STD : La simulation thermique dynamique

La Simulation Thermique Dynamique est un outil puissant permettant d'obtenir des résultats reflétant les consommations réelles du bâtiment. En effet, de nombreux paramètres influent sur le comportement thermique du bâtiment (caractéristiques de l'enveloppe, gestion de la ventilation, du chauffage, occupation, météo...) et obligent à réaliser une simulation précise, avec un pas de temps horaire prenant ainsi en compte l'inertie thermique du bâtiment.

Cette description précise des phénomènes physiques permet l'optimisation des bâtiments entre les objectifs souvent contradictoires de réduction des consommations de chauffage et limitation de l'inconfort estival.

OBJECTIFS

La simulation thermique dynamique est un outil très puissant pour autant que les calculs soient réalisés avec rigueur et dans un but précis, ceci afin de s'affranchir de la masse imposante des résultats obtenus. Nous listons ici les principaux résultats pouvant être attendus de l'utilisation pertinente de TRNSYS :

• Consolidation des consommations énergétiques pour l'existant
• Prévision des consommations énergétiques en phase de conception
• Evaluation / comparaison de l'impact des diverses variantes envisagées sur 
  • Le confort d'été
  • Les consommations énergétiques
• Dimensionnement au plus fin de la puissance des moyens de production (chaud et froid)
• Evaluation des systèmes de production d'énergie renouvelable

MOYENS

H3C-énergies utilise deux logiciels de calcul pour la simulation thermique dynamique.

PLEIADES+COMFIE : Développé par la société IZUBA énergie en collaboration avec le Centre d'énergie de l'école des Mines de Paris. Ce logiciel permet l'étude des bâtiments de taille modeste, pour des résultats fiables et facilement exploitables.

TRNSYS 16 : Cet outil est utilisé pour des simulations de bâtiments de taille plus importante, et permet la prise en compte plus fine des phénomènes physiques et des systèmes annexes au bâtiment.

TRNSYS 16

TRNSYS, développé par le « Solar Energy Laboratory » de l'université du Wisconsin (USA), en collaboration en France avec le CSTB, est une des références mondiales pour la simulation dynamique de la thermique et de l'aéraulique des bâtiments. Son utilisation permet d'effectuer l'analyse poussée et l'optimisation du comportement énergétique des bâtiments. Grâce à son architecture ouverte lui procurant une grande flexibilité, TRNSYS permet également de simuler précisément le comportement de nombreux systèmes thermiques (équipements de CVC, PV, solaire thermique, cogénération, etc.).

DEROULEMENT DE LA SIMULATION D'UN BATIMENT

DEFINITION DU BATIMENT

• A partir des plans (papiers ou Autocad) du bâtiment, les parois sont saisies en prenant en compte leurs orientations et les matériaux les constituant. Les différents niveaux du bâtiment sont ainsi reconstitués.
• Un découpage en zones thermiquement homogènes est alors réalisé. TRNSYS ne comporte virtuellement pas de limite du nombre de zones, si ce n'est les regroupements réalisés par l'expert pour des zones ayant un comportement thermique identique (même consigne, même occupation, même orientation).
• Les masques solaires, proches et lointains, sont ensuite appliqués afin de prendre en compte de manière précise le rayonnement solaire, de plus en plus influent avec l'amélioration de l'enveloppe des bâtiments.
• Les gains internes (équipement, éclairage, occupation) et les différentes consignes (ventilation, chauffage, humidification et déshumidification) sont renseignés. La météo du site est alors ajoutée à partir des données locales (température, humidité, ensoleillement au pas de temps horaire).

RESULTATS ET ANALYSE

Les résultats obtenus permettent de caractériser le fonctionnement thermique du bâtiment selon plusieurs critères :

Consommation du bâtiment : Les besoins du bâtiment en chauffage, refroidissement, humidification et déshumidification sont établis pour une année moyenne, ou pour une année extrême.

Bilan des zones : Tous les flux de chaleur entrants et sortants du bâtiment sont calculés et permettent d'appréhender le comportement thermique du bâtiment.

Température et humidité relative intérieure : Nécessaires à l'appréciation du confort thermique des occupants, elles permettent également de s'assurer de la cohérence des résultats.

Présentation graphique : La présentation des résultats peut s'avérer plus parlante si ceux-ci sont directement incorporés aux plans des bâtiments, avec par exemple le nombre d'heures d'inconfort (température intérieure supérieure à 27°C) fortement lié à l'orientation. Il est ainsi possible d'obtenir une animation temporelle synthétisant ces résultats.

Cliquez ici pour avoir un aperçu.

La très grande flexibilité de TRNSYS permet d'obtenir un grand nombre de sorties supplémentaires (bilan net d'une fenêtre, température de surface des parois...) en fonction des besoins de la simulation.

SIMULATIONS DES SYSTEMES

De par son fonctionnement modulaire et son interface graphique avancée, le logiciel est à même de modéliser les systèmes de productions de chaleur et de froid, les systèmes CVC (CTA, Ventilo-convecteurs,..) couplés à la simulation du bâtiment.

En constante évolution grâce à l'apport de la communauté scientifique, il est possible de modéliser un grand nombre de systèmes novateurs intégrés au bâtiment (puits canadiens, toiture végétalisée, matériau à changement de phase,...) mais aussi les systèmes de production d'énergie renouvelable (Photovoltaïque, solaire thermique, biomasse, pompes à chaleur, cogénération...)