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. / The building sector is the largest consumer of energy in the world. In Mediterranean region, facing the economic crisis and commitments for climate change, the reduction of energy consumption for both new and existing buildings is more necessary. Against this background, seeking optimal technical solutions taking into account the economic, environmental and societal criteria is a very complex problem due to the high number of parameters to consider. In order to solve this problem, a state of the art of multi-criteria optimization method has been achieved. We found that many constraints exist when using these methods such as high time calculation and no absolute assurance to find the global optimum. Thus, the main objective of the present work is to propose a new method that allows overcome these difficulties. This method is based on the development of polynomial models for the prediction of heating energy needs, cooling energy needs, final energy needs and summer thermal comfort. To establish these models, we used the design of experiments method and dynamic thermal simulations using TRNSYS software. From these models, a sensitivity analysis has been achieved in order to identify the leading parameters on energy requirements and thermal comfort in summer. A database associating each parameter for its cost and environmental impact on its lifetime was generated from CYPE software and INIES database. Then, a detailed parametric study was performed using polynomial functions for determining a set of optimal solutions using the Pareto front approach. This new method was applied to design new buildings with high energy efficiency at controlled costs for the six Moroccan climate zones. The validation of polynomial models through a comparison with random simulations gave very satisfactory results. With a polynomial model of the second order, the maximum error on the energy needs and the adaptive thermal comfort did not exceed 2 kWh/m².an and 9% respectively. The developed models were used for multiple-criteria decision analysis. The results showed that buildings with very low energy needs can be built with a reasonable cost. On the other hand an effort should be focused on more efficient solutions for adaptive thermal comfort in summer especially for Marrakech and Errachidia. Finally, we also implemented our method to a project of energy rehabilitation of an existing building located in La Rochelle (France). Environmental criteria were also taken into account in the optimization process. The selected technical solutions procured approximately 15 kWh/m².year of heating energy needs. The developed multicriteria decision method showed a great potential for both designing new and existing buildings with high energy efficiency. It allows a very fast operational optimization of sustainable buildings at reasonable cost and low energy consumption.

En France, le secteur du bâtiment est le plus grand consommateur d'énergie et représente environ 43% de la consommation totale d'énergie. L'isolation thermique dans le bâtiment est nécessaire afin d'améliorer son efficacité énergétique. Dans certains pays dont la France, la rénovation des bâtiments occupe une place essentielle dans la stratégie de transition énergétique. La stratégie mise en place consiste donc à renforcer l'isolation thermique des enveloppes de bâtiment et ceci en perdant le moins de surface habitable possible. Ceci justifie le fait de développer et de mettre en œuvre à l'avenir des matériaux super isolants comme les aérogels. Les objectifs de cette étude sont d'examiner le comportement thermique des bâtiments et d'étudier l'amélioration possible de leur efficacité énergétique en utilisant un nouvel enduit isolant à base d'aérogels de silice et ainsi que l'énergie solaire. Tout d'abord, la performance thermique et hygrothermique des murs extérieurs est étudiée afin de trouver la meilleure structure de ces murs. Deuxièmement, nous étudions l'évolution du confort thermique et du comportement énergétique des maisons en adoptant le nouvel enduit isolant comme isolation extérieure. Cette évolution a aussi été représentée par un modèle mathématique. On a comparé les résultats obtenus à l'aide de ces modèles avec les mesures expérimentales faites sur une maison récemment construite. Enfin, le potentiel de réduction de la charge de chauffage en adoptant un système actif dans la paroi est analysé. Ce système est proposé pour capter une partie de l'énergie solaire qui tombe sur la façade sud et qui est disponible pendant les journées non nuageuses en hiver, et la transférer vers la façade nord par l'intermédiaire de canalisations d'eau intégrées dans l'enduit isolant objet de l'étude. / In France, the building sector is the largest consumer of energy and accounts for about 43% of the total energy consumption. The building sector offers significant potential for improved energy efficiency through the use of high-performance insulation and energy-efficient systems. For existing buildings, renovation has a high priority in France because these buildings represent a high proportion of energy consumption and they will be present for decades to come. Nowadays, there is a growing interest in the so-called super-insulating materials, such as Aerogels. The objectives of this study are to examine the thermal behavior of buildings and to foster energy efficiency through the use of a newly developed aerogel-based insulating coating as well as the use of renewable energy sources, specifically solar energy. Firstly, the thermal and hygrothermal performance of exterior walls having different layer composition structures are examined. Secondly, the heating energy demand as well as the risk of summer overheating is examined for different construction periods and under different climates. Also, a mathematical model is built and compared to experimental measurement of a recently built full-scale house. Finally, the potential to decrease the heating load by adopting a closed wall loop system is scrutinized. The latter is a proposed system to capture some of the solar energy falling on the south facade available during non-cloudy winter days and transfer it to the north facade through water pipes embedded in the aerogel-based coating.

Le comportement humain est modélisé de manière sommaire dans les logiciels de simulation énergétique des bâtiments. Or son impact est considérable et il est à l'origine d'écarts importants entre résultats de simulation et mesures in situ. Les occupants influencent les consommations d'énergie des bâtiments par leur présence et leurs activités, les ouvertures/fermetures de fenêtres, la gestion des dispositifs d'occultation, l'utilisation de l'éclairage artificiel et des appareils électriques, la gestion des consignes de chauffage et les puisages d'eau chaude sanitaire. La thèse propose une modélisation de l'occupation incluant l'ensemble de ces aspects suivant une approche stochastique statistique, pour les bâtiments résidentiels et de bureaux. La construction des modèles fait appel à un grand nombre de données issues de campagnes de mesures, d'enquêtes sociologiques et de la littérature scientifique. Le modèle d'occupation proposé est couplé à l'outil de simulation thermique dynamique Pléiades+COMFIE. En propageant les incertitudes des facteurs du modèle d'occupation et du modèle thermique (enveloppe, climat, systèmes), un intervalle de confiance des résultats de simulation peut être estimé, ouvrant ainsi la voie à un processus de garantie de performance énergétique. / Human behaviour is modelled in a simplistic manner in building energy simulation programs. However, it has a considerable impact and is identified as a major explanatory factor of the discrepancy between simulation results and in situ measurements. Occupants influence buildings energy consumption through their presence and activities, the opening/closing of windows, the actions on blinds, the use of artificial lighting and electrical appliances, the choices of temperature setpoints, and the water consumptions. The thesis proposes a model of occupants' behaviour including all these aspects, according to a stochastic approach, for residential and office buildings. Models' development is based on numerous data from measurements campaigns, sociological surveys and from the scientific literature. The proposed model for occupants' behaviour is coupled to the simulation tool Pléiades+COMFIE. By propagating the uncertainties of factors from the occupants' behaviour model and the thermal model (envelope, climate, systems), the simulation results confidence interval can be estimated, opening the way to an energy performance guarantee process.

Les bâtiments représentent 40 pourcents de la consommation finale d'énergie. Ils sont ainsi le fer de lance des politiques de réduction des dépenses énergétiques. Récemment, des systèmes de modèles climatiques qui incluent un modèle atmosphérique régional et des paramétrisations urbaines sophistiquées ont été développés. Ils considèrent la complexité de l’îlot de chaleur urbain et ses interactions avec les besoins énergétiques des bâtiments. Dans quelle mesure ces systèmes constituent-ils des outils d’aide à la décision pour les autorités locales ? Cette étude menée sur le territoire de l'Eurodistrict (Strasbourg - Kehl) en 2010, puis en 2030, à l’aide du système de modèles de climat WRF/ARW-BEP+BEM a démontré que si le système de modèles estimait de manière fiable les besoins en chauffage des bâtiments, ces derniers étaient davantage sensibles aux caractéristiques intrinsèques des bâtiments qu'aux formes urbaines et à l'îlot de chaleur urbain induit par ces formes. / Buildings represent 40 percent of the end-use energy. Thus, they constitute a key point of the energy saving policies. Recently, climate modeling systems that include a mesoscale atmospheric model, sophisticated urban parameterizations have been developed to account for the complexity of the urban climate and its interactions with the building energy loads. This study aims to assess the capability of such climate modeling systems to provide climate and energy guidelines to urban planners. For this, we used the research collaborative WRF/ARW-BEP+BEM climate modeling system and performed sensitivity tests considering the territory of the Eurodistrict in 2010, and then in 2030. The results reveal that the climate modeling system achieves estimating the building energy needs over the study area, but also indicate that the building energy needs are more sensitive to the building intrinsic properties and occupant behavior than to the urban forms and their induced urban heat island.

To reduce fossil fuel consumption and carbon emission in the building sector, renewable and low carbon energy technologies are integrated in building energy systems to supply all or part of the building energy demand. In this research, an optimal supervisory controller is designed to optimize the operational cost and the CO2 emission of the integrated energy systems. For this purpose, the building energy system is defined and its boundary, components (subsystems), inputs and outputs are identified. Then a mathematical model of the components is obtained. For mathematical modelling of the energy system, a unified modelling method is used. With this method, many different building energy systems can be modelled uniformly. Two approaches are used; multi-period optimization and hybrid model predictive control. In both approaches the optimization problem is deterministic, so that at each time step the energy consumption of the building, and the available renewable energy are perfectly predicted for the prediction horizon. The controller is simulated in three different applications. In the first application the controller is used for a system consisting of a micro-combined heat and power system with an auxiliary boiler and a hot water storage tank. In this application the controller reduces the operational cost and CO2 emission by 7.31 percent and 5.19 percent respectively, with respect to the heat led operation. In the second application the controller is used to control a farm electrification system consisting of PV panels, a diesel generator and a battery bank. In this application the operational cost with respect to the common load following strategy is reduced by 3.8 percent. In the third application the controller is used to control a hybrid off-grid power system consisting of PV panels, a battery bank, an electrolyzer, a hydrogen storage tank and a fuel cell. In this application the controller maximizes the total stored energies in the battery bank and the hydrogen storage tank.

Le bâtiment est un noeud énergétique important et un support idéal pour développer etanalyser les effets d’un système de gestion optimisée d’énergie (SGEB) tant son impactpotentiel sur la demande énergétique globale est important. Cependant, pour que ces objectifssoient atteints, plusieurs verrous doivent être levés. Au-delà des problématiques liées àl’architecture de distribution, aux modèles (y compris ceux relatifs au comportement desusagers), aux outils de dimensionnement, à la formalisation des paramètres, contraintes etcritères, aux systèmes de production et aux modes de connexions au réseau de distribution, lesproblèmes liés à la mise en oeuvre d’un outil de gestion décentralisée et à sa validation sontcentraux centrale. Ces travaux s’inscrivent directement dans cette optique. Ils portent enparticulier sur l’élaboration de modèles énergétiques, de stratégies de gestion d’énergie dansune configuration multi-sources et multi-charges et surtout de mise en oeuvre de méthodes etd’outils de validation au travers de bancs tests variés où certains composants peuvent êtreréels.Ce travail analyse le gestionnaire énergétique « G-homeTech » comprenant plusieursfonctionnalités de gestion testées sur des bancs d’essai virtuels et hybrides qui permettent decombiner à la fois des composants matériels et logiciels dans les simulations. Cela a permisd'insérer des actionneurs communicants pour tester leur pertinence. Les validations menéesmontrent que le gestionnaire énergétique permet l'effacement de pointes de consommation etdes économies sur la facture énergétique globale tout en respectant les contraintes techniqueset réglementaires.Les évènements prédits ne sont pas toujours ceux qui se produisent. Nous avons alorssimulé de telles situations. La radiation solaire et la consommation totale des services noncontrôlables sont différentes de celles prédites. Cette différence a conduit à des dépassementsde puissance électrique souscrite qui a activé le mécanisme de gestion réactive du gestionnaireénergétique. Des ordres de délestage sont alors dynamiquement envoyés à certainséquipements. Ces ordres alimentent directement les modèles des équipements électriques.Selon les importances relatives données au coût et au confort, nous avons montré que legestionnaire énergétique permet de faire des économies substantielles en évitant lesconsommations durant les pics de prix et évitant les dépassements de souscription pareffacement, par modulation du fonctionnement des systèmes de chauffage et par décalage defonctionnement des services temporaires dans les périodes plus intéressante énergétiquement. / The building is an important energy node and an ideal support to develop and analyzethe effects of an Energy Management System (EMS). Because of its potential impact, such amanagement of global energy demand is important. However, to achieve these goals, severallocks must be removed. Beyond issues related to the distribution architecture, to models(including those relating to user behavior), sizing tools, the formalization of parameters,constraints and criteria, production systems and methods of connection to the grid, problemrelated to implementation of decentralized management tool and its validation are central. Mywork is part of this context. It focuses in particular on the development of energy models,strategies for energy management in a multi-source and multi-load configuration, andespecially, the implementation methods and the validation tools through various test bencheswhere some components are real.This paper analyzes the energy manager “G-homeTech” including several managementfeatures tested on virtual and hybrid test benches that combine both hardware and softwarecomponents in the simulations. This has put communicating actuators to test their relevance.The validations show that the energy manager allows the deletion of peak demand andsavings on the overall energy bill while respecting the technical and regulatory constraints.Predicted events are not always those that occur. We then simulated such situations.Solar radiation and the total consumption of uncontrollable services are different from thosepredicted. This difference has led to over-subscribed electric power which has enabled themanagement mechanism of reactive energy manager. Load shedding orders are thendynamically sent to certain equipement. These orders directly supply models of electricalequipment.According to the relative importance given to cost and comfort, we have shown that theenergy manager can make substantial savings avoiding consumption during price peaks andavoiding over-subscription by erasure, by modulation of heating system operation and byshefting the timed service operation in the most interesting periods in energy.

The thesis deals with the environmental assessment of buildings, concrete objects Letní lázně at Karlova Studánka. The first part describes the issue and legislation. There is also described a method of experimental measurement and methods of moisture measurement. The second part deals with the analysis of the specified object, description of selected renewable sources and description of possible modifications of the object. The third part is devoted to modeling and simulation of the specified object in DesignBuilder. Using the model were created various simulations with various modifications in order to reduce energy intensity of the object. Results were then evaluated and compared.

The aim of this diploma thesis is to revitalize the selected type of panel house in the selected locality in order to meet the standards of international certification for the design and sustainable construction of buildings. First, the thesis analyzes the chronological development of the panel housing estates in Brno and compares the individual structural systems that were historically used for panel construction in Brno. Furthermore, the most used certification methodologies are compared and a specific certification is selected for next simulation. The chapter called solution is focused on performing a simulated certification process for design and sustainable construction of selected panel building, in three phases of its revitalization. The hypotheses describing the individual phases of revitalization are intended to confirm or disprove the achievement of this objective, moreover to say the extent of revitalization that has to be done in order to achieve our goals.

The field of a research of this diploma thesis is building with controlled internal temperature. The research is focused on main heat fluxes at this type of buildings and how it contributes to the energy consumption of the building. The main objective of the analysis is heat loss caused by heat flux through the building envelope and air exchange at the building. As next it is described heat gain resulting from the operation inside of the building. To obtain the results of the research part is used software on the platform Delphi Pascal, temporarily called SIM_Chlad. The aim of this computer modeling is non-stationary heat fluxes from the mentioned heat sources in the building. The computed heat balance analyzes the energy consumption of the building for a period of one year. The diploma thesis evaluates impacts reflecting local weather conditions, the structural system of the building and the operation in the building. A cooling machinery analysis is not the subject of the research at this diploma thesis.

The thesis deals with energy intensity of a low energy office building. In the thesis, em-phasis is put especially on the calculation of energy consumption for heating (cooling). The energy intensity of the building is determined and evaluated by four methods of calculation, which are compared with a valid certificate of energy performance of the building, which arose at the time of its construction. In the experimental part of the the-sis, the energy intensity of the building is compared to the actual energy consumption obtained by two experimental measurements in heating season 2012/2013. (The building is operating partly only). Different methods of solutions and valid legal regulations are elaborated in detail in the first part of the thesis.