Simuler l’environnement et le bâti

Prévoir l’influence de l’environnement sur le bâtiment et le comportement dynamique du bâtiment lui-même nécessite d’être capables de simuler plusieurs phénomènes physiques. Nous avons sélectionné un ensemble d’outils jugés mieux documentés et scientifiquement éprouvés :

• Ensoleillement, lumière visible : Radiance (moteur de Raytracing développé au Lawrence Berkeley National Lab)
• Simulation : Energyplus (moteur de simulation thermique dynamique également développé au Lawrence Berkeley National Lab)
• CFD : OpenFOAM (solveur CFD initialement développé par l’Imperial College de Londres puis transféré à une fondation open source)

Pour ces 3 types de simulations, notre chaîne d’outils habituelle comprends : le modeleur 3D Rhino pour la définition de la géométrie et la suite Ladybug Tools (ou directement Grasshoper lorsque des variations paramétriques sont nécessaires) pour l’interface avec les moteurs de calcul.

Simuler le fonctionnement des systèmes réels

Les principaux outils de simulation thermique dynamique comprennent de modèles pour la simulation des systèmes. Ces modèles fournissent des résultats précis mais leur intégration est longue et source d’erreurs. De plus, ils ne permettent que de simuler des systèmes standards, tout élément atypique doit faire l’objet d’une approximation dont la précision est difficile à maîtriser.

LHIRR développe une bibliothèque de composants en langage Python utilisables pour simuler le comportement des systèmes dans des scripts ou notebooks Jupyter. Nous utilisons cette bibliothèque pour simuler le comportement des systèmes pour répondre à un profil de besoins chaud et froid au pas horaires issus d’une STD.

Grâce à cette méthode, les ingénieurs LHIRR :

• Testent des variantes de systèmes en quelques secondes, sans relancer de STD
• Simulent des logiques de régulation détaillées et étudient l’influence de leurs paramètres
• Optimisent des systèmes existants sans modèles STD, avec des profils de besoins déduits de données d’exploitation

Comprendre l’influence des paramètres de conception

Le confort et la performance énergétique du bâti sont sensibles à de multiples facteurs interdépendants : masques et réflexions solaires proches, transmission solaire et lumineuse des vitrages, inertie thermique, … Jouer sur l’un des ces facteurs peu minimiser l’influence d’un autres, ou au contraire la maximiser.

Ces facteurs sont liés à des éléments de constructions soumis à d’autres contraintes, en particulier architecturales. L’équipe de conception a donc besoin de pouvoir expérimenter en temps réel l’ajustement de ces éléments pour déterminer le meilleur compromis.

Nos équipent peuvent préparer une cartographie dynamique de l’influence d’un ensemble de paramètre prédéfinis (taille des fenêtres, le type de vitrage, la profondeur d’un balcon, …) sur un objet simple (souvent une partie répétable du projet, 1 logement type, une chambre d’hôtel, une trame de façade). Cette cartographie est construite avec les résultats de nombreuses simulations générées automatiquement et présentée sous forme d’une application web de visualisation dynamique.

Exemples d’interventions

• Simulations numériques (simulation thermique dynamique, ensoleillement / accès à la lumière naturelle, mécanique des fluides numérique) en conception
• Simulations paramétriques (calcul automatique d’un grand nombre de variantes de l’objet d’étude selon des paramètres prédéfinis) et présentation des résultats par application web de visualisation dynamique
• Définition d’engagements de performance énergétique basés sur les résultats de simulations de masse (simulation énergétique complête bâtiment + systèmes répétée en faisant varier les facteurs d’influences non couverts par l’engagement, tels que la météo ou l’usage)
• Définition d’action d’amélioration de systèmes existant et estimation des réductions de consommations