De la simulation solaire à la simulation couplée entre phénomènes microclimatiques et énergétique du bâtiment
Julien BOUYER(1), Marjorie MUSY(1), Christian INARD(2) (1) CERMA, Ecole Nationale Supérieure d'Architecture de Nantes (2) LEPTIAB, Université de La Rochelle
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IBPSA France
Journée Scientifique « Ecotechnologies du bâtiment, du matériau au quartier »
Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
Les consommations énergétiques du bâtiment
Bâtiment
Microclimat
Aménagement Urbain
Occupants, Équipements
▶ Outil de simulation intégré ▶ Solene 2
Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Les phénomènes simulés
Ensoleillement direct, masques solaires
Ensoleillement diffus
Inter-réflexions solaires, piégage radiatif
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Applications
[ Miguet et Groleau 2002 ] Durées d'ensoleillement
Éclairements des espaces intérieurs
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Les phénomènes simulés
Ensoleillement direct, masques solaires
Echanges infrarouges
Ensoleillement diffus
Inter-réflexions solaires, piégage radiatif
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Applications
[ Groleau et al. 2002 ] Bilan de flux intracanopée, recalage avec données télédétectées Configuration du site
70°C
25°C
Températures de surfaces
10h
12h
15h
17h
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Phénomènes simulés
Ensoleillement direct, masques solaires
Echanges infrarouges
Ensoleillement diffus
Phénomènes aérodynamiques
Inter-réflexions solaires, piégage radiatif
Phénomènes évaporatifs
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Simulation thermoaérohydrique
La veine numérique dans Fluent
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Modélisation des aménagements urbains ▶ La végétation
[ Vinet 2000 ] , [ Robitu 2005 ]
SOLENE
FLUENT
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Modélisation des aménagements urbains ▶ Les sols
[ Bouyer 2009 ] • Equations nodales
• Condition limite en profondeur
• Flux évaporatif (sols naturels) avec 10
Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Modélisation des aménagements urbains ▶ Les parois des bâtiments
• Resistance équivalente : ➢
Résistance thermique réelle
• Capacités équivalentes : ➢
avec
Profil de température linéaire dans chaque couche à l'instant t
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Modélisation des aménagements urbains ▶ Modèle de bâtiment
[ Bouyer 2009 ] Principe général • Toiture terrasse • Plancher sur terreplein • Chaque niveau = 1 zone thermique • Un noeud pour chaque facette extérieure de la discrétisation surfacique • Un noeud par classe de paroi intérieure • Charges sensibles : échanges convectifs et charges de ventilation • Charges latentes : bilan de masse d'humidité • Distribution intérieure des flux solaires au prorata des surfaces • Bilan radiatif sur le noeud Tmr
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Technique de couplage
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Données de l'étude ▶ Contexte bâti et urbain
●
●
●
Site urbain réel (Lyon Confluence) 4 immeubles de bureaux de référence 4 expositions climatiques différentes
Le projet LyonConfluence
Bat 3
Bat 2
Bat 1 Bat 4
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Données de l'étude ▶ Les 2 scénarios d'aménagement urbain
CAS A : Aménagement « minéral »
CAS B : Aménagement « végétal »
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Résultats ▶ Variables physiques simulées
Batiment 3 Cas A, Semaine de référence été, Températures de l'air intérieur et puissances de climatisation.
Batiment 3 Cas A, Semaine de référence été, 4ème Jour, 14H Ecart (Tair simulée – Tair météo)
Bat 3
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Résultats ▶ Bilan des consommations énergétiques
Histogrammes des consommations hebdomadaires d'hiver
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
▶ Résultats ▶ Bilan des consommations énergétiques
Histogrammes des consommations hebdomadaires d'été
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Contexte
Simulation solaire
Simulation thermoradiative
Simulation microclimatique
Étude d'impact de l'aménagement
Conclusion
Bilan
• Intégration d'un modèle de bâtiment • Influence de l'aménagement urbain • Adaptation de la technique de couplage • Différence entre simulation théorique et simulation en contexte urbain
Perspectives
Modélisation physique
Validation
• L'eau (sols, végétation)
• Simulation microclimatique
• La technique de couplage
• Modèle de bâtiment
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Références bibliographiques [ Groleau 2000 ] Groleau, D. (2000). Solene un outil de simulation des éclairements solaires et lumineux dans les projets architecturaux et urbains. « Les professionnels de la Construction Confort intérieur : Outils informatiques d’aide à la conception et à la prévision du confort thermique, acoustique et d’éclairage », Rouen. [ Vinet 2000 ] Vinet, J. (2000). Contribution à la modélisation thermoaéraulique du microclimat urbain. Caractérisation de l’impact de l’eau et de la végétation sur les conditions de confort en espaces extérieurs. Thèse de doctorat, Ecole polytechnique de l’université de Nantes. [ Miguet et Groleau 2002 ] MIGUET F. et GROLEAU D., A daylight simulation tool for urban and architectural spaces : Application to transmitted direct and diffuse light through glazing, Building and Environment, 2002, vol. vol. 37, n°89. p. 833843 [ Groleau et al. 2003 ] GROLEAU D., FRAGNAUD F., ROSANT J.M., Simulation of the radiative behavior of an urban quarter of Marseille with the Solene model, University of Lodz, Faculty of geographical sciences, Department of meteorology and Climatology, 2003. [ Robitu 2005 ] Robitu, M. (2005). Etude de l’interaction entre le bâtiment et son environnement urbain : influence sur les conditions de confort en espaces extérieurs. Thèse de doctorat, Ecole polytechnique de l’université de Nantes. [ Bouyer 2009 ] BOUYER J., (2009). Modélisation et simulation des microclimats urbains : Etude de l'impact de l'aménagement urbain sur les consommations énergétiques des bâtiments, Nantes : Université de Nantes, Ecole polytechnique de l'Université de Nantes. ▶ start Wiki Solene. http://solene.cerma.archi.fr/
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