Présentation de CODYRUN CODYRUN, OUTIL DE SIMULATION ET D’AIDE A LA CONCEPTION THERMO-AERAULIQUE DE BATIMENTS Harry BOYER, Alain BASTIDE, Philippe LAURET LGI – Equipe GCTH Université de La Réunion – IUT de Saint Pierre, Département Génie Civil, 40 Avenue de Soweto, 97410 Saint Pierre – Ile de la Réunion Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Modélisation, expérimentation, validation, applications Mesures Météo Cette première diapositive vous illustre différents volets de notre activité. Au départ d’un bâtiment, de sa description et d’un fichier météorologique, l’activité de modélisation et de simulation conduit à un fichier de résultat par exemple horaire, dans lequel se trouvent des grandeurs en température, flux, énergies. Le fichier de données météorologiques peut provenir d’un générateur de données climatiques ou encore d’une expérimentation sur site. L’expérimentation concerne aussi le bâtiment, et permet d’obtenir des fichiers de mesure. La confrontation modèle mesure et les méthodes associées constituent l’étape de validation. Enfin, cette fois sur des bâtiments types et des journées climatiques type, l’utilisation intensive du code de simulation a permis la mise en place du label ECODOM, label de conception thermique. Calcul Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

CODYRUN et son application fichier météo description fichier résultat fichier excel Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

La stratégie de résolution par blocs Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Maillage du problème thermique CODYRUN : Thermique et aéraulique Vis à vis de notre activité, comme nous le verrons, le code de calcul CODYRUN occupe une place assez centrale. Il s’agit du code initié pendant ma thèse et dont le développement s’est étalé sur les années passées. Ce code de calcul comporte deux modules physiques principaux, le premier thermique et le second aéraulique. Vis à vis de ce premier point, la prise en compte de la conduction au sein des parois à l’aide d’un modèle analogique, associée à des échanges superficiels linéarisés permet l’établissement d’un modèle du type des équations présentées. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Maillage du problème thermique 11 Mailleur 10 9 8 1 6 5 2 7 5 3 4 Au départ d’une description quelconque de bâtiment, l’algorithme de maillage permet de générer une structure de données image. Au départ de cette dernière, il est possible de construire automatiquement le modèle thermique d’état de la zone considérée. … si il y a le temps, objets, matrices, …. Cet aspect constitue le cœur de la première publication, intitulée THERMAL BUILDING SIMULATION AND COMPUTER GENERATION OF NODAL MODELS, parue en 1996 dans Int. Journal of BUILDING AND ENVIRONMENT. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Le modèle aéraulique Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Le problème thermo-aéraulique Le problème aéraulique non linéaire non stationnaire La stratégie de couplage par résolution itérative - numérique - liée à l’aspect multi-modèle - propriétés du syst. thermique Le problème aéraulique étant d’une part non linéaire et non stationnaire, la stratégie de couplage choisie est itérative, pour des raisons Tout d’abord numériques. Divers auteurs ont en effet montré l’efficacité de ce mode de couplage dans le cas particulier du problème thermo-aéraulique. De plus cette stratégie se prète mieux à l’approche multimodèle que nous aborderons, aucune hypothèse n’étant faite dans ce cas sur la forme des modèles élémentaires. Enfin, cette méthode permet de conserver la stationnarité du Pb thermique et nous en verrons certaines applications dans la partie liée à l’automatique des systèmes d’état. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Le modèle aéraulique Le modèle aéraulique intégré est un modèle en pression, dans lequel les pressions de références des zones servent de variables intermédiaires pour le calcul des débits massiques dont le bâtiment est le siège. Pour celà différentes étapes sont nécessaires, telles que le calcul des coefficients de pressions sur les façades, la résolution d’un système non linéaire en pression, enfin le calcul des débits au travers des ouvertures élémentaires et enfin celui des débits massique interzones. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Modèle hydrique L’humidité est transportée par les débits Le modèle hydrique Modèle hydrique L’humidité est transportée par les débits Intégration d’un tampon hygroscopique Module hydrique connecté aux modules thermique et aéraulique Très rapidement, Le modèle hydrique intègre le transport de l’humidité par les débits, et un modèle de tampon hygroscopique pour l’interaction mobilier air humide. Vis à vis de son implémentation, il s’agit d’un modèle connecté aux 2 précédents, en ce que c’est au départ des températures sèches des zones et des débits que se fait le calcul des poids d’eau par zone. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

La modélisation multimodèle Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

La modélisation multimodèle, part. II CODYRUN logements types Pas de temps horairre Prescriptions d’aide à la conception modélisation détaillée Pas de temps minute Avec cette démarche, l‘outil CODYRUN a été utilisé aussi bien pour des aspects d’aide à la conception ou encore de modélisation détaillée de climatiseurs. Dans le premier cas, les courbes présentées sont celles de la réponse en températures moyennes et maximales d’une enveloppe de bâtiment auxquelles sont appliquées des prescriptions spécifiques. Dans le second, avec un pas de temps de la minute, les besoins de puissance à l’échelle d’une journée sont comparés, rejoignant ainsi des préoccupations De type recherche. Cette approche a donné lieu a un article dans ENERGY AND BUILDINGS Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Confrontation procédure BESTEST (NREL, IEA) Bonne implantation numérique 40 cas Figure 1 : Bâtiment de base BESTEST Aptitude à modéliser: Les apports par les vitrages Les charges internes L’inertie thermique Le couplage avec le sol La ventilation nocturne La régulation Un autre étape de la méthodologie de validation est celle de la comparaison inter-logiciels. La référence en la matière est la procédure BESTEST, de l’International Energy Agency. Sur une quarantaine de cas types, sont testés progressivement l’aptitude du code à modéliser différents aspects tels que … Les résultats des codes passant pour être la référence en la matière constituent un intervalle dans laquelle les résultat du code testé doivent se trouver. Un exemple de résultat est le suivant (clic ?) pour lequel sont comparés les besoins annuels de chauffage. Sur l’ensemble des cas, CODYRUN s’est montré fiable, excepté pour trois cas qui ont permis d’identifier des erreurs de programmation au sein du code. Ce travail a été entrepris dans le care d’un DEA avec Ted Soubdhan et est finalisé dans la thèse de Thierry MARA. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Comparaison inter modèles aérauliques Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Cellules expérimentales Expérimentation Cellules expérimentales Logements réels L’expérimentation constitue le pendant de toute activité de modélisation, dans la mesure où une confrontation des résultats de calcul est nécessaire pour fiabiliser les modèles développés. Les campagnes de mesures se sont déroulées des cellules conçues spécifiquement (LGI, ISOTEST), (cette dernière ayant fait l’objet du DEA de Frédéric MIRANVILLE) et une troisième est en construction pour l’étude des systèmes de traitement d’air, l’enceinte STA-TRON, associée au doctorat de Franck LUCAS. Il en est de même, dans des habitats réels, tant individuels que collectifs. Ainsi, une opération expérimentale de grande envergure est actuellement en cours (convention de 370 kF avec le ministère), portant sur deux opérations immobilières et des durées d’expérimentation de l’ordre de quelques mois. Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Le logement La Trinité NORD Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

CODYRUN Les entrées de CODYRUN fichier météo Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

L’interface et la saisie dans CODYRUN La saisie se fait au moyen de fenêtres Les divers boutons permettent de descendre dans l’arborescence du logiciel bâtiment Zone 1 Zone 2 interambiance1 interambiance2 interambiance3 Paroi 1 Paroi 2 Composant 1 Composant 2 Composant 3 vitrage Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Fichier de sortie en mode texte Les sorties de CODYRUN Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Label sur les logements neufs : amélioration du niveau de confort Le label ECODOM Label sur les logements neufs : amélioration du niveau de confort Contrat de simulations EDF Application concrète 800 logements construits à la Réunion Label pour tous les DOM, réglementation d a h Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005

CODYRUN Modélisation THERMO-HYGRO-AERAULIQUE détaillée du bâtiment et des systèmes associés Code de simulation détaillé, évolutivité démontrée (1993-2005) Particularités : - prise en compte des transferts aérauliques - caractère multimodèle Outil recherche, socle pour l’équipe en terme - de publications - de plate forme d’intégration - financier Outil pédagogique et diffusé auprès de professionnels Harry BOYER, Journée thématique SFT-IBPSA mars 2005