Modélisation des flux énergétiques urbains. Diane Perez Groupe développement urbain durable, LESO-PB, EPFL

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1 Modélisation des flux énergétiques urbains Diane Perez Groupe développement urbain durable, LESO-PB, EPFL

2 Programme Introduction Groupe développement urbain durable CitySim : modélisation énergétique urbaine Projet MEU : Management Énergétique en milieu Urbain

3 Introduction Milieu urbain : moitié de la population mondiale environ 3/4 de la consommation globale nombreuses possibilités d amélioration Principaux consommateurs : bâtiments et transports Objectifs de réduction de la consommation d énergie Besoin d outils pour étudier des scénarios d action

4 Groupe développement urbain durable, LESO-PB, EPFL Activités : Recherche (modélisation des flux d énergie, simulation des occupants, optimisation, gestion de données) Développement du logiciel de simulation CitySim Tests et application de CitySim à des cas d étude Participation à différents projets, dont «Management énergétique en milieu urbain (MEU)»

5 Groupe développement urbain durable, LESO-PB, EPFL Dirigé par Darren Robinson Post-doctorants : Jérôme Kämpf Linda Li Wanjing Doctorants : Urs Wilke Diane Perez Visiteurs : Maria Papadopoulo Li Dapeng Stefano Pili Anciens collaborateurs : Philippe Leroux Frédéric Haldi

6 introduction Objectif : logiciel d aide à la décision pour le développement urbain durable Simulation des besoins énergétiques des bâtiments : chauffage, refroidissement prochains fonctionalités : éclairage, appareils électriques Logiciel composé de : interface graphique (création et visualisation du modèle et des résultats) combinaison de solvers (rayonnement, thermique, occupants)

7 création du modèle Modèle 3D : esquisse avec les outils CitySim import fichier.dxf Propriétés : bâtiment occupants façades Paramètres locaux : données climatiques obstructions lointaines

8 création du modèle Modèle d un quartier : utiliser les bases de données disponibles Cadastre et lidar Étude visuelle Registre des bâtiments, données de consommation Défauts...

9 création du modèle Modèle du quartier de la Maladière

10 architecture Lecture scène CitySim Fichier scène (XML) Fichier climat (ascii) Constructions Profils comportement Propriétés systèmes Propriétés éclairage Défauts Pré-traitement modèle de radiation h +1 Modèle de radiation Modèle thermique Modèles systèmes énergétiques Modèles de comportement Échange de données interface - solver : formats xml et texte Modèle de lumière naturelle Écriture des résultats Fichiers résultats (csv) Solver codé en C++ Simulation heure par heure

11 modèle de radiation Ciel représenté par une combinaison de surfaces Calcul des facteurs de vue du ciel Calcul des facteurs de vue entre façades À chaque pas de temps et pour chaque surface, calcul de l énergie provenant du ciel et des réflexions

12 modèle thermique Analogie circuit électrique : transfert de chaleur = résistances sa inertie des murs = capacités

13 modèles de systèmes énergétiques panneaux solaires thermiques et photovoltaïques boilers, chaudières et co-génération pompes à chaleur stockage de chaleur

14 modèles stochastiques et déterministes Présence d occupants production de chaleur métabolique utilisation des protections solaires utilisation des fenêtres utilisation d éclairage développement futur : utilisation des appareils électriques

15 modèle de lumière naturelle Simulation de l éclairement lumineux à l intérieur des bâtiments Utilisable pour calculer les besoins en éclairage

16 résultats Exemple résultat : ondes courtes au mois de janvier

17 résultats Exemple résultat : besoins journaliers de chauffage

18 ! Exemple résultat : comparaison des besoins simulés et réels!"# $%&'()*+,! B%!="%)-%"!#8$%.&-<!'%!.%!&"/C/-:!%(&!'%!&%(&%"!:%!:#?-.-%:!5-&DE43!%,!<#1",-((/,&!1,!.#)=&%!"%,'1!'%! CitySim (%(! =%"<#")/,.%(! %,! C1%! '%!.#,&"-81%"! F! (#,! '+C%:#==%)%,&A! G,(1-&%;! :%! '%1H-9)%! 81&! %(&! '>/.01+"-"! '%! :>%H=+"-%,.%! '/,(! :/! '+)/".@%! '%!./:-8"/&-#,! '%! )#'9:%! %&! '/,(! :%! '#)/-,%! '%! '>1,!)#'9:%!./:-8"+;!="J&!=#1"!:/!(-)1:/&-#,!'%!(.+,/"-!'>/)+:-#"/&-#,!'%!=%"<#")/,.%!+,%"?+&-01%A!! résultats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rreur besoins annuels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

19 Plateforme MEU introduction Neuchâtel, La Chaux-de-Fonds, Lausanne et Martigny Objectifs : aide à la planification énergétique territoriale utilisable facilement par les collectivités publiques Composants de la plateforme : management des données suivi des performances étude de scénarios intégration des cadres réglementaires

20 Plateforme MEU architecture distribuée Module cartographique Interface graphique (website) Visualisation et modification des données Aides à l importation de données Visualisation des résultats : bilans, cartes thématiques, simulation de scenarios,... Orchestration des services Serveur SIG Web service MEU Lien entre la base de données, l interface et les modules de calcul et de simulation Module CitySim Base de données (postgresql) Modèles de technologies Module EnerGIS

21 Plateforme MEU développements actuels

22 Conclusion Outils de modélisation des flux énergétiques urbains : une aide précieuse pour le développement urbain durable CitySim approche de la maturité L objectif du projet MEU est de créer une plateforme générique pour le management énergétique urbain

23 Groupe développement urbain durable, LESO-PB, EPFL Dirigé par Darren Robinson Post-doctorants : Jérôme Kämpf Linda Li Wanjing Doctorants : Urs Wilke Diane Perez Visiteurs : Maria Papadopoulo Li Dapeng Stefano Pili Anciens collaborateurs : Philippe Leroux Frédéric Haldi