Gilles Fraisse

Professeur

Responsable du Master “Energy and Solar Buildings”

Responsable du semester S6 (Polytech Annecy-Chambéry, spécialité EBE)

Bureau   Campus scientifique, Savoie Technolac, Bâtiment Helios
Téléphone   +33 4 79 75 88 95
E-mail   (prénom) . (nom)@univ-smb.fr

Optimisation holistique et stockage solaire thermique

Depuis 2014, mes activités de recherche portent sur l’élaboration de méthodologies d’optimisation holistique de la conception des bâtiments intégrant la problématique des temps de calcul, et d’autre part sur le stockage solaire thermique.

L’optimisation holistique des bâtiments repose sur l’idée que l’optimum global n’est pas la somme des optima de chaque partie (typiquement l’enveloppe et les systèmes). Il est important de considérer le bâtiment dans son ensemble, avec une approche d’optimisation multicritère en phase de conception ou pour le pilotage des systèmes. Les performances à considérer conduisent à définir un ensemble de solutions optimales. Un verrou scientifique important réside dans la problématique des temps de calcul : modèle de bâtiment très complexe (enveloppe, systèmes, réseaux, environnement, occupants), durées simulées longues avec un pas de temps faible, et explosion combinatoire liée aux paramètres de décision retenus. Cela nécessite de mettre en place des méthodologies spécifiques à l’aide de métamodèles (krigeage, réseaux de neurones…) peux coûteux en temps de calcul. Nous travaillons ainsi sur des plans d’expérience adaptatifs permettant à la fois d’identifier le métamodèle et de définir les solutions optimales (Pareto) avec un minimum d’appels du modèle de référence qui est couteux en temps de calcul. Le projet ANR INTENSE (2014-2018) avait pour objectif de développer cette méthodologie. Il était étroitement lié à l’annexe 31 de l’AIE « Energy Storage with Energy Efficient Buildings and Districts: Optimization and Automation ». Le projet Région OREBE (2017-2021) porte sur l’optimisation holistique des bâtiments couplés à des réseaux de chaleur, avec l’objectif de réduire les temps de calculs, cette fois par le biais du choix de séquences de simulation courtes.

Les systèmes solaires et le stockage thermique : les activités ont porté sur l’étude des phénomènes de convection (expérimentations de type PIV, Particle Image Velocimetry) dans les cavités remplies d’eau à haut rapport de forme. Les résultats obtenus étaient directement exploitables pour améliorer l’efficacité des capteurs solaires auto-stockeurs. L’originalité de ce type de système est de greffer à l’arrière du capteur solaire le volume de stockage, ce qui permet à la fois de simplifier considérablement l’installation par rapport à un système classique (ballon d’eau chaude) et de réduire son coût. La forme parallélépipédique très particulière du stockage nécessite d’étudier la stratification thermique. Cette activité qui a commencé en 2008 avec la thèse de Jéronimo Souza et le projet ANR RénEauSol (2010-2012) s’est poursuivie avec la thèse de Marie Swiatek soutenue en 2015. Le recrutement de Yiqin Li en post-doc (1 an, responsable : Mickael Pailha, financement APS) pour étudier expérimentalement la stratification thermique au sein d’une cavité parallélépipédique a permis de poursuivre cette activité jusqu’en février 2017. Parallèlement, un projet financé par l’ADEME (2014-2017) a permis de concevoir numériquement et de tester expérimentalement un prototype de capteur auto-stockeur, cette fois avec des matériaux à changement de phase (MCP) et un nid d’abeilles pour le stockage. Plusieurs étudiants ont contribué à ces travaux dont un étudiant stagiaire de Politecnico de Torino en stage laboratoire au LOCIE en 2018. Ces différentes activités nous ont conduits vers une solution hybride compacte, plus simple (sans le capteur solaire) associant à la fois les fonctions de stockage (MCP) et d’échangeur solaire grâce aux ailettes composant le nid d’abeille. Ce nouveau concept multifonctionnel de forme parallélépipédique permet de faciliter la mise en place du stockage dans les bâtiments, comparativement à un ballon d’eau chaude classique. Le projet EUROPA a commencé sur ce sujet en janvier 2019 dans le cadre de l’AAP générique de l’ANR 2018 (partenaires LOCIE, LGCgE, CEA-INES. DATE, SMCI, LATEP, INSULA France)

Transferts de chaleur

  • Introduction : Grandeurs physiques fondamentales, Bilan de surface,
  • Conduction : Loi de Fourier, Equation de diffusion de la chaleur, Conditions initiales et aux limites, Régime permanent et variable,
  • Rayonnement : Grandeurs fondamentales, Echanges entre surfaces noires, Echanges entre surfaces grises,
  • Convection : Conditions aux limites, Régime laminaire et turbulent, Nombre adimensionnels, Convection forcée et naturelle.

Thermique du bâtiment

  • Thermique des enveloppes et des ambiances : Principes généraux de modélisation, Comportement thermo-aéraulique des bâtiments, Notions de base en régime permanent, Les écoulements d’air, Notions de température, Risques de condensation,
  • Modélisation basée sur l’analogie électrique : Bilan de surface, Convection, Conduction, Rayonnement,
  • Détermination des besoins de chauffage et de climatisation : Calcul des déperditions, Vers des bâtiments à énergie positive.

Réglementation thermique française (RT2012)

  • Principes d’application de la réglementation,
  • Présentation et utilisation d’un outil de calcul réglementaire (mini projet).

Outils numériques pour l’énergie

  • Présentation du logiciel TRNSYS,
  • Utilisation du logiciel (mini projet).

Nom : Fraisse                                                                Prénom : Gilles

Intitulé exact du corps/grade détenu dans votre établissement d’origine :           Professeur

Section CNU : 60                                                         

Discipline principale : Thermique du bâtiment

Adresse : Savoie Technolac, Université Savoie Mont Blanc, LOCIE, 73376 Le Bourget du Lac

Téléphone : 0479758895              

Courriel : prenom.nom@univ-smb.fr

Organisme de rattachement

  • Établissement : Université Savoie Mont Blanc
  • Laboratoire ou service : LOCIE

Curriculum vitae

  • HDR : Contribution à l’intégration énergétique des systèmes associés au Bâtiment (5 décembre 2008, Université de Savoie)
  • Principales fonctions administratives :
  • Depuis 2016 : responsable du master international ESB Energy and Solar Buildings.
  • Depuis 2017 : responsable français du double-diplôme entre le Master ESB et l’Université de Gênes
  • Depuis 2012 : responsable de semestre (Semestre 6, Poytech, une centaine d’étudiants)

Domaines de recherche actuels :

  • L’optimisation holistique des bâtiments intégrant la problématique des temps de calcul
  • Les systèmes solaires et le stockage thermique

Domaines de recherche récurrents :

  • Modélisation analogique

Domaines de recherche passés :

  • Pompes à chaleur thermoélectriques
  • Capteurs hybrides photovoltaïques et thermiques
  • Gestion intermittente des systèmes de chauffage utilisant la commande floue

 

Liste des publications :

  1. Fraisse, J. Virgone and J.J. Roux. Thermal control of a discontinuously occupied building using a classical and a fuzzy logic approach. Energy and Buildings, vol 26, n°3, october 1997, p. 303-316.
  2. Fraisse, J. Virgone and J. Brau. An analysis of the performance of different intermittency controllers, and an evaluation of comfort and energy consumtion. International Journal of Heating, Ventilation, Air-Conditioning and Refrigerating Research (ASHRAE). Volume 3, number 4, October 1997, p. 369-386.
  3. Fraisse, J. Virgone and R. Yezou. A numerical comparaison of different methods for optimizing heating-restart time in intermittently occupied buildings. Applied Energy 62, 1999, 125-140
  4. Fraisse, J. Virgone and C. Menezo. Proposal for a highly-intermittent heating law for discontinuously-occupied buildings. Journal of Power and Energy, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers , vol 214, Part A, 2000, p. 29-39
  5. Fraisse, C. Viardot, O. Lafabrie and G. Achard. Development of a simplified and accurate building model based on electrical analogy. Energy and Buildings, Volume 34, Issue 10, November 2002, Pages 1017-1031
  6. Franzetti, G. Fraisse and G. Achard. Influence of the coupling between daylight and artificial lighting on thermal loads in office buildings. Energy and Buildings, Volume 36, Issue 2, February 2004, Pages 117-126
  7. Johannes, G. Fraisse, G. Achard and G. Rusaouën. Comparison of solar water tank storage modelling solutions. Solar Energy,Volume 79, Issue 2, August 2005, Pages 216-218
  8. Fraisse, K. Johannes, V. Trillat-Berdal. and G. Achard. The use of a heavy internal wall with a ventilated air gap to store solar energy and improve summer comfort in timber frame houses. Energy and Buildings, Volume 38, Issue 4, April 2006, Pages 293-302
  9. Hongxia Xi, Lingai Luo and Gilles Fraisse. Development and Applications of Solar-based Thermoelectric Technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 11, Issue 5, June 2007, Pages 923-936.
  10. Fraisse, C. Ménézo, K. Johannes. Hybrid water PV/T Energy performance in the case of solar combi-systems. Solar Energy, Volume 81, Issue 11, November 2007, Pages 1426-1438
  11. Trillat-Berdal, B. Souyri and G. Fraisse. Experimental study of a ground-coupled heat pump combined with thermal solar collectors. Energy and Buildings, Volume 38, Issue 12, December 2006, Pages 1477-1484
  12. B. Assoa, C. Menezo, G. Fraisse, R. Yezou, J. Brau. Study of a new concept of photovoltaic-thermal hybrid collector. Solar Energy, Volume 81, Issue 9, September 2007, Pages 1132-1143
  13. Le Pierrès, M. Cosnier, L. Luo, G. Fraisse. Coupling of thermoelectric modules with a photovoltaic panel for air pre-heating and pre-cooling application: an annual energy and exergy evaluation.. International Journal of Energy Research 32, p. 1316-1328, juillet 2008.
  14. Cosnier, G. Fraisse and L. Luo. « An experimental and numerical study of a thermoelectric air-cooling and air-heating system » . International Journal of Refrigeration, Volume 31, Issue 6, September 2008, Pages 1051-1062
  15. Fraisse, Y. Bai, N. Le-Pierres and T. Letz. Comparative study of various optimization criteria for SDHWS and a suggestion for a new global evaluation. Solar Energy, Volume 83, Issue 2, February 2009, Pages 232-245.
  16. Fraisse, B. Souyri, R. Boichot and J-L Kouyoumji. Night Cooling with a Ventilated Internal Double Wall. Energy and Buildings, Volume 42, Issue 3, March 2010, Pages 393-400
  17. Fraisse, C. Goupil, M. Lazard, J.Y. Serrat. Study of thermoelement’s behaviour through a modelling based on electrical analogy. International Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 53, Issues 17-18, August 2010, Pages 3503-3512
  18. Bai, G. Fraisse, F.Wurtz, A.Foggia, Y.Deless, F.Domain. Experimental and numerical study of a directly PV-assisted domestic hot water system. Solar Energy, Volume 85, Issue 9, September 2011, Pages 1979-1991.
  19. M Lazard, C Goupil, G Fraisse, and H Scherrer . Thermoelectric quadrupole of a leg to model transient state. Journal of Power and Energy, Article Number : 433240, January 5, 7p. 2012
  20. Sébastien Pinard, Gilles Fraisse, Christophe Ménézo, Virginie Renzi. Experimental study of a chimney enhanced heat emitter designed for internal renovation of buildings. Energy and Building. Volume 54, November 2012, Pages 169-178.
  21. Fraisse, J. Ramousse, D. Sgorlon, C. Goupil, Comparison of different modeling approaches for thermoelectric elements. Energy Conversion and Management, Volume 65, January 2013, Pages 351-356
  22. W. Kim, J. Ramousse, G. Fraisse, P. Dalicieux, P. Baranek, Optimal sizing of a thermoelectric heat pump (THP) for heating energy-efficient buildings. Energy and Buildings, Volume 70, February 2014, Pages 106-116
  23. Jeronimo V. D. Souza, Gilles Fraisse, Mickael Pailha, Shihe Xin. Experimental study of partially heated cavity of an integrated collector storage solar water heater (ICSSWH). Solar Energy, Volume 101, March 2014, Pages 53-62
  24. Julien Ramousse, Damien Sgorlon, Gilles Fraisse, Maxime Perier-Muzet. Analytical optimal design of thermoelectric heat, Applied Thermal Engineering, Volume 82, 5 May 2015, Pages 48-56,
  25. Amine lazrak; Antoine Leconte; David Chèze; Gilles Fraisse; Philippe Papillon. Bernard Souyri. Numerical and experimental results of a novel and generic methodology for energy performance evaluation of thermal systems using renewable energies. Applied Energy 158 (2015) 142–156.
  26. Marie SWIATEK, Gilles FRAISSE, Mickael PAILHA. Stratification Enhancement for an Integrated Collector Storage Solar Water Heater (ICSSWH) . Energy and buildings, Volume 106, 1 November 2015, Pages 35–43
  27. Development of a dynamic artificial neural network model of an absorption chiller and its experimental validation. Amine Lazrak, François Boudehenn, Sylvain Bonnot, Gilles Fraisse, Antoine Leconte, Philippe Papillon, Bernard Souyri. Renewable Energy, Volume 86, February 2016, Pages 1009-1022
  28. Fraisse Gilles, Souyri Bernard, Axaopoulos Ioannis, Rouchier Simon. Decision-making based on network visualization applied to building life cycle optimization. Sustainable Cities and Society, Volume 35, November 2017, Pages 565-573
  29. Carbajo Jiménez, Y. Louvet, G. Fraisse, K. Vajen, E. Wurtz. Experimental and dimensional study of the draining process in drainback solar thermal systems. Solar Energy, Volume 174, 1 November 2018, Pages 855-865
  30. Matteo Bilardo, Gilles Fraisse, Mickael Pailha, Enrico Fabrizio. Modelling and performance analysis of a new concept of integral collector storage (ICS) with phase change material. Solar Energy 20019