Simulation environments adapted to the study of energy behaviour of low-consumption buildings
Environnements de simulation adaptés à l'étude du comportement énergétique des bâtiments basse consommation
Résumé
Beginning in 2012, every new building in France will have to meet low-consumption standards. This means that their primary energy consumption will have to be under 50 kW.h/(m².year) for heating, cooling, ventilation, lighting and hot water production. Digital simulation can contribute greatly to reaching this objective.
Existing energy simulation environments were designed for classic buildings that have much higher consumption than the standards set for 2012, so it is important to see whether the models as well as the simulation methods used still correspond to these new building requirements. The objective of this work is to show the advantages of using an equation-based simulation environment to study the energy behaviour of buildings.
For that purpose, several models were implemented in SIMSPARK platform: a phase-change material model, a model to take into account long-wave radiation calculating sunspot position, and an earth-to-air heat exchanger model. They were integrated into a global model of a low-consumption building to show the advantages of the simulation environment used. Its object-oriented feature make it possible to validate independently new models and then to integrate them easily into a model at a higher hierarchical level. Since the environment is equation-based and it is not ex ante oriented, the resolution direction of some problems could be inversed in a dynamic simulation. Finally, the robustness of the resolution methods used is shown.
Existing energy simulation environments were designed for classic buildings that have much higher consumption than the standards set for 2012, so it is important to see whether the models as well as the simulation methods used still correspond to these new building requirements. The objective of this work is to show the advantages of using an equation-based simulation environment to study the energy behaviour of buildings.
For that purpose, several models were implemented in SIMSPARK platform: a phase-change material model, a model to take into account long-wave radiation calculating sunspot position, and an earth-to-air heat exchanger model. They were integrated into a global model of a low-consumption building to show the advantages of the simulation environment used. Its object-oriented feature make it possible to validate independently new models and then to integrate them easily into a model at a higher hierarchical level. Since the environment is equation-based and it is not ex ante oriented, the resolution direction of some problems could be inversed in a dynamic simulation. Finally, the robustness of the resolution methods used is shown.
En France, à partir de 2012, tous les bâtiments neufs devront répondre aux critères de basse consommation, c'est-à-dire qu'ils devront consommer moins de 50 kW.h/(m².an) en énergie primaire pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage (à moduler selon la région et l'altitude). La simulation numérique a un rôle important à jouer pour atteindre cet objectif.
Les environnements de simulation énergétique existants ont été conçus pour des bâtiments classiques pour lesquels les consommations sont beaucoup plus importantes que celles fixées pour 2012, il faut donc voir si les modèles mais aussi les méthodes de simulations utilisés correspondent toujours aux spécificités de ces nouveaux bâtiments. L'objectif de ce travail est de montrer l'intérêt d'utiliser un environnement de simulation basé sur les systèmes d'équations pour étudier le comportement énergétique des bâtiments basse consommation.
Pour cela, plusieurs modèles ont été implémentés dans l'environnement SIMSPARK. Il s'agit d'un modèle de matériau à changement de phase, d'un modèle de prise en compte du rayonnement de courtes longueurs d'onde par calcul de la tache solaire et d'un modèle d'échangeur air-sol. Ils ont été intégrés dans un modèle global de bâtiment basse consommation ce qui a permis de montrer les avantages de l'environnement de simulation utilisé. Le fait qu'il soit orienté objet permet de valider indépendamment les nouveaux modèles puis de les intégrer facilement à un modèle de niveau hiérarchique supérieur. Le fait qu'il soit basé sur les systèmes d'équations a permis grâce à la non orientation a priori du modèle d'inverser le sens de résolution de plusieurs problèmes dans une simulation dynamique. Enfin, la robustesse des méthodes de résolution utilisées a été éprouvée.
Les environnements de simulation énergétique existants ont été conçus pour des bâtiments classiques pour lesquels les consommations sont beaucoup plus importantes que celles fixées pour 2012, il faut donc voir si les modèles mais aussi les méthodes de simulations utilisés correspondent toujours aux spécificités de ces nouveaux bâtiments. L'objectif de ce travail est de montrer l'intérêt d'utiliser un environnement de simulation basé sur les systèmes d'équations pour étudier le comportement énergétique des bâtiments basse consommation.
Pour cela, plusieurs modèles ont été implémentés dans l'environnement SIMSPARK. Il s'agit d'un modèle de matériau à changement de phase, d'un modèle de prise en compte du rayonnement de courtes longueurs d'onde par calcul de la tache solaire et d'un modèle d'échangeur air-sol. Ils ont été intégrés dans un modèle global de bâtiment basse consommation ce qui a permis de montrer les avantages de l'environnement de simulation utilisé. Le fait qu'il soit orienté objet permet de valider indépendamment les nouveaux modèles puis de les intégrer facilement à un modèle de niveau hiérarchique supérieur. Le fait qu'il soit basé sur les systèmes d'équations a permis grâce à la non orientation a priori du modèle d'inverser le sens de résolution de plusieurs problèmes dans une simulation dynamique. Enfin, la robustesse des méthodes de résolution utilisées a été éprouvée.
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