Options de calcul

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Onglet Conception du chauffage, Conception de la climatisation et Simulation dans la boite de dialogue Options du Modèle et onglet Options on dans la boite de dialogueSimulation Option.

Description du Calcul

Entrez des noms pour identifier votre calcul. Ceci sera utilisé dans les rapports et dans les noms de fichiers pour les fichiers ESO générés automatiquement.

Nombre de Pas de Calcul par Heure (Simulation uniquement)

Le 'Pas de calcul par heure' est le nombre de fois où la résolution des équations thermiques du bâtiment est calculée en une heure.

Le champ "Nombre de pas par heure" spécifie le nombre de pas par heure de base de la simulation. Cette valeur est également appelée le pas de temps de la zone. Elle est utilisée dans le calcul de la balance thermique des zones du modèle comme le pas de temps du calcul du transfert de chaleur et des charges. La valeur à entrée ici est le Nombre de pas de temps à utiliser sur une période d'une heure. Un pas de temps plus long se concrétise en un Nombre de pas de temps plus petit. Par exemple une valeur de 6 entrée dans ce champs demande au programme de faire un pas de temps de 10 minutes tandis qu'une valeur de 60 ce traduit en un pas de temps de 1 minute.

La valeur de l'utilisateur pour le Nombre de Pas de Calcul par heure doit être divisible par 60, les choix disponibles sont 1, 2, 4, 6, 10, 12, 30 et 60.

Le choix fait pour ce champs a de grandes répercutions sur la précision du modèle et le temps de calcul de la simulation. Voici une liste de considération à prendre en compte lors du choix de cette valeur :

La solution technique utilisée dans EnergyPlus est faite pour être stable avec des pas de temps aussi grands que 60 minutes (Nombre de Pas de Calcul par Heure = 1). Néanmoins, 60 minutes est considéré comme un long pas de temps et devrait être utilisé uniquement dans de rare occasion, lorsqu'il n'y a pas de système CVC, que la précision des calculs n'est pas importante et que la rapidité de calcul est critique. Un pas de temps aussi long n'est pas recommandé car les résultats seront plus précis et réalistes avec un pas de temps plus court, de type 10 minutes ou moins (Nombre de Pas de Calcul par Heure de 6 ou plus). Les pas de temps courts augmentent la précision des calculs de la balance thermique des zones car ils permettent une plus grande cohérence entre les températures de surfaces et la température de l'air de la zone. Un temps de pas long implique un temps de réaction trop grands entre ces températures et la réponse dynamique s'en trouve amortie.
Le temps de calcul des simulations augmente avec des pas de temps plus cours (Nombre de Pas de Calcul par Heure plus grands). Cet effet va varier en fonction de la nature du modèle. Parfois de gros modèles, avec des multizones CVC et plusieurs boucles, va rouler aussi vite avec un pas de temps de 15 minutes, qu'un pas de temps de 60 minutes car il y aura moins d'itération requises pour la simulation des systèmes, compte tenu que les résultats du pas de temps précédent sont plus prêts des résultats du présent pas de temps.
Les fichiers météo ont normalement des données au pas de temps horaire (60 minutes). Cela ne veut pas dire que le pas de temps horaire devrait être choisi comme Nombre de pas de temps pour la simulation car:
oEnergyPlus fait une interpolation précise des données du fichier météo afin de complété les données pour un pas de temps plus petit. (Weather Data Hourly Interpolation)
oPlusieurs aspects d'un modèle ont des variations dans le temps qui diffèrent du pas de temps des données météo. Un objectif de la modélisation est de prédire la réaction d'un bâtiment aux variations climatiques. Néanmoins la réponse du bâtiment n'est pas gouvernée par le pas de temps des données météo disponibles mais bien par les performance dynamique de l'enveloppe ainsi que les modifications sur les apports internes, thermostats et autre équipement.
Dans le cas ou le modèle sera également utilisé pour calculer le coût de l'électricité, vous devriez prendre en compte que plusieurs offres tarifaires sont basés sur la charge demandée sur une période de temps spécifique. Si le choix du Nombre de Pas de Calcul par Heure n'est pas conséquent avec la période de temps tarifaire, des résultats incohérents peuvent être obtenus. Pour des prédiction raisonnables du coût tarifaire, la longueur du pas de temps doit être consistent avec la période de temps spécifique tarifaire. La table suivante vous aide à faire le lien :

Période de charge

Nombre de Pas de Calcul par Heure

Point 10 minutes

6 ou 60

Quart d'heure

4, 12, ou 60

demi-heure

2, 4, 6, 10, 12, 30, ou 60

Heure, Jour, Semaine

Tous

Il y a un second type de pas de temps utilisé dans EnergyPlus qui est nommé le pas de temps CVC ou le pas de temps du Système. Ce pas de temps est de longueur variable. L'utilisateur ne peut pas directement contrôler le pas de temps du système (à l'exception des limites de Convergences dans l'onglet de simulation). Quand la partie CVC de la simulation entame sa solution pour le pas de temps en cours, elle utilise le pas de temps de base comme un maximum, mais peut par la suite réduire ce pas de temps, autant que nécessaire pour atteindre sa solution.Les détails techniques de cette approche sont expliqués dans la Documentation Technique d' EnergyPlus sous le titre 'Integrated Solution Manager.

Les utilisateurs expérimentés d' EnergyPlus peuvent obtenir et voir les données aux intervalles du pas de calcul CVC utilisé si ils sélectionnent l'option "détail" sur un rapport de variable CVC (c.à d. température de l'air Zone/Système). Le pas de calcul entré ici est aussi nommé dans la documentation EnergyPlus Zone Time Step.

 

Bien que beaucoup de bâtiments peuvent être correctement simulés avec un pas de calcul de 2 par heure, EnergyPlus suggère un pas de calcul de 4 par heure pour les simulations sans CVC et de 6 pour les simulations avec CVC.

 

Un nombre de 20 Pas de calcul par heure est le minimum dans le cas d'un algorithme de solution de type 2-Différence finie.

La simulation de Toiture végétalisée peuvent également demander un plus grands nombre de pas de temps.

 

Note 1 : En général, augmenter le nombre des pas de calcul augmente la précision des calculs mais ralentit la simulation (et génère plus de données si la présentation de ces données est demandée pour l'intervalle Infra-horaire).

 

Note 2 : Quand vous utilisez un pas de calcul à 1 par heure, vous ne pourrez pas obtenir les résultats de distribution de Température.

Contrôle de la Température

Les systèmes de chauffage et de climatisation contrôlent la température intérieure pour maintenir les températures de consigne spécifiées dans l'Onglet Activité. Ces températures de consigne peuvent être interprétées comme étant celle de l'air, opérative ou d'autres fractions radiantes et DesignBuilder fournit les options correspondantes pour permettre de contrôler les systèmes de CVC par :

 

1- Température de l'air - Ce système contrôle et maintient la température moyenne de l'air dans la pièce aux températures de consigne de chauffage et de climatisation établies dans l'onglet Activité
2- Température opérative - Ce système contrôle et maintient la température opérative de la pièce en utilisant la moitié de la température radiante. Voir ci-dessous les notes sur la température opérative si vous comptez utiliser cette option
3- Autre - Vous pouvez aussi entrer la fraction de contrôle de la température radiante
4- Confort Fanger - cette option est seulement disponible avec le mode CVC Détaillé. Cela vous permet de faire du control de zone en fonction des consignes de confort Fanger PMV en chauffage et en refroidissement au lieu des consignes normale de température. Les consignes PMV sont définies sous la section Contrôle d'ambiance de l'onglet Activité lors de l'utilisation des 1-Données CVC Simple. En cas de l'utilisation de l'option 2-Données CVC Détaillés, la définition des Consignes PMV en chauffage et en refroidissement sont défini dans les Données de Zones CVC.

 

Lors de l'utilisation de l'option 3-Autre, la fraction radiante devrait être inférieure à 0,9 et son minimum est 0. Une valeur de 0 revient à contrôler la température uniquement par la température de l'air. Si les vitesses de l'air sont supérieures à 0.2 m/s, alors on peut utiliser les valeurs minima de la fraction radiante.Niu et Burnett (1998) citent la norme internationale ISO 77300 en recommandant les valeurs de fraction radiante présentées dans le tableau ci-dessous :

Fraction radiante par rapport à la Vitesse de l'air :

Vitesse de l'air (m/s)

<0,2

0,2 - 0,6

0,6 - 1,0

Fraction Radiante

0,5

0,4

0,3

Référence: J. Niu and J. Burnett. 1998. Integrating Radiant/Operative Temperature Controls into Building Energy Simulations. ASHRAE Transactions Vol. 104. Part 2. page 210. ASHRAE. Atlanta, GA.

 

Vous pouvez imaginer cette option de Contrôle de la température comme :

1.La fraction radiante détectée par le thermostat de la pièce, ou
2.Étant donné qu'un thermostat dans une pièce mesure surtout la température de l'air, un moyen automatique de modification de la température de consigne qui assure à l'occupant une sensation de confort.

 

Notes
 
1) Cette option est outrepassée, quand le système de chauffage radiant est sélectionné, par le paramétrage du système de contrôle du chauffage radiant.
2) Cette option n'affecte en rien les consignes de ventilation naturelle ou mécanique car ces consignes sont toujours des températures d'air.

Discussion avancée sur les intérêts de la température opérationnelle / température radiante

Il y a eu beaucoup de débats entre les experts durant des années sur la mesure dans laquelle les effets de la température radiante devraient être intégrés dans la simulation du thermostat. La plupart des thermostats existants ne mesurent effectivement pas plus de 20% du transfert de température radiante - essentiellement le capteur de température sera sensible à la température de l'air environnant de la pièce. Donc on est amené à penser que le meilleur choix serait un contrôle par la température d'air (ou 20% radiant). Mais le contrôle température opérative (fraction radiante = 0,5) peut être utile pour calculer une valeur réaliste de l'énergie de chauffage ou de climatisation basée sur les exigences reconnues de températures hivernales et estivales pour les activités de chaque zone. C'est pourquoi les systèmes CVC contrôlés par l'utilisation de la température opérative continuent à traiter le bâtiment jusqu'à ce que la température de confort soit atteinte (exactement comme ils le font dans le bâtiment réel quand les occupants règlent les thermostats jusqu'à ce qu'ils se sentent confortables). De même, les températures de consigne par défaut tirées des prédéfinitions d'activité sont généralement dérivées de sources citant des températures opératives. Avec le contrôle de la température d'air, la température de l'air de la pièce est effectivement contrôlée à sa température de consigne, qui n'est pas (suivant les températures radiantes internes à la pièce) forcément confortable.

L'inconvénient du contrôle par la température opérative est que les charges énergétiques au démarrage peuvent être exagérément élevées en raison du retard de la réponse thermique des murs, plafonds et sols.La lenteur de la réponse thermique des matériaux du bâtiment commande la sortie du thermostat opératif et donc le fonctionnement de l'équipement de chauffage/climatisation. Si cet effet est dominant il peut conduire à une surestimation de la charge énergétique de climatisation calculée. Il vous faut être familier de ce sujet avant d'utiliser le contrôle par température opérative pour dimensionner les équipements de chauffage/climatisation. Selon notre expérience, l'utilisation du contrôle par température opérative conduit généralement à des charges de pointe plus élevées dans les calculs de conception des équipements de chauffage/climatisation et à des consommations d'énergie pour le chauffage ou la climatisation plus importantes au cours des simulations.

 

Mise en garde
 
Le contrôle par la température opérative peut causer l'Erreur 3 d'EnergyPlus quand on utilise le CVC Simple ou dans des calculs de conception de climatisation avec contrôle opératif dans des zones à forts apports de chaleur radiante. Cela entraîne des températures radiantes élevées (c.à d. des toits bien isolés ou des zones fortement vitrées). L'erreur provient du fait que la température de l'air soufflée est fixée et est supérieure à la température d'air requise dans la zone pour atteindre la consigne opérative (c.à d. 24°C). La solution serait d'utiliser le contrôle par température d'air et de gérer les hautes températures radiantes par des pare-soleil ou des isolations appropriés.

 

Le contrôle par température d'air est plus aisé à utiliser car aucun des problèmes mentionnés ci-dessus ne s'y applique. Mais il peut conduire à des calculs erronés de charges de pointe pour concevoir des équipements de chauffage/climatisation si un facteur de sécurité dans le calcul n'est pas utilisé. Ceci est particulièrement vrai quand les températures radiantes sont très différentes des températures de l'air, par exemple dans des bâtiments peu isolés, des bâtiments avec des grandes baies vitrées non protégées ou avec des taux de ventilation très élevés. En règle générale, le fait d'utiliser le contrôle par température d'air dans les simulations de ce type de bâtiment conduira à la sous estimation de la consommation d'énergie.

Auto dimensionnement de systèmes convectifs simples avec le contrôle par température opérationnelle

Un autre sujet à garder à l'esprit avec le contrôle par température opérationnelle est que dans le cas de systèmes convectifs simples, les systèmes de climatisation auto dimensionnés utilisent un algorithme différent pour calculer le taux maximal d'air d'apport utilisé dans le système Air "Ideal loads" d' EnergyPlus. Dans les systèmes convectifs l'équation utilisée est la suivante :

 

DeltaT = Température_consigne_froide_zone - Température_consigne_batterie_froide (différence entre température  de l'air de la zone et de l'air soufflé)

 

Débit_AirSoufflé [m3/s] = ChargeMaxRefroidisssement / (Cp * DeltaT * DensitéAir)

 

Cette équation donne de bons résultats parce que la température de l'air dans la zone peut, avec sécurité, être assimilée à la température de consigne de refroidissement et il y a donc une différence constante de température entre la l'air de la zone et l'air soufflé. Le calcul par ce moyen du taux d'apport d'air de refroidissement ne peut donner de résultats pour le contrôle par température opérative car les températures de l'air dans l'espace sont souvent bien plus basses que la température de consigne de refroidissement de la zone, et, parfois, dans les zones ayant des températures radiantes très élevées, la température de l'air dans la zone approche de celle de soufflage. En d'autres termes la différence de température entre l'air de la zone et l'air soufflé par les systèmes simulés devient très faible et du coup des débits d'air très importants sont requis pour atteindre les charges de refroidissement. De manière à tenir compte de cela DesignBuilder prend un Delta T de 1 K dans le calcul ci-dessus quand le contrôle par température opérative est utilisé.

 

Vérifier les résultats
 
En règle générale vous devriez donner la priorité à la vérification des niveaux de confort quand vous utilisez le contrôle par température d'air et au fonctionnement d'équipements réalistes (équipements surdimensionnés, températures de soufflage très basses) lorsque vous utilisez le contrôle par température opérative.

 

Exclure toute ventilation mécanique de zone

Sélectionnez cette option si vous désirez exclure la ventilation mécanique de la zone des charges de chauffage/climatisation dans toutes les zones. Cette option est utile dans les cas où la CTA doit couvrir les charges de ventilation mécanique et que ces charges doivent être calculées séparément lors du dimensionnement de la puissance de batterie de la CTA.

Notez que si cette option est inactive la ventilation mécanique sera active, lors du calcul de conception de chauffage, sans aucun regard au planning ou aux consignes de température de ventilation mécanique définis.

Exclure toute ventilation naturelle de zone

Cette option devrait être sélectionnée quand la ventilation naturelle doit être exclue des calculs de chauffage/climatisation dans toutes les zones.Remarque l'infiltration est toujours incluse quelque soit le paramétrage.

Notez que si cette option est inactive la ventilation naturelle sera active, lors du calcul de conception de chauffage, sans aucun regard au planning ou aux consignes de température de ventilation naturelle définis.