Comment ça
marche ?
L’outil se base sur des centaines de simulations thermiques dynamiques (STD) réalisées sur l’outil PLEIADES+Comfie pour les locaux résidentiels et TRNSYS pour les bâtiments scolaires et bureaux. Ces logiciels permettent de simuler de façon dynamique le comportement thermique et lumineux d’un bâtiment.
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Informations générales
Fonctionnement
Les deux logiciels utilisés pour constituer la base de données de CALEEPSO (PLEIADES et TRNSYS), effectuent des simulations thermiques dynamiques sur une année pour chaque pas de temps horaire. Cela permet de simuler le comportement thermique d’un local, notamment la température intérieure et ses évolutions en fonction de l’interaction dynamique avec le climat extérieur (température, ensoleillement…). Le rayonnement solaire qui frappe la baie vitrée contribue à réchauffer le local, ce qui peut être bénéfique en hiver, mais contribue à la surchauffe en été.
Les consommations énergétiques de chaque local sont simulées en fonction des systèmes de chauffage et de refroidissement utilisés.
- Le chauffage et la climatisation sont enclenchés de façon à maintenir la température intérieure dans la plage de confort indiquée par les profils de consigne et le scénario d’occupation du local.
- La position de la protection solaire est modifiée de façon à assurer une luminosité conforme au profil de consigne en éclairement.
Les simulations, réalisées par le bureau d’études thermiques, Pouget Consultants prennent en compte tous les paramètres d’entrée ce qui conduit à plusieurs milliers de combinaisons possibles.
Zones climatiques
Les simulations utilisent les données météorologiques des 8 zones climatiques de France, définies par la RE 2020. Deux climats sont pris en compte :
- Le climat actuel avec les données moyennes de Météo France des années 2000-2019.
- Un climat projeté de 2040 selon le scénario RCP 4,5 élaboré par le GIEC.
| Zone climatique | Ville | Moyenne (2000 – 2019) | RCP 4.5 2040 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| DJU Chaud (18°) | DJU Froid (18°) | DJU Chaud (18°) | DJU Froid (18°) | ||
| H1a | Paris Montsourit (75) Le bourget (93) Paris Orly ( 94) Roissy Charle de Gaulle ( 94) | 2086 2305 2267 2264 | 2086 2305 2267 2264 | 1080 2053 2053 1985 | 515 477 512 468 |
| H1b | Nancy (54) Metz (57) Reims (10) | 2475 2587 2629 | 408 370 300 | 2177 2298 2367 | 519 522 382 |
| H1c | Macon (71) Lyon (69) Clermont-Ferrand (63) | 2158 1947 2012 | 539 661 533 | 1894 1760 2000 | 734 859 596 |
| H2a | Rennes (35) Brest (29) Vannes(56) | 2277 2191 2241 | 256 119 135 | 2016 1984 2003 | 321 147 199 |
| H2b | Tours (37) Nantes (44) Poitiers (86) La Rochelle (17) | 2238 2170 2233 1934 | 354 289 398 313 | 2005 1941 1962 1681 | 493 403 542 406 |
| H2c | Agen (47) Bordeaux (33) Toulouse (31) | 2003 1872 1722 | 575 505 656 | 1807 1678 1525 | 736 647 908 |
| H2c | Carpentras (84) Montélimar (26) Privas (07) | 1800 1859 1818 | 803 619 738 | 1597 1593 1559 | 1100 893 985 |
| H3 | Nice (06) Marseille (13) Montpellier (34) | 1314 1563 1565 | 771 835 726 | 1098 1386 1393 | 1025 1057 962 |
Orientations
CALEEPSO permet à l’utilisateur de choisir l’orientation de la façade pour chaque local simulé. Les simulations ont été faites avec 7 orientations de façade possibles afin de mieux prendre en compte le vrai niveau d’ensoleillement :
La façade Nord n’a pas été simulée car elle est la moins exposée au soleil et les gains énergétiques réalisables avec des protections solaires y sont minimes.
Résultats
CALEEPSO utilise la méthodologie de calcul de la législation RE 2020 applicable aux bâtiments neufs. Les résultats sont toujours exprimés par rapport à une situation de référence « sans protections solaires ». A la fin de chaque simulation, les indicateurs suivants sont donnés :
En période d’ensoleillement, une partie du rayonnement incident frappe la protection solaire, tandis que l’autre est transmise par la partie non protégée du vitrage, en fonction de l’incidence variable due à la position du soleil.
- Economies d’énergie : le nombre de kilowatt-heure (kWh) économisés grâce à l’utilisation des protections solaires. On propose à l’utilisateur les résultats global, ainsi que le détail des économies selon le poste de consommation (chauffage ou climatisation).
- Indicateur gaz à effet de serre (GES) : les émissions de gaz à effet de serre évitées sont calculées en fonction du nombre de kWh économisés. La production de l’énergie rejette du CO2 dans l’atmosphère, donc toute énergie non-consommée permet d’éviter des émissions de CO2. Pour faire le calcul, le mix énergétique français a été pris en compte.
- Le nombre de degrés-heures d’inconfort (DH). Il s’agit de l’indicateur de l’inconfort thermique utilisé dans la RE 2020. Il correspond au nombre de degrés et heures au-dessus d’une température de confort fixée à 28 °C le jour et 26 °C la nuit. Exemple : lorsqu’il fait 30 °C pendant 2 heures dans la journée, on considère qu’il y a 4 DH. La RE 2020 fixe un seuil de conformité annuel de 1 250 DH pour un local résidentiel.
- Température opérative maximale (pour le local résidentiel). Cette température correspond à la température maximale enregistrée dans le local.
- Température moyenne (pour les bâtiments d’enseignement et les bureaux). Il s’agit de la température moyenne sur toute l’année, enregistrée dans le local simulé.
Local Résidentiel
Détails du local simulé
Le local simulé correspond à une pièce de séjour issue d’un logement en mitoyenneté sur l’ensemble des façades. Seule la façade vitrée est en contact avec l’extérieur. Les autres parois sont considérées sur des ambiances et usages similaires à la pièce étudiée :
Seule la façade vitrée donnant sur l’extérieur est considérée déperditive. Les autres façades sont considérées en contact avec des espaces ayant des évolutions de températures équivalentes.
Les dimensions de la surface vitrée sont les suivantes :
- Hauteur 2,10m
- Largeur 2,60m
- Allège 0,00
- Encastrement 0,20m
- La surface de la pièce étant de 23 m2
Caractéristiques des parois
Pour cette étude deux types de vitrages sont pris en compte. Ils correspondent au vitrage C selon l’EN 14501 (double vitrage 4/16/4 standard) et au vitrage B selon l’EN 14501 (double vitrage 4/12/4, première génération des fenêtres double-vitrage).
Caractéristiques des parois :
| Caractéristiques des parois | |
|---|---|
| Mur sur extérieur | Voile béton + 120 + 13mm de doublage PSE 32 (R 3,75m2 K/W) |
| Mur mitoyen | Voile béton |
| Planchez bas (mitoyen) | Dalle béton |
| Plancher haut (mitoyen) | Dalle béton |
Consignes de température
Les consignes de températures sont :
| Chauffage | Occupation | 19°C |
| innoccupation | 16°C | |
| Refroidissement | Occupation | 26°C |
| innoccupation | 30°C |
Lors de la simulation thermique dynamique, si ces températures sont dépassées, des consommations d’énergie sont activées, soit pour le chauffage, soit pour le refroidissement.
Les périodes de chauffage et de refroidissement suivants sont pris en compte :
| Chauffage | Début | Semaine 40 – 1er octobre |
| Fin | Semaine 21 – 27 mai | |
| Refroidissement | Occupation | Semaine 22 – 28 mai |
| innoccupation | Semaine 39 – 29 septembre |
Protections solaires
Pour cette étude, 14 protections solaires (+ 1 simulation sans aucune protection solaire qui correspond à la situation de référence) sont étudiées. Les propriétés des différents produits simulés sont les suivantes :
| Stores Vénitiens | Propriétés occultation | Vitrage avec occultation | Menuiserie (cadre + vitrage + occultation) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Te | Re | Sgtot (g=0,59) Inclinaison lame 45° hauteur du soleil 30° | Sw Inclinaison lame 45° hauteur du soleil 30° |
| Extérieure | Blanc | 0 | 0,70 | 0,09 | 0,07 |
| Sombre | 0 | 0,30 | 0,02 | 0,03 | |
| Stores toiles | Propriétés occultation | Vitrage avec occultation | Menuiserie (cadre + vitrage + occultation) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Te | Re | Sgtot (g=0,59) | Sw |
| Extérieure | Noir Orange Jaune Blanc | 0,03 0,13 0,21 0,27 | 0,19 0,42 0,50 0,64 | 0,04 0,09 0,15 0,19 | 0,04 0,08 0,12 0,14 |
| Interieur | Blanc low-e Blanc Gris/noir Orange Rouge Bleu | 0,03 0,13 0,21 0,13 0,08 0,03 | 0,19 0,42 0,50 0,42 0,31 0,19 | 0,26 0,30 0,35 0,41 0,45 0,50 | 0,19 0,22 0,25 0,29 0,32 0,34 |
| Volets extérieurs | Propriétés occultation | Vitrage avec occultation | Menuiserie (cadre + vitrage + occultation) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Te | Re | ΔR (m².K/W) | Sgtot (g=0,59) | Sw |
| Extérieure | Blanc | 0 | 0,70 | 0,19 | 0,09 | 0,07 |
| Sombre | 0 | 0,30 | 0,19 | 0,02 | 0,03 | |
Les volets peuvent être battants ou roulants.
Etablissement Scolaire
Détails du local simulé
Le local simulé correspond à une salle de cours issue d’un établissement scolaire en mitoyenneté sur l’ensemble des façades. Seule la façade vitrée donnant sur l’extérieur est considérée déperditive. Les autres façades sont considérées en contact avec des espaces ayant des évolutions de températures équivalentes :
| Caractéristiques des de la géométrie du local (56m²) | |
|---|---|
| Profondeur | 7,0m |
| Largueur | 8,0 m |
| Hauteur sous plafond | 3,0 m |
| Surface vitrée | 25% de la surface utile : 14m² 2x (2m x 3,5m) |
Les parois du local simulé correspondent à l’état de l’art des bâtiments existants :
| Caractéristiques des parois | |
|---|---|
| Mur sur extérieur | Voile béton + 120mm de doublage (R 3,75m&.K/W) + BA13 |
| Mur mitoyens | Cloison SAD 160 |
| Plancher bas (mitoyen) | Dalle béton |
| Plancher haut (mitoyen) | 25% de la surface utile : 14m² 2x (2m x 3,5m) |
Pour l’étude, deux types de menuiserie sont modélisées : un double vitrage standard et un double vitrage plus performante. Les données sur le vitrage seul et le cadre sont celles permettant d’atteindre les caractéristiques thermiques générales.
| Menuiserie N°1 | Menuiserie N°2 | ||
|---|---|---|---|
| Caractéristiques thermiques | Uw sans protection Sw sans protection TL sans protection | 2086 2305 2267 2264 | 2086 2305 2267 2264 |
| Vitrage seul | Ug Sg Tlg | 2475 2587 2629 | 408 370 300 |
| Cadre | Uf af % cadre | 2158 1947 2012 | 2,50 W/m².K 0,60 33% |
Consignes de température
Les consignes de températures sont les suivantes :
| Consignes de températures | ||
|---|---|---|
| Chauffage | Occupation Inoccupation (≤48 heures) Absence prolongée (≥48 heures) | 19°C 16°C 7°C |
| Refroidissement | Occupation Inoccupation (≤48 heures) Absence prolongée (≥48 heures) | 26°C 30°C – |
Lors de la simulation thermique dynamique, si ces températures sont dépassées, des consommations d’énergie sont activées, soit pour le chauffage, soit pour le refroidissement.
Pour le local scolaire, le scénario d’occupation comprenant des vacances scolaires a été pris en compte :
IMAGE
Occupation hebdomadaire : lundi à vendredi : 8h00 – 18h00
Protections solaires
Pour l’étude sur le local d’un bâtiment d’enseignement, 14 protections solaires (+ 1 simulation sans aucune protection solaire qui correspond à la situation de référence) sont étudiées. Les propriétés des différents produits simulés sont les suivantes :
| Stores venitiens | Vitrage avec occultation | Menuiserie (cadre + vitrage + occultation) | ||
|---|---|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Te | Sgtot (g=0,59) | Sw |
| Extérieure | Opaque blanc | 0 | 0,09 | 0,07 |
| Opaque noire | 0 | 0,02 | 0,03 | |
| Stores toiles | Vitrage avec occultation | |
|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Sgtot (g=0,59) |
| Extérieure | Noir Orange Jaune Blanc | 0,05 0,10 0,15 0,20 |
| Interieur | Blanc low-e Blanc Gris/noir Orange Rouge Bleu | 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 |
| Volets extérieurs | Vitrage avec occultation | |
|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Sgtot (g=0,59) |
| Extérieure | Blanc | 0,05 |
| Sombre | 0,03 | |
L’utilisation du logiciel TRNSYS a permis de prendre en compte des scénarios d’automatisation des volets et des stores qui correspondent à l’état de l’art et permettent d’améliorer davantage les performances des produits automatisés.
Bureau
Détails du local simulé
Le local simulé correspond à un plateau de bureaux type open space ou bureau individuel issu d’un bâtiment de bureaux en mitoyenneté sur l’ensemble des façades. Seule la façade vitrée donnant sur l’extérieur est considérée déperditive. Les autres façades sont considérées en contact avec des espaces ayant des évolutions de températures équivalentes :
| Caractéristiques de la géométrie du local (20m²) | |
|---|---|
| Profondeur | 5,0m |
| Largueur | 4,05 m |
| Hauteur sous plafond | 3,4 m |
| Surface vitrée | >60% de la surface utile : 12,6m² 2x (3,1m x 4,05m) |
Caractéristiques des parois
Les parois du local simulé correspondent à l’état de l’art des bâtiments existants. La paroi déperditive est une façade rideau avec 60% de surface vitrée :
| Caractéristiques des parois | |
|---|---|
| Mur sur extérieur | Façade rideau |
| Murs mitoyens | Cloison SAD 160 |
| Plancher bas (mitoyen) | Dalle béton |
| Plancher haut (mitoyen) | Dalle béton |
Pour l’étude, deux types de façades rideau sont modélisées. Une façade rideau double vitrage standard et une façade rideau double vitrage plus performante. Les données sur le vitrage seul et le cadre sont celles permettant d’atteindre les caractéristiques thermiques générales.
| Menuiserie N°1 | Menuiserie N°2 | ||
|---|---|---|---|
| Caractéristiques thermiques | Uw sans protection Sw sans protection TLcw sans protection | 2,50 W/m².K 0,40 0,50 | 2,55 W/m².K 0,51 0,54 |
| Vitrage seul | Ug Sg Tlg | 1,30 0,59 0,75 | 2,90 0,76 0,82 |
| Cadre | Uf af % cadre | 1,80 W/m².K 0,60 13% | 2,50 W/m².K 0,60 33% |
| Allège pleine | 0,5 22% | 0,5 22% | 0,5 23% |
Consignes de température
Les consignes de température sont les suivantes :
| Consignes de températures | ||
|---|---|---|
| Chauffage | Occupation Inoccupation (≤48 heures) Absence prolongée (≥48 heures) | 19°C 16°C 7°C |
| Refroidissement | Occupation Inoccupation (≤48 heures) Absence prolongée (≥48 heures) | 26°C 30°C – |
Lors de la simulation thermique dynamique, si ces températures sont dépassées, des consommations d’énergie sont activées, soit pour le chauffage, soit pour le refroidissement.
Pour le bâtiment de bureaux on considère qu’il n’y a pas de vacances, mais l’occupation a lieu que du lundi à vendredi de 8h00 à 18h00.
Protections solaires
Pour l’étude sur le local d’un bâtiment d’enseignement, 14 protections solaires (+ 1 simulation sans aucune protection solaire qui correspond à la situation de référence) sont étudiées. Les propriétés des différents produits simulés sont les suivantes :
| Stores Vénitiens | Vitrage avec occultation | ||
|---|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Sgtot (g=0,59) Inclinaison lame 45° | Sgtot (g=0,59) Inclinaison lame 45° |
| Extérieure | Opaque blanc | 0,09 | 0,03 |
| Opaque noir | 0,02 | 0,01 | |
| Stores toiles | Vitrage avec occultation | |
|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Sgtot (g=0,59) |
| Extérieure | Noir Orange Jaune Blanc | 0,05 0,10 0,15 0,20 |
| Interieur | Blanc low-e Blanc Gris/noir Orange Rouge Bleu | 0,25 0,30 0,35 0,41 0,45 0,50 |
| Volets extérieurs | Vitrage avec occultation | |
|---|---|---|
| Position | Exemple coloris | Sgtot (g=0,59) |
| Extérieure | Blanc | 0,05 |
| Sombre | 0,03 | |
L’utilisation du logiciel TRNSYS a permis de prendre en compte des scénarios d’automatisation des volets et des stores qui correspondent à l’état de l’art et permettent d’améliorer davantage les performances des produits automatisés.
Informations pratiques
Présentation live de l’outil – Demo lors du Salon Bepositive à Lyon
