La simulation thermique dynamique une solution pour rafraichir les bâtiments ?

Qu’est ce qu’une simulation thermique dynamique aussi appelé STD ?

La simulation thermique dynamique est apparue dans les année 70. A cette époque le modèle de calcul n’était pas aussi précis que les nouveaux modèles.  Grace à ces nouveaux modèles de calcul, l’on va pouvoir appréhender l’évolution temporelle de l’état thermique d’un bâtiment. C’est à dire son comportement thermique suivant les températures extérieures durant toute une année, mais aussi les consommations en énergie de chauffage et climatisation.

Il y a bien plusieurs applications pour une STD. On peut tout à fait envisager de soit :

  • Dimensionner des installations thermiques complexes ou non, au plus proche des demandes du bâtiment
  • Estimer les consommations réelles énergétiques sur une année et donc éventuellement adapter son contrat énergétique ou en envisager un autre.
  • De procéder à une approche globale de l’éclairage afin de l’optimiser et réduire les zones sombres efficacement.
  • D’évaluer le confort d’hiver et d’été afin de suivre l’évolution des températures dans le bâtiment heure par heure sur une année

Nous allons développer dans cet article cette dernière application de la STD qui traite sur le confort thermique en été.

En effet, le 17 aout 2015 à été ratifié la loi sur la transition énergétique pour la croissance verte.  Cette loi est issue d’un constat du au réchauffement climatique et qui à pour objectif de respecter le traité de la COP 21 à limiter la hausse des températures mondial de 2°C d’ici 2050. Le constat est bien là, les températures risques d’augmenter un peux plus chaque année. Alors ci-celles augmentent les températures dans les bâtiments risque aussi d’augmenter ce qui va provoquer :

  • Une augmentation de l’énergie dû au fonctionnement de la climatisation. Les bâtiments qui n’en possède pas seront tenté par ce système. Tandis que les autres la ferons fonctionner plus longtemps
  • Cela va générer également de l’inconfort au travail. Avec des températures avoisinent parfois les 43°C dans certains bureaux il devient de plus en plus difficile de travailler dans de bonne conditions.

Bien sur, dans certains bâtiment la climatisation est obligatoire pour des questions techniques. Dans ce cas une STD aura pour impact de diminuer la consommation énergétique issu de la climatisation. Pour d’autres plus anciens il sera très difficile d’installer une climatisation voir impossible. Donc la STD prend toutes sont importance afin de cibler les pièces les plus chaudes et trouver des solutions pour diminuer la température dans celle-ci.

Avant d’aller plus loin fessons un point sur les paramètres d’ambiances.

Certains paramètres ne sont pas contrôlables et dépendent de la météo. Les paramètres dit d’ambiance sont les seuls sur lesquels nous pouvons agir. Alors quels sont-ils ?

La température opérative :

La température de l’air et la température des parois créent les conditions des échanges thermiques entre le corps humain et l’ambiance. On peut agréger ces deux températures en un seul paramètre, la température opérative (ou température résultante).

La température opérative ce calcul de la façon suivante : T°opérative = (T°air + T°parois) / 2

Pour ce calcul il faut que la vitesse de l’air ne dépasse pas les 0,2 m/s

L’humidité de l’air :

Elle crée les conditions des échanges thermiques par évaporation cutanée. Elle s’exprime habituellement en humidité relative HR, rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d’eau contenue dans l’air à la température de cet air et la quantité maximale d’eau que peut contenir l’air (saturation) à cette même température. La plage de confort est suffisamment large, de 30 % d’humidité relative à 70 %, de sorte qu’en climat tempéré, l’humidité est rarement un facteur déterminant du confort.

La vitesse de l’air :

Elle favorise l’évapotranspiration et les échanges thermiques par convection. Ce faisant, la vitesse d’air abaisse la température de surface, ce qui est intéressant en été mais gênant en hiver. Cet effet n’est vraiment sensible qu’au-dessus d’une vitesse de 0,20 m/s.

Mais alors quelle est la zone de confort en été optimal pour les personnes ?

Avant de parler de confort optimal en été, il faut bien comprendre d’ou vient l’inconfort.

  • L’inconfort par asymétrie de rayonnement. Il provient d’une trop grande différence de température de rayonnement de paroi de chaque côté du corps. Cela est souvent le cas en hiver avec des parois froides dû à une mauvaise isolation.
  • Le gradient vertical traduit la différence de température entre la tête et les pieds. Mesuré entre 0,10 m et 1,10 m, un gradient de plus de 3°K est source d’inconfort,
  • La température de sol doit être normalement comprise entre 19 et 26°C pour ne pas créer d’inconfort.