Plan Optimisation nergtique de btiments contexte notions de

Plan • Optimisation énergétique de bâtiments • contexte • notions de base • outils • TRNSYS 17 : outil de simulation générique • Introduction • Simulation de systèmes • Simulation de bâtiments • Utilisation de données 3 D: TRNSYS 3 D (avec Google Sketch. Up) • COMIS : simulation aéraulique • Introduction • Couplage avec TRNSYS • TRANSOL : outil de simulation d’installation solaires thermiques • Démonstration PAGE 1

Optimisation Emplacement réservé pour une photo énergétique de bâtiments Werner Keilholz, CSTB Contexte PAGE 2

Context global PAGE 3

Le bâtiment & ses systèmes : Un potentiel d’économie énorme PAGE 4

Législation en France • Loi n° 2009 -967 du 3 août 2009 (Loi Grenelle 1), Titre 1 : Lutte contre le changement climatique • Objectifs • entre 1990 et 2050 diviser les émissions de gaz à effet de serre par 4 • d’ici 2020 l’économie française « la plus efficiente en carbone de l’UE » • d’ici 2020 la part d’énergies renouvelables devra atteindre 20 % • Exemples de moyens • norme BBC (< 50 k. Wh/m². an en moyenne) applicable • dès fin 2010 à tous les bâtiments publics et tertiaires • dès fin 2012 à tous les bâtiments neufs • par anticipation à tous les logements neufs du programme de rénovation urbaine • norme «bâtiment à énergie positive» applicable dès fin 2020 à tout bâtiment neuf • amélioration de l’information, nouvelles réglementations, mécanismes incitatifs économiques, taxation des consommations d’énergies fossiles… PAGE 5

Résumé pour les bâtiments existants PAGE 6

Pour les bâtiments neufs PAGE 7

Où va l’énergie ? PAGE 8

Solutions architecturales Exemples • Isolation • Parois, ponts thermiques, … • Energie solaire • Thermique (ECS) • Photovoltaïque • Protections solaires • Ventilation • Ventilateurs basse consomation • VMC double flux • Chauffage et Eau chaud sanitaire (ECS) • Electricité, gaz, fuel, bois ? • La forme du bâtiment • Surfaces vitrées • Organisation des espaces intérieurs PAGE 9

Forme du bâtiment PAGE 10

Forme du bâtiment Mesure la compacité : rapport surfaces déprédatives (mur, toit, etc. ) sur volume à chauffer : CF = S / V Source : http: //www. energiepositive. info PAGE 11

Surfaces vitrées, protections solaires PAGE 12

Orientation PAGE 13

Inertie thermique PAGE 14

Et si on modifie tout en même temps ? ? => simulation dynamique PAGE 15

L’association Effinergie • Crée en 2005 par 10 membres fondateurs : 4 régions, collectif d’industriels, organismes financiers, CSTB • Objet • promouvoir les conceptions de bâtiments précurseurs à basse consommation • développer des référentiels régionaux de performance énergétique • Labels BBC neuf et réhabilitation • Site www. effinergie. org PAGE 16

La Fondation Bâtiment-Energie • Crée en 2005 • par 4 acteurs majeurs : Arcelor. Mittal, EDF, GDF SUEZ, Lafarge • à l’initiative de l’ADEME et du CSTB • Objet • opérations de recherche d’intérêt général, évaluation des travaux, valorisation • par diminution des GES, réduction des consommations d’énergie, recours accru aux En. R, appels aux technologies innovantes et en rupture • Site www. batiment-energie. org PAGE 17

Types d’outils : Buts de la modélisation • Réglementation • Le calcul avec un logiciel d’application permet de démontrer qu’une conception est conforme à la réglementation française • Exemples : Clima. Win (BBS-Slama), U 21 Win et U 22 Win (Perrenoud), Visual. TTh (Fauconnet) • Optimisation • En phase de conception, des outils de simulation dynamiques permettent Simulation de valider un concept énergétique, trouver une solution optimale. dynamique • Exemples : Comfie/PLEIADES, Energy+, ESP-R, TRNSYS • Méthodes simplifies • Permettent d’estimer le comportement énergétique d’un bâtiment à partir d’un nombre réduit de paramètres • Exemple : méthode 3 CL pour les DPE (Diagnostique de Performance Energétique) PAGE 18

Types d’outils : Architecture informatique • Outils intégrés / monolithiques • L ’outil propose un certain nombre de modèles physiques (bâtiment, climatisation, chauffage, solaire, éolienne) que l’utilisateur manipule pour définir un projet • Avantage : facile d’utilisation • Inconvénient : limité aux modèles fournis • Exemples : Clima. Win (BBS-Slama), U 21 Win et U 22 Win (Perrenoud), Visual. TTh (Fauconnet), Energy+ • Outils modulaires / extensibles / génériques • L’utilisateur a la possibilité de créer ses propres modèles physiques ou de modifier ceux fournis par l’outil • Avantage : très flexible / puissant • Inconvénient : plus complexe -> plus difficile à manipuler • Exemples : MATLAB, TRNSYS PAGE 19

Types d’outils : Phase de projet • Conseil d’orientation Energétique • Etude de faisabilité • Conception • Certification • Diagnostique • Rénovation Simulation dynamique PAGE 20

Zoom sur quelques logiciels COMFIE/PLEIADES Simulation transitoire du bâtiment, orienté vers la conception de bâtiments bioclimatiques solaires Type de calculs : > bilan thermique (accent mis sur la conception bioclimatique) : méth. zonale, calculs 1 D > systèmes : chauffage / clim selon RT 2000 > Non extensible par l’utilisateur Développeur : Centre d’Énergétique de l’École des Mines de Paris, interface par IZUBA énergies Distribution : commercial, code source fermé Ergonomie : interface graphique CAO (ALCYONE ) + visualisation conviviale des effets d’un masque, des masques lointains Page 21

Zoom sur quelques logiciels COMFIE/PLEIADES Page 22

Zoom sur quelques logiciels Energy+ Modélisation multizone d'un bâtiment pour les transferts de chaleur et de masse Type de calculs : > > > bilan thermique (méthode zonale, calculs 1 D) calculs aérauliques calculs d’hygrométrie systèmes, systèmes à haute performance énergétique extensible par des experts en informatique Développeur : Laurence Berkeley National Laboratory (Etats-Unis) Distribution : Licence ouverte (sources Fortran disponibles), ‘End User License’ Ergonomie : > faible ergonomie en soi (entrée des données et résultats au format ASCII, peu de convivialité, …) > de nombreux outils développés par des tiers (Google Sketchup, Design. Builder, …) Page 23

Zoom sur quelques logiciels Energy+ Page 24

Zoom sur quelques logiciels ESP-r Outil intégré de modélisation et simulation de la performance thermique, acoustique et lumineuse d'un bâtiment Type de calculs : > > > bilan thermique (calculs 1 D/3 D) calculs aérauliques (méthode zonale, calculs CFD) calculs d’hygrométrie calculs d’ambiance lumineuse (lien avec Radiance) systèmes prédéfinies extensible par des experts en informatique Développeur : ESRU, Université de Strathclyde (Grande Bretagne) Distribution : licence GPL, code open-source Ergonomie : basique; possibilité d’importer des modèles CAO (Auto. CAD, XZIP) , ou saisie simplifiée de la géométrie du bâtiment en 3 D avec des modeleurs graphiques intégrés Page 25

Zoom sur quelques logiciels ESP-r Page 26

Zoom sur quelques logiciels TRNSYS Environnement de simulation généraliste : initialement conçu pour la simulation de systèmes complexes, il a évolué vers un outil de simulation complète du bâtiment dans son ensemble. Type de calculs : > > > bilan thermique (méthode zonale, modèle géométrique) calculs aérauliques (couplage avec COMIS, CONTAM, …) calculs d’hygrométrie systèmes : très large choix de librairies (TESS, utilisateurs, …) Facilement extensible Développeur : CSTB, SEL (Solar Energy laboratory, université de Wisconsin), société TRANSSOLAR (Allemagne) Distribution : commercial, code source fourni Ergonomie : environnement « Simulation Studio » , interface CAO avec Google Sketch. Up …) Remarque : TRNSYS permet la création d’outils métier (Sim. SOL, TRANSOL, Page 27

Zoom sur quelques logiciels TRNSYS Page 28

Zoom sur quelques logiciels Clima. Win Page 29

Zoom sur quelques logiciels Clima. Win Outil réglementaire intégré. Type de calculs : > Réglementation Thermique française > Conception, dimensionnement grâce aux modules optionnels > Non extensible par l’utilisateur Développeur : BBS-Slama Distribution : commercial, code source fermé Ergonomie : interface non-géométrique et/ou modeleur intégré; module de saisie graphique compatible IFC Page 30

Types d’outils : Résumé …, Satellites , … MATLAB, Sci. Lab … Electronique, MODELICA Combustion, (e. g. DYMOLA) Régulation, TRNSYS + COMIS … TRNSYS ESP-R Bâtiment & Energy+ tout type de système complet extensible non extensible COMFIE/PLEIADES Bâtiment & systèmes CLIMAWIN prédéfinies simple 3 CL spécialisé Bâtiment & systèmes conformes Bâtiment généraliste PAGE 31