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vendredi 20 octobre 2017

Simulation thermique dynamique… et efficace !
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Simulation thermique dynamique… et efficace !
Énergie

Publié le mercredi 9 août 2017 à 04:00

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À l’heure où la durabilité des bâtiments dépasse les préoccupations sociale et environnementale obligeant les acteurs de la construction à repenser en profondeur leurs méthodes et leurs outils de travail, l’agence luxembourgeoise Cocert s’engage pour une amélioration énergétique de nos constructions. Parmi les outils énergétiques que développe Cocert, la simulation thermique dynamique s’impose comme un outil particulièrement efficace pour réaliser de manière détaillée l’étude énergétique d’un bâtiment.

Étape importante pour construire des bâtiments durables et confortables la simulation thermique dynamique permet précisément de modéliser le comportement thermique d’un bâtiment, en tenant compte de son occupation, de ses caractéristiques architecturales et de ses installations techniques.

Une simulation thermique dynamique peut être utilisée pour atteindre plusieurs objectifs. Elle permet non seulement de choisir l’orientation optimale d’un projet, mais aussi d’orienter les choix tant au niveau de l’enveloppe chauffée, qu’au niveau des installations techniques à installer et d’optimiser énergétiquement le bâtiment en prenant en compte une multitude de paramètres.

Le résultat est une estimation précise de la consommation énergétique, des profils de température pièce par pièce et ceci à chaque moment de l’année, notamment afin de lutter contre les surchauffes durant la période estivale.

Une modélisation numérique 3D des objets proches du bâtiment (arbres, bâtiments voisins, etc.) est possible, ce qui permet de tenir compte des éventuels effets d’ombres. Dès la création du modèle, des zones thermiques doivent être définies afin de rassembler des locaux pouvant avoir le même comportement thermique (orientation, niveau d’étage, scénario de chauffage, etc.). Les résultats peuvent alors être analysés en détail pour chacune des zones.

Pour cela, ils simulent pour un pas de temps donné, les transferts thermiques et aérauliques du bâtiment en tenant compte des données climatiques extérieures du site (température, rayonnement solaire, vitesse du vent, etc.) et des caractéristiques propres du bâtiment (composition des parois, apports internes, chauffage, etc.).

Cocert utilise notamment des outils qui permettent de générer des graphiques, afin de vulgariser le discours auprès d’un maître d’ouvrage non averti par exemple, mais aussi de visualiser et de quantifier visiblement l’effet des choix constructifs et du comportement des usagers.

L’évolution de climat est une donnée importante dont la simulation thermique dynamique tient compte pour analyser la variation des consommations énergétiques et du confort intérieur. Le fichier météo initial a été modifié pour prendre en compte les scénarios d’évolution du climat établis par le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) pour 2050.

Analyse de confort intérieur durant une semaine estivale et notamment pour tester l’efficacité d’une protection solaire avec store à lamelles
Analyse de confort intérieur durant une semaine estivale et notamment pour tester l’efficacité d’une protection solaire avec store à lamelles
Évolution de besoin net de chauffage d’un bâtiment basse énergie simulé avec des données météorologiques actuelles et le même bâtiment projeté avec des données météo. En 2050 : réduction de 21 % !
Évolution de besoin net de chauffage d’un bâtiment basse énergie simulé avec des données météorologiques actuelles et le même bâtiment projeté avec des données météo. En 2050 : réduction de 21 % !
Simulation de l’irradiation solaire du complexe résidentiel « Les Terrasses » de Differdange en vue d’optimiser la mise en place des protections solaires estivales. Maître d’ouvrage : Le Fonds du Logement
Simulation de l’irradiation solaire du complexe résidentiel « Les Terrasses » de Differdange en vue d’optimiser la mise en place des protections solaires estivales. Maître d’ouvrage : Le Fonds du Logement

ÉTUDE DE CAS

Immeuble administratif situé dans le quartier de la Cloche d’Or à Luxembourg-Gasperich
Maître d’ouvrage : Grossfeld PAP SA
Simulation thermique dynamique réalisée par Cocert

Vue générale, orientation nord-ouest
Vue générale, orientation nord-ouest

Le bâtiment fonctionnel est composé de six niveaux de bureaux avec deux orientations types : nord-ouest et sud-est. Les circulations et locaux secondaires se situent dans un noyau central. Les locaux de stockages, techniques et le parking sont répartis sur deux niveaux de sous-sols. La toiture plate est rehaussée d’un édicule technique.

Le confort thermique intérieur durant la période estivale sera assuré par un plafond froid. Un tel émetteur présente une puissance frigorifique limitée. L’objectif du maître d’ouvrage est de déterminer la nécessité d’avoir recours ou non à une protection solaire mobile en complément du brise-soleil vertical fixe d’ores et déjà prévu dans le programme architectural en vue d’assurer ce confort thermique intérieur.

Le bâtiment s’implante dans un tissu urbain dense avec un environnement limitrophe composé de bâtiments administratifs de gabarits équivalents, mais également de bâtiments de grandes hauteurs. Compte tenu de l’influence certaine des ombres portées par les autres bâtiments ainsi que par le brise-soleil vertical fixe, un modèle de référence 3D a tout d’abord été établi.

Vue générale, orientation sud-est
Vue générale, orientation sud-est

Notre approche graphique de la simulation thermique dynamique permet notamment de mettre en évidence le niveau d’irradiation solaire du modèle de référence 3D. Comme le montre le rendu d’ensoleillement ci-contre et ci-dessous, les ombres portées par les bâtiments voisins influencent la durée d’ensoleillement direct sur l’élévation nord-ouest : certaines zones ont jusqu’à moins d’une heure d’ensoleillement quotidien sur les éléments vitrés.

Les derniers niveaux de l’orientation sud-est sont moins sensibles aux ombres portées par les bâtiments voisins. En revanche, les premiers niveaux sont très impactés.

Les graphiques ci-dessous illustrent l’irradiation solaire reçue par l’élément vitré (en orange) avec brise-soleil durant une semaine estivale par rapport à l’irradiation solaire reçue sans cette protection solaire (en vert). On détermine ainsi l’efficacité de cette protection sur une journée de référence.

Ensoleillement vue nord-ouest
Ensoleillement vue nord-ouest
Ensoleillement vue sud-est
Ensoleillement vue sud-est

Illustration principale : Réalisation d’un modèle numérique 3D. Maître d’ouvrage : Global Access

Benoit Martin, responsable opérationnel Cocert

Consultez en ligne NEOMAG #06

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Publié le mercredi 9 août 2017


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