Le bon usage de la STD

27/03/2012
"La STD, un outil au service de la
performance énergétique des bâtiments"
Le bon usage de la STD
Vincent COSTE, Ingénieur AMOES
23 Mars 2012
"La STD, un outil au service de la performance énergétique des bâtiments"
Présentation d’AMOES
23 Mars 2012
"La STD, un outil au service de la performance énergétique des bâtiments"
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27/03/2012
Plan de la présentation
I.
II.
III.
IV.
V.
Qu’est-ce qu’une STD ?
A quoi sert une STD ?
Les différents logiciels de STD
Comment bien conduire une STD ?
Quelques retours d’expérience
23 Mars 2012
"La STD, un outil au service de la performance énergétique des bâtiments"
I.
Qu’estQu’est-ce qu’une STD ?
Simulation Thermique + Dynamique
C’est un outils de conception permettant de
juger le comportement d’un bâtiment en
simulant sur une année les phénomènes
thermiques auxquels il est soumis
Se rapproche de la physique du bâtiment
23 Mars 2012
"La STD, un outil au service de la performance énergétique des bâtiments"
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27/03/2012
I.
Qu’estQu’est-ce qu’une STD ?
Calculs thermiques effectués au pas horaire
BILANS THERMIQUES SIMPLIFIES
23 Mars 2012
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I.
Qu’estQu’est-ce qu’une STD ?
Découpage du bâtiment en zones
thermiquement homogènes « Zonage »
Etape fondamentale qui détermine la précision de la
simulation et demande un pressenti du comportement du
bâtiment
Pour effectuer le zonage, on tient compte :
o Des différentes orientations (orientations masquées ou
orientation plein Sud)
o Des différentes utilisations des pièces (pièces de vie,
salles d’eau…)
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27/03/2012
I.
Qu’estQu’est-ce qu’une STD ?
Hypothèses de modélisation
Hypothèses sur l’enveloppe thermique du bâtiment
- Surfaces et volumétries
- Compositions des parois
- Natures des matériaux
- Natures des ponts thermiques
- Natures des menuiseries
- Niveau d’étanchéité à l’air
- Types de ventilation, de chauffage …
23 Mars 2012
"La STD, un outil au service de la performance énergétique des bâtiments"
I.
Qu’estQu’est-ce qu’une STD ?
Hypothèses de modélisation
Hypothèses sur l’environnement du bâtiment
- Fichier météo
- Ensoleillement (masques, orientations…)
Hypothèses sur l’occupation :
- scénarios diverses
- apports internes humains et liés aux
équipements
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
La réalisation de bâtiments à faible
consommation d’énergie doit être accompagné
d’un outil puissant d’aide à la conception
La performance énergétique demande une
grande précision dans la conception
STD
Aide à la décision
23 Mars 2012
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II. A quoi sert une STD ?
En quoi la STD est un outil de conception ?
Comprendre et prédire le comportement thermique du
bâtiment:
• déterminer les consommations de chauffage
• étudier le confort d’été
Trouver les scénarios permettant d’optimiser
l’enveloppe thermique du bâtiment et les
équipements énergétiques
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
Les avantages de la STD
Permet de prendre en compte l’inertie du bâtiment de
manière dynamique (déphasage des restitutions de
chaleur)
Permet de parfaitement intégrer les apports solaires et
les apports internes
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II. A quoi sert une STD ?
Les avantages de la STD
Permet d’aider aux dimensionnements des
équipements techniques: installations de chauffage, de
rafraîchissement.
Permet d’étudier finement le comportement des équipements
techniques surtout quand leurs performances dépendent des
conditions météo.
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
Le bilan sur le rôle de la STD
L’objectif principal de la STD n’est pas de valider
les performances d’un bâtiment.
La STD fonctionne bien en « études relatives »
L’objectif principal est de faire évoluer le projet
très en amont dans sa conception pour qu’il soit
très performant, avec des arguments chiffrés.
23 Mars 2012
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II. A quoi sert une STD ?
Le bilan sur le rôle de la STD
Exemples d’arguments chiffrés.
« En rajoutant 5cm d’isolant, les besoins de chauffage
sont divisés par 2 »
« En atteignant une étanchéité à l’air performante, on
réduit de 25% nos besoins de chauffage »
« En mettant en place une surventilation nocturne
naturelle, on abaisse la température moyenne de 2°C »
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
Etudes paramétriques
Faire varier les
niveaux d’isolant
Ajouter de l’inertie
Ajouter des débords
de toiture
Traiter les ponts
thermiques
Configuration
de base
Modifier les
orientations
Améliorer les
occultations solaires
Ventiler la nuit en
été
Modifier les
surfaces vitrées
Faire varier les
apports internes
Améliorer
l’étanchéité à l’air
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II. A quoi sert une STD ?
Exemples de résultats de STD
• Bilan thermique sur la période de chauffage
Bilan énergétique du bâtiment sur la surface chauffée durant la période de chauffage
Besoins Apports Apports
Chauffage internes solaires
Total [kWh/an]
67 900
55 400
54 900
Total rapporté à la surface
[kWh/m².an]
22
18
18
Pertes
Pertes
Pertes
Parois Ventilation Infiltrations
119
28 200
30 800
200
39
9
10
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
• Tracé de la température en période estivale
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II. A quoi sert une STD ?
• Analyse du confort d’été et études paramétriques
Comportement thermique de la zone la plus défavorisée en été
Base: occultations intérieures (60%), pas de surventilation
Occultations extérieures (60%)
Occultations extérieures (60%) et surventilation nocturne (1.5 vol/h)
36
Températures (°C)
34
32
30
28
26
24
0
40
80
120
160
200
240
280
320
360
400
440
480
520
560
600
Nombre d'heures pour lesquelles la température est supérieure à la température
indiquée
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27/03/2012
II. A quoi sert une STD ?
• Etudes du confort sur diagramme psychrométrique
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II. A quoi sert une STD ?
• Images 3D et vidéo pour représenter les variations
de températures
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27/03/2012
III. Quels sont les différents logiciels ?
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III. Quels sont les différents logiciels ?
Comfie - Pléiade
Leader sur le marché français, bien adapté au
simulations « classiques » (besoins de chauffage, confort
d’été)
Permet de faire des STD assez rapidement
Intègre un moteur de calcul Th-BCE (Calcul RT 2012)
Intègre un outil pour estimer l’énergie grise du bâtiment
Limité dans les applications et utilisations
Assez fermé
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27/03/2012
III. Quels sont les différents logiciels ?
TRNSYS
Logiciel international, programmation en open source
Plutôt destiné à la R&D, pour études spécifiques
(piscines, équipements techniques (solaire thermique …))
Approche très scientifique
Grande flexibilité d’utilisation
Interface peu intuitive
Travail plus long et plus laborieux
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III. Quels sont les différents logiciels ?
- Design Builder: prise en main assez
facile, mais logiciel très fermé
- Virtual Environnement: très complet bien adapté aux
études énergétiques complète, beaucoup de modules
- ESP-r: logiciel gratuit et assez complet
- TAS: logiciel assez flexible mais limité dans la
modélisation des équipements
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27/03/2012
IV. Comment bien conduire une STD ?
( pour que la STD ait un réel impact énergétique sur le projet)
A quel moment la STD doit être réalisée ?
Le plus tôt possible : 1er version en Esquisse-APS
La modélisation est mise à jour et affinée jusqu’à
la phase PRO
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IV. Comment bien conduire une STD ?
Prévoir un cahier des charges de la STD détaillé :
Définir des hypothèses de modélisation détaillé
Demander des études paramétriques:
sur les niveaux et procédés d’isolation
sur les surface vitrées
sur les niveaux d’étanchéité à l’air
sur les températures de consignes
…
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27/03/2012
IV. Comment bien conduire une STD ?
Eviter à tout prix un rapport rempli de tableaux
incompréhensibles avec une phrase de conclusion
Demander une synthèse avec des conclusions
adressées :
- au maître d’ouvrage
- à l’architecte
- au bureau d’étude fluides
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IV. Comment bien conduire une STD ?
Qui doit réaliser la STD ?
Pour un projet classique, une STD menée par un
membre à part entière de la maîtrise d’œuvre est
un plus ! (par exemple le BET fluides/thermique)
Tous les acteurs du projet doivent s’impliquer
dans la STD (aller-retour nécessaires)
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27/03/2012
IV. Comment bien conduire une STD ?
Vérification des résultats
Se méfier du côté « MAGIQUE » de la simulation.
Ce n’est pas un jeu vidéo !!!
La grande difficulté de la simulation n’est pas
d’obtenir des résultats mais de les interpréter
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V. Quelques retours d’expériences
Malheureusement pour certains projets, la STD est
présentée uniquement comme une caution énergétique
Ce n’est pas son rôle premier
C’est dommage car tout le potentiel de l’outils n’est
pas utilisé
La STD est un investissement important, c’est donc un
gâchis de ne pas l’exploiter au maximum
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V. Quelques retours d’expériences
L’analyse d’une STD est parfois très compliquée:
C’est le cas lorsque:
Les hypothèses de modélisations sont flous
Les études paramétriques sont inexistantes ou pas
suffisantes
Aucune interprétation des résultats n’est faite par le
simulateur
23 Mars 2012
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V. Quelques retours d’expériences
Le projet se passe bien lorsque :
Les aller-retour sont nombreux et efficaces entre le
« simulateur », l’architecte et la maîtrise d’ouvrage
Lorsque l’étude dynamique est utilisée tout le long du
projet (de l’APS au PRO)
Lorsque le simulateur a le temps de faire
correctement son travail
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V. Quelques retours d’expériences
Projet de 13 maisons BBC
St Brice avec l’Effort Rémois :
Puissance déperditive: 2 kW (25W/m²)
Systèmes de chauffage individuels
Locatif
Pas de réseau de chaleur
Pas de gaz
•
•
•
•
•
Comment assurer un besoin de chauffage si faible en
utilisant un système correctement dimensionné ?
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Système pressenti :
Chauffage par air soufflé en utilisant une pompe à chaleur
air/air sur l’air extrait d’une ventilation double-flux
Echangeur ε=60%
Extérieur
QECHAN
QEVAP
Système convaincant car:
•
•
•
Intérieur
TMAX=52°C
QCOND
WELEC
Pas d’intervention du locataire
Pas de réseau de chauffage
Puissance de chauffage adéquate
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Rôle de la simulation dynamique:
•
•
Dimensionnement physique du système
Analyse du comportement du système
Besoins de chaleur initiaux
15 kWh/m².an
Besoins de chaleur avec le système étudié
20 kWh/m².an
Consommation de la PAC
Consommation de l’appoint/régulation
17 kWhEP/m².an
9 kWhEP/m².an
Consommation du convecteur de la salle de
bain
9 kWhEP/m².an
Consommation totale pour le chauffage
35 kWhEP/m².an
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Conclusion sur le choix du système
•
•
Le système pressenti occasionnerait des consommations
de chauffage de 35 kWhEP/m².an (à peine mieux que
de simples convecteurs électriques: 40 kWhEP/m².an)
Ces consommations importantes ne permettraient pas
d’atteindre les objectifs énergétiques
Le système de chauffage retenu est un poêle à
granulés automatique à haut rendement (>90%)
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Merci de votre attention !
31, rue Bapst
92 600 Asnières sur Seine
01 41 32 22 11
www.amoes.com
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