Print this page

Dimensionnement optimal et simultané de l’enveloppe, des systèmes et de la stratégie de gestion en phase d’esquisse : application aux gares à énergie positives

Le contexte l’enjeux énergétique dans les bâtiments

Le bâtiment, avec 43% de la consommation d'énergie primaire, et 66% de la consommation d'énergie électrique, est un enjeu majeur pour les années à venir.  La problématique visée ici est d'imaginer de nouvelles approches pour aider à la conception de ces bâtiments en phase d’esquisse.

Introduction de la notion d’esquisse énergétique pour le bâtiments : définition conceptuelle et proposition d’un type d’outil ad’hoc

On se propose d’introduire un concept innovant d’esquisse énergétique. Il s’agit d’un concept équivalent à ce qu’on peut avoir en architecture ou en design, mais focalisé sur l’aspect énergétique.

On se propose, pour instrumenter cette phase, et montrer l’intérêt des composants MUSE, et en particulier de l’interface de dimensionnement, de définir un concept original d’outil d’esquisse énergétique, s’appuyant sur CADES V3 et utilisant:

  • des approches d’optimisation comme aide à la décision

  • des modèles d’esquisse énergétique, qui doivent être d’une nature (hypothèses et niveaux de modélisations) et qui doivent porter des informations (comme des contraintes) ad’hoc pour l’objectif d’esquisse.

On illustrera ainsi comme ce type d’outil et d’approche permet d’ « esquisser » simultanément :

  • les caractéristiques principales de l’enveloppe

  • les dimensions principales des systèmes énergétiques,

  • la stratégie optimale de gestion énergétique,

comme cela est illustré sur la figure suivante

 


        Ce concept et ce type outil ont été imaginés pour des gares à énergie positive, mais s’avère être génériques et utilisables pour d’autres types de bâtiments et d’autres types d’application de conception de système énergétique pour lesquel il est fondamentale d’instrumenter les phases d’esquisse énergétique.

 

Rappel sur les difficultés de la phase d’esquisse :

On rappellera que cette phase du processus de conception fondamentale, car on y fait les choix initiaux, pose un certain nombre de difficultés théoriques :

  • le système n’est pas encore descriptible dans ses détails, on peut juste l’esquisser

  • Faut raisonner sur la durée d’exploitation du bâtiment : esquisser des coûts d’investissement mais aussi des coûts d’exploitation sur des durées qui peuvent être longues (typiquement 30 ans).

 

Introduction d’un type « modèle d’esquisse énergétique » pour les composants du systèmes

Pour cette phase d’esquisse énergétique, nous avons introduit pour chaque composant du système, un type de modèle dédié à l’optimisation énergétique qui comporte

Une dimension physique

Avec pour chaque composants des équations reliants

  • les principales dimensions physiques aux performances énergétiques

  • la réalisation des bilans énergétiques (pour l’énergie électrique, l’énergie thermique, …) à l’échelle des composants. Ceci est réalisé par des modèle analytiques et statiques pas utile de se lancer des les outils de simulation fine car :

  • car le système et les composants ne sont pas encore connus finement, ils sont seulement esquissés : pas décrire avec finesse les géométries, pas besoin de calculer des régimes dynamiques

  • besoin d’aller vite pour explorer le maximum de combinaison et de possibilité.

 

Une dimension économique

Pour prendre en compte le coût économique sur la durée de vie prévue pour le composant. Ca sera la somme des coûts d’investissement et des coûts d’exploitation (est une manière de prendre en compte l’ACV).
Pour cela pour chaque composant doit fournir des équations pour calculer :

  • les côuts d’investissement

  • les coûts d’exploitation

 

Des contraintes qui peuvent porter sur :

  • la taille des équipements (cf. la taille du panneaux solaire qui doit rester inférieure à une surface max qui est typqiuement la surface du toit),

  • le fonctionnement des équipements (cf. l’état de charge de la batterie qui doit rester inférieur à la capacité max de la batterie).

 

Des ports qui doivent permettre la composition à l’échelle du système

Des exemples de composant du système modélisés sont : l’enveloppe, les systèmes de chauffages, les panneaux solaires, les batteries, …

 

La figure suivante illustre comment de tel modèles peuvent être encapsulé avec CADES V3.0 dans des composants MUSES, assemblé pour produite une application d’optimisation apte à instrumenter la phase d’esquisse énergétique

 

La dernière figure illustre comment on obtient ainsi un outil pour l’esquisse enérgétique décrit sur la figure suivante :

 

 

Celui-ci permet de faire l’optimisation avec plusieurs centaines de paramètres et de contraintes et d’obtenir des temps de réponse très rapide (de l’ordre de la dizaine de secondes).

 

Bibliographie

 

"Sketch Systemic Optimal Design Integrating Management Strategy, Thermal Insulation, Production And Storage Energy Systems (Thermal And Electrical): Application To An Energy- Positive Train Station",F. WURTZ, J. POUGET, X. BRUNOTTE, M. GAULIER, Y. RIFONNEAU, S. PLOIX  AND B. L’HENORET , IBPSA 2013 - 13th International Conference of the International Building Performance Simulation Association, 25-28th August 2013, France, http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00875140

 

“Dimensionnement optimal et simultané de l’enveloppe, des systèmes et de la stratégie de gestion en phase d’esquisse : application aux gares à énergie positive“

F. WURTZ, X. BRUNOTTE, W. BASSET, S. PLOIX, R. MARTEN, J. POUGET, Y. RIFFONNEAU

XXXe Rencontres AUGC-IBPSA, Chambéry, Savoie, 6 au 8 juin 2012, http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00717120

des modèles d’esquisse énergétique, qui doivent être d’une nature (hypothèses et niveaux de modélisations) et qui doivent porter des informations (comme des contraintes) ad’hoc pour l’objectif d’esquisse.

Previous page: Projects


Contact : benoit.delinchant@G2ELab.grenoble-inp.fr / stephane.bergeon@vesta-system.com

 © Copyright 2004-2018 - CMS Made Simple
This site is powered by CMS Made Simple version 1.11.9