DYNASIMUL ET SIMINTHEC - prebat.net · (ex: puit canadien, roue dessicante, ventilation naturelle …) Réduction de problèmes non linéaires de diffusion . Dynasimul et Siminthec

Développement d’une plateforme commune

de simulation

Modèles thermiques et électriques

Etienne Wurtz

INES-RDI CNRS, LOCIE, Université de Savoie

DYNASIMUL ET SIMINTHEC

2 Dynasimul et Siminthec

Objectif

Contexte

Objectif:

• Mettre en place une réflexion visant à définir le développement

d’une plateforme de simulation prenant en compte les récentes

évolutions dans le domaine de la thermique du bâtiment.

Contexte:

• Une offre en logiciels disparate

• Pas d’interopérabilité entre environnements

• Développement d’un projet national SIMBIO

• 60000 utilisateurs pour Energy +

• Un intérêt grandissant pour MODELICA

• Des tentatives d’homogénéisation (NMF, IFC)

• La modélisation, un besoin et une nécessité

• Réalisation de plate-formes d’expérimentation INCAS et PREDIS


• Mieux connaître les attentes des utilisateurs

• Favoriser l’interopérabilité entre codes

• Mettre à disposition de la communauté une base de données

• Proposer de nouvelles méthodes de modélisation adaptées aux bâtiments basse consommation

Objectifs


Défis

Résultats attendus

Transferts

Couplages fonctionnels

de logiciels de simulation

Défis scientifiques

et techniques Résultats attendus Transferts

Trnsys-Matlab/Simulink

Modelica-Energy+ Mise à disposition à la

communauté

Base de donnée

fonctionnelle

Conception d’une

base de donnée

Exploration de

nouvelles méthodes

de modélisation

Mise à disposition à la

communauté pour

renseignement

Codyrun-TrnSys etc.

Méthodes de réduction

Méthodes d’optimisation

Modeleur / Mailleur 3D

Publications


Résultats volet 1: Développement de plates-

formes de simulation opérationnelles

État de l’art sur les couplages entre logiciels

Couplages globaux

Couplage de logiciels:

Couplages encapsulés: TrnSys-

Matlab/Simulink, fonctionnel dans les 2

sens (possibilité d’importer un modèle de

TrnSys et de le faire tourner dans

Matlab/Simulink et inversement)


Résultats volet 2: Développement de bases de

données pour la simulation

Champs

couverts

Modèles

Géométrie 3D

Propriétés

physiques

Description

Liens entre

modèles

Famille de

modèle

Saisie et consultation

via serveur web Tests de la base de donnée en cours

Matériaux

Unités

Propriétés

thermo-physiques

Comportements

Valeurs particulières Liens

SIG


Résultats volet 3: Développement d’une

nouvelle approche de modélisation

Fusion/Solidification d’une plaque de paraffine

Modèle complet: 629 e.d.o





Enveloppe standard &

couplage avec le sol (chaleur, humidité, polluants)

Enveloppes

nouvelles (ex: MCP intégrés)

Lieux de stockage

(sensible, latente, thermochimique)

Dispositifs passifs/actifs de

chauffage/refroidissement (ex: puit canadien, roue dessicante, ventilation naturelle …)

Réduction de problèmes non

linéaires de diffusion


De DYNASIMUL A SIMINTHEC


Tache 1 et 2 : Une plate-

forme pour valider les

outils de simulation

Exploitation des résultats de la plate-forme d’expérimentation

de l’institut national de l’énergie solaire pour valider les

modèles


Tâche 3 : Modélisation

thermique

• Objectifs

– Fournir des modèles thermiques des composants et des systèmes adaptés aux problèmes de gestion de l’énergie dans le bâtiment.

– Participer à l’interopérabilité de ces modèles avec les outils de génie électrique et de contrôle commande.

• Programme de recherche/développement

1. Modèles détaillés des composants et des systèmes :

a. Analyse critique des environnements et modèles existants à la lumière de l’application envisagée : la gestion de l’énergie.

b. Développement de modèles détaillés de composants et systèmes inexistants dans les environnements actuels.

2. Modèles réduits des composants et des systèmes :

a. Développement de méthodes de réduction adaptées.

b. Adapter l’ordre de réduction des modèles à l’horizon de prévision requis par les applications envisagées (gestion anticipée, contrôle/commande).

3. Granularité et sémantique :

a. Assurer l’interopérabilité des modèles pour leur projection dans MODELICA ou leur encapsulation dans un composant logiciel.


Tache 4 : Modèles

électriques

• VMC double flux: les moteurs de

ventilation, les variateurs de vitesse,

l'échangeur rotatif

• Panneaux photovoltaïques

• Pompe à chaleur: le moteur du

compresseur

• Batterie électrique

• PC portable

• Sources d'éclairage

VS

RS X Rr

Rr(1-g)/gRm XmVS

RS X Rr

Rr(1-g)/gRm Xm

Objectifs

- fournir des modèles des composants et des systèmes électriques utilisables

dans un bâtiment.

- projeter ces modèles dans les standards d’inter-operabilité

-Vers MODELICA -> Lot 6 -Vers BOITE Noire -> Lot 7

Les dispositifs visés Exemple: Moteur VMC double flux

MODELICA Boite Noire

Modèle

électrique


Tache 5 : Occupants

et climat

• Climat : modèle stochastique et/ou prévisions météo

– Modèles ARMA (Box & Jenkins,1976)

– Time-dependent, Autoregressive Gaussian model (Aguiar & Collares-

Pereira,1992)

– Réseaux de neurones, utilisation des prévisions min/max (Abdel-Aal, 2004)

– Indicateur d’incertitude : 1 – écart quadratique / variation normale saisonnière

(Priestley forecasting skill score )

– Chaînes de Markov pour l’indice de clarté (rayonnement solaire) et l’écart à la

normale saisonnière (température)

• Occupants – Modélisation des actions

– Aspects stochastiques : chaîne de Markov

12


tache 6 : Intégration

de modèles

- Maîtrise du standard et du langage

- Identification des solveurs

- Identification des spécificités de chacun dans le traitement des formes des

équations

- (directionnelles), besoins des inverses ou génération automatique

- Traitement des variables discrètes et des variables booléennes

- Traitement des équations implicites qui

découlent de la connections des ports

Objectifs

- réaliser la simulation électrique – thermique – contrôle en MODELICA

- approche d’inter-opérabilite dite boite blanche

- intérêt de MODELICA:

-avoir un langage commun&standardise entre logiciels de simulation thermique – électrique – contrôle/commande

Les tâches: Modèle

thermique

sous forme

de schéma

électrique

équivalent

Projection

en langage

MODELICA

Illustration:


tâche 7 :

Interopérabilité

- Définition du standard de composant logiciel

- Réalisation d’un « co-simulation Service Bus » permettant de faire co-simuler les

modèles

Lot 3: Thermique

Lot 4: Electrique

Lot 5: Occupant & Climat

- Réalisation d’un forge:

Site Internet permet de spécifier en

commun les composants logiciels

Objectifs

- élaboration d’une norme de composants logiciels

- approche d’inter-opérabilité dit « boite noire »

- permettre l’échange de composants directement échangeables/executables

entre logiciels électrique/thermiques/contrôle-commande/modélisation usager (Composant dits « Plug&Play »)

Les tâches:

1 Réalisation visée:

Composant

logiciel

Électrique

Composant

logiciel

thermique

Composant

Logiciel

Occupant&climat

Orchestration

des composants logiciels sur bus

logiciel

-> Simulation globale


Tâche 8 : Gestion

optimisée

• Exemple de couplage thermique-électricité, collaboration CEP-G2ELab

• Modèle thermique bâtiment (généré par COMFIE)

– Système matriciel initial pour chaque zone thermique

T : températures, Y : sorties

U : Sollicitations (Text, flux solaires,

puissances internes, etc.)

– Système après réduction et intégration

• Exportation du modèle par fichiers textes, pour échange avec autres solveurs

(Matlab, solveur Modelica)

• Possibilité d’adapter le pas de temps

• Couplage avec équipements, apports

Internes, ventilation…

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n

g

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Perspectives

• Considérer les développements d’energy+ et le couplage avec MODELICA

• Valider les résultats des outils sur les bâtiments BBC et 0-energie

• Adapter capacité des outils et besoins

• Coupler modèles thermiques et électriques

• Résoudre les problèmes thermo-aérauliques


Merci de votre attention

Documents

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