Le couplage du modèle de bâtiment au modèle détaillé des systèmes permet d'accéder à une connaissance étendue du fonctionnement des systèmes d’une part et des facteurs expliquant les consommations d’énergie d’autre part. Il y a donc un gain significatif au niveau de la robustesse et de l’efficacité des installations.
Ce niveau de modélisation constitue l'approche de référence pour les projets avec engagement contractuel sur la performance. C'est la seule méthode permettant une optimisation fonctionnelle des systèmes dès la phase études. Elle offre en outre des possibilités toutes nouvelles pour le commissionnement énergétique et le suivi de la performance en exploitation.
Exemple illustrant l'intérêt d'une modélisation détaillée du bâtiment et des systèmes à des fins d'aide à la conception
Pour modéliser les infiltrations dues aux défauts d'étanchéité de l'enveloppe et aux entrées d'air, nous utilisons systématiquement notre modèle aéraulique couplé au modèle thermique de bâtiment et à notre modèle de centrale de traitement d'air.
La figure présente le taux de renouvellement d'air calculé avec des débits de soufflage et d'extraction équilibrés (en rouge) ou avec un taux de surpression de 10% (en pointillés) ou encore avec une extraction seule (en trait plein).
Ce calcul permet typiquement d'évaluer l'impact des infiltrations sur le bilan de charges des locaux selon le principe de ventilation adopté. Le modèle de centrale de traitement d'air permet d'estimer l'impact sur les consommations électriques des ventilateurs et sur les consommations de chaleur et de froid. Ces analyses ne peuvent pas être menées avec un modèle simplifié (en bleu) couramment utilisé.
Depuis sa création en 2009 Solamen s'investit pleinement dans l'étude de la précision des modèles de simulation et dans le développement de techniques de calibrage.
En partenariat avec les principaux organismes de recherche en énergétique du bâtiment nous avons travaillé pendant 4 ans sur ces thématiques dans le cadre d'un projet de l'Agence Nationale de la Recherche (détails).
En étroite collaboration avec Cofely Axima nous avons développé et qualifié de nombreux outils de calcul. Pour ce faire des bases de données de mesure très étendues ont été utilisées. Des benchmarks entre différents codes de calcul ont été réalisés, par exemple entre EnergyPlus et Trnsys (détails). Nous avons par ailleurs un usage intensif des outils d'analyse numérique les plus avancés : R, Python, Openturns (EDF, EADS, Phimeca).
Nous poursuivons toujours ces investigations tant elles s'avèrent cruciales pour l'amélioration de nos pratiques.
Exemple illustrant la précision du calcul des consommations de chauffage dans un bâtiment de bureaux (performance RT2012)
La figure ci-dessous présente l'énergie échangée quotidiennement sur les réseaux de distribution secondaires d'un bâtiment de bureaux moderne, situé dans la région nantaise. Les valeurs mesurées (en noir) sont comparées aux valeurs calculées à l'aide d'un modèle numérique du bâtiment couplé à un modèle détaillé des systèmes CVC (en bleu).
L'incertitude type du calcul est estimée à environ 15% sur le mois de comparaison aux mesures. Ce montant est de l'ordre de l'effet de l'incertitude sur les charges internes non mesurées. Le biais sur l'intégralité du mois de comparaison (soit l'écart sur la consommation mensuelle) est de l'ordre de 5%.