Towards performance evaluation of energy efficient buildings

En France, le secteur du bâtiment est le principal consommateur d'énergie. En outre, le secteur de la maison individuelle représente environ 60% des constructions annuelles de logements. La construction des bâtiments à haute efficacité énergétique représente un grand pas vers l'économie d'énergie. Cependant, même si divers efforts sont déployés dans ce domaine, des outils et des méthodes manquent pour évaluer la performance énergétique de ces bâtiments. Cette évaluation doit permettre non seulement de comprendre les facteurs qui contribuent à cette performance mais également d'identifier les causes de la surconsommation, d’inconfort pour les occupants.Cette thèse vise à contribuer à cet objectif en proposant une approche d'évaluation de la performance énergétique d'un bâtiment. Pour cela on compare la performance réelle et la performance attendue en utilisant le monitoring et la simulation thermique dynamique. Cette approche s’appuie sur différents cas d’études dont principalement une maison individuelle, situé en un climat méditerranéen.Dans un premier temps, en phase de conception, nous utilisons des simulations thermiques dynamiques pour étudier l’impact du comportement sur les besoins énergétiques. L'objectif est d'analyser l'influence du scénario d'occupation sur le comportement du bâtiment et d'établir une plage de valeurs pour les besoins en énergie, basée sur des statistiques nationales. Le comportement du bâtiment est étudié en fonction de différents types de scénarii d'occupation, de consignes de température, de l'utilisation d’appareils domestiques et l'éclairage.Dans un second temps, l'accent est mis sur l'évaluation globale de la performance de l'enveloppe. Un test dynamique in situ innovant a été développé pour en évaluer la performance réelle. Ce test est applicable sur une période courte (de l’ordre de la journée) tout en maitrisant les débits d’infiltrations. La comparaison des résultats théoriques en régime stationnaire avec les résultats expérimentaux montre une bonne précision inférieure à 10%.Enfin, le suivi énergétique en continu des maisons performantes est étudié. Tout d’abord, des travaux sont réalisés dans l’optique de réduire le nombre de capteurs nécessaires au suivi, tout en minimisant la perte d’informations. Ensuite, une méthodologie d’instrumentation est développée et appliquée à une maison individuelle. Le suivi de cette maison a pu être étudié sur les six premiers mois de monitoring et a permis d’expliquer le comportement du bâtiment et ses consommations au regard de son usage et de faire le lien avec les prévisions faites en phase de conception.In France, the building sector is the main energy consumer. Moreover single-family houses represent about 60% of annual dwelling construction. The construction of energy efficient buildings represents a big step into energy saving. However, even though various efforts are made within this field, there is still a lack of methodologies about how to evaluate the energy performance of these buildings. The performance evaluation of an energy efficient building should allow understanding factors that contribute to its energy performance and as well as identifying the causes of overconsumption, poor indoor conditions.This thesis seeks to contribute to this field, by proposing an approach towards evaluating the energy performance of a house. This is done by comparing the real performance and the expected performance, using monitoring and building performance simulation, from design to operational phases. The energy performance evaluation approach is carried out on different cases of studies, mainly on a single-family house, situated in a Mediterranean climate.First, in the design phase, we use building performance simulation models to study the dispersions in energy use related to occupant’s behavior. The goal is to analyze the influence of the occupancy scenario on the behavior of the building and to establish a range of values for energy demand, based on national statistics. This step study the building’s behavior based on different types of occupancy scenarios, appliances and lighting use and temperature set point.Then, the focus is on the global evaluation of the envelope’s performance. Within the present thesis an innovative in-situ dynamic test is developed to assess the real envelope’s performance. This test is adapted to occupied houses (as it only takes 2 days) while controlling the infiltration air flow. The comparison between theoretical results of steady state calculation and experimental results show a good precision of less than 10%.Finally, continuous monitoring of energy efficient houses is studied. First, a work is done to reduce the number of sensors required for monitoring, while minimizing the loss of information. Then, an instrumentation methodology is developed and applied to a single-family house. The follow-up of this house could be studied during the first six months of monitoring and allowed to explain the behavior of the building and its consumption with regard to its use and to make the link with the previsions made during the design phase