La simulation thermique dynamique est un outil puissant et incontournable dans le cadre d’un projet de rénovation énergétique d’un bâtiment. Elle permet de réaliser une conception bioclimatique adaptée à l’usage réelle du bâtiment en participant à l’optimisation de la consommation d’énergie et  à la réduction des émissions de CO2 tout en intégrant la problématique du confort d’été.

Les modélisations et les simulations sont, par nature, une représentation de phénomènes physiques réels, échange de chaleur, écoulement de fluide, par un ensemble de formules mathématiques fortement couplées entre-elle.

La simulation thermique permet de calculer les transferts et dégagement de chaleur entre et dans chaque pièce d’un bâtiment tout en intégrant également les échanges avec l’extérieurs. Avec résolution de ces équations il est ainsi possible de connaitre entre autres les températures dans toutes les pièces d’un bâtiment, les puissances de chauffage et de climatisation, etc.

L’approche dynamique du calcul permet d’accepter le bâtiment comme un objet « vivant », non seulement réactif aux sollicitations extérieurs telle que la température, le vent, et l’ensoleillement mais également à des paramètres liés à son usage propre. Les heures d’occupation, les consignes de températures, les débits de ventilation, l’inertie thermique du bâtiment, les ponts thermiques, les caractéristiques constructives, le comportement des usagers, la performance des systèmes techniques, leur stratégie de régulation..etc. ne sont que quelques exemples de variables pris en compte dans le calcul.

La simulation thermique dynamique calcule ainsi au pas de temps horaire, ou inférieur, le métabolisme du bâtiment en fonction de la météo, de l’occupation des locaux,… Elle tient compte de la réponse des matériaux à une variation des apports thermiques, internes (occupants équipements) et externes (soleil, vent…). A l’opposé, une simulation statique considère le bâtiment comme un objet inerte, simple addition de matériaux. Par exemple, les calculs statiques calculent les apports solaires théoriques mais ne savent pas déterminer à quel niveau le bâtiment est capable de les valoriser. Ils ne sont ailleurs pas capables de calculer le déphasage des apports solaires (temps de passage de l’onde de chaleur dans le mur) et les incidences sur les températures et apports internes.

Elle permet d’identifier et de quantifier l’impact des différentes fuites énergétiques (ponts thermiques, infiltration, ventilation…) afin d’arbitrer entre des concepts architecturaux et différentes solutions techniques.

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STD-2La STD passe par la réalisation d’une maquette 3D complète

Une simulation thermique dynamique, dans quels buts?

Dans le cadre de la rénovation d’un bâtiment, la simulation thermique dynamique est avant tout un outil d’aide à la décision pour établir la stratégie de rénovation optimale.

Une série de simulation est réalisée pour tester différentes solutions techniques et combinaisons de solution à tout niveau (parois opaques, vitrages, ventilation, chauffage, équipements, etc). L’objectif d’une telle approche est multiple :

–       limitation des consommations d’énergie et des couts par une combinaison judicieuse entre les opportunités d’amélioration techniques et constructive passives et dynamiques, les types d’énergie et les usages.
–       Amélioration du confort thermique en été et en hiver
–       Dimensionner au plus juste les installations et déterminer une gestion performante

Il est ainsi possible de trouver l’optimum entre consommation d’énergie, émission de CO2 et retour sur investissement, et établir une stratégie de rénovation énergétique permettant d’atteindre la performance énergétique avec un temps de retour optimal. La recherche de cet optimum peut être réalisé de manière brute en testant toutes les combinaisons possibles mais il est également possible d’utiliser des algorithmes d’optimisation avec contraintes pour définir un l’optimum.

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Représentation des systèmes techniques et lois de régulation dans un calcul STD

 

La simulation thermique dynamique peut également servir dans le cadre d’une estimation des consommations d’énergie réalisée pour un engagement énergétique. En effet La liste exhaustive des données d’entrée prises en compte dans le calcul rend possible l’estimation au plus juste de la future consommation du bâtiment. La précision et robustesse de ce calcul est d’autant plus grande dans le cas de la rénovation d’un bâtiment puisque de nombreuses informations sur les usages dans le bâtiment existant et sur le comportement des utilisateurs sont connues.

Les consommations d’un bâtiment sont certes impactées par les installations techniques mais dépendent aussi fortement des usages et des utilisateurs, de la météo… Elles sont ainsi déterminées avec des données météos moyennes représentatives du type de climat de la zone climatique où se situe le projet qui ne peuvent être comparées à des données d’une année spécifique issues de MétéoFrance.

STD-4La simulation repose sur des données climatiques qui peuvent projeter le bâtiment dans les climats du futur

 

Dans ce sens, si les modélisations composent une approche pertinente de la performance énergétique d’un bâtiment, elles ne permettent pas de prédire à elle seule la facture énergétique future de ce bâtiment de façon absolue mais d’obtenir une valeur qu’il est nécessaire d’encadrer par des tests de sensibilités notamment pour permettre un engagement, notamment accompagné d’une approche IPMVP.