Faculté de l'environnement naturel, architectural et construit ENAC, Section d'architecture, Institut des infrastructures, des ressources et de l'environnement ICARE (Laboratoire d'énergie solaire et physique du bâtiment LESO-PB)

Qualitative modelling of the natural ventilation potential in urban context

Germano, Mario ; Roulet, Claude-Alain (Dir.)

Thèse sciences Ecole polytechnique fédérale de Lausanne EPFL : 2006 ; no 3482.

Ajouter à la liste personnelle
    Summary
    The two objectives of natural ventilation in buildings are the improvement of indoor air quality and thermal comfort. The methodology proposed hereafter provides an assessment of the natural ventilation potential for indoor air quality, while taking into consideration the other objective. More precisely, requirements on comfort impose the appropriate ventilation strategies to be applied for each given meteorological situation. On the basis of these strategies, the methodology evaluates the appropriateness of a given location to natural ventilation. After a historical introduction (Chapter 1), the statement of the problem (Chapter 2) and a review of the state of the art (Chapter 3), Chapter 4 presents a novel methodology to assess the natural ventilation potential starting from its driving forces (wind-induced and buoyancy-induced pressures) and from its constraints (noise pollution and atmospheric pollution), which applies multicriteria analysis. The method uses the results of the atmospheric simulation model Lokal-Modell (LM, described in section 3.4). The related software tool, developed within the European project Urbvent, and tested against real cases, is presented as well. Chapter 5 gives a view of the results of an atmospheric mesoscale model, referred to as Finite Volume Model (FVM), that includes an urban module (described in section 3.6) allowing to compute the effects of the urban tissue on meteorological parameters. This model has been adapted as part of this work to use the outputs of the above-mentioned Lokal-Modell (LM) as boundary conditions. (To this end, previous works utilized NCEP/NCAR Reanalysis data, with an original spatial resolution 40 times lower than LM in latitude, 25 times lower in longitude and 6 times lower in time.) After a verification of the urban model results against on site measurements carried out in the Basel region (Switzerland) over a summertime period, Chapter 6 presents the utilization of these results within the Urbvent method of Chapter 4. The ensuing potential for natural ventilation is the object of a verification resorting to an air pollution exposure study (Expolis) in section 6.4. Attention is drawn to the fact that it has been decided to assess the natural ventilation potential of the site itself, in the most building-independent way. In so doing, an analysis of the results can tell what type of ventilation a given site is suited for and what kind of building should be built there (or how to refurbish an existing one). Put another way, the model examines whether external conditions required for applying natural ventilation coexist. How to properly design a building taking advantage of theses conditions is not addressed here. This is left to the reader or to the designer. Incidentally, the bibliography dealing with this very topic is quite abundant.
    Résumé
    Les deux objectifs de la ventilation naturelle dans les bâtiments sont l'amélioration de la qualité de l'air intérieur et du confort thermique. La méthodologie proposée ci-après donne une évaluation du potentiel de ventilation naturelle pour la qualité de l'air intérieur, tout en prenant en considération l'autre objectif. Plus précisément, les besoins inhérents au confort imposent une stratégie spécifique pour chaque situation météorologique. Partant de cette stratégie, la méthode déduit si un lieu donné se prête bien ou non à la ventilation naturelle. Après une brève introduction historique (Chapitre 1), la position du problème (Chapitre 2) et un passage en revue de l'état de l'art (Chapitre 3), le Chapitre 4 présente un méthodologie originale pour l'évaluation du potentiel de ventilation naturelle qui s'appuie sur ses moteurs (le vent et l'effet de cheminée) et sur ses contraintes (les nuisances sonores et la pollution atmosphérique), et qui met en application l'aide multicritère à la décision. La méthode utilise les résultats d'un modèle de simulation atmosphérique Lokal-Modell (LM, décrit au paragraphe 3.4). Le logiciel associé, développé dans le cadre du projet européen Urbvent, et validé avec des cas réels, est présenté également. Le Chapitre 5 présente les résultats d'un modèle atmosphérique à mésoéchelle (Finite Volume Model, FVM), dans lequel est incorporé un module urbain (décrit au paragraphe section 3.6) et qui permet de calculer les effets du tissu urbain sur les variables météorologiques. Ce modèle a été adapté dans le cadre du présent travail afin d'utiliser les résultats du modèle ci-dessus (Lokal-Modell, LM) comme conditions de bord. (Pour ce faire, les travaux précédents avaient recours à des données NCEP/NCAR Reanalysis data, avec une résolution spatiale originale 40 fois plus basse que LM en latitude, 25 fois plus basse en longitude et 6 fois plus basse temporellement.) Après une vérification des résultats du modèle urbain, menée à bien au moyen de mesures in situ faites dans la région de Bâle (Suisse) pendant une période estivale, le Chapitre 6 présente l'utilisation de ces résultats dans la méthode Urbvent du Chapitre 4. Le potentiel de ventilation naturelle qui en découle fait l'objet d'une vérification utilisant une étude d'exposition à la pollution atmosphérique (Expolis) au paragraphe 6.4. Le lecteur est rendu attentif ici au fait qu'il a été décidé de déterminer le potentiel de ventilation naturelle du site lui-même de la façon la plus indépendante du bâtiment. Ainsi, une analyse des résultats permet d'indiquer quel type de ventilation se prête le mieux à un site et quel type de bâtiment devrait y être construit (ou comment y rénover un existant). En d'autres termes, le modèle permet de dire si les conditions extérieures favorables à la ventilation naturelle coexistent. L'intention ici n'est pas de dire comment exploiter au mieux ces conditions. Ceci est laissé au soin du lecteur ou du concepteur qui trouvera d'ailleurs une littérature passablement abondante sur ce sujet spécifique.