Afin d’épauler l’approche bioclimatique requise pour une bonne stratégie de confort d’été, différents outils sont disponibles et nécessaires au moment de la conception. On peut citer le diagramme solaire et le relevé de masque ou encore plus efficacement la Simulation Thermique Dynamique. Cette dernière permet d’estimer la capacité future d’un bâtiment, en construction ou rénovation, à offrir un niveau de confort d’été acceptable selon différents scénarios. L’intérêt de ce travail est l’étude de sensibilité du modèle en fonction de la variation des paramètres.

La STD a pour objectif de créer un modèle numérique permettant de simuler heure par heure le comportement du bâtiment en fonction de ses caractéristiques (orientation, isolation, inertie, surfaces vitrées,…), de ses équipements et de scénarios d’occupation ainsi que de ventilation. En termes de confort d’été, elle permet de mesurer l’impact de différentes solutions techniques (occultations, surventilation nocturne…) et d’estimer s’il est possible ou pas de se passer d’une climatisation par exemple.
En termes de résultat, la STD va permettre de quantifier un nombre d’heures d’inconfort  au-delà d’une température seuil (souvent comprise entre 26°C et 28°C). Elle permet également de prévoir les consommations futures selon les caractéristiques précises des équipements et du bâti, en tenant compte des usages réel du bâtiment.

Clinomètre

Afin d’intégrer les masques solaires dans une Simulation Thermique Dynamique, il faut pouvoir relever les masques proches notamment grâce au clinomètre (image ci-dessous)

Le clinomètre permet de réaliser un relevé des masques proches comme indiqué par l’image ci-dessous :

Source : site Heliorama

 Les coordonnées GPS permettent via des logiciels d’intégrer les masques lointains pouvant impacter le projet :

Simulation thermique dynamique

Modélisation 3D du bâtiment étudié avec ses masques proches 

 

Zone thermiques

 

La modélisation nécessite la définition des différentes zones thermiques correspondant à des usages, consignes de températures et occupation distinctes.

Scénarios d’usages : occupation, puissance dissipée et de ventilation

Scénarios d’usages Occupation Puissance dissipée Débit de ventilation
Cuisine 10h-13h 665 m3/h
Eveil 8h-12h & 15h 17 800 W 264 à 330 m3/h
Sommeil 13h-15h 600 W 180 à 225 m3/h
Bureau 8h-12h & 13h-18h 300 W 54 m3/h
Détente 11h-14h 600 W 264 m3/h
Atrium et circulation 8h-18h 100 W 330 m3/h

Pour les différentes zones thermiques il faut définir des scénarios avec les paramètres détaillés ci-dessus, intéressants tout particulièrement au regard du confort estival : occupation, puissance dissipée et ventilation.

Simulation de l’impact de différents scénarios de surventilation sur le confort d’été

  • Scénario rouge : pas d’occultation, pas de ventilation
  • Scénario vert : occultation, pas de ventilation
  • Scénario bleu : occultation, ventilation simple
  • Scénario gris : occultation et surventilation

Cet histogramme permet de visualiser l’impact de différentes solutions combinant occultations et choix de ventilation (absence, ventilation simple, surventilation) pour une même zone thermique pour aider à définir une conception de bâtiment propice à un bon niveau de confort d’été.

La valeur en % indique le pourcentage de temps de la période considérée où la température est atteinte. Par exemple, dans le scénario rouge, la température de 30°C est atteinte 33% du temps.

Sur ce graphe on constate que seul le scénario gris permet d’obtenir une température maximale de 28°C et ce pour quelques heures.

Point de vigilance : Il est à noter que le choix du fichier météo simulant la température extérieure du bâtiment doit être choisi avec soin et il est pertinent d’avoir une simulation avec des scénarios caniculaires (ex : 2003) pour voir comment se comporte le bâtiment dans ces conditions. En effet les fichiers météo sont bâtis sur des moyennes sur 30 ans et reflètent peu l’évolution de température moyenne sur la dernière décennie.

Simulation de l’impact d’une occultation solaire sur le confort d’été

 

Ce graphe montre l’évolution de la température sur une semaine dans une pièce donnée en fonction de la température extérieure, obtenue par STD.

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