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Développement dune plateforme commune de simulation Modèles thermiques et électriques Etienne Wurtz INES-RDI CNRS, LOCIE, Université de Savoie DYNASIMUL.

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1 Développement dune plateforme commune de simulation Modèles thermiques et électriques Etienne Wurtz INES-RDI CNRS, LOCIE, Université de Savoie DYNASIMUL ET SIMINTHEC

2 2 Dynasimul et Siminthec Objectif Contexte Objectif: Mettre en place une réflexion visant à définir le développement dune plateforme de simulation prenant en compte les récentes évolutions dans le domaine de la thermique du bâtiment. Contexte: Une offre en logiciels disparate Pas dinteropérabilité entre environnements Développement dun projet national SIMBIO utilisateurs pour Energy + Un intérêt grandissant pour MODELICA Des tentatives dhomogénéisation (NMF, IFC) La modélisation, un besoin et une nécessité Réalisation de plate-formes dexpérimentation INCAS et PREDIS

3 3 Dynasimul et Siminthec Mieux connaître les attentes des utilisateurs Favoriser linteropérabilité entre codes Mettre à disposition de la communauté une base de données Proposer de nouvelles méthodes de modélisation adaptées aux bâtiments basse consommation Objectifs

4 4 Dynasimul et Siminthec Défis Résultats attendus Transferts Couplages fonctionnels de logiciels de simulation Défis scientifiques et techniques Résultats attendusTransferts Trnsys-Matlab/Simulink Modelica-Energy+ Mise à disposition à la communauté Base de donnée fonctionnelle Conception dune base de donnée Exploration de nouvelles méthodes de modélisation Mise à disposition à la communauté pour renseignement Codyrun-TrnSys etc. Méthodes de réduction Méthodes doptimisation Modeleur / Mailleur 3D Publications

5 5 Dynasimul et Siminthec Résultats volet 1: Développement de plates- formes de simulation opérationnelles État de lart sur les couplages entre logiciels Couplages globaux Couplage de logiciels: Couplages encapsulés: TrnSys- Matlab/Simulink, fonctionnel dans les 2 sens (possibilité dimporter un modèle de TrnSys et de le faire tourner dans Matlab/Simulink et inversement)

6 6 Dynasimul et Siminthec Résultats volet 2: Développement de bases de données pour la simulation Champs couverts Modèles Géométrie 3D Propriétés physiques Description Liens entre modèles Famille de modèle Saisie et consultation via serveur web Tests de la base de donnée en cours Matériaux Unités Propriétés thermo-physiques Comportements Valeurs particulières Liens SIG

7 7 Dynasimul et Siminthec Résultats volet 3: Développement dune nouvelle approche de modélisation Enveloppe standard & couplage avec le sol (chaleur, humidité, polluants) Enveloppes nouvelles (ex: MCP intégrés) Lieux de stockage (sensible, latente, thermochimique) Dispositifs passifs/actifs de chauffage/refroidissement (ex: puit canadien, roue dessicante, ventilation naturelle …) Réduction de problèmes non linéaires de diffusion

8 8 Dynasimul et Siminthec De DYNASIMUL A SIMINTHEC

9 9 Dynasimul et Siminthec Tache 1 et 2 : Une plate- forme pour valider les outils de simulation Exploitation des résultats de la plate-forme dexpérimentation de linstitut national de lénergie solaire pour valider les modèles

10 10 Dynasimul et Siminthec Tâche 3 : Modélisation thermique Objectifs –Fournir des modèles thermiques des composants et des systèmes adaptés aux problèmes de gestion de lénergie dans le bâtiment. –Participer à linteropérabilité de ces modèles avec les outils de génie électrique et de contrôle commande. Programme de recherche/développement 1.Modèles détaillés des composants et des systèmes : a.Analyse critique des environnements et modèles existants à la lumière de lapplication envisagée : la gestion de lénergie. b.Développement de modèles détaillés de composants et systèmes inexistants dans les environnements actuels. 2.Modèles réduits des composants et des systèmes : a.Développement de méthodes de réduction adaptées. b.Adapter lordre de réduction des modèles à lhorizon de prévision requis par les applications envisagées (gestion anticipée, contrôle/commande). 3.Granularité et sémantique : a.Assurer linteropérabilité des modèles pour leur projection dans MODELICA ou leur encapsulation dans un composant logiciel.

11 11 Dynasimul et Siminthec Tache 4 : Modèles électriques VMC double flux: les moteurs de ventilation, les variateurs de vitesse, l'échangeur rotatif Panneaux photovoltaïques Pompe à chaleur: le moteur du compresseur Batterie électrique PC portable Sources d'éclairage Objectifs - fournir des modèles des composants et des systèmes électriques utilisables dans un bâtiment. - projeter ces modèles dans les standards dinter-operabilité -Vers MODELICA -> Lot 6 -Vers BOITE Noire -> Lot 7 Les dispositifs visés Exemple: Moteur VMC double flux MODELICA Boite Noire Modèle électrique

12 12 Dynasimul et Siminthec Tache 5 : Occupants et climat Climat : modèle stochastique et/ou prévisions météo –Modèles ARMA (Box & Jenkins,1976) –Time-dependent, Autoregressive Gaussian model (Aguiar & Collares- Pereira,1992) –Réseaux de neurones, utilisation des prévisions min/max (Abdel-Aal, 2004) –Indicateur dincertitude : 1 – écart quadratique / variation normale saisonnière (Priestley forecasting skill score ) –Chaînes de Markov pour lindice de clarté (rayonnement solaire) et lécart à la normale saisonnière (température) Occupants –Modélisation des actions –Aspects stochastiques : chaîne de Markov 12

13 13 Dynasimul et Siminthec tache 6 : Intégration de modèles - Maîtrise du standard et du langage - Identification des solveurs - Identification des spécificités de chacun dans le traitement des formes des équations - (directionnelles), besoins des inverses ou génération automatique - Traitement des variables discrètes et des variables booléennes - Traitement des équations implicites qui découlent de la connections des ports Objectifs - réaliser la simulation électrique – thermique – contrôle en MODELICA - approche dinter-opérabilite dite boite blanche - intérêt de MODELICA: -avoir un langage commun&standardise entre logiciels de simulation thermique – électrique – contrôle/commande Les tâches: Modèle thermique sous forme de schéma électrique équivalent Projection en langage MODELICA Illustration:

14 14 Dynasimul et Siminthec tâche 7 : Interopérabilité - Définition du standard de composant logiciel - Réalisation dun « co-simulation Service Bus » permettant de faire co-simuler les modèles Lot 3: Thermique Lot 4: Electrique Lot 5: Occupant & Climat - Réalisation dun forge: Site Internet permet de spécifier en commun les composants logiciels Objectifs - élaboration dune norme de composants logiciels - approche dinter-opérabilité dit « boite noire » - permettre léchange de composants directement échangeables/executables entre logiciels électrique/thermiques/contrôle-commande/modélisation usager (Composant dits « Plug&Play ») Les tâches: 1 Réalisation visée: Composant logiciel Électrique Composant logiciel thermique Composant Logiciel Occupant&climat Orchestration des composants logiciels sur bus logiciel -> Simulation globale

15 15 Dynasimul et Siminthec Tâche 8 : Gestion optimisée Exemple de couplage thermique-électricité, collaboration CEP-G2ELab Modèle thermique bâtiment (généré par COMFIE) –Système matriciel initial pour chaque zone thermique T : températures, Y : sorties U : Sollicitations (T ext, flux solaires, puissances internes, etc.) –Système après réduction et intégration Exportation du modèle par fichiers textes, pour échange avec autres solveurs (Matlab, solveur Modelica) Possibilité dadapter le pas de temps Couplage avec équipements, apports Internes, ventilation… 15

16 16 Dynasimul et Siminthec Perspectives Considérer les développements denergy+ et le couplage avec MODELICA Valider les résultats des outils sur les bâtiments BBC et 0-energie Adapter capacité des outils et besoins Coupler modèles thermiques et électriques Résoudre les problèmes thermo-aérauliques

17 17 Dynasimul et Siminthec Conférence Francophone IBPSA France 2010 Site WEB : Moret-sur-Loing (77) 9 & 10 novembre 2010 Actes de la conférence Les articles acceptés seront publiés dans les actes du congrès. Les frais dinscription incluent une clé USB des actes de la conférence. Une version imprimée sera vendue pendant la conférence (réservation à linscription). Calendrier Rendu des résumés : 26 février 2010 Rendu des manuscrits provisoires : 30 juin 2010 Rendu du manuscrit final : 20 septembre 2010 Thèmes de la conférence Le thème majeur de cette manifestation est la Fiabilisation de la performance énergétique du bâtiment : simulation et expérimentation. Cependant les conférences IBPSA abordent tous les aspects de la modélisation et de la simulation des bâtiments et des systèmes associés, notamment : Physique du bâtiment : transferts thermiques, hydriques et aérauliques, calcul des charges internes en chauffage et climatisation. Systèmes de chauffage, de ventilation et de conditionnement dair. Système de production et de distribution dénergie dans les bâtiments : énergies renouvelables, stockage dénergie, génération dénergie et de chaleur. Confort des ambiances : confort thermique et visuel. Qualité de lair, simulations par codes de champs. Gestion technique des bâtiments : contrôle des systèmes multi sources et multi énergies, régulation, contrôle de léclairage, etc. Appel à CommunicationsInscription

18 18 Dynasimul et Siminthec Merci de votre attention


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