Intégration à TRNSYS du noyau de CODYRUN, code de simulation thermo-aéraulique de bâtiments : le Type 59 Alain BASTIDE, Harry BOYER, Philippe LAURET, Franck LUCAS, François GARDE   Université de La Réunion Laboratoire de Génie Industriel Equipe Génie Civil-Thermique de l'Habitat alain.bastide@univ-reunion.fr Le plan de l’exposé ne sera pas exactement celui du manuscrit, certaines parties ayant occultée, en particulier dans le premier volet de cette présentation. Les parties 2 et 3 sont celles présentant des activités en cours et des perspectives pour les années futures, en terme d’application de l’analyse de sensibilité et de l’automatique des systèmes d’état. Enfin, je vous présenterai le bilan de l’activité recherche, tant du point de vue de l’équipe qu’à titre personnel. Je conclurai en vous présentant une piste de recherche originale pour le long terme A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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 A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

Description Fichier météo Thermique Aéraulique Hydrique Multimodèle CODYRUN est un logiciel multizone permettant classiquement de déterminer les réponses d’un bâtiment en fonctions de sollicitation météorologiques choisies. Plus en détail par rapport au phénomènes intégrés, il s’agit d’un modèle thermique, d’un modèle aéraulique et d’un modèle hydrique. Par ailleurs, il s’agit une structure multi-modèle et je vous propose de passer rapidement ces aspects en revue au cours des prochaines diapositives. Fichier résultat A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

Maillage du problème thermique CODYRUN : Thermique et aéraulique L’un des principaux modules du code est celui lié aux aspects thermiques. Vis à vis de ce premier point, la prise en compte de la conduction au sein des parois est effectuée à l’aide de modèles analogiques. Associée à des modèles des échanges superficiels linéarisés, il est ainsi aisé de d’établir pour chaque zone un modèle du type des équations présentées. (cad les flux convectifs intérieurs font intervenir des hci extérieurs des hce les flux radiatifs intérieurs LW (GLO) utilisent des hci ext hre) Rappel : les flux SW ext (solaires) sont des valeurs calculées en gros À l’aide de la trigo. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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. Pour le remplissage, il est fait appel à la décomposition de l’équation d’évolution d’état de chaque zone matrices et vecteurs élémentaires, chacun de ces objets étant lié à un phénomène. Notons que dans la cas multizone, le couplage thermique des zones entre elles est assuré itérativement. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

Le problème thermo-aéraulique Le problème aéraulique non linéaire grandes ouvertures La stratégie de couplage par résolution itérative - numérique - liée à l’aspect multi-modèle - propriétés du syst. thermique Vis à vis de l’aéraulique, le code intègre les petites ouvertures, les bouches de ventilation mécanique et les grandes ouvertures. Le problème aéraulique étant non linéaire, la stratégie de couplage thermo-aéraulique que nous avons 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. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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. L’ojectif de ce module est de déterminer la matrice des transferts massiques, telle qu ecelle qui vou sest proposée en exemple pour le cas bizone. 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. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

Le modèle aéraulique Notre code de simulation autorisant la simulation d’un bâtiment quelconque, sous réserve qu’il puisse être décrit …, nous nous sommes intéressés au problème de la génération automatique du modèle aéraulique correspondant. Au départ des fenêtres de l’application décrivant les composants aérauliques du bâtiment, le modèle aéraulique est alors généré. Ainsi, par exemple dans le cadre d’expérimentations associées à un cas multizone, ce module permet de calculer les débits entre les différentes pièces, tel qu’illustré par le flèches bleues sur le plan. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

La modélisation multimodèle La modélisation multi-modèle consiste en la possibilité de choisir pour des entités de la description du bâtiment des modèles de complexité et donc de précision ainsi que de temps calcul différents. La première justification d’une telle démarche est liée au caractère évolutif d’un projet de bâtiment, les informations n’étant pas toutes disponibles lors des différentes phases du projet. Ainsi, la base de données évolue avec l’avancement du projet et plaide dans le sens d’utilisation d’outils différents. Notre choix a été celui de l’intégration au sein de CODYRUN de plusieurs modèles de complexité différentes pour un même phénomène. C’est ainsi par exemple que l’intégration des échanges superficiels intérieurs, tant radiatifs que convectifs, sont gérés au niveau de la zone Au plus bas niveau de notre arborescence, se trouvent spécifiés les modèles conductifs au niveau des parois opaques. Le choix de modèles s’effectue dans chaque cas gràce à des boites de choix exclusif, telle que celle présentée ici pour la convection extérieure. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

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Type 59 : Principales caractéristiques Type multizone MONOBLOC intégrant - Aspects thermiques - Modèle aéraulique en pression (PO, GO, VMC) - Modèle hydrique Approche multimodèle Noyau validé (BESTEST,expérimentation, …) Nombreuses applications (ECODOM, …) En resumé par rapport à ce nouveau type, Il s’agit d’un type muultizone monobloc, intégrant … Il hérite de CODYRUN - du caractère multimodèle, - de la validation des aspects thermiques tant vis à vis de la comparaison interlogiciel (CODYRUN a passé BESTEST). de toutes les applications qui ont été effectuées avec ce code et ECODOM en particulier. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59

SimCad Noyau de calcul interaction humidité enveloppe Perspectives SimCad Noyau de calcul interaction humidité enveloppe intégration de modèles de transport de polluants amélioration du temps calcul intégration de corrélation pour estimation des vitesses intérieures … Les perspectives autour du développement du type 59 sont tout d’abord au niveau de l’interface. En effet, à ce jour, l’interface de description du type nécessite CODYDESK. Il nous est apparu intéressant de faire en sorte que ce type puisse importer les fichiers BUI, provenant de PREBID ou SIMCAD. Enfin, les autres perspectives sont liées aux évolutions du noyau de calcul. Sont ainsi en cours des travaux visant à améliorer l’interaction air humide enveloppe intégrant des phénomènes tels que la condensation. Un autre exemple à l’étude est celui de l’intégration de modèles de polluants, ou encore d’autres aspects tels que ceux listés… Je vous remercie et posez par trop trop de questions Sinon tu leur files mon portable. A. Bastide, Journées TRNSYS : LE TYPE 59