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Modélisation de l’îlot de chaleur urbain

Ce début d’année 2021 voit l’aboutissement du développement d’un outil de simulation des températures de surfaces en milieu urbain par une approche en couplage aéraulique faible.

L’outil permet le calcul des indicateurs de confort adaptés à l’environnement extérieur en chaque point de l’espace. Il intègre le couplage de simulations de mécanique des fluides, d’ensoleillement et de modèles de parois en régime dynamique.

Les résultats d’un cas d’étude sur le quartier de la gare de Strasbourg sont présentés ci-après.

L’animation suivante montre l’évolution des niveaux de confort sur la première semaine de l’année. Sit back and relax!

Évolution du niveau de confort sur une semaine de janvier.
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Gare de Paris Est

Variantes de couverture et d’aménagement : influence sur le confort thermique intérieur

L’étude du niveau de confort dans le projet d’aménagement de la gare de l’Est a été réalisée en utilisant plusieurs méthodes :

  • Un couplage entre CFD et simulation thermique dynamique pour le calcul de la ventilation naturelle avec des coefficients de pression calculés finement
  • La distribution intérieure détaillée des flux solaires avec le logiciel Radiance
  • L’obtention des niveaux de confort en intérieur heure par heure pour toute l’année puis leur traitement statistique

Quelques résultats graphiques ci-dessous.

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Gare de Lyon Part Dieu

Étude de la distribution intérieure du confort thermique

L’étude du niveau de confort a été réalisée en utilisant plusieurs méthodes :

  • Un couplage entre CFD et simulation thermique dynamique pour le calcul de la ventilation naturelle avec des coefficients de pression calculés finement
  • La distribution intérieure détaillée des flux solaires avec le logiciel Radiance
  • L’obtention des niveaux de confort en intérieur heure par heure pour toute l’année à l’aide d’un métamodèle afin d’accélérer les calculs sur ce modèle très volumineux

Le résultat en images !

Perspective du projet (vue d’architecte).

Aperçu du site dans son environnement urbain, utilisé pour le calcul CFD.

Météorologie du site de Lyon-Part-Dieu prenant en compte l’effet d’îlot de chaleur urbain (ICU)

Pourcentage du temps en zone de confort (indicateur OTCA).

Niveau de confort P.E.T. en moyenne annuelle.

Distribution du champ des vitesses moyen en intérieur.

Distribution moyenne de la température radiante.

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Gare de Paris Austerlitz

Modélisation annuelle de confort spatial en intérieur en Gare d’Austerlitz

Une étude sur les variantes possibles pour l’amélioration du  confort d’été et d’hiver du halls principal mettant en œuvre  les phases suivantes :

  • Un couplage CFD/simulation thermique dynamique pour le calcul de la ventilation naturelle avec les bons coefficients de pression
  • Le calcul détaillé des flux solaires en intérieur avec Radiance
  • La détermination des niveaux de confort en intérieur heure par heure pour toute l’année

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Gare de l’Est

Étude annuelle de confort spatial en intérieur

Une étude sur les variantes possibles pour l’amélioration du  confort d’été et d’hiver des halls latéraux ainsi que du quai transversal mettant en œuvre :

  1. Un couplage CFD/STD et flux solaires pour le calcul spatial des niveaux de confort en intérieur.
  2. Une analyse de sensiblité selon la méthode de Morris sur objectif de confort pour déterminer les leviers d’action les plus importants
  3. Le recours à l’optimisation génétique afin d’obtenir les jeux de paramètres maximisant les conforts d’été et d’hiver.

Ci-dessous une animation sur l’évolution des objectifs de confort lors de l’optimisation génétique, en fonction de l’avancée des générations :

Optimisation génétique : avancée des solutions optimales au fil des générations.

 

Ainsi, chaque « point » qui apparait correspond à une étude complète de confort (point 1 ci-dessus) sur le projet. L’objectif de l’optimisation génétique est de trouver le meilleur compromis entre le confort d’été et le confort d’hiver (front de Pareto).

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Nice Saint Roch – Site de maintenance et remisage

Faisabilité du rafraichissement par ventilation naturelle des locaux administratifs dans le cadre du projet du Technicentre AZUR de Nice Saint Roch.

  • Calcul des pressions en façade sur une année complète grâce à la CFD,
  • Simulation Thermique du Bâtiment enrichie des résultats CFD,
  • Évaluation du confort (nombre d’heure au-delà de 28°C) sur une année type (2018)
  • Évaluation d’un scénario à l’horizon 2050 : modèles HadOM3 & HadAM3 + Scenarios RCP du GIEC (Groupe d’experts Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat)

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Gare de St-Michel Notre Dame (RER C)

Développement d’un modèle physique à équations différentielles pour la prédiction de la concentration en PM10 dans les gares souterraines, dans le but d’évaluer la pertinence de solutions techniques d’amélioration de la qualité d’air (ventilation, filtration, …).

Pour plus de détails voir les publications issues des travaux sur ce modèle (article dans TRD, article dans STOTEN).