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

Dynasimul et Siminthec Objectif Contexte Objectif: Mettre en place une réflexion visant à définir le développement d’une plateforme de simulation prenant en compte les récentes évolutions dans le domaine de la thermique du bâtiment. Contexte: Une offre en logiciels disparate Pas d’interopérabilité entre environnements Développement d’un projet national SIMBIO 60000 utilisateurs pour Energy + Un intérêt grandissant pour MODELICA Des tentatives d’homogénéisation (NMF, IFC) La modélisation, un besoin et une nécessité Réalisation de plate-formes d’expérimentation INCAS et PREDIS Dynasimul et Siminthec

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

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

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

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

Résultats volet 3: Développement d’une nouvelle approche de modélisation Réduction de problèmes non linéaires de diffusion 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 …) Dynasimul et Siminthec

De DYNASIMUL A SIMINTHEC Dynasimul et Siminthec

Dynasimul et Siminthec Tache 1 et 2 : Une plate-forme pour valider les outils de simulation Exploitation des résultats de la plate-forme d’expérimentation de l’institut national de l’énergie solaire pour valider les modèles Dynasimul et Siminthec

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

Tache 4 : Modèles électriques Objectifs fournir des modèles des composants et des systèmes électriques utilisables dans un bâtiment. projeter ces modèles dans les standards d’inter-operabilité Vers MODELICA -> Lot 6 Vers BOITE Noire -> Lot 7 Exemple: Moteur VMC double flux Les dispositifs visés 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 Modèle électrique MODELICA Boite Noire 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 d’incertitude : 1 – écart quadratique / variation normale saisonnière (Priestley forecasting skill score ) Chaînes de Markov pour l’indice de clarté (rayonnement solaire) et l’écart à la normale saisonnière (température) Occupants Modélisation des actions Aspects stochastiques : chaîne de Markov Dynasimul et Siminthec 12 12

tache 6 : Intégration de modèles Objectifs réaliser la simulation électrique – thermique – contrôle en MODELICA approche d’inter-opérabilite dite boite blanche intérêt de MODELICA: avoir un langage commun&standardise entre logiciels de simulation thermique – électrique – contrôle/commande Illustration: Modèle thermique sous forme de schéma électrique équivalent Les tâches: - 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 Projection en langage MODELICA Dynasimul et Siminthec

tâche 7 : Interopérabilité Objectifs élaboration d’une norme de composants logiciels approche d’inter-opérabilité dit « boite noire » permettre l’échange de composants directement échangeables/executables entre logiciels électrique/thermiques/contrôle-commande/modélisation usager (Composant dits « Plug&Play ») 1 Réalisation visée: Composant logiciel thermique Les tâches: Composant logiciel Électrique - Définition du standard de composant logiciel - Réalisation d’un « co-simulation Service Bus » permettant de faire co-simuler les modèles Lot 3: Thermique Lot 4: Electrique Lot 5: Occupant & Climat - Réalisation d’un forge: Site Internet permet de spécifier en commun les composants logiciels Orchestration des composants logiciels sur bus logiciel -> Simulation globale Composant Logiciel Occupant&climat 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 (Text, 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 d’adapter le pas de temps Couplage avec équipements, apports Internes, ventilation… Dynasimul et Siminthec 15 15

Dynasimul et Siminthec Perspectives Considérer les développements d’energy+ 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 Dynasimul et Siminthec

IBPSA France 2010 Appel à Communications Inscription 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 d’air. Système de production et de distribution d’énergie dans les bâtiments : énergies renouvelables, stockage d’énergie, génération d’énergie et de chaleur. Confort des ambiances : confort thermique et visuel. Qualité de l‘air, simulations par codes de champs. Gestion technique des bâtiments : contrôle des systèmes multi sources et multi énergies, régulation, contrôle de l’éclairage, etc. Appel à Communications Inscription Actes de la conférence Les articles acceptés seront publiés dans les actes du congrès. Les frais d’inscription incluent une clé USB des actes de la conférence. Une version imprimée sera vendue pendant la conférence (réservation à l’inscription). Calendrier Rendu des résumés : 26 février 2010 Rendu des manuscrits provisoires : 30 juin 2010 Rendu du manuscrit final : 20 septembre 2010 Conférence Francophone IBPSA France 2010 Site WEB : http://conference2010.ibpsa-france.net Moret-sur-Loing (77) 9 & 10 novembre 2010 Dynasimul et Siminthec

Merci de votre attention Dynasimul et Siminthec