Etat de l’art des méthodes de calcul des échanges d’énergie – Micro climats urbains

Modéliser les microclimats urbains : la demande énergétique des îlots urbains.

La consommation énergétique des bâtiments (et donc des zones urbaines) est une part importante des dépenses énergétiques actuelles. C’est pourquoi une modélisation fine des transferts d’énergie associés est potentiellement puissante dans le sens de la réduction des dépenses énergétiques.

Les microclimats urbains sont différents des climats ruraux, et on ne peut modéliser les échanges d’énergie d’un bâtiment en milieu urbain sans prendre en compte son environnement. C’est pourquoi la modélisation des microclimats urbains s’avère importante.

Nous verrons ici dans un premier temps dans un premier temps le cas des « canyons urbains », puis nous nous évoquerons la zone urbaine à une échelle plus large.

1. Le canyon urbain 

Le canyon urbain désigne une configuration urbaine similaire un canyon : une rue avec de grands bâtiments des deux  côtés.

Les modélisations ici peuvent par exemple être réalisées à l’aide de TRNSYS 17.0 comme logiciel principal et d’autres outils pour les modules de calcul.

  • Modélisation des échanges radiatifs

Les modélisations de bâtiments isolés considèrent que la radiation solaire est un gain et la radiation en grandes ondes une perte de chaleur (vers le ciel). Contrairement à celles-ci, le modèle pour un canyon urbain modélise les radiations grandes ondes par des réflexions multiples sur les surfaces des bâtiments. C’est pourquoi dans beaucoup de modélisations 3D de ce type, la rue est modélisée par un atrium à ciel ouvert dans deux parties d’un bâtiment.

  • Modélisation des ilots de chaleur urbains

Les îlots de chaleur urbains désignent des zones à élévation de température forte, en milieu urbain. Pour pouvoir modéliser finement les échanges dans un canyon urbain, on établit des profils de ces îlots en recensant les différences de température entre milieu urbains et ruraux (à conditions climatiques équivalentes, donc proches) et en établissant des moyennes à l’échelle de plusieurs années.

Un profil d’îlot de chaleur urbain diurne pour chaque mois de l’année. 

  • Modélisation des flux de convection

La modélisation des flux de convection ne peut se faire sans tenir compte de la spécificité du cas étudiés. Les coefficients de transferts thermiques convectifs habituellement utilisés dans le cas de bâtiments isolés sont ici inappropriés et il est nécessaire de mener des études de dynamique des fluides en intégrant des fonctions spécifiques à la géométrie de la modélisation.

2 La zone urbaine

La modélisation à l’échelle de la zone urbaine doit évidemment se faire sur d’autres bases que celle à l’échelle d’une rue ou d’un bâtiment. Ici, la modélisation de climats urbains joue le rôle de chaînon entre l’échelle macro de la zone urbaine et micro du bâtiment (micro climats urbains).

Une possibilité d’approche de la modélisation d’un micro climat urbain est de traiter les échanges radiatifs en les incluants au modèle de simulation énergétique de la ville (échelle du climat urbain), ne nécessitant ainsi que le calcul des flux de convection à l’échelle spécifique du micro climat urbain.

Conclusion

Nous avons ici présenté une approche de la modélisation des micro climats urbains à travers deux types de modélisation. L’objet de cet article était donc de présenter l’importance de la modélisation des micro climats urbains à travers des approches de méthodes concrètes.

Bibliographie

Modeling the urban microclimate and it’s impact on the energy demand of buildings and building clusters – V. Dorer – 2013 

A double canyon radiation scheme for urban canopy models – S. Schubert – 2011 

www.envi-met.com

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