MCH, un modèle de calcul pour mieux évaluer la consommation énergétique réelle des logements au Chili

In Chile, the energy consumption of the residential sector corresponds to 21 % of total consumption in the country. According to figures released by CDT (2010), 56 % of residential energy use is for heating. For this reason, the Chilean Government has taken concrete measures to improve the thermal envelope in houses and in consequence diminishing their prominence on final energy consumption. After measures to enhance energy efficiency of buildings are being implemented, it becomes necessary to evaluate them for determining whether they generate the expected savings. For this purpose, calculation models seem adequate tools for the study. However, literature shows that there are significant differences between the theoretical calculations commonly used and the data collected in the field. This is explained in part by the complexity of modeling the interactions between the components “energy - buildings – climate”. Thus, it seems that in an attempt to simplify the representation of this relationship, may be underestimated the action that certain variables have on this links, especially the effect of occupants in the use of energy. In addition, the inputs related to the occupant used in calculation models are standardized data, which rarely represent the local context. These differences between the predicted and the measured energy consumption are also observed in Chile. This is why we need a better understanding of the factors that directly affect residential energy consumption. The aim of this thesis is to propose a computational model that reduces the differences between the theoretical and the measured annual energy consumption averages for heating in a subset of Chilean dwellings. To do this, the research is based on the assumption that, it is possible to reduce the gap between the theoretical and measured annual average consumption of a subset of houses if the model incorporate the habits of the actual use of heating and ventilation systems of their occupants. Thus, the research purpose is to contribute to the knowledge of how people use energy to heat their homes and how this energy-use information can be transferred and integrated into computational models. On this basis, the three research questions are: • How the integration of patterns of use of heating and ventilation systems can help to reduce the gap between the theoretical consumption and accurate consumption averages? • Under what circumstances is it possible to generalise the developed computer model to study a different context within the country? • What is the specific relationship between the energy use patterns in heating and the capacity to reach a sufficient level of comfort? In order to have a theoretical base, a review of the literature is presented. The processes of modeling residential energy heating in both the national and international context are discussed. In addition, the relationship between the occupants’ behaviour and energy use is presented and the theory of predicting thermal comfort is examined. To answer this questions of research, a model to simulate residential energy consume is been created. This model was designed to be able to integrate the characteristics of use of heating systems, mainly wood-fuel systems. Due to most of this type of heating system do not incorporate a thermostat, they are manually controlled. On the other hand, natural ventilation system and its patterns of use are also included. A particular assumption of the model is that the air change is done manually through various ventilation openings, such as doors or windows. In order to adjust the model, a database of a recently finished project in the city of Talca was used. Finally, a second subset of houses located in three cities in southern Chile was used to perform the validation of the model.

(fre) Au Chili, la consommation d'énergie est influencée de façon non négligeable par le secteur résidentiel avec 21 % de la consommation totale du pays. D'après les chiffres publiés par CDT (2010), 56 % de l'énergie résidentielle est destinée au système de chauffage. Pour cette raison, le Gouvernement chilien a pris des mesures concrètes visant à améliorer l'enveloppe thermique des logements et ainsi à diminuer leur importance sur la consommation finale. Lorsque des mesures pour renforcer l'efficacité énergétique des bâtiments sont mises en oeuvre, il est nécessaire de les évaluer afin de déterminer si elles génèrent les économies attendues. À cet effet, les modèles de calcul semblent être de bons outils pour les étudier. Cependant, la littérature internationale montre qu'il existe des différences significatives entre les calculs théoriques, couramment utilisés et les informations collectées sur le terrain. Cela s'explique, en partie, par le fait que la relation "énergie - bâtiments - climat" est une réalité complexe à modéliser. Ainsi, il semble que pour tenter de simplifier cette relation, on ait sous-estimé l'action que certaines variables peuvent avoir sur ce lien, tels que les effets des occupants dans l'utilisation de l'énergie. En outre, les inputs utilisés dans les modèles de calcul sont des données standardisées, qui représentent rarement la situation locale. Ces différences entre les consommations prévues et mesurées sont également observées au Chili. C'est pour cette raison nous devons élargir nos connaissances des facteurs qui influent directement sur la consommation d'énergie résidentielle. L'objectif principal de cette thèse est donc de proposer un modèle de calcul qui permette de réduire les écarts entre les moyennes des consommations d'énergie annuelles théorique et mesurée pour le chauffage d'un ensemble de maisons chiliennes. Pour ce faire, la recherche se base sur l'hypothèse que, en intégrant les habitudes d'utilisation effective de chauffage et de ventilation, il est possible de diminuer l'écart entre la consommation moyenne théorique et mesurée d'un ensemble de logements. Ainsi, la recherche vise à contribuer aux connaissances sur la façon dont les gens utilisent l'énergie pour le chauffage de leur maison et la façon dont ces informations peuvent être transférées et intégrées dans des modèles de calcul. Sur cette base, les trois questions de recherche sont les suivantes: Dans quelle mesure l'intégration des modes d'utilisation des systèmes de chauffage et de ventilation contribue à réduire la différence moyenne entre la consommation théorique et la consommation basée sur la réalité? Dans quelles circonstances est-il possible de généraliser le modèle de calcul développé afin d'étudier d'autres contextes dans le pays? Quelles sont les relations spécifiques entre les modes d'utilisation de l'énergie et le fait de pouvoir atteindre un niveau de confort suffisant? Afin d'avoir une base théorique sur laquelle prendre appui, une revue de la littérature existante est présentée, en discutant, à la fois le contexte national et international par rapport à la modélisation de l'énergie de chauffage résidentiel. En outre, la relation entre le comportement des occupants et l'utilisation de l'énergie est exposée et la théorie sur la prédiction du confort thermique est examinée. Pour donner des réponses aux questions de cette recherche, un modèle de simulation énergétique résidentiel a été créé. Ce modèle a été conçu de manière à pouvoir intégrer les particularités de l'utilisation des systèmes de chauffage qui utilisent le bois comme combustible, sachant que la plupart ne disposent pas d'un thermostat, et de la ventilation naturelle, sachant que le renouvellement du volume d'air se fait manuellement à travers diverses surfaces de ventilation, telles que les portes ou fenêtres. Afin d'ajuster le modèle, une base de données d'un projet récemment réalisé dans la ville de Talca a été utilisée. Finalement, un autre ensemble de maisons situées dans trois villes du sud du Chili a été utilisé pour réaliser la validation du modèle.