1 Médiathèque Tampon Présentation de la mission dassistance technique Université de La Réunion...

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Médiathèque TamponMédiathèque Tampon

Présentation de la mission d’assistance Présentation de la mission d’assistance techniquetechnique

Université de La RéunionI.U.T. de Saint-Pierre -Département Génie

Civil

Juillet 2002

Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 2

Plan de l’exposé

• Remarques sur le projet APD• Méthodologie de l’étude• Analyse de la zone « Animateur »• Analyse de l’Administration• Analyse du bâtiment central• Synthèse

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Remarques sur le projet APD

• Toiture– Stabithermo : prévoir deux lames d’air de part et d’autre du PMR– Prévoir une étanchéité de couleur claire– Impact d’une épaisseur d’isolant plus importante ?

• Murs– Possibilité de condensation sur les murs rideaux– Impact de l’isolation des murs (façades sud-est de l’administration) ?

• Baies et fenêtre– Surfaces vitrées importantes sur certaines zones (Atelier +

Gymnase)– Prévoir une protection solaire

• Traitement de l’air– Utilité du conditionnement d’air des zones « Administration » et

« CDI » ?– Utilité des splits dans les logements de fonction ?– Ventilation naturelle de la restauration en partie haute uniquement– Prévoir une ventilation sur les occupants dans la zone restauration

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Méthodologie pour le Lycée Tampon III

• Traitement des données météorologiques– Définition d’un mois type « été »– Définition d’un mois type « hiver »

• Simulations pendant les deux mois type sur– Salle de classe– Salle informatique– Bureau gestionnaire – Administration

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Les données météorologiques – Période été

• Simulations effectuées sur un mois type chaud – Tmax moyen = 27°C Tmax abs = 30.1°

• Zoom sur la semaine la plus chaude

Courbes de Température et d'Humidité relative extérieures pour la séquence été extrême

17

19

21

23

25

27

29

31

1 14 3 16 5 18 7 20 9 22

Heure

Tem

pér

atu

re (

°C)

40

50

60

70

80

90

100

Hu

mid

ité

rela

tive

(%

)

Tair ext Hum. rel. Ext.

Courbes d'ensoleillement direct et diffus pour la séquence été extrême

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

Heure

Ray

on

nem

ent

sola

ire

dir

ect

et d

iffu

s (W

/m²)

Direct Diffus

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Les données météorologiques – Période hiver

• Simulations effectuées sur un mois type froid – Tmax moyen = 20°C Tmax abs = 22.3°C

• Zoom sur la semaine la plus froide

Courbes de Température et d'Humidité relative extérieures pour la séquence hiver extrême

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13

Heure

Te

mp

éra

ture

(°C

)

40

50

60

70

80

90

100

Hu

mid

ité (%

)

Tair ext Hum.rel.Ext.

Courbes d'ensoleillement direct et diffus pour la séquence hiver extrême

0

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6

Heure

Ra

yo

nn

em

en

t s

ola

ire

glo

ba

l et

dif

fus

(W

/m2

)

Rayonnement Direct Rayonnement Diffus

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Les outils et les sorties utilisés

• Les outils– CODYRUN– Le module confort PMV Matlab

• Les sorties– Température résultante– Humidité– Risques de condensation– Zones de confort– PMV– Puissance de clim– Coefficient d’ensoleillement, temp de rosée etc.

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Le diagramme de confort

V = 0 m/s

V = 0.5 m/sV = 1 m/s

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Le PMV

Adm été ZR, VMC hygiénique le jour et surventilation la nuit avec des ouvertures, clo 0,5 avec v=0,5 de 15h à 18h. Activite 1,3. Entre 8h et 17h.

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0,4

0,6

66 68 70 73 75 78 80 82 85 87 90 92 94

Temps (jour)

PM

V

PMV

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Analyse de la zone commune

• Objectifs des simulations :– Vérifier la conception thermique de la zone et le bon

dimensionnement des protections solaires.

– Vérifier qu’il n’y a pas de problème de condensation et d’humidité dans le bâtiment.

– Vérifier les conditions de confort dans la zone en été et hiver

Zone commune

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Étude de la conception thermique

• Optimisation des apports solaires : Protection solaire des baies – Identifier la répartition des flux solaires sur les vitrages.

– Déterminer les vitrages les plus ensoleillés.

– Évaluer l’impact de la modification des propriétés radiatives de ces vitrages.

L’objectif est de diminuer les apports solaires en été et en hiver.

•10VitSE, responsable de 23% des apports diffus

•VitSESsAuvent (15%)

•VitNormR+1 (9%)

•VitNO-Pro(9%) mlmm

Répartition des flux sur les vitrages en été et hiver

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Étude de la conception thermique

  Avant traitement

Après traitement

Flux diffus

37 977 kWh

19 316 kWh

Flux direct

9 885 kWh 8 763 kWh

Evolution de la température résultante en été

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24

Avec protection des vitrages

Sans protection des vitrages15 20 25 30 35 40

0

5

10

15

20

25

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

Confort en hiver

v = 0 m/s65%

65% (227) des points sont dans les zones de confort

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Confort en été

Temperature (°C)R

appo

rt d

e m

élan

ge x

v = 0 m/s26%

v = 0.5 m/s68%

v = 1 m/s6%

50% (372) des points sont dans les zones de confort

Diagramme de confort après modification des vitragesPMV en hiver - CLO = 1 et v = 0.1 m/s

-1.2

-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

PMV

Évolution du PMV en hiver après modification

PMV en été - CLO = 0.5 et v = 0.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

1 10

19

28

37

46

55

64

73

82

91

10

0

10

9

118

12

7

13

6

14

5

15

4

16

3

17

2

18

1

19

0

19

9

20

8

21

7

22

6

23

5

24

4

25

3

26

2

27

1

28

0

28

9

29

8

30

7

31

6

32

5

33

4

PMV

Évolution du PMV en été après modification

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Étude de la conception thermique

• Protection solaire de la zone d’accueil

Store d’occultation

9m

18m

Comptoir

Store d’occultation de couleur claire de hauteur 3,6m

Stores intérieurs déroulant de couleur claire et (hauteur : 3.6m, longueur totale : 27m) sur les

vitrages

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Étude des problèmes de condensation

  Débit de ventilation

Profiles occupation

Activité(Met)

Scenario 1 : sans VMC

0 m3/h sans 100% (376 pers)

1

Scenario 2VMC

hygiénique le jour

9000 m3/h VMC que le jour

100% 1

Sceanrio 3VMC

hygiénique

9000 m3/h VMC toute la journée

100% 1

Sceanrio 4VMC

hygiénique occupation

réduite

9000 VMC toute la journée

25% 75pers

1

Scenario 5VMC forcée

18000 VMC toute la journée

100% 376pers

1

• Scenarii d’essais pour traiter les problèmes de condensation

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Étude des problèmes de condensation

• Résultats des simulationsCondensation sur parois internes

0

100

200

300

400

500

600

Mur

NOSan

it

Toitu

re

VitNor

mR+1

Vit50S

sPor

chR

VitN

orm

SuAud

i

VitSO

SurPar

c

Vit_SO

_RDJ

10VitS

E

VitSE50

%Par

vi

VitSO

Norm

SsAu

VitNO

_NoP

rot

FaceN

EChapo

FacSECha

po

parois

Occ

urr

ence

de

la c

on

den

sati

on

su

r la

pér

iod

e fr

oid

e (h

eure

s)

scenario 1 ss VMC

scenario 2 : VMC hygiénique le jour

scenario 3 VMC hygiéniquescenario 4 VMC hygiénique occup rédiute

scenario 5 VMC forcée

•Nécessité de ventiler fortement la zone commune avec un débit minimum de 18000 m3/h en hiver.

•La VMC doit opérer toute la journée.

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Étude du confort dans la zone commune en hiver

– Scénarii testés :• Scénario 1 : sans VMC• Scénario 2 : VMC hygiénique le jour • Scénario 3 : VMC hygiénique • Scénario 4 : VMC hygiénique occupation réduite• Scénario 5 : VMC forcée

• Résultat des simulations

Evolution des températures résultantes d'air

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21

temps (heures)

Scenario 1 : sans VMC scenario 2 VMC hygiénique le jourscenario 3 VMC hygiénique scenario 5 VMC forcée

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Étude du confort dans la zone commune en hiver

• Résultat des simulations

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Hiver :sans VMC (resconf1.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Hiver :avec VMC 9000m3/h (resconf33.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Hiver : VMC 9000m3/h le jour (resconf2.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Hiver : VMC forcée (resconf333.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

Scénario 2 : VMC hygiénique le jour uniquement

Scénario 1 :sans VMC

Scénario 9 : VMC hygiénique permanente

Scénario 5 : VMC forcée

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Étude du confort dans la zone commune en hiver

• Résultat des simulations

Scenario 1 : sans VMC

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3Scenario 2 : VMC hygiénique le jour

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

Scenario 3 : VMC hygiénique toute la journée

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

Scenario 5 : VMC forcée

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481 505 529 553 577 601 625 649 673

PMV sur 4 jours ; Scenario 5 (VMC forcée)

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24

occupation

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Étude du confort dans la zone commune en été

• Scénarii testés

  Débit de ventilation

Profil occupation

Activité

(Met)

Scénario 3VMC

hygiénique

9 000 m3/h VMC toute la journée

100%376pers

1

Scénario 5VMC forcée

18 000 m3/h

VMC toute la journée

100% 1

Scénario 6VMC max

50 000 m3/h

VMC toute la journée

100% 1

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Étude du confort dans la zone commune en été

• Résultats des simulations

Evolution des températures résultantes d'air sur 4 jours

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5

scenario 3 VMC hygiénique : 9 000m3/h

sceanrio 5 VMC : forcée 18 000m3/h

scenario 6 VMC max : 50 000m3/h

T air ext

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Eté : VMC hygiénique toute la journée (resconf4.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Eté : avec VMC 18000m3/h occupation à 100% (resconf66.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de m

élan

ge x

15 20 25 30 35 400

5

10

15

20

25Ete : VMC forcée 50000m3/h (resconf7.xls)

Temperature (°C)

Rap

port

de

mél

ange

x

Scénario 3 VMC 9 000 m3h

Scénario 5 VMC 18 000 m3h

Scénario 6 VMC 50 000 m3h

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Étude du confort dans la zone commune en été

• Résultats des simulations

PMV Scenario 3 : avec VMC hygiénique tout le jour

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 30 59 88 117

146

175

204

233

262

291

320

349

378

407

436

465

494

523

552

581

610

639

668

697

726

PMV scenario 5 : avec VMC forcée toute la journée

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

1 32

63

94

125

156

187

218

249

280

311

342

373

404

435

466

497

528

559

590

621

652

683

714

PMV Scenario 6 : avec VMC maximum tout le jour

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

1 30 59 88 117

146

175

204

233

262

291

320

349

378

407

436

465

494

523

552

581

610

639

668

697

726

Evolution du PMV sur 4 j : Scenario 6 (avec VMC maximum 50 000m3/h)

-3,5

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2 occupation

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Synthèse des solutions en été

description

Bâtiment

Version APD Modifié

Vitrages SimpleAvec protection solaire

par store déroulant (pour les vitrages ciblés au §

6.4.1.2.)

VMCHygiénique :9 000 m3/h

Max :50 000 m3/h

Vitese d’air par brasseur

plafonnier

-V=0,1m/sV=0,5/sV=1m/s

• Comparaison des performances : • bâtiment en version APD• Batiments modifié

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93

PMV batiment modifié Vair = 0,1 m/s PMV Bâtiment version APD

PMV batiment modifié Vair =0,5m/s PMV batiment modifié Vair =1 m/s

-3

-2

-1

0

1

2

3

1 30 59 88 117

146

175

204

233

262

291

320

349

378

407

436

465

494

523

552

581

610

639

668

697

726

PMV Bâtiment version APD PMV batiment modifié Vair =0,5m/s

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Synthèse étude de la zone commune

• Risque de condensation– Nécessité ventiler avec un débit minimum de 18 000m3/h toute

la journée.

• Confort été et hiver

– Protection générale des vitrages:

– Protection de la zone d’accueil

– Ventilation en été et hiver

Stores intérieurs déroulant de couleur claire sur les vitrages ciblés

•Débit minimum en été de 50 000 m3/h

•Débit minimum en hiver de 9 000m3/h

•Nécessité d’asservir le débit de la ventilation aux conditions de température intérieure.

•Apparition de courtes périodes chaudes (PMV>1,5) sur env. 20h

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Synthèse salle informatique

• En hiver – Cas similaire aux salles de classe– Confort assuré en journée

• En été– Bâtiment traversant : confort assuré pour une vitesse d’air

de 0.5 m/s– Bâtiment non traversant : confort assuré pour une vitesse

d’air 1 m/s

• Propositions/Projet – Brasseurs d’air– Ou climatisation

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Analyse de la zone « Animateur »

• Charges internes– Occupants : 4 personne (78 W sensible et 66 W latent) de 8h00 à

17h00.– Eclairage : artificiel seulement l’après midi (13h00 – 17h00) à 13

W/m². On suppose que le matin, l’éclairage naturel est suffisant.– Machines : 4 PC.

• Objectifs– Etude du confort sans conditionnement d’air– Risques de condensation

• Conception thermique– Isolation toiture/parois– Vitrage clair/vitrage fumé

• Traitement de l’air– Définition du débit de surventilation nocturne– Traitement de l’air sans climatisation - période été.– Traitement de l’air avec climatisation - période été.– Traitement de l’air sans chauffage – période hiver.

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Localisation

Zone Animateur

NG

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Traitement d’air été sans climatisation

Scénario de traitement d’air pour la période Eté Nomenclature associée VMC hygiénique (18 m3/ h) toute la journée pas de clim

1j_1n

VMC hygiénique toute la journée surventilation de 20 vol hyg / h la nuit (20h00 – 7h00)

1j_20n

VMC hygiénique toute la journée surventilation de 20 vol hyg / h la nuit (20h00 – 7h00) f enêtres ouvertes l’après midi (15h00 – 17h00)

1j_20n_ouv

VMC hygiénique toute la journée fenêtres ouvertes l’après midi (15h00 – 17h00)

1j_1n_ouv

Gest été. Comparaison entre differentes simulations avec eclairage l'après-midi. Jours 69-73

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21

Temps (heure)

Te

mp

éra

ture

re

su

lta

nte

(°C

)

Tair ext Tres gest 1j_1n_ecl Tres gest 1j_20n_ecl Tres gest 1j_20n_ouv_ecl Tres gest 1j_1n_ouv_ecl

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Traitement de l’air hiver sans chauffage

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Synthèse traitement de l’air

• Hiver– VMC hygiénique à maintenir 24h/24– Évite les pbs de condensation

• Ete– Meilleur scénario : VMC 1 vol/h le jour et surventilation

nocturne la nuit (5°C de baisse de température / 1vol/h) – Nécessité de brasseurs d’air ou d’ouverture des fenêtres

l’après midis

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Impact du vitrage fumé

• Confort thermique– Obligation d’utiliser l’éclairage artificiel– Surchauffe de 1°C avec le vitrage fumé le matin

• Puissance et énergie– Légère diminution de la puissance appelée– Par contre, augmentation de la consommation de 11 %

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Analyse de la zone Administration

• 4 zones– Zone principale (Nord Ouest)– Zone Coursive (Sud-Est)– Zone reprise– Zone Archives

• Simulations réalisées– Traitement d’air été – pas de climatisation– Traitement d’air avec climatisation– Traitement d’air hiver – pas de chauffage

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Diagramme de confort – Période été

Toutes les zones sont

comfortables

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Diagrammes de confort – période hiver

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Comparaison de scénarii de traitement d’air - été

• Cas 1 : climatisation toute la journée, VMC hygiénique

• Cas 2 : climatisation après midi, surventilation nocturne

• Cas 3 : pas de climatisation, VMC hygiénique le jour, surventilation nocturne

• Résultats cas 1/cas 2– L’appel de puissance en clim diminue de 10%– La consommation énergétique diminue de 45%

• Résultats cas 1/cas 3– Appel de puissance 17 fois plus faible– Consommation 10 fois plus faible

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Synthèse Administration

• Conception thermique– Toiture : augmentation de l’isolant pas nécessaire– Murs : isolation pas nécessaire– Vitrage fumé : à remplacer par un vitrage clair (baisse de

1°C)

• Traitement de l’air hiver– Chauffage pas nécessaire– VMC hygiénique 24h/24, sinon condensation

• Traitement de l’air été– Solution 1 : pas d’installation de conditionnement d’air

• VMC hygiénique le jour• Surventilation nocturne• Brasseurs d’air

– Solution 2 : installation de conditionnement d’air• Surventilation nocturne• Diminution de 45% de la consommation énergétique