Modélisation du bâtiment

𝐼𝑓 (𝑇_𝑠𝑜𝑙 > 𝑇_𝑒𝑥) 𝐹 = 𝑀𝑎𝑟𝑐ℎ𝑒 𝑒𝑙𝑠𝑒 𝐹 = 𝐴𝑟𝑟𝑒𝑡 𝑒𝑛𝑑𝑖𝑓 (V.3)

Avec 𝑇_𝑠𝑜𝑙 [°𝐶] la température du sol, 𝑇_𝑒𝑥 [°𝐶] la température de l’air extérieur et 𝐹 le mode de fonctionnement ;

𝑀𝑎𝑟𝑐ℎ𝑒 : Le ventilateur s’active afin de souffler l’air frais ; 𝐴𝑟𝑟𝑒𝑡 : Le ventilateur s’éteint.

V.5 Modélisation du bâtiment

Un modèle thermique du bâtiment intégrant le PSD, l’ECAS, et le free cooling est développé sous le logiciel TRNSYS.17 (Klein et al., 2010). Le bâtiment est modélisé en utilisant le modèle de Multizone « Type 56 » via TRNBuild en prenant en compte les 6 zones du bâtiment en question. Les détails de construction du bâtiment (parois extérieures, cloisons, plafond, plancher bas et plancher chauffant) et ses propriétés thermiques sont présentés dans le Tableau IV-1 (Chapitre IV). Les fenêtres à double vitrage sont sélectionnées sur la base de la liste existante tirée du manuel fondamental de l'ASHRAE (Klein et al., 2010). Le transfert de flux d'air d'une zone à une autre est assuré par le couplage entre les zones adjacentes. Le couplage entre les zones repose sur les taux d’alimentation en air de ventilation, de l'extraction d'air et des infiltrations d'air.

Toutes les zones du bâtiment sont équipées d'un système PSD, il s'agit de la salle de séjour, de la chambre 1, de la chambre 2, du hall, de la salle de bain et de la cuisine. Le circuit hydraulique

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incorporé dans la dalle est disposé en fonction de la surface du plancher bas de chaque zone, deux boucles pour la zone de séjour et une boucle pour chaque zone (mentionnées ci-dessus) ont été sélectionnées. Une auto-segmentation a été effectuée pour subdiviser la surface du plancher chauffant en plusieurs segments. Le but de la segmentation est de favoriser une utilisation physique correcte et de faciliter la gestion du système de contrôle (débit et température du fluide) du plancher chauffant (U.W, 2010). Trois segments ont été utilisés pour chaque zone, à l'exception de la salle de bain et du hall (non segmentés).

V.5.1 Modélisation du système combinés

Les modèles du PSD et d’ECAS sont développés sur la base des « Types » et des techniques proposés par le logiciel TRNSYS.17. Les composants du système sont représentés sous forme de plateformes auxquelles les propriétés souhaitées peuvent être attribuées. Ils peuvent être interconnectés de la manière souhaitée afin de construire un modèle de système.

V.5.1.1 Modélisation du PSD

Comme nous l’avons indiqué dans le Chapitre III, le principal composant du modèle PSD est le capteur solaire thermique, qui est modélisé à l'aide du « Type 73 ». La circulation du fluide à l'intérieur du réseau solaire est assurée par une pompe de circulation « Type 3b » et la régulation de température différentielle est gérée par un régulateur différentielle « Type 2b ».

V.5.1.2 Modélisation de l’ECAS

Le modèle de l’ECAS utilisé dans cette étude consiste en 3 tuyaux enterrés horizontalement dans le sol. Comme nous l’avons déjà indiqué, l’ECAS est modélisé en utilisant le « Type 997 ». Ce composant modélise un échangeur de chaleur enterré, constitué d'un ou plusieurs tuyaux horizontaux qui interagissent thermiquement avec le sol. Le modèle utilise la corrélation de Kusuda pour définir les équations de la température du sol et du bilan énergétique de l'air circulant dans les tuyaux. La circulation d'air à travers le tuyau est assurée par un ventilateur « Type 3c ».

V.5.1.3 Systèmes de contrôle

En ce qui concerne les dispositifs de contrôle, un contrôleur de forçage est assuré en utilisant le « Type 14 ». Ce type définit des profils dépendant du temps (fonction de forçage). Le profil peut être défini pour n'importe quelle période de temps (heures, jour/nuit et mois/saison). La

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température ambiante est contrôlée à l'aide d'un thermostat d'ambiance « Type 108 ». Ce contrôleur modélise un thermostat d'ambiance à cinq niveaux qui émet cinq signaux de contrôle. Ils peuvent être utilisés pour commander un système comprenant une source de chauffage à trois étages et une source de refroidissement à deux étages. Dans cette étude, trois étapes ont été utilisées : deux pour le chauffage et une pour le refroidissement. Le rayonnement solaire pénétrant dans les zones d'habitations est géré par le « Type 34 ». Le schéma d'information expliquant le principe du système combiné est illustré par la Figure V-5.

Figure V-5: Modèle de système combiné établi sous TRNSYS

V.5.1.4 Système de ventilation et d’extraction

L'alimentation en air pour le chauffage et le refroidissement est assurée par deux ventilateurs pour chaque pièce principale : le premier est alimenté par un ECAS et le second est utilisé pour le refroidissement gratuit. La quantité d'air fournie dans le bâtiment dépend de plusieurs

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paramètres tels que le volume de la zone, la saison, le nombre et l'activité des occupants. Les débits des ventilateurs sont déterminés selon la norme ASHRAE (ASHRAE-55, 1992). Sur cette base, les quantités d'air fournies à chaque zone sont déterminées en fonction du nombre de personnes qui y vivent. Le débit d'air varie entre une limite inférieure et une limite supérieure de 7,5 et 21,5 l/s/personne (ASHRAE-55, 1992). Les débits d'air d'alimentation et d'extraction utilisés dans le bâtiment pour chaque zone sont résumés dans le Tableau V-3.

Tableau V-3: Débits de ventilation et d'extraction d'air dédiés à chaque zone

Zone ^{Nombre de} personnes Air de ventilation [m³/h] Air d’extraction [m³/h] Séjour 4 147,5 - Salle de bain - - 65,6 Chambre 1 2 73,8 - Cuisine - - 131,1 Chambre 2 2 73,8 - Hall - - 98,4

L'extraction d'air est régulée en fonction de l'air fourni par l'ECAS et de la ventilation realisée par free cooling. De plus, l'alimentation en air est assurée par les zones principales et l'extraction d'air est réalisée par les zones techniques et auxiliaires (voir Chapitre III). La Figure V-6 illustre le principe d’alimentation et d’extraction d’air utilisé dans le bâtiment.

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V.5.1.5 Données climatiques

Le bâtiment considéré pour cette étude est situé dans la ville d'Oran en Algérie (35,69° nord, 0,63° ouest). Cette ville bénéficie d'un climat méditerranéen parfait qui se caractérise par des étés chauds et secs et des hivers doux et humides avec des températures minimum et maximum variant entre 0°C et 40°C et une irradiation horizontale globale allant jusqu'à 4000 kJ/m². Les données climatiques (TMY) utilisées pour la simulation sont générées par le logiciel Meteonorm (Meteonorm, 2014). La Figure 7 montre la variation de la température annuelle de l'air extérieur et de l'irradiation solaire globale quotidienne de la ville d'Oran. Nous notons que les températures de l'air extérieur varient de 2°C à 38°C toute l'année et que l'irradiation horizontale globale peut dépasser 2500 kJ/m² en hiver et 3500 kJ/m² en été.

Figure V-7: Température annuelle de l'air extérieur et l'irradiation solaire globale quotidienne (IHG) de la ville d'Oran