Règles de modélisation des systèmes énergétiques dans les bâtiments basse consommation

Modeling rules of energy system in low energy buildings

• Auteur / Autrice : Hubert Blervaque
• Direction : Dominique Marchio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et Procédés
• Date : Soutenance le 20/10/2014
• Etablissement(s) : Paris, ENMP
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Efficacité Énergétique des Systèmes. Paris
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Marchio, Sila Filfli, Michaël Kummert, Pascal Stabat
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Fraisse, Christian Inard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Économies d'énergie

Mots clés libres

Modélisation dynamique

Système CVC

Régulation

Charge partielle

Consommation d’énergie

Appel de puissance

Dynamic simulation

HVAC system

Control

Part load

Energy consumption

Power demand

Résumé

La réduction des besoins dans les bâtiments à basse consommation d'énergie (BBC) nécessite un réexamen de l'approche de modélisation des systèmes énergétiques dans les outils de simulation. L'approche proposée repose sur une modélisation plus fine des phénomènes physiques incluant la régulation en boucle fermée du système énergétique couplé au bâtiment. A partir de l'identification des phénomènes propres au comportement énergétique des BBC, des recommandations, ou règles de modélisation, sont établies pour le développement des modèles de leurs systèmes énergétiques. Ces recommandations sont mises en application dans deux études. Tout d'abord, une simulation dynamique d'un bâtiment et de son système conduit à un dimensionnement plus adapté comparé aux méthodes classiques dans le cas de BBC avec des répercussions sur les appels de puissance et la consommation d'énergie. Ensuite, une analyse de sensibilité par la méthode de Morris sur une représentation générique du système énergétique a permis d'identifier les paramètres nécessitant d'être connus avec précision. La différence entre l'approche développée et la simulation horaire avec régulation idéale n'est que de quelques pourcents en besoins énergétiques pour un bâtiment existant mais elle passe à plus de 20% dans un bâtiment BBC. Un écart du même ordre de grandeur peut être identifié pour la détermination de la performance énergétique globale du système par une prise en compte plus détaillée des phénomènes de cyclage, de charge partielle ou de consommation des auxiliaires.

The decrease of heat demands in low energy buildings requires to examine again modeling approaches in building energy simulation tools. The developed approach is based on a more accurate modeling of physical phenomena including the closed loop control between the HVAC system and the building. From the identification of the phenomena that specifically impact the energy behavior of the low energy buildings, some recommendation, or modeling rule, are established for the development of their HVAC systems. Those recommendations are applied in two case studies. Firstly, a dynamic simulation of a building and its system offers a better evaluation of the design power for a low energy building, affecting power demands and energy consumption. Then, a sensitivity analysis from Morris method on a generic representation of the HVAC system identifies the parameters to be accurately known. The difference between the developed approach and an hourly simulation with an ideal control is low for the evaluation of the heat load in an existing building but it is more than 20% in a low energy buildings. A difference of the same order of magnitude can be identified in the determination of the overall energy performance of the system by a more detailed consideration of the phenomena of cycling, the part load or the consumption of auxiliaries.