Etudes complémentaires
Simulation Thermique Dynamique
La simulation thermique consiste à évaluer le comportement d'un bâtiment et de ses équipements en fonction des variations horaires de ses modes d'occupation et de la météo du site. La simulation est utile à la maîtrise d'œuvre pour l'aider à concevoir un habitat confortable et économique ; elle apporte des réponses au maître d'ouvrage soucieux du coût global du projet et de la satisfaction des futurs occupants.
Dans notre région, la STD est tout particulièrement indiquée afin d’étudier le confort thermique d’été qui ne passe pas obligatoirement par un traitement actif de l’air par climatisation. Plus généralement, Les outils de simulation thermique dynamique permettent aujourd’hui d’optimiser à la fois :
- l’enveloppe du bâtiment (isolation, inertie, protection solaire, ...)
- les systèmes énergétiques (chauffage, ventilation, climatisation, éclairage, etc…). L’utilisation des énergies renouvelables est envisagée ou en tous cas systématiquement étudiée lors d’une étude énergétique comparative.
- le confort hygrothermique des occupants (température et humidité de l’air),
- la maîtrise des transferts d’air entre zones, de façon à obtenir des projets de bâtiments globalement performants.
En définitive, Il s’agit de mettre en oeuvre des outils de calcul de conception permettant de simuler de façon réaliste le comportement des bâtiments et des systèmes (typiquement il s’agira d’un calcul dynamique heure par heure sur toute l’année).
Nous utilisons à ces fins le logiciel DesignBuilder, solution avancée pour la simulation thermique statique et dynamique du bâtiment. Basé sur le moteur Energy+ ; il s’agit d’une interface graphique offrant de nombreuses fonctionnalités :
- Calcul des déperditions / gains thermiques de l'enveloppe en hiver/été
- Dimensionnement du chauffage
- Dimensionnement du rafraichissement par ventilation naturelle et/ou climatisation
- Construction en 3D réaliste avec vue des ombres portées
- Gestion de l'occupation, de la ventilation mécanique, des ouvertures de fenêtre, de l'occultation des baies, des apports internes ... par planning paramétrable selon le type de jour, les mois, les heures (ou infra horaire)
- Economie d'énergie : free-cooling, récupérateur d'énergie sur air extrait, ventilation nocturne, gradation de l'éclairage selon la luminosité, régulation des températures d'air soufflé selon la demande, volume d'air variable ... déjà disponible en quelques clics.
Expérience numérique par Computationnal Fluid Dynamic (CFD)
Très utilisé en ingénierie industrielle ainsi que dans les laboratoires scientifiques de recherche, ce type de logiciel permet la résolution approchée itérative des équations de transfert de masses et d’énergies (équations de « navier-stockes ») entre volumes élémentaires déterminés par un maillage tridimensionnel du bâtiment et de son environnement. Un maillage fin de l’ordre d’une dizaine de centimètres de l’ensemble du bâtiment permet d’avoir une vision précise en réalité virtuelle (trois dimensions) des écoulements et transferts d’énergies avant la construction du bâtiment (d’où le terme « d’expérience numérique »).
Le logiciel de CFD « PHOENICS » permet la simulation des variations simultanées des températures radiatives et ambiantes. Ils est capables par « expérience numérique » de prédire par anticipation en réalité virtuelle l’indice de confort PMV ressenti effectivement par l’occupant. Cette donnée qui fait intervenir l’inertie des parois pour en déterminer la température radiative n’est généralement accessible de manière probante qu’après la réalisation du bâtiment si ce n’est par l’usage d’un tel outil.
Les vitesses d’écoulements, âge de l’air et taux d’humidité ou de « pollution » sont également donnés pour l’ensemble du bâtiment, ainsi que les emplacements privilégiés des sources de chauffage / refroidissement.
De telles études ont été réalisées par Archi&co, les données obtenues se présentent de la manière suivante.