Projet ISTHMEMéthodologie de comparaison calculs –

mesures intégrant l’analyse de sensibilité et la propagation d’incertitudes

Rofaïda Lahrech – CSTB

avec la contribution de :Jean Robert Millet et Laurent Reynier [CSTB]

Julien Borderon, philippe Cardon, Constance Lancelle, Bassam Moujalled, [CEREMA]

et le soutien de l’ADEME et la DHUP

Finalité du projet ISTHMELes méthodes de calcul réglementaires (RT) sont basées sur le cœur de calcul COMETH, modèle de calcul pour la Simulation Energétique Dynamique

Question posée sur la fiabilité des méthodes de calcul réglementaires, autrement dit fiabilité de COMETH : le modèle COMETH permet-il de rapprocher les performances calculées aux performances réelles quand pour un bâtiment dont on dispose de mesures de suivis, on introduit en données d’entrée les caractéristiques thermiques intrinsèques du bâtiment, les scénarios d’usage et de comportement issus des mesures et les données météo enregistrées sur le site

Arrêté méthode de 1300 pages

Applicatif Th-BCE

COMETH

ScénariosMétéoValeurs par défautAbsence de veilleuse sur chaudièresEtc…

Moteur physique

Lois physiqueModèles bâtimentCalcul dynamique des consommations

Séparation informatique des

équations physiques et des

conventions

METHODOLOGIE ADOPTEE

Développement d’une méthodologie pour comparaison ‘calculs‘ –‘mesures’

Deux concepts importants de la méthodologie :

q Prise en compte des incertitudes des données et leurs propagation sur les résultats de calculs et/ ou des mesures. Les comparaisons calculs - mesures se font sur une distribution probable calculée et une distribution probable mesurée ; Les incertitudes, sur les données d'entrée de la méthode, et sur les résultats mesurés ne pouvant pas toujours être réduites à une valeur très faible

q Les comparaisons calculs – mesures se font d’une part sur une base annuelle et d’autre part sur une base mensuelle en traitant chacun des 5 usages RT séparément, ceci pour ‘réduire les faux positifs’ c’est-à-dire des compensations d’erreurs qui aboutiraient à un résultat global correct alors qu’il pourrait être erroné dans ses détails.

METHODOLOGIE ADOPTEE

UNE MÉTHODOLOGIE EN TROIS ÉTAPES :

q ETAPE 1 : comparaison calculs- mesures sur une base mensuelle et par usage mais sans prise en compte des incertitudes,

q ETAPE 2 : analyse de sensibilité sur les données d’entrée de la méthode de calcul en les prenant séparément , puis groupement de variables

q ETAPE 3 : comparaison calculs – mesures, avec incertitudes croisées (propagation d’incertitudes), sur une base annuelle et également mensuelle.

APPLIQUÉE À 3 BÂTIMENTS DU PANEL PREBAT

q Bâtiment de bureaux

q Maison individuelle

q Logement collectif

Application Au Bâtiment De Bureaux

§ Situé à Neufchâteau dans les Vosges (88) zoneclimatique H1b, altitude de 290m) sur un terrainisolé loin des masques solaires

§ R+1 de surface SHON_RT de 376,2 m² avec unesurface utile de 333,8 m².

§ Construit par un bureau d’études thermiques pouren faire son siège.

§ Livré en décembre 2009, (opération PREBATn°84).

§ ratio des baies vitrées est de 29% avec unesurface de 96,2 m², dont 61,5 m² au sud.

Enveloppe Caractéristiques thermiques

Structure Murs à ossature bois 20 cm de laine minérale (dont 15cm entre ossature) + 2cm de fibre de bois en extérieure

Toiture Toiture inclinée 40 cm de laine de verre (30cm pour la partie sous terrasse

Planchers bas Dalle béton de 16 cm 8 cm de polyuréthane

Fenêtres Baies vitrées métalliques triple vitrage

Surface vitrée totale: 91 m²

Uw = 0,9 W/m²K Fs = 0,4 (hiver)

Occultations Persiennes extérieures FS (été) = 0,02 Ubat = 0,251 W/m².K Q4pasurf = 0,5 m3/h.m²

Equipements Caractéristiques techniques

Chauffage

Génération PAC Air/eau 12kW Distribution Réseau d’eau Emission Radiateurs moyenne température

Régulation Robinets thermostatiques certifiés / Programmation : horloge

Ventilation VMC double flux avec échangeur de chaleur + surventilation nocturne

Eau chaude sanitaire Chauffe-eau électrique

Eclairage type de lampes /luminaires+ puissance installée Tubes fluorescents en éclairage direct 5 W/m²

Autres équipements Bureautique, Imprimante, serveur informatique, autres (audiovisuel, éclairage d’appoint, etc.)

Energies renouvelables 82m² de panneaux solaires photovoltaïques (Sud, 30°)

Application Au Bâtiment De BureauxETAPE 1

Les consommations mensuelles de février et novembre sont légèrement plus élevées que les mesures.

Chauffage

Eclairage

Consommations calculées presque deux fois plus élevées que les consommations mesurées Le calcul a été réalisé avec un niveau d’éclairement dans les bureaux de 300 lux

Application Au Bâtiment De BureauxETAPE 2

Chauffage

Application Au Bâtiment De BureauxETAPE 2

Eclairage

Application Au Bâtiment De BureauxETAPE 3

Chauffage

Application Au Bâtiment De BureauxETAPE 3

Eclairage

les deux courbes de probabilité de la mesure et du calcul ne se recoupent pas. Les incertitudes des variables retenues pour l’étude ne permettent pas d’expliquer ces écarts.

Causes probables de l’écart calcul – mesures :

qMéthode de calcul : prise en compte de la puissance installée mais quand l’éclairement artificiel est requis, toute la puissance n’est pas utilisée : nécessité de prise en compte du foisonnement

qBâtiment en fonctionnement : gestion manuelle de l’éclairage très ‘performante’ . La consommation du bâtiment est très en deçà de la ‘médiane’ statistique bâtiments de bureaux

Conclusions et perspectives

L’analyse et le traitement des résultats sur ces trois bâtiments n’est pas à ce jour complètement finie, d’autre part, le travail se poursuit sur 5 autres bâtiments du panel PREBAT.

q Une méthodologie de comparaison calculs – mesures robuste et efficace qui participe à la compréhension des consommations d’énergie des bâtiments en fonctionnement et des consommations calculées. Permet des propositions d’amélioration des méthodes de calcul et des suivis

q Difficulté de représenter tous les phénomènes de comportement de l’usager en lien avec gestion notamment

q Dans un processus de comparaison calcul – mesures, les mesures de suivis de bâtiments sont à analyser avec beaucoup de rigueur

q La méthode d’analyse de sensibilité permettrait de définir un plan de mesures et vérification

q Quantification des incertitudes sur données d’entrée : un vrai besoin de disposer de certaines distributions de probabilité selon critères simples (exploitation de bases de données de campagnes de mesures)

Conclusions et perspectives

q Méta modèle et groupement de variables :

q Avantages : analyse aisée du groupement de variable dont l’impact est prépondérant et analyse des interactions entre variables ( très intéressant dans d’autres cadres que celui de la comparaison calculs –mesures)

q inconvénients : introduit de l’incertitude sur les variables d’intérêt calculées ( consommations d’énergie).

q On peut utiliser exactement la même méthodologie sans recourir au groupement de variables et au méta modèle : COMETH serait utilisé directement pour les propagations d’incertitudes. Le temps de calcul est très faible -> Cf. projet MIRACLE