Analyse du cas TEELOCK ASSOCIATES

1. Analyse du cas TEELOCK ASSOCIATES • Le contexte • L’activité de recherche de l’équipe • Le logiciel de simulation CODYRUN • Le label ECODOM • Historique et objectifs • Les principes • III) Application au cas TEELOCK ASSOCIATES • Simulations CODYRUN • L’application du label Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

2. Thématique du groupe • Le contexte Modélisation de l’habitat et des systèmes associés 1) Evolution de l’outil spécifique CODYRUN 2 ) Environnement TRNSYS 3 ) Modélisation hybride en thermique de l’habitat 4) Approche automatique des systèmes d’état Validation et expérimentation 1 ) Cellule Expérimentale LGI 2 ) Expérimentation de systèmes de traitement d’air 3) Expérimentation de sites réels 4 ) Automatique appliquée à la mesure Applications en conception 1) Le label ECODOM 2) Nouveaux procédés d’isolation (Isolants Minces Réfléchissants) dans l’habitat Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

3. Modélisation, expérimentation, validation, applications Météo Mesures Calcul Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

4. CODYRUN et son application fichier météo description fichier résultat fichier excel Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

5. Maillage du problème thermique 11 Mailleur 10 9 8 1 6 5 2 7 5 3 4 Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

6. Le modèle aéraulique Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

7. La modélisation multimodèle CODYRUN • logements types • Pas de temps horairre • Prescriptions d’aide à la conception • modélisation détaillée • Pas de temps minute Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

8. Outil multizone Outil multimodèle Transferts aérauliques Température du ciel Convection extérieure Rayonnement diffus Convection intérieure Echanges GLO intérieurs Conduction Présentation du logiciel de simulation thermique Zone 4 Zone 2 Zone 1 Zone 3 • Transferts aérauliques Le modèle global du bâtiment Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat Bibliothèque de modèles

9. Description du bâtiment : les concepts zones composants interambiances composants Nord Zone 4 Zone 2 Zone 1 Sollicitations météorologiques Températures Puissances Humidités Débits aérauliques Energies t Zone 3 • Orientation recherche et conception • Description hiérarchique bâtiment Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

10. Les atouts logiciels de CODYRUN Météo CODYRUN Calcul • interface conviviale et environnement PC • choix du fichier météo • simulation en thermique ou en thermo-aéraulique • choix des modèles physiques adéquats • gestion de bibliothèques • possibilité d’intégrer de façon détaillée des masques proches • une aide est disponible • possibilité d’intégrer des systèmes de traitement d’air Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

11. L’évolution de CODYRUN … • Environnement TRNSYS utilisé par + de 200 laboratoires (développement partagé) - concept modulaire d’assemblage de blocs avec solveur intégré - UNE seule possibilité de bâtiment multizone SANS AERAULIQUE Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

12. Plan de la présentation du label • II)Elaboration d ’un label de conception thermique des bâtiments dans les départements d ’Outre-Mer • La MDE dans les DOM • L ’opération expérimentale ECODOM • Méthodologie • Résultats • Suivi expérimental Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

13. La MDE dans les DOM Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

14. Méthodologie-Historique 1994 Identification des différents contextes : Energétiques Climatiques Sociologiques Mise en place d ’un groupe de travail local et national Université, EDF, DDE, ADEME, Promotelec, Ministères, CSTB Architectes, BET Maîtres d ’Ouvrage sociaux et privés Economistes de la construction Positionnement / réglementation métropole 1995 200 logements labelisés 3 opérations expérimentales ECODOM Suivi sociologique et expérimental Intervention amont Identification des logements type Identification des journées type Identification des critères de comparaison et d ’analyse (énergétique, confort) 1999 Simulations sur les logements type retenus Procédure de simulation avec CODYRUN Expertise des réponses thermo-aérauliques Analyse des résultats de simulation Choix de solutions techniques performantes 1997 Mise en place d ’un document de référence Faisabilité technico-économique Recherche d ’opérations labélisables Formation, communication, sensibilisation 1996 Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

15. Les objectifs d ’ECODOM • Amélioration du confort thermique dans les logements neufs • Economies d ’énergie • Rapprochement entre les acteurs de la profession • Edition d’ un document de travail simple, pédagogique et compréhensible par tous Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

16. Le label ECODOM • Label sur les logements neufs : amélioration du niveau de confort • Prescriptions sur cinq points du logement • Implantation sur le site • Protection solaire de l ’enveloppe • (toiture, parois opaques, ouvertures) • Ventilation naturelle • Production d ’ECS • Chambre climatisée Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

17. Récapitulatif des simulations effectuées Logement collectif Logement lourd Logement léger Protection solaire de la toiture Protection solaire des vitrages Etude en Etude en Dimensions Etude en Etude en Couleur Isolant température puissance du débord température puissance foncée 0 cm x x Pas de débord x x alpha = 0.7 5 cm x x d/(2a+h) = 0.25 x x 10 cm x x d/(2a+h) = 0.5 x x claire 0 cm x x d/(2a+h) = 0.75 x x alpha = 0.4 5 cm x x d/(2a+h) = 1.75 x x 10 cm x x Lames mobiles opaques x x Protection solaire des parois Ventilation naturelle Traitement Couleur Etude en Etude en Perméabilité Etude en Isolation température puissance extérieure intérieure température 0 cm x x 15% 15% x a 2 cm = 0.4 x x 15% 25% x 4 cm et 0.7 x x 15% 40% x Protection par débord 25% 15% x d/h = 0.25 x x 25% 25% x a d/h = 0.50 = 0.4 x x 25% 40% x d/h = 0.75 et 0.7 x x 40% 15% x d/h = 1 x x 40% 25% x 40% 40% x Cas réel Option chambre climatisée Comparaison Logement Base / Logement ECODOM Logements type Individuel : Maison F4/5 Collectif : T3/4 Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

18. Protection solaire TOITURES SIMPLES ISOLEES Isolant type polystyrène Isolant type polyuréthane -1 -1 -1 -1 l l Couleur toiture = 0.041 W.m .K = 0.029 W.m .K a 5 cm 4 cm claire ( = 0.4) a 8 cm 6 cm moyenne ( =0.6) a 10 cm 8 cm foncée ( = 0.8) TOITURES AVEC COMBLES FORTEMENT VENTILES Isolant type polystyrène Isolant type polyuréthane -1 -1 -1 -1 l l Couleur toiture = 0.041 W.m .K = 0.029 W.m .K a pas d’isolation nécessaire claire ( = 0.4) a 2 cm 0 cm moyenne ( =0.6) a Orientation des fenêtres d d Localisation Est Sud Ouest Nord h Ile de la Réunion 0.8 0.3 1 0.6 h Cas 2 • Protection solaire de la toiture • Protection solaire des ouvertures Cas 1 Valeurs de d/(2a+h) cas1, ou d/h cas2 Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

19. Résultats - Protection solaire des parois opaques Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

20. Résultats - ventilation naturelle Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

21. ECODOM : les suites • 500 logements labellisés à ce jour • Retour d’expérience • Evolution vers un label à points => Evolution des prescriptions Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

22. Définition des zones du bâtiment III) Application au cas d’étude Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

23. Définitions des Interambiances du bâtiment (11 Interambiances) Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

24. Définition des composants du bâtiment • 50 composants • Parois • Vitrages • Ouvertures • Eclairage • Occupants Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

25. Un exemple de composant : une paroi Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

26. Un exemple de composant : un vitrage Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

27. L’interface et la saisie dans CODYRUN Zone 1 Zone 2 interambiance1 interambiance2 interambiance3 Composant 1 Composant 2 Composant 3 • La saisie se fait au moyen de fenêtres • Les divers boutons permettent de descendre dans l’arborescence du logiciel bâtiment Paroi 1 Paroi 2 vitrage Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

28. Étude des logements par simulation numérique • Choix de la séquence météorologique • Répartition du rayonnement • Efficacité des masques • Comparatif traditionnel/SCPR • Ventilation naturelle cas SCPR • Approche confort • Ventilation des hourdis Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

29. Choix de la séquence météorologique Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

30. Rayonnement incident sur Dalle terrasse • Zone étage : Répartition du rayonnement incident (Wh), Est Ouest (surfaces et la course du soleil) En raison de la porosité importante du logement, la toiture est le siège de ¾ des apports radiatifs à l’étage Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

31. Répartition du rayonnement sur les parois vert. / effet des masques • Une première indication des sollicitations solaires … • … mettant en évidence le rôle protecteur des espaces extérieurs Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

32. Efficacité des masques sur la façade EST Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

33. Effet de l’orientation du bâtiment Transmission / vitrages Absorption / Parois • Pas de direction privilégiée par rapport à la réponse thermique (pour des couleurs claires) Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

34. Présentation de la constitution des logements Traditionnel & SCPR  Dalle béton Dalle poutrelles & hourdis Différence majeure : Résistance thermique de l’enveloppe Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

35. Comparaison bâtiments fermés SCPR/ Traditionnel Jour 8 • Rôle alternatif de la résistance de l’enveloppe du bâtiment • la journée : limitation des apports par conduction (abs. ray solaire,conduction) • la nuit : limitation des déperditions (Tint élevées, Text plus basse) • Attention BTM fermés, absorptivité dalle faible (0.4, couleur claire) • SCPR => Tendance à lisser les températures de l’Etage Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

36. Effet de l’isolation de la toiture (0.4) • Sur ces cas, le rajout de • l’isolation tend à dégrader • les conditions intérieures • En terme de bilan d’énergie, solde moins avantageux • pour le cas SCPR Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

37. Effet de la couleur de la Dalle Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

38. Comparaison bâtiment SCPR ouvert et fermé au Rez-de-chaussée SCPRfermé SCPR ouvert 4 °C d’écart entre le cas ventilé et celui non ventilé Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

39. Ventilation naturelle : les débits échangés • Quelle que soit la constitution, la porosité (24 et 28 %) • assure des débits importants Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

40. Approche confort SCPR/Traditionnel Exploitation du diagramme de Givoni Kg(H2O)/Kg as Température (°C) Dans le cas ouvert, pas de possibilité d’appréciation du gain en confort Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

41. Approche par l’indice PMV* SCPR - La température d’air - La température radiante moyenne - La vitesse d’air - L'humidité relative - L’activité - La vêture L'indice PMV* : 9 niveaux (-3) Très froid (-2) Froid (-1) Légèrement froid (0) Ni froid, Ni chaud (1) Tiède léger acceptable (2) Tiède léger désagréable (3) Chaud tolérable (5) Très chaud (6) Intolérable Trad Indice PMV * pour l’étage, cas 1m/s Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

42. Etude de la ventilation naturelle des hourdis Extérieur Zone VIDE d’AIR Inter-ambiance avec du béton lourd Zone ETAGE Zone RDC Modification du zonage, ajout de composants, … Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

43. Ventilation des hourdis : résultats en température Diminution de 2°C si dalle de couleur sombre Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

44. Application du label sur le cas TEELOCK (1) Isolation toiture : 10 cm polystyrène Protection Baies : Augmenter de 20 cm le débord façade Est Protection Baies : Augmenter de 50 cm le débord façade Ouest Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

45. Application du label sur le cas TEELOCK (2) Isolation murs façade Sud 1 cm polystyrène Attentes Brasseur d’air dans pièces de vie Agencement intérieur : Augmenter porosité de 0.75 m² Prévoir des blocs porte Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

46. Synthèse ECODOM Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat

47. Conclusion • Le cas TEELOCK Associates ? Conception thermique initiale bien pensée, améliorable sensiblement au moyen des matériaux SCPR et encore perfectible (ECODOM) Sous nos climats, la modélisation thermique en régime dynamique est nécessaire pour comprendre finement le fonctionnement thermique d’une enveloppe Harry BOYER – Resp. Equipe Génie Civil Thermique Habitat