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Outils daide à léco-conception des bâtiments Bruno PEUPORTIER MINES ParisTech – CES Réunion plénière du réseau thématique « TIC & Environnement » (RT8)

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Présentation au sujet: "Outils daide à léco-conception des bâtiments Bruno PEUPORTIER MINES ParisTech – CES Réunion plénière du réseau thématique « TIC & Environnement » (RT8)"— Transcription de la présentation:

1 Outils daide à léco-conception des bâtiments Bruno PEUPORTIER MINES ParisTech – CES Réunion plénière du réseau thématique « TIC & Environnement » (RT8) Jeudi 12 septembre 2013, Paris

2 1 éco-conception des bâtiments Prendre en compte les aspects environnementaux dans la conception et sur le cycle de vie dun produit Préservation des ressources (énergie, eau, matériaux, sol), protection des écosystèmes, au niveau planétaire (climat, ozone), régional (forêts, rivières…), local (déchets ultimes, qualité de lair…) Liens environnement-santé

3 2 La contribution du secteur du bâtiment 45% de la consommation dénergie en France consommation deau : 165 litres/personne/jour, 25% du total net occupation des sols (5% artificialisé), atteintes aux paysages… utilisation de ressources naturelles (granulats, bois tropicaux…) : jusquà plus dune tonne par m 2 construit production de déchets : - construction et démolition : 48 millions de tonnes / an - ménagers : 28 millions de tonnes / an (1,2 kg/ha/jour) 40% des déchets radioactifs pollution de leau (eaux usées, éco-toxicité, nappes phréatiques : fondations), de lair (importance de lair intérieur), etc.

4 3 Apport des TIC en phase de conception Stratégie de prévention : coût moins élevé que la correction de défauts Importance des phases amont : urbanisme, architecture, ingénierie, gestion Simulation -> prévoir le comportement dun bâtiment avant sa construction -> possibilité daméliorer le projet Comparaison de variantes, optimisation Evaluation de nouvelles technologies

5 4 Analyse de cycle de vie Eviter le déplacement de pollution dune étape à lautre Longue durée de vie des bâtiments

6 5 EQUER : simulation du cycle de vie Calcul par pas de temps dun an

7 6 Les frontières dépendent de lobjectif de létude Eviter les déplacements de pollution

8 7 Exemple : base Oekoinventare, Ecole Polytechnique de Zürich

9 8 Indicateurs, exemple : contribution au changement climatique Potentiel de réchauffement global propriétés optiques des gaz propriétés optiques des gaz équivalent CO 2, sur une durée,100 ans équivalent CO 2, sur une durée,100 ans GWP100 = kg CO x kg CH x kg N 2 O GWP100 = kg CO x kg CH x kg N 2 O + GWP i x kg CFC ou HCFC i + GWP i x kg CFC ou HCFC i effet (potentiel) et non impact (réel) effet (potentiel) et non impact (réel)

10 9 EQUER, exemple de comparaison de variantes Multi-critères -> éviter le déplacement de pollution

11 10 Comparaison, réseau européen PRESCO Maison suisse FUTURA, 210 m 2, ossature bois, Chauffage gaz, 80 ans

12 11 Comparaison doutils ACV européens, PRESCO Écarts +- 10% sur le cycle de vie Cf.

13 12 Bâtiment HLM à Montreuil (93) Besoins de chauffage : 160 kWh/m 2 /an avant travaux -> 85 kWh/m 2 /an après 52 logements Construction : 1969, non isolé, simple vitrage Isolation, fenêtres, balcons vitrés

14 13 Résultats de lanalyse de cycle de vie, outil EQUER EQUER Building life cycle simulation tool Réduction de 50% des émissions de CO 2

15 14 Extension de lACV à léchelle du quartier Énergie >0 Basse énergie Cité Descartes

16 15 Simulation énergétique Progresser vers des bâtiments à énergie positive, améliorer le niveau de confort thermique analyse en dynamique (captage, stockage et distribution de lénergie) -> simulation structuration en objets, ajout de nouveaux composants (PV, solaire thermique, éclairage…) simplicité dutilisation, description d un projet et comparaison de variantes -> élaboration dune interface avec un éditeur

17 16 Modélisation et algorithme C. dT /dt = A. T + E. U Y = J. T + G. U T = To - A-1. E. U (To = partie dynamique -> petites constantes de temps dans le régime permanent) Réduction de modèle -> faible temps de calcul

18 17 Influence de la réduction modale Il faut au moins 3 constantes de temps, parfois davantage

19 18 Comparaison sur des maisons basse énergie Comparaison sur les besoins de chauffage et les puissances maximales, A. Brun et al. Plate forme INCAS, INES (Chambéry) maisons « passives »

20 19 Comparaison aux mesures Incertitudes sur de nombreux paramètres Problème lors des pics de température, idem Energy+

21 20 Interface utilisateurs, modeleur graphique ALCYONE Quelques journées de travail pour un projet Intérêt : comparaison de variantes Travail dès lesquisse

22 21 Chaînage à un calcul déclairage (Paclight puis Radiance) Mailleur automatique Entrées radiance Choix des paramètres (nombre de rebonds…) Sorties radiance -> Besoins éclairage artificiel -> apports internes

23 22 Simulation aéraulique, modèle similaire à CONTAM Mesures sur une maison à énergie positive à Verrières (VELUX) Comparaison des débits et des températures calculés et mesurés

24 23 Bâtiments à énergie positive Maison ZEN 2 à Chambéry 70 m2 de modules PV PAC 6 kW Étude couplage PAC + PV via un stockage Régulation

25 24 Echangeurs air / sol (« puits canadiens ») Maison de retraite à Presles (95), 2004 Salle de 240 m 2 8 tubes de 40 m de long à 1,6 m de profondeur 0,9 (hiver) à 1,5 (été) vol/h 150 -> 30 degrés jours dinconfort (base 24°C)

26 25 Optimisation, algorithmes génétiques Réhabilitation dun parc de bâtiments 2 Chromosomes : 1 mesures (gènes = isolation, vitrage, ventilation, équipement), 2 phases (5ans, 10 ans…) Population de départ, calcul performances (chauffage, coût, DH inconfort), croisements -> nouvelle population, sélection des meilleurs individus -> 100 générations, front de Pareto Actions sur les pointeurs de la structure objets puis lancement de chaque simulation

27 26 Régulation par programmation dynamique Équation de Bellman Exemple : effacement des pointes

28 27 Identification de modèles, diagnostic Comparaison modèle identifié par Matlab et profil initial

29 28 Conclusions Outils opérationnels, adaptés aux pratiques professionnelles (BET, Architectes…) Ex. COMFIE 2500 licences actives, formations Chaire ParisTech-VINCI Eco-conception des ensembles bâtis et des infrastructures En perspective : gestion des bâtiments, utilisation de la simulation sur le cloud pour du contrôle prédictif (prévisions météo), garantie de performance (incertitudes), échanges dénergie entre bâtiments, liens avec le réseau (smart grid)

30 29 Merci de votre attention


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