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RÉSUMÉ
Notre société a pris peu à peu conscience de l'impact environnemental de nos activités. Cet impact est lié notamment à une consommation énergétique souvent trop excessive. Le secteur qui nous intéresse particulièrement, celui des bâtiments représente 25 % des émissions de gaz à effet de serre (GES), et 40 % de la consommation énergétique de la France. Des outils ont donc été créés afin de pouvoir concevoir des projets de construction efficaces et sobres en énergie. Ces logiciels de modélisation thermique sont différents des outils réglementaires et se nomment "outils de simulation thermique dynamique". De tels moyens sont également utilisés dans le cadre de garantie des résultats énergétiques, garanties prises sur des consommations réelles mesurées.
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Frédéric GAL : Responsable du développement durable - Bouygues Bâtiment Ile-de-France
INTRODUCTION
Les outils de modélisation thermique sont aujourd'hui devenus incontournable dans la conception de projets environnementaux.
En effet, nous sommes passés d'une ère où les parties environnementales des projets se justifiaient avec des pages de texte à une ère de la justification où les pages de calcul les ont remplacées.
La simulation thermique permet donc d'estimer des besoins énergétiques d'un projet (calorifiques et frigorifiques) en fonction de sa géométrie, de ses caractéristiques physiques (isolation, inertie, type de menuiserie…) et de sa localisation.
En fonction des outils, si la modélisation de la production énergétique est possible elle permet alors de passer des besoins énergétiques à la consommation. Il faut pour cela y intégrer en plus de la production, les rendements de régulation, distribution et émission.
La STD (Simulation thermique dynamique) permet donc d'agir à plusieurs niveaux d'avancement du projet, en esquisse pour valider une conception de projet comme en PRO pour calculer de manière assez précise des consommations énergétiques d'un projet.
La STD de part ses résultats concrets donne donc une évaluation chiffrée des options retenues. Elle apporte donc une réponse concrète à une évaluation qui restait intuitée.
L'outil de STD permet de modéliser les bâtiments et de mesurer l'impact de chaque paramètre de la construction sur le niveau de performance énergétique de bâti. Cet outil est devenu indispensable pour concevoir des bâtiments neufs ou les rénover en haute performance énergétique.
Les différentes étapes de la modélisation sont les suivantes :
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construction du modèle géométrique ;
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interaction avec l'environnement, fichier météo annuel ;
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données de matériaux pour l'ensemble des éléments du modèle géométrique, façade, toiture, sous-sol, éléments intérieurs, structure (prise en compte de l'inertie du bâtiment), etc. ;
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définition des équipements thermiques, chaud, froid, ventilation ;
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hypothèses d'usage, occupation, équipements, éclairage.
Les résultats que fournit une simulation thermique dynamique :
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évolution des températures heure par heure pour chaque zone du bâtiment sur l'année ;
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puissance de chauffage ou de froid nécessaire ;
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consommation annuelle des équipements et du bâtiment ;
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origine des apports énergétiques ;
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données météorologiques complètes.
À partir de ces résultats, la STD permet de mener différentes études de faisabilité technique en comparant entre elles, les solutions techniques à mettre en œuvre sur une construction (enveloppe, isolations, menuiseries, traitement des ponts thermiques, mise en œuvre d'énergies renouvelables, systèmes, fluides…).
La STD permet, en outre, de localiser précisément certaines déperditions énergétiques, de préconiser des solutions de travaux pour y remédier, de chiffrer des économies d'énergies et un retour sur investissement.
La simulation thermique dynamique est aujourd'hui un outil de conception précieux pour les constructions économes en énergie de demain.
le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes et expressions importants, des notations et symboles utilisés tout au long des divers chapitres.
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Différences entre calcul réglementaire et simulation thermique dynamique
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5. Glossaire
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BIM (Building Information Modeling)
Appelé également « maquette numérique », est un outil numérique comprenant, à la fois une représentation graphique du bâtiment, et une base de données liées au bâtiment.
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CFD (Computationnal Fluid Dynamics)
repose sur un background mathématique beaucoup plus complexe. Il s’agit ici de résoudre les équations fondamentales de la dynamique des fluides, dites « équations de Navier-Stockes ».
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Consommations conventionnelles
Elle correspond à une consommation calculée à l’aide d’un outil de calcul réglementaire (conformément aux règles THBCE). Elle est rapportée habituellement à une durée d’utilisation annuelle et à la surface du logement. Elle est exprimée en énergie primaire, soit des kWhep/m2/an.
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Facteur U
Ou « coefficient de transmission surfacique » qui permet d'évaluer le pouvoir isolant de la paroi.
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GPE (Garantie de performance énergétique)
Terme générique définissant une garantie entre les acteurs concernés. Ce terme ne précise en rien la teneur de la garantie qui pourra se décliner ensuite sous la forme d’une GPEI ou d’une GRE.
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GPEI
La Garantie de performance énergétique intrinsèque (GPEI) a pour objet de garantir, de façon contractuelle et librement décidée entre les acteurs concernés, un niveau de performance énergétique au stade de la conception et des travaux, qui déterminera les caractéristiques intrinsèques de l’ouvrage concerné et qui serviront de référence pendant la durée d’exploitation.
Ce niveau de performance énergétique peut être celui conventionnel ou peut être réalisé avec un scénario d’usage plus adapté au projet.
-
GRE (Garantie de résultats énergétiques)
Un engagement contractuel entre un maître d’ouvrage, ou un propriétaire ou un locataire, appelé « le bénéficiaire » et un prestataire spécialisé, appelé « le garant », et par lequel ce dernier s’engage :
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pour...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - STEPHENSON (D.G.), MITALAS (G.P.) - Cooling load calculations by thermal response factor method - ASHRAE Transactions 75 (1) 246-271 (1969).
-
(2) - JOUVENT (M.), HUET (M.) - * - . – La garantie de performance énergétique (22 juillet 2013).
-
(3) - BECCALI (G.), CELLURA (M.), LO BRANO (V.), ORIOLI (A.) - Is the transfer function method reliable in a European building context ? A theoretical analysis and a case study in the south of Italy - Applied Thermal Engineering 25 (2-3) 341-357 (2005).
-
(4) - CIULLA (G.), LO BRANO (V.), ORIOLI (A.) - A criterion for the assessment of the reliability of ASHRAE conduction transfer function coefficients - Energy and Buildings 42 1426-1436 (2010).
-
(5) - COSTA (C.), JOUVENT (M.) - * - . – La garantie de performance énergétique (5 avril 2012).
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(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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TRNSYS 17 TRaNsient SYstem Simulation tool, CSTB éditions
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