L’étude comportementale du bâtiment

SIMULATION DYNAMIQUE

En complément de la méthode réglementaire, la réalisation de calculs dynamiques apporte une vision détaillée du comportement dans le temps. La modélisation des éléments environnementaux et des conditions d’usage permet d’affiner les solutions. Les conclusions peuvent prendre différentes formes, et peuvent porter sur de nombreux éléments de la construction :

  • Les vitrages
  • L’inertie
  • L’isolation mal conçue
  • Des problèmes d’hygrométrie intérieure
  • Un plancher chauffant trop réactif
  • Une installation technique mal positionnée
  • Un local avec trop de sollicitations (impact humain)

Ces études peuvent être menées dans des nouvelles constructions, il sera utile d’intervenir très en amont du projet (phase esquisse ou APS). On trouve son application également dans le cadre de projets existants, lors d’un audit énergétique ou pour déceler un problème de température ou d’hygrométrie dans un local.

Simulation thermique

On évalue pour un pas de temps déterminé, la température obtenue dans un local en fonction de des sollicitations et des conditions aux limites. Les températures sont obtenues suivant des critères multi-physiques couplant des équations de la thermique et des transferts de masse. On peut ainsi comparer différentes configurations en déduire des conclusion et retenir une solution.

Poser le problème

La grande adaptabilité des outils de simulation numérique nous permet d’étudier de nombreux paramètres de conception énergétique. La grande difficulté de ce genre d’étude est de poser correctement les conditions du problème.

La question de la surchauffe estivale est récurrente et pose de plus en plus de problèmes, les bâtiments neufs actuels sont de plus en plus étanches à l’air, la chaleur accumulés en été est plus difficile à évacuer. De nombreux référentiels évoquent un nombre d’heures à respecter calculé sur le temps d’occupation des locaux ne dépassant pas une limite (ex : 28°C).

Pour d’autres applications, dans des bâtiments existants, nous pouvons nous servir de la simulation pour caractériser un état en vue d’une amélioration et ainsi estimer des gains.

Le confort thermique

Le métabolisme de chaque individu est propre à chacun, personne ne ressent la température de la même façon.

La norme portant sur l’ergonomie des ambiances thermiques interprète le confort ressenti par des indices de confort (PPD et PMV). Ces indices sont déterminés expérimentalement sur un groupe important de personnes. Six paramètres rentre en compte dans ce bilan de confort :

  • l’activité de la personne
  • l’habillement
  • la température radiante
  • la température d’air
  • la vitesse relative de l’air
  • l’humidité

On caractérise ainsi pour une ambiance donnée le Predicted Mean Vote, la sensation thermique sur une échelle de niveau (tableau ci-dessus). L’équilibre est atteint lorsque la production de chaleur dans le corps est égale aux déperditions de chaleur vers l’ambiance.

Ainsi que le Predicted Percentage Dissatisfied, qui traduit l’insatisfaction d’un groupe de personne susceptible à une différence de température (sensation de chaud ou de froid). Cette méthode est donc particulièrement intéressante pour optimiser l’énergie dépensée en hiver suivant le confort, on pourrait par exemple visualiser l’effet d’une grande paroi froide.

Application estivale

En été, pour évaluer si une ambiance thermique intérieure est acceptable (dans un bâtiment non climatisé), nous utilisons une représentation graphique qui décrit la température intérieure obtenue heure par heure dans le local en fonction de la température extérieure en moyenne glissante.

On définit par rapport au type de local une catégorie d’ambiance (I, II ou III), qui situe cette évolution en fonction d’un maximum pour le rafraîchissement. De la même manière qu’un diagramme de Brager, nous pouvons nous rendre compte du confort thermique. Il est jugé acceptable pour la discrétisation des températures qui sont situées à l’intérieur des zones, sur le graphique ci-dessous, les usagers auront une sensation de fraicheur.

Simulation énergétique

L’évaluation des consommations énergétiques deviennent possibles suivant les algorithmes de la méthode TH-BCE en intégrant les systèmes techniques de génération utilisant de l’énergie.

Pour avoir un aspect global, nous passerons préalablement par le calcul de lumière naturelle pour plus de précision des consommations d’éclairage.

Nous pouvons visualiser l’évolution des consommations en fonction des différentes conditions du modèle. Nous pouvons par exemple estimer si une réduction de température est efficace par rapport à la qualité de l’isolation du bâtiment et ainsi optimiser la relance de chauffage. Nous pouvons également estimer la consommation des locaux très spécifiques soumis à des règles d’hygiène ou de température spécifiques ou encore estimer les consommations électriques des systèmes informatiques.

L’étude comportementale du bâtiment

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