ENE 6510 Modélisation Énergétique des Bâtiments

Rôles de la simulation énergétiques des bâtiments

Contenu2

Simulation ou modélisation ?

Rôles de la simulation dans la vie d’un bâtiment

Processus de design intégré

Défis

Importance de l’utilisateur (Building Energy Modeler)

Types de logiciels

Modélisation vs. Simulation3

Modélisation Modèle = équations et algorithmes qui représentent les

phénomènes physiques

Simulation Simuler vient du latin simulare (faire semblant), de similis

(semblable, pareil)

Une simulation (sur ordinateur) utilise des modèles pour reproduire le comportement du système simulé

Simulation = processus d’exécuter des modèles et/ou les résultats obtenus

Modélisation4

Conduction [Clarke, 2001]

Simulation5

Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Time

En

erg

y in

pu

t [k

Wh

/d

ay]

Solar to Domestic Hot WaterHeat pumpsBoiler

Modélisation vs. Simulation6

Énergie et bâtiments : distinction floue Simulation ou Modélisation des Performances Énergétiques

des Bâtiments

En anglais Building (Energy) Performance Simulation, BPS

Par exemple IBPSA, International Building Performance Simulation Association, www.ibpsa.org

Building Energy Modeling

par exemple profession de Building Energy Modeler, ASHRAE –www.ashrae.org/BEMP

Dans la suite, BPS et BEM sont utilisés indifféremment

La vie d’un bâtiment7

Des rôles différents pour la simulation8

“Screening”

Design conceptuel

Design détaillé (optimisation)

Design détaillé (optimisation)

Autres rôles: guider les politiques, étudier l’impact de mesures, de stratégies de commande

Certification, labels

Commissioning

Validation/perfCommande

Le « modélisateur » doit intervenir tôt9

Building energy modeler

Rôles de la BPS10

Comparer des alternatives de design (conceptuel ou détaillé) Calculer leur impact énergétique, financier (investissement et opération) et sur le confort

Optimiser (itérations manuelles ou automatiques)

Dans « design » on inclut les stratégies de commande

Démontrer la conformité à un code, une norme, une certification de performance Souvent une comparaison avec un bâtiment de référence

Prévoir la consommation future d’un bâtiment (neuf ou rénové) Niveau de détail plus grand!

Vérifier le bon fonctionnement des systèmes Commissioning, MVP (Measurement and Verification Protocol)

Optimiser / aider à corriger le fonctionnement Détection des pannes (Fault Detection and Diagnostics, FDD)

Intégration dans les stratégies de commande (Model-Predictive Control, MPC)

Bénéfices de la BEM11

[RMI, 2013]

Modèles/simulations diffèrent selon les besoins12

[RMI, 2013]

Tâches associées aux types de simulation13

[RMI, 2013]

Défis14

Objectifs très différents Données disponibles très différentes, qui évoluent

Incertitude Hypothèses, valeurs par défaut

Modèles différents, nécessité de partager les données (Building Information Management, BIM)

« Reward follows effort » (Clarke, 2001)

“ If you can’t simulate it, don’t build it ” (Clarke, 2009)

« Garbage in, garbage out » (M.E. GROUP & Hutton Architecture Studio, 2011)

Bien utiliser les logiciels!15

Logiciels parfois très complexes Leur validation n’est pas parfaite mais

progresse

ASHRAE Standard 140

Prise de conscience de la nécessité d’encadrer les utilisateurs Un exemple: la certification de “Building

Energy Modeling Professional” de l’ASHRAE https://www.ashrae.org/education-certification/certification/bemp-building-energy-modeling-

professional-certification

Une nouvelle norme en 2018 ASHRAE Standard 209

Et au fait, combien ça coûte?16

Temps et effort pour améliorer le design difficile à cerner

Pour certifications (i.e. LEED), 2 façons de voir: Un modèle (+ documentation) prend facilement 200 h, à $100

par heure ça donne 20 k$

Un surcoût pour LEED pourrait être de $1 à $5 par m². Pour un grand bâtiment de 15000 m² cela donne 15000 $ ou plus.

Types de logiciels

« Screening »

Retscreen (www.retscreen.net)

Screening tool (http://www.screeningtool.ca/)

MIT Design Advisor (designadvisor.mit.edu)

Design conceptuel

Exemple: HEED (résidentiel, www.aud.ucla.edu/heed)

Conformité (code, éligibilité pour subventions, LEED)

EE4, http://www.nrcan.gc.ca/energy/software-tools/7453

EQuest, www.doe2.com/equest/

CAN-Quest, http://www.nrcan.gc.ca/energy/efficiency/buildings/eenb/16600

SIMEB, https://www.simeb.ca/

Design

EnergyPlus (e.g. interface DesignBuilder ou SIMEB), Equest, TRNSYS, ESP-r, IES.

Lien avec outlis 3D tels que Sketchup, Rhino

Commissioning, MPC, MVP

EnergyPlus, ESP-r, TRNSYS

Optimisation

Beopt, Genopt

Calibration

SIMEB

Éclairage

Daysim, Radiance, COMFEM

Aspects particuliers

Fenêtres (WINDOW)

Ponts thermiques et cadres (THERM)

17

Ressources pour un aperçu des logiciels18

IBPSA Building Energy Software Tools Directory https://www.buildingenergysoftwaretools.com/

Crawley, D. B., Hand, J. W., Kummert, M., & Griffith, B. T. (2008). Contrasting the capabilities of building energy performance simulation programs. Building and Environment, 43(4), 661–673. http://gundog.lbl.gov/dirpubs/2005/05_compare.pdf

Références19

Bonne introduction à la BPS: M.E. GROUP and Hutton Architecture Studio, 2011. Energy modeling: a

guide for the building professional. http://bit.ly/BemGuideColo

Autres références citées: ASHRAE Building Building Energy Modeling Professional Certification:

www.ashrae.org/bemp

Clarke, J. 2001. Energy Simulation in Building Design. 2nd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann

International Building Performance Simulation Association: www.ibpsa.org

Nils Larsson, N., 2009. The Integrated Design Process; History and Analysis. International Initiative for a Sustainable Built Environment (iiSBE).

Rocky Mountain Institute (RMI). 2013. Building Energy Modeling for Owners and Managers, http://www.rmi.org/Knowledge-Center/Library/2013-17_BEMFOANDM.

Références20

Forums de questions/réponses:

Aperçu de l’importance de certains sujets sur un de ces forums de discussion