La Simulation Thermique Dynamique (STD)

 

Applications


La simulation thermique dynamique est un outil de calcul puissant basé sur la modélisation en 3D du bâtiments et la simulation de son comportement thermique, et qui permet notamment de calculer les besoins de chauffage et de rafraîchissement éventuel d’un bâtiment, les appels de puissance et les évolutions de température dans les différentes zones.


Ces éléments sont particulièrement intéressants pour :


  1. ✓comparer plusieurs principes constructifs, niveaux d’isolation, type de menuiseries, etc. afin d’arbitrer certains choix technico-économiques et d’améliorer l’économie globale du projet


  3. ✓affiner la conception bioclimatique notamment pour trouver un optimum entre la récupération effective des apports solaires en hiver et le confort thermique en été : isolation, inertie, surfaces vitrées (serres bioclimatiques) et protections solaires, masques proches, etc.


  5. ✓dimensionner au plus juste les appareils de chauffage en tenant compte des apports gratuits et de données météorologiques locales réalistes


  7. ✓valider le fonctionnement des maisons passives ou équipées d’un seul appareil de chauffage (poêle à bois) : besoins de chauffage nets, besoins en puissance pièce par pièce, transferts de chaleur naturels et via une VMC double-flux éventuelle, niveaux de température minimum atteints dans les pièces les plus éloignées, etc.


  9. ✓prévoir le budget nécessaire au chauffage et au rafraîchissement éventuel du bâtiment



Nous utilisons pour cela la suite logicielle constituée d'Alcyone et de Pléiades-Comfie®, développée conjointement par Izuba Energies et l’Ecole des Mines de Paris.

© Jeremy CELSAN / ECOSYSTEMES 2010


Principes


La simulation thermique dynamique permet de connaître, pour chaque zone du bâtiment, l'évolution de la température intérieure à chaque heure de l'année, en fonction de tous les paramètres importants du site, du bâtiment et de son exploitation :


  1. ✓météorologie : température extérieure, rayonnement solaire global et diffus, albédos des sols (plans d'eau), masques solaires proches (pergolas, végétation, bâtiments) et lointains (topographie, présence de montagnes),

  2. ✓constitution de l'enveloppe du bâtiment : parois opaques et vitrées, toitures, planchers (nature des matériaux, isolation, inertie, facteur solaire, etc.), ponts thermiques,

  3. ✓occultations et protections solaires (débords de toiture, volets, stores extérieurs/intérieurs, etc.),

  4. ✓ventilation : naturelle (ouverture des fenêtres), VMC (simple flux / double flux), puits provençal, débits, mode de régulation, etc.

  5. ✓chauffage et rafraîchissement éventuel (puissances, températures de consigne, régulation horo-hebdomadaire et saisonnière),

  6. ✓apports internes : occupation, éclairage et électricité spécifique (bureautique, électroménager, process industriels).





Avec ces entrées multiples, la simulation thermique dynamique permet de tenir compte des 3 points qui conditionnent la performance énergétique d’un bâtiment : l’enveloppe (le bâti), les équipements techniques et... l’usage que l’on en fait !



En ce sens, la simulation thermique dynamique diffère considérablement des méthodes de calcul réglementaire RT :


  1. ➡l’intégration de l’ensemble de ces paramètres permet d’approcher avec réalisme le fonctionnement du bâtiment en situation d’exploitation - le calcul des besoins de chauffage et d’appels de puissance est fiable - alors que la méthode RT est conventionnelle, c’est-à-dire basée sur des données météorologiques standardisées et des scénarios d’exploitation moyens, sans lien avec les spécificités du projet étudié


  3. ➡c’est une méthode dynamique - au pas de temps horaire - qui permet d’apprécier les phénomènes de transfert et d’inertie thermique difficiles à appréhender autrement, et qui influencent particulièrement le confort d’été et l’utilisation intermittente des locaux en hiver.




Quelques exemples de résultats


  1. ✓Calcul des besoins de chauffage nets après déduction des apports solaires et internes

 

  1. ✓Dimensionnement d’une protection solaire

  1. ✓Caractérisation du confort d’été via les fréquences cumulées de température ambiante

  1. ✓Evolution de température libre en hiver (3 jours ensoleillés puis 1 nuageux puis 2 ensoleillés)