Exemple d’implémentation

Afin d’illustrer les différentes étapes de la construction d’un problème avec SPARK, nous avons détaillé dans l’annexe 2 l’exemple d’implémentation du modèle de la roue dessicante et dans ce qui suit on présente la construction de ce modèle.

La première étape consiste à présenter chaque équation par un objet élémentaire appelé classe atomique. La figure 2.16 montre une partie de la classe atomique présentant l’équation 2.80 ci-dessous (équation de la première courbe caractéristique qui est une droite) :

* w=slope T+b (2. 80) /* b.cc */ #ifdef SPARK_PARSER PORT b ; PORT w ; PORT slope ; PORT t ; equations { b=w-slope*t; } functions { b = b__b(w, slope, t); w = b__w(b, slope, t); slope = b__slope(b, w, t); t = b__t(b, w, slope); } #endif /*SPARK_PARSER*/ #include "spark.h" EVALUATE( b__b ) { ARGDEF( 0, w); ARGDEF( 1, slope); ARGDEF( 2, t); double b ; b=w-(slope*t); RETURN( b ) }

Dans cette équation on a 4 variables appelés PORT. Il faut définir une fonction inverse pour calculer chaque variable en fonction des autres (ces fonctions sont citées dans le bloc functions et l’implémentation de la fonction inverse calculant b est montrée en bas en langage C++).

Au total il y a 18 équations correspondants au modèle de la roue (annexe 2), donc il faut utiliser 18 classes atomiques. Ensuite nous remarquons que certaines équations (ou classes atomiques) peuvent être groupées comme par exemple les relations permettant de calculer l’humidité relative de l’air à partir de sa température et son humidité absolue et qui peuvent être utilisées souvent dans n’importe quel programme. Il est préférable de les grouper dans une seule classe macroscopique appelée relhum.cm . Cette classe est présentée dans la figure 2.17 et est utilisée directement à la place des classes atomiques qu’elle contient (ces classes sont précédés du mot DECLARE).

/* relhum.cm

Identification: Relative humidity */

PORT PAtm "Atmospheric pressure" [Pa] ; PORT TDb "Dry bulb temperature" [deg_C] ;

PORT w "Humidity ratio" [kg_water/kg_dryAir] ; PORT rh "Relative humudity" [fraction] ;

DECLARE humratio hr ; // eq. 4 DECLARE satpress sp ; // eq. 3 DECLARE safprod p ; // eq. 5

LINK .PAtm, hr.PAtm [Pa] ;

LINK .TDb, sp.T [deg_C] ;

LINK .w, hr.w [kg_water/kg_dryAir] ; LINK .rh, p.a [fraction] ;

LINK Pw hr.Pw, p.c [Pa] ; LINK Pwsat sp.P, p.b [Pa] ;

Figure 2. 17 : Description de la classe macroscopique relhum.cm

Une fois que les classes atomiques et macroscopiques ont été générées dans la librairie, la spécification du problème complet peut débuter. Dans le fichier rd.pr nous allons commencer par déclarer l’ensemble des objets en mentionnant leur type et leur nom (dans la partie intiutlée //OBJECTS de la figure 2.18). Ainsi nous utiliserons un objet de type relhum.cm nommé phieq, 2 objets de types b nommés b et beq

Dans la deuxième partie du fichier de spécification du problème, il s’agit de définir la manière dont interagissent les différents objets, en connectant les variables entre ceux-ci. Le mot clé utilisé pour définir ce type de connexion est LINK. Il peut être suivi par le mot INPUT pour indiquer que c’est une donnée du problème ou REPORT pour indiquer qu’elle sera écrite dans le fichier de sortie. A partir de ce moment SPARK peut traiter le problème avec la procédure présentée dans la figure 2.15.

En utilisant le même fichier on pourra traiter un autre problème. Par exemple, si on veut savoir quelle température de régénération nous permettra d’obtenir une déshumidification donnée de l’air du process (sachant que les conditions de l’entrée du process sont connues). Dans ce cas il suffit d’enlever le mot INPUT de la ligne de Tare et la mettre sur la ligne de Wps.

De plus le fichier rd.pr peut être transformé en une classe macroscopique rd.cm pour présenter le modèle de la roue dessicante. Ainsi pour chaque composant des installations dessicante et solaire on utilise la même procédure. Le modèle complet des deux installations sera couplé à un modèle du bâtiment. Ce dernier est généré en utilisant l’interface SimSPARK développé au LEPTAB. Cette interface permet de générer automatiquement des modèles de niveaux de détails différents (modèle à un nœud, modèles zonaux) pour le bâtiment. Dans le paragraphe suivant, on présentera cette interface avec la librairie dans laquelle nos modèles sont implémentés.

//rd.pr

//premiere partie // OBJECTS

DECLARE relhum phieq; DECLARE b b,beq; DECLARE ua UAt,UAm; … //deuxieme partie //LINKS LINK b b.b,beq.b;

LINK Weq beq.w,phieq.w,NUTw1.y0,NUTw1.x0; LINK Teq beq.t,phieq.TDb,NUTt1.y0,NUTt1.x0; LINK Wps NUTw1.x,hps.w,bw.hps REPORT; LINK Wars hars.w,bw.hars REPORT; ...

//INPUTS

LINK Tare hare.t INPUT; LINK Tape hpe.t,b.t,NUTt1.y INPUT; LINK Phiare phieq.rh INPUT; LINK Pente b.slope,beq.slope INPUT; …

Figure 2. 18 : Description du problème rd.pr.

2.9.4 SimSPARK

SimSPARK est un environnement qui exploite le logiciel SPARK (MORA et al., 2003) dont les fonctionnalités permettent de:

• Conceptualiser le problème d’une manière indépendante de son mode de résolution. Cette tache consiste à représenter le problème d’une manière intuitive pour l’utilisateur. Ainsi par exemple pour l’approche nodale, il s’agit de donner les caractéristiques des zones et de les lier entre elles au travers d’éléments de parois standards ou composites comportant des ouvertures.

• Générer automatiquement le fichier de spécification du problème à résoudre dans SPARK accompagné des fichiers des données numériques nécessaires. En fait, plus le maillage du bâtiment est important, le nombre de données d’entrée à traiter devient important (paramètres physiques des matériaux, données climatiques…). Pour cela, des mécanismes sont mis en place pour spécifier des valeurs par défaut

pour la plupart des données, tout en permettant de donner des valeurs particulières aux variables de conditions aux limites.

• Automatiser la création de l’éxecutable qui réalise les simulations. Cette étape consiste à déclarer les classes nécessaires et à mettre en place les liaisons entre les différents objets au travers du langage de SPARK (génération automatique du fichier.pr).

• Visualiser les résultats et faciliter l’ensemble des opérations au travers d’une interface graphique. Cette étape est importante pour visualiser les résultats dans le cas d’un maillage zonal. Ainsi, un outil informatique performant a été mis en place pour la représentation des champs scalaires et vectoriels au sein de chaque zone.

Pour l’écriture du problème, SimSPARK dispose d’une librairie structurée de classes qui a été créée par plusieurs modélisateurs (MENDONÇA et al., 2002; MORA et al., 2003 ; MAALOUF et al., 2004). La figure 2.19 présente l’arborescence de cette librairie aussi bien pour l’approche nodale que pour l’approche zonale. Dans le paragraphe suivant on détaillera les modèles existant dans cette librairie et qui seront utilisés pour coupler l’installation dessicante à un modèle de bâtiment.

Figure 2. 19 : Diagramme de la librairie des modèles.

2.9.5 Librairie de SimSPARK

A- Introduction

La librairie est structurée en trois groupes présentant les trois domaines du bâtiment: l’air intérieur, l’enveloppe et les systèmes de ventilation, chauffage et de conditionnement d’air.

Le premier groupe, l’air intérieur, concerne les équations de l’air intérieur, là où la vitesse de l’air est faible (absence d’écoulement moteur). Le second groupe, l’enveloppe, contient les équations de l’échange radiatif entre l’enveloppe du bâtiment et son environnement, et les équations de transfert de chaleur et de masse à travers les matériaux de cette enveloppe. Ces dernières équations sont divisées en quatre sous-modèles de niveau de complexité différent, parmi lesquels deux sous-modèles qui prennent en compte le transfert d’humidité dans les parois. Le troisième groupe, contient les modèles de système de conditionnement, de chauffage et de ventilation ainsi que les équations relatifs aux jets spécifiques à ces équipements. C’est dans ce groupe que les équations présentées dans le chapitre précédent (pour les différentes composants des installations dessicante et solaire) ont été implémentées.