Projet ISTHME Méthodologie de comparaison calculs mesures intégrant l analyse de sensibilité et la propagation d incertitudes

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1 Projet ISTHME Méthodologie de comparaison calculs mesures intégrant l analyse de sensibilité et la propagation d incertitudes Rofaïda Lahrech CSTB avec la contribution de : Jean Robert Millet et Laurent Reynier [CSTB] Julien Borderon, philippe Cardon, Constance Lancelle, Bassam Moujalled, [CEREMA] et le soutien de l ADEME et la DHUP

2 Finalité du projet ISTHME Les méthodes de calcul réglementaires (RT) sont basées sur le cœur de calcul COMETH, modèle de calcul pour la Simulation Energétique Dynamique Séparation informatique des équations physiques et des conventions Applicatif Th-BCE Arrêté méthode de 1300 COMETH pages Scénarios Météo Valeurs par défaut Absence de veilleuse sur chaudières Etc Moteur physique Lois physique Modèles bâtiment Calcul dynamique des consommations Question posée sur la fiabilité des méthodes de calcul réglementaires, autrement dit fiabilité de COMETH : le modèle COMETH permet-il de rapprocher les performances calculées aux performances réelles quand pour un bâtiment dont on dispose de mesures de suivis, on introduit en données d entrée les caractéristiques thermiques intrinsèques du bâtiment, les scénarios d usage et de comportement issus des mesures et les données météo enregistrées sur le site

3 METHODOLOGIE ADOPTEE Développement d une méthodologie pour comparaison calculs mesures Deux concepts importants de la méthodologie : q Prise en compte des incertitudes des données et leurs propagation sur les résultats de calculs et/ ou des mesures. Les comparaisons calculs - mesures se font sur une distribution probable calculée et une distribution probable mesurée ; Les incertitudes, sur les données d'entrée de la méthode, et sur les résultats mesurés ne pouvant pas toujours être réduites à une valeur très faible q Les comparaisons calculs mesures se font d une part sur une base annuelle et d autre part sur une base mensuelle en traitant chacun des 5 usages RT séparément, ceci pour réduire les faux positifs c est-à-dire des compensations d erreurs qui aboutiraient à un résultat global correct alors qu il pourrait être erroné dans ses détails.

4 METHODOLOGIE ADOPTEE UNE MÉTHODOLOGIE EN TROIS ÉTAPES : q ETAPE 1 : comparaison calculs- mesures sur une base mensuelle et par usage mais sans prise en compte des incertitudes, q ETAPE 2 : analyse de sensibilité sur les données d entrée de la méthode de calcul en les prenant séparément, puis groupement de variables q ETAPE 3 : comparaison calculs mesures, avec incertitudes croisées (propagation d incertitudes), sur une base annuelle et également mensuelle. APPLIQUÉE À 3 BÂTIMENTS DU PANEL PREBAT q Bâtiment de bureaux q Maison individuelle q Logement collectif

5 Application Au Bâtiment De Bureaux Structure Toiture Enveloppe Murs à ossature bois Toiture inclinée Caractéristiques thermiques 20 cm de laine minérale (dont 15cm entre ossature) + 2cm de fibre de bois en extérieure 40 cm de laine de verre (30cm pour la partie sous terrasse Planchers Dalle béton de 16 cm 8 cm de polyuréthane bas Baies vitrées Surface Fenêtres métalliques triple vitrée totale: 91 m² vitrage Occultations Persiennes extérieures FS (été) = 0,02 U bat = 0,251 W/m².K Uw = 0,9 W/m²K Fs = 0,4 (hiver) Q4 pasurf = 0,5 m 3 /h.m² Situé à Neufchâteau dans les Vosges (88) zone climatique H1b, altitude de 290m) sur un terrain isolé loin des masques solaires R+1 de surface SHON_RT de 376,2 m² avec une surface utile de 333,8 m². Construit par un bureau d études thermiques pour en faire son siège. Livré en décembre 2009, (opération PREBAT n 84). ratio des baies vitrées est de 29% avec une surface de 96,2 m², dont 61,5 m² au sud. Equipements Chauffage Ventilation Eau chaude sanitaire Eclairage Caractéristiques techniques Génération PAC Air/eau 12kW Distribution Réseau d eau Emission Radiateurs moyenne température Robinets thermostatiques certifiés / Régulation Programmation : horloge VMC double flux avec échangeur de chaleur + surventilation nocturne Chauffe-eau électrique type de lampes /luminaires+ puissance installée Tubes fluorescents en éclairage direct 5 W/m² Autres équipements Bureautique, Imprimante, serveur informatique, autres (audiovisuel, éclairage d appoint, etc.) Energies renouvelables 82m² de panneaux solaires photovoltaïques (Sud, 30 )

6 Chauffage Application Au Bâtiment De Bureaux ETAPE 1 Les consommations mensuelles de février et novembre sont légèrement plus élevées que les mesures. Eclairage Consommations calculées presque deux fois plus élevées que les consommations mesurées Le calcul a été réalisé avec un niveau d éclairement dans les bureaux de 300 lux

7 Application Au Bâtiment De Bureaux ETAPE 2 Chauffage

8 Application Au Bâtiment De Bureaux ETAPE 2 Eclairage

9 Application Au Bâtiment De Bureaux ETAPE 3 Chauffage

10 Application Au Bâtiment De Bureaux ETAPE 3 Eclairage les deux courbes de probabilité de la mesure et du calcul ne se recoupent pas. Les incertitudes des variables retenues pour l étude ne permettent pas d expliquer ces écarts. Causes probables de l écart calcul mesures : q Méthode de calcul : prise en compte de la puissance installée mais quand l éclairement artificiel est requis, toute la puissance n est pas utilisée : nécessité de prise en compte du foisonnement q Bâtiment en fonctionnement : gestion manuelle de l éclairage très performante. La consommation du bâtiment est très en deçà de la médiane statistique bâtiments de bureaux

11 Conclusions et perspectives L analyse et le traitement des résultats sur ces trois bâtiments n est pas à ce jour complètement finie, d autre part, le travail se poursuit sur 5 autres bâtiments du panel PREBAT. q Une méthodologie de comparaison calculs mesures robuste et efficace qui participe à la compréhension des consommations d énergie des bâtiments en fonctionnement et des consommations calculées. Permet des propositions d amélioration des méthodes de calcul et des suivis q Difficulté de représenter tous les phénomènes de comportement de l usager en lien avec gestion notamment q Dans un processus de comparaison calcul mesures, les mesures de suivis de bâtiments sont à analyser avec beaucoup de rigueur q La méthode d analyse de sensibilité permettrait de définir un plan de mesures et vérification q Quantification des incertitudes sur données d entrée : un vrai besoin de disposer de certaines distributions de probabilité selon critères simples (exploitation de bases de données de campagnes de mesures)

12 Conclusions et perspectives q Méta modèle et groupement de variables : q Avantages : analyse aisée du groupement de variable dont l impact est prépondérant et analyse des interactions entre variables ( très intéressant dans d autres cadres que celui de la comparaison calculs mesures) q inconvénients : introduit de l incertitude sur les variables d intérêt calculées ( consommations d énergie). q On peut utiliser exactement la même méthodologie sans recourir au groupement de variables et au méta modèle : COMETH serait utilisé directement pour les propagations d incertitudes. Le temps de calcul est très faible -> Cf. projet MIRACLE

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