Simulation thermique dynamique : définition et atouts
La simulation thermique dynamique d’un bâtiment tertiaire ou résidentiel vise à modéliser son comportement dans des conditions très proches du réel. À quoi sert une STD ? Quelles sont ses limites ? Quel logiciel utiliser pour simuler la performance énergétique d’une construction ?
Qu’est-ce qu’une simulation thermique dynamique ?
La simulation thermique dynamique (STD) est une méthode avancée de modélisation informatique qui permet de prédire et d’analyser le comportement thermique d’un bâtiment en fonction de divers paramètres.
Cette technique utilise des algorithmes sophistiqués pour simuler, sur base horaire, les échanges thermodynamiques à travers les différentes composantes du bâtiment, en prenant en compte :
- les matériaux de construction ;
- la répartition des pièces ;
- les systèmes de chauffage, ventilation, et climatisation (CVC) ;
- les conditions d’occupation ;
- des données météorologiques détaillées, telles que la température extérieure, le rayonnement solaire direct et diffus. Elle considère aussi parfois l’humidité relative et la vitesse du vent.
Ainsi, la STD travaille sur un bâtiment divisé en zones thermiquement homogènes, c’est-à-dire soumises à des contraintes thermiques équivalentes. Les charges internes sont prises en compte, comme l’éclairage artificiel, la chaleur dégagée par les occupants et les équipements électroniques.
Différences entre STD et simulation thermique statique (STS)
Plus simple que la STD, la STS prend en compte uniquement les caractéristiques du bâtiment et des conditions météorologiques standardisées. Elle permet de calculer les besoins en énergie pour le chauffage et la climatisation, mais néglige les variations climatiques et l’utilisation réelles du bâtiment.
Quels sont les objectifs de la simulation thermique dynamique dans le tertiaire ?
Dans le neuf ou en rénovation, la simulation thermique dynamique s’applique à tous les bâtiments résidentiels ou tertiaires pour évaluer l’efficacité énergétique d’une construction.
Dans le neuf
La simulation thermique dynamique aide à améliorer la conception du bâtiment dès les premières phases d’études en prenant en compte les spécificités du projet et les contraintes réglementaires.
Elle permet ainsi de concevoir des bâtiments confortables et performants sur le plan énergétique et environnemental, grâce à :
- un parfait dimensionnement des systèmes énergétiques ;
- une évaluation du confort thermique estival et hivernal ;
- une réduction des coûts énergétiques grâce à la valorisation des apports solaires et des gains thermiques passifs ;
- une planification des performances énergétiques conforme aux normes en vigueur comme le décret tertiaire et la loi climat et résilience.
Dans l’existant lors d’une rénovation énergétique
En rénovation, la STD permet d’évaluer l’impact de travaux sur la performance énergétique d’un bâtiment.
La simulation thermique dynamique analyse les performances actuelles avant de modéliser différents scénarios de rénovation. Elle analyse les coûts des mesures potentielles et les gains énergétiques attendus, ainsi que l’impact sur les occupants.
De ce fait, cette simulation thermique aide à prioriser les travaux les plus pertinents selon les caractéristiques du bâtiment, ses usages et son environnement.
Quelles sont les différentes étapes d’une étude STD ?
Pour réaliser une simulation thermique dynamique pertinente, une méthodologie en plusieurs étapes doit être respectée.
La définition des objectifs, du périmètre de l’étude et la collecte de données
Lors de la définition des objectifs et du périmètre de l’étude, les attentes en matière de performances énergétiques et environnementales sont déterminées. De même, les contraintes réglementaires et techniques sont à intégrer.
En outre, toutes les informations utiles à la modélisation sont collectées : plans du bâtiment, caractéristiques des matériaux utilisés et des systèmes CVC, usages, données climatiques, etc.
Modélisation du bâtiment et STD
À partir des données collectées, la digitalisation du bâtiment à l’aide d’un logiciel spécialisé peut commencer pour en créer un modèle numérique.
La simulation thermique dynamique va imiter le comportement du bâtiment en fonction de différents scénarios d’utilisation et des conditions climatiques.
Compétences indispensables à une STD
Réaliser une simulation thermique dynamique implique de faire appel à un expert de la modélisation aussi bien qu’à l’interprétation des résultats. De ce fait, il maîtrise les principes de la thermodynamique, comprend les objectifs du donneur d’ordre et les variables étudiées. Enfin, il sait obtenir un résultat fiable à partir du logiciel utilisé.
Analyse des résultats et optimisation des performances énergétiques
Le logiciel de STD offre un résultat qui permet de déterminer les besoins en énergie pour le chauffage, la climatisation, l’éclairage et la ventilation, ainsi que les émissions de gaz à effet de serre associées.
À partir des résultats obtenus, la phase la plus intéressante consiste à optimiser les performances énergétiques du bâtiment.
Des solutions techniques réalisables et rentables sont alors à envisager pour améliorer les performances énergétiques et environnementales de la construction.
Pour finir, les conclusions de l’étude de simulation thermique dynamique sont présentées aux différentes parties prenantes. Les choix techniques et les performances énergétiques et environnementales attendues sont argumentés pour aider à la prise de décision.
Simulation thermique dynamique : pourquoi se faire accompagner par une équipe spécialisée ?
Faire appel à une équipe de professionnels de la simulation thermique dynamique aussi bien pour des projets neufs qu’en rénovation permet d’améliorer l’efficacité énergétique d’un bâtiment à long terme.
Notre bureau d’étude réalise des simulations thermiques dynamiques pour vous aider à prendre les meilleures décisions en termes de performance énergétique et de conception des bâtiments.
De façon complémentaire, la réalisation d’un audit énergétique en entreprise, ou d’un audit énergétique en copropriété, offre des informations précieuses sur les meilleurs scénarios de rénovation possible en fonction des objectifs et des obligations réglementaires.
Enfin, nos experts guident les acteurs du tertiaire et les copropriétés dans leur prise de décision à travers des solutions efficaces et éligibles aux certificats d’économies d’énergie CEE, comme les opérations BAT-TH-109 et BAT-TH-116, , afin d’améliorer la rentabilité de leur projet.
Quels logiciels utiliser pour une simulation thermique dynamique ?
Pour réaliser une simulation thermique dynamique, plusieurs logiciels spécialisés peuvent être utilisés :
- EnergyPlus est idéal pour les bâtiments commerciaux et résidentiels ;
- Pleiades offre des fonctionnalités avancées pour des résultats qualitatifs ;
- TRNSYS est adapté aux constructions complexes ;
- DesignBuilder intègre des outils de modélisation de bâtiments en 3D, de conception de systèmes CVC et de calcul de l’éclairage naturel.
Cette liste de logiciels STD non exhaustive implique de choisir l’outil le plus adapté aux besoins du projet en fonction de ses caractéristiques et de sa complexité.
Quelles sont les limites d’une simulation thermique dynamique ?
Une simulation thermique présente toujours des limites par rapport à la réalité des usages.
La qualité des résultats obtenue dépend directement de la précision des données d’entrée et d’une bonne compréhension des hypothèses de départ.
De plus, une STD a tendance à simplifier la géométrie des bâtiments en zones thermiquement homogènes et à négliger certains phénomènes locaux, comme la stratification de l’air ou les échanges thermiques complexes.
