoir métier capitalisé.
Author: Olivier Jolliet Publisher: CRC Press ISBN: 1439887705 Category : Nature Languages : en Pages : 302
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Environmental Life Cycle Assessment is a pivotal guide to identifying environmental problems and reducing related impacts for companies and organizations in need of life cycle assessment (LCA). LCA, a unique sustainability tool, provides a framework that addresses a growing demand for practical technological solutions. Detailing each phase of the LCA methodology, this textbook covers the historical development of LCA, presents the general principles and characteristics of LCA, and outlines the corresponding standards for good practice determined by the International Organization for Standardization. It also explains how to identify the critical aspects of an LCA, provides detailed examples of LCA analysis and applications, and includes illustrated problems and solutions with concrete examples from water management, electronics, packaging, automotive, and other industries. In addition, readers will learn how to: Use consistent criteria to realize and evaluate an LCA independently of individual interests Understand the LCA methodology and become familiar with existing databases and methods based on the latest results of international research Analyze and critique a completed LCA Apply LCA methodology to simple case studies Geared toward graduate and undergraduate students studying environmental science and industrial ecology, as well as practicing environmental engineers, and sustainability professionals who want to teach themselves LCA good practices, Environmental Life Cycle Assessment demonstrates how to conduct environmental assessments for products throughout their life cycles. It presents existing methods and recent developments in the growing field of LCA and systematically covers goal and system definition, life cycle inventory, life cycle impact assessment, and interpretation.
Author: Nicolas Perez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'intégration de la recherche d'efficacité énergétique aux projets d'aménagement urbain est essentielle au vu du contexte actuel de transition énergétique et environnementale. Dans le but de réduire l'empreinte énergétique d'un quartier dès la phase de conception, un ensemble de contributions a été réalisé afin d'accompagner les aménageurs dans cette démarche. La plateforme de simulation DIMOSIM (DIstrict MOdeller and SIMulator) a été développée pour modéliser et simuler dynamiquement les flux énergétiques d'un quartier implanté au sein de son environnement urbain. La conception est optimisée à l'aide d'une procédure multiobjectif combinant les aspects énergétiques, économiques et environnementaux pour garantir la meilleure performance globale. Cette approche transversale est multi-étagée et intègre l'algorithme génétique NSGA-II afin de s'adapter aux spécificités du problème. La sélection de la solution préférentielle est ensuite facilitée par l'utilisation d'une méthode d'analyse multicritère de surclassement qui a été conçue dans le but de fournir une évaluation détaillée des différents concepts : la méthode ATLAS (Assistance TooL for decision support to Assess and Sort). Enfin, la procédure complète d'accompagnement a été appliquée à des projets de conception d'écoquartier pour en valider le fonctionnement mais également pour fournir l'aide à la décision nécessaire aux décideurs.
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CE TRAVAIL VISE A ETABLIR DES SYNERGIES ENTRE TROIS DISCIPLINES CONNEXES, L'ARCHITECTURE, LES SCIENCES DE LA COGNITION, ET LES SCIENCES DE L'INGENIEUR, POUR DEVELOPPER DES SYSTEMES DE COMMUNICATION AXES SUR L'INTEGRATION DE L'EVALUATION DES FONCTIONS TECHNIQUES DU BATIMENT AUX PHASES AMONTS DU PROCESSUS DE CONCEPTION ARCHITECTURALE. A PARTIR DE L'ETUDE DE L'ACTIVITE ET DE LA FORMALISATION DU COMPORTEMENT DE L'ARCHITECTE EN CONCEPTION, DES MODELES COGNITIFS DE PROCESSUS SONT DEVELOPPES. PARALLELEMENT, LA STRUCTURATION ET LA MISE EN UVRE DES CONNAISSANCES TECHNIQUES, ET LEUR MISE EN RELATION AVEC LES MODELES PROPOSES, SONT ANALYSEES, SUR LE CAS PARTICULIER DE L'ENERGETIQUE DU BATIMENT. ENFIN, LES TECHNIQUES INFORMATIQUES (NOTAMMENT L'INTELLIGENCE ARTIFICIELLE) LES MIEUX ADAPTEES A CETTE INTEGRATION DES CONNAISSANCES DANS DES OUTILS OUVERTS ET CONVIVIAUX, SONT RECENSES. TROIS DEVELOPPEMENTS INFORMATIQUES ILLUSTRENT CES AVANCEES THEORIQUES: 1) LE PROJET AMACH (APPROCHE MULTI-ACTEURS DU CONFORT DANS L'HABITAT), DANS LE CADRE D'UN SYSTEME INTEGRE MULTI-TECHNIQUES; 2) LE DIDACTICIEL VADT (VOLUME ARCHITECTURAL ET DEPERDITIONS THERMIQUES), SUR UNE APPROCHE PEDAGOGIQUE D'UN MODELE SIMPLIFIE DE CONCEPTION ENERGETIQUE; 3) LE CHAINAGE D'UNE METHODE D'EVALUATION THERMIQUE, G#2, A UN LOGICIEL DE DAO EXISTANT, ARCHITRION
Author: Janine M. Benyus Publisher: Harper Collins ISBN: 0061958921 Category : Science Languages : en Pages : 324
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Repackaged with a new afterword, this "valuable and entertaining" (New York Times Book Review) book explores how scientists are adapting nature's best ideas to solve tough 21st century problems. Biomimicry is rapidly transforming life on earth. Biomimics study nature's most successful ideas over the past 3.5 million years, and adapt them for human use. The results are revolutionizing how materials are invented and how we compute, heal ourselves, repair the environment, and feed the world. Janine Benyus takes readers into the lab and in the field with maverick thinkers as they: discover miracle drugs by watching what chimps eat when they're sick; learn how to create by watching spiders weave fibers; harness energy by examining how a leaf converts sunlight into fuel in trillionths of a second; and many more examples. Composed of stories of vision and invention, personalities and pipe dreams, Biomimicry is must reading for anyone interested in the shape of our future.
Author: Mathieu Rivallain
Author: Mathieu Rivallain
Author: Bruno Peuportier
Author: Xavier Marsault
Author: Stephane Ploix
Author: Zaid Romani
Author: Mathieu Thorel
Author: Olivier Jolliet
Author: Nicolas Perez
Author: Luc Adolphe
Author: Janine M. Benyus