Modélisation du SThG®

 TRNSYS : un outil de référence

TRNSYS [TRNS2014] est un environnement de simulation dynamique permettant de simuler de manière très fine le comportement d’un système complexe, tel que le bâtiment et l’ensemble de ses systèmes. TRNSYS est basé sur une approche de schéma-bloc. Cette approche modulaire permet à la fois de décomposer des problèmes complexes en sous problèmes et de travailler dans un environnement « ouvert » permettant de rajouter de nouveaux composants. TRNSYS utilise un algorithme de résolution des systèmes d’équations différentielles ordinaires avec équations algébriques. La diversité de ses bibliothèques permet de modéliser de nombreux systèmes, ce qui en fait un outil de référence. Afin de justifier l’utilisation de TRNSYS et des systèmes intégrés aux différentes bibliothèques, des études validant quelques composants qui seront utilisés par la suite sont proposées.

Pour la géothermie par exemple, la modélisation DST est celle retenue et est proposée par le type 557. Tout d’abord le type 557 se base sur le « Duct Ground Heat Storage model (DST) » développé par Hellström. Ce modèle a été largement approuvé et validé expérimentalement [THOR1997]. Le type 557 a également fait l’objet de comparaisons dans les travaux menés par M De Rosa et al. [ROSA2014]. En régime continu, le comportement du type 557 est similaire aux résultats expérimentaux comme l’illustre le graphique ci-dessous. Les courbes en pointillés noirs (expérimentales) et rouges (TRNSYS) ont des allures similaires. 

Modélisation d’une solution de référence

La modélisation du bâtiment de référence présentée en préambule est réalisée dans ce chapitre. Elle permet de pallier au manque de retours terrain. Le SThG® est une solution innovante dont les premiers chantiers sont encore en cours d’exécution. Il est donc nécessaire d’avoir une modélisation de référence réalisée sur un logiciel reconnu afin d’identifier les différentes étapes de modélisation et d’optimisation. Elles permettront par la suite de valider le modèle réalisé.

Les données d’entrée

Les méthodes de calculs des données d’entrée ont été déterminées au chapitre 1 (§I). Elles sont reprises dans cette partie afin d’obtenir les informations nécessaires à la modélisation du bâtiment et à la résolution du nouveau bilan énergétique proposé au chapitre 1. 𝑃𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒 = 𝛼 ∗ (𝐵𝑒𝑠𝑜𝑖𝑛𝑐ℎ𝑎𝑢𝑓𝑓𝑎𝑔𝑒 + 𝐵𝑒𝑠𝑜𝑖𝑛𝑒𝑐𝑠 − 𝐴𝑝𝑝𝑜𝑟𝑡𝑔𝑟𝑎𝑡𝑢𝑖𝑡) − (𝐸𝑟é𝑐𝑢𝑝é𝑟é𝑒 −𝐸𝑠𝑡𝑜𝑐𝑘é𝑒) (2.1) i. Détermination des besoins de chauffage et d’ECS de référence Le calcul des besoins de chauffage et d’ECS permettent de résoudre le bilan classique des consommations en énergie. Un fichier au pas horaire des besoins est nécessaire pour la réalisation du calcul. Les besoins de chauffage sont déterminés à partir du calcul RT2012, quant aux besoins d’ECS, ils sont définis suivant la méthode présentée au chapitre 1 (§I.1.b). Les besoins annuels sont les suivants : Tableau 15 : Besoins de chauffage et d’ECS Les puisages d’ECS sont foisonnés durant la journée suivant la méthode proposée au chapitre 1 comme l’illustre la figure 26. Le volume équivalent à 60°C consommé chaque jour est de 3330 litres. 

Les systèmes

Maintenant que les données nécessaires à la résolution du nouveau bilan ont été présentées, il faut déterminer les systèmes qui y seront associés afin de pouvoir effectuer les calculs et résoudre cette équation. Cette partie s’appuie sur l’état de l’art, des systèmes et de leurs modélisations, mené au chapitre 1 (§II). i. La boucle de récupération La boucle de récupération d’énergie sert à alimenter la source froide d’une PAC. Cette boucle se compose des systèmes de récupération et de stockage présentés au chapitre 1 (§II.2 et II.3). Pour le bâtiment de référence, deux boucles sont étudiées. Les systèmes de récupération sont identiques pour les deux boucles : – Récupération sur air extrait – Récupération sur eaux usées – Récupération solaire thermique Deux types de stockage sont envisagés : – Un stockage dans le sol (pieux géothermiques) .