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RÉSUMÉ
Notre société a pris peu à peu conscience de l'impact environnemental de nos activités. Cet impact est lié notamment à une consommation énergétique souvent trop excessive. Le secteur qui nous intéresse particulièrement, celui des bâtiments représente 25 % des émissions de gaz à effet de serre (GES), et 40 % de la consommation énergétique de la France. Des outils ont donc été créés afin de pouvoir concevoir des projets de construction efficaces et sobres en énergie. Ces logiciels de modélisation thermique sont différents des outils réglementaires et se nomment "outils de simulation thermique dynamique". De tels moyens sont également utilisés dans le cadre de garantie des résultats énergétiques, garanties prises sur des consommations réelles mesurées.
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Frédéric GAL : Responsable du développement durable - Bouygues Bâtiment Ile-de-France
INTRODUCTION
Les outils de modélisation thermique sont aujourd'hui devenus incontournable dans la conception de projets environnementaux.
En effet, nous sommes passés d'une ère où les parties environnementales des projets se justifiaient avec des pages de texte à une ère de la justification où les pages de calcul les ont remplacées.
La simulation thermique permet donc d'estimer des besoins énergétiques d'un projet (calorifiques et frigorifiques) en fonction de sa géométrie, de ses caractéristiques physiques (isolation, inertie, type de menuiserie…) et de sa localisation.
En fonction des outils, si la modélisation de la production énergétique est possible elle permet alors de passer des besoins énergétiques à la consommation. Il faut pour cela y intégrer en plus de la production, les rendements de régulation, distribution et émission.
La STD (Simulation thermique dynamique) permet donc d'agir à plusieurs niveaux d'avancement du projet, en esquisse pour valider une conception de projet comme en PRO pour calculer de manière assez précise des consommations énergétiques d'un projet.
La STD de part ses résultats concrets donne donc une évaluation chiffrée des options retenues. Elle apporte donc une réponse concrète à une évaluation qui restait intuitée.
L'outil de STD permet de modéliser les bâtiments et de mesurer l'impact de chaque paramètre de la construction sur le niveau de performance énergétique de bâti. Cet outil est devenu indispensable pour concevoir des bâtiments neufs ou les rénover en haute performance énergétique.
Les différentes étapes de la modélisation sont les suivantes :
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construction du modèle géométrique ;
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interaction avec l'environnement, fichier météo annuel ;
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données de matériaux pour l'ensemble des éléments du modèle géométrique, façade, toiture, sous-sol, éléments intérieurs, structure (prise en compte de l'inertie du bâtiment), etc. ;
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définition des équipements thermiques, chaud, froid, ventilation ;
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hypothèses d'usage, occupation, équipements, éclairage.
Les résultats que fournit une simulation thermique dynamique :
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évolution des températures heure par heure pour chaque zone du bâtiment sur l'année ;
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puissance de chauffage ou de froid nécessaire ;
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consommation annuelle des équipements et du bâtiment ;
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origine des apports énergétiques ;
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données météorologiques complètes.
À partir de ces résultats, la STD permet de mener différentes études de faisabilité technique en comparant entre elles, les solutions techniques à mettre en œuvre sur une construction (enveloppe, isolations, menuiseries, traitement des ponts thermiques, mise en œuvre d'énergies renouvelables, systèmes, fluides…).
La STD permet, en outre, de localiser précisément certaines déperditions énergétiques, de préconiser des solutions de travaux pour y remédier, de chiffrer des économies d'énergies et un retour sur investissement.
La simulation thermique dynamique est aujourd'hui un outil de conception précieux pour les constructions économes en énergie de demain.
le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire des termes et expressions importants, des notations et symboles utilisés tout au long des divers chapitres.
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- Version courante de févr. 2025 par Frédéric GAL
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Accueil > Ressources documentaires > Archives > [Archives] La construction responsable > Simulation thermique dynamique (STD) – Maîtrise des consommations d'énergie > Engagement de performance énergétique
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3. Engagement de performance énergétique
Les engagements de performance énergétique sont de plus en plus demandés par les maîtres d’ouvrage afin de garantir un niveau de consommation de projet commandé.
Il existe différents types d’engagements énergétiques, les CPE, la GPEI, et la GRE.
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Les CPE (Contrats de Performance Énergétique) s’appliquent à de la rénovation avec engagement sur les consommations réelles.
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La GPEI (Garantie de Performance Énergétique Intrinsèque) s’adresse aussi bien en neuf qu’en rénovation, et concerne les consommations théoriques du projet et non les consommations réelles.
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La GRE (Garantie de Résultat Énergétique) s’adresse aussi bien en neuf qu’en rénovation, et concerne les consommations réelles.
De manière plus générique, ces contrats sont appelés GPE (Garantie de performance énergétique).
Les engagements de performance énergétique peuvent porter sur des périmètres très larges pouvant aller jusqu’à toutes les consommations site. Néanmoins, cet article porte sur la Simulation thermique, et nous resterons donc cantonnés aux consommations uniquement calculées à partir de l’outil de STD. En effet, des outils annexes (et souvent un tableur) vont être utilisés pour calculer les consommations de ménage, réfrigérateur, de fontaine à eaux, de barrières pour un parking, d’éclairage extérieur, etc.
Comme évoqué au § 2.4, un sujet structurant de ces engagements sera l’usage du projet dans sa phase d’exploitation. En effet, une température de consigne de 19 °C ou 21 °C pourra engendrer des écarts de l’ordre de 15 % sur les consommations énergétiques du poste chauffage. En contrepartie de l’engagement demandé par la maîtrise...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - STEPHENSON (D.G.), MITALAS (G.P.) - Cooling load calculations by thermal response factor method - ASHRAE Transactions 75 (1) 246-271 (1969).
-
(2) - JOUVENT (M.), HUET (M.) - * - . – La garantie de performance énergétique (22 juillet 2013).
-
(3) - BECCALI (G.), CELLURA (M.), LO BRANO (V.), ORIOLI (A.) - Is the transfer function method reliable in a European building context ? A theoretical analysis and a case study in the south of Italy - Applied Thermal Engineering 25 (2-3) 341-357 (2005).
-
(4) - CIULLA (G.), LO BRANO (V.), ORIOLI (A.) - A criterion for the assessment of the reliability of ASHRAE conduction transfer function coefficients - Energy and Buildings 42 1426-1436 (2010).
-
(5) - COSTA (C.), JOUVENT (M.) - * - . – La garantie de performance énergétique (5 avril 2012).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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TRNSYS 17 TRaNsient SYstem Simulation tool, CSTB éditions
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Designbuilder
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Virtual Environnement, IES
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Comfie Pleiades, Izuba
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ArchiWIZARD, RayCREATIS
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Google Sketchup
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Daysim – Advanced Daylight Simulation Software
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DYNASTEE – DYnamic Analyses, Simulation and Testing – Modélisation énergétique...
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