La simulation thermique dynamique (STD) est un outil informatique qui permet de modéliser le comportement thermique d’un bâtiment ou d’un objet sur une période donnée, comme une journée ou une année.
Elle prend en compte des facteurs comme la météo, l’isolation, les apports de chaleur (soleil, occupants, équipements) et les systèmes de chauffage ou de climatisation pour prédire les variations de température et les besoins en énergie.
Grâce à cette simulation, on peut identifier les moments où un bâtiment sera trop chaud ou trop froid, et ajuster les solutions (isolation, ventilation, etc.) pour améliorer le confort et réduire la consommation d’énergie.
C’est un peu comme une météo prévisionnelle, mais pour la température à l’intérieur d’un bâtiment.
Nous proposons dans cet article de visualiser concrètement quelques points clés, issus d'une STD.
Prenons l'exemple d'un bâtiment de bureaux d’environ 500m².
Le chauffage
Deux variantes ont été étudiées :
* CTA : Centrale de Traitement de l’Air
Comparons la consommation mensuelle en électricité de ces deux systèmes
Cas 1 : Consommation PAC Air/Eau sur une CTA*.
Cas 2 : Consommation PAC Géothermique
On note que la consommation de la PAC Géothermique est bien inférieure à une PAC Air/eau. Tous les autres paramètres étant maintenus constants ( Température de consigne, scénarios d'occupation, conditions météo...)
Ici, le choix de la Géothermie s’est imposé. Confort et moindre consommation énergétique, malgré un cout d’investissement initial supérieur.
La PAC géothermique va puiser les calories du sol pour les retransmettre au plancher chauffant. Ce système a pour avantage de moins dépendre de la température extérieure, car les capteurs sont dans la terre à température égale tout l’année.
De plus, on observe qu’avec cette solution, la consommation liée au refroidissement est nulle.
Cela est en effet lié au système de refroidissement de la PAC Géothermique : le géocooling.
Ce système consiste à exploiter directement la température naturellement plus basse du sous-sol afin d’assurer le rafraîchissement d’un bâtiment, sans avoir recours au fonctionnement actif d’une pompe à chaleur géothermique.
En effet, le sous-sol présente une température relativement constante tout au long de l’année, généralement comprise entre 8 et 16 °C en France métropolitaine selon les régions. Cette fraîcheur naturelle peut être valorisée pour améliorer le confort d’été.
Le principe repose sur la circulation d’un fluide caloporteur à l’aide d’une pompe de circulation. Ce fluide passe dans un échangeur géothermique enterré, où il se refroidit au contact du sol. Il est ensuite acheminé vers un échangeur thermique relié aux émetteurs du bâtiment (par exemple plancher rafraîchissant, ventilo-convecteurs ou plafonds rayonnants). Ce système permet ainsi d’introduire la fraîcheur du sol directement dans le bâtiment, de manière simple et efficace, tout en limitant la consommation d’énergie.
L'éclairage
La STD permet aussi d’évaluer la consommation (puissance ici) de l’éclairage manuel vs un éclairage automatique avec détection de présence.
En rouge : éclairage manuel
En vert : éclairage automatique avec détection de présence
Économie de 50% avec un éclairage à détection de présence
La température intérieure
En rouge : Température extérieure
En vert : Température intérieure
En hiver : La température ne descend pas en dessous de la consigne (20°C).
Performance de l’isolation + gestion de l’étanchéité à l’air + maximisation des apports solaires/gratuits.
En été : La température ne monte pas au delà de 23°C.
Réduction des apports solaires + surventilation nocturne + performance du système de rafraichissement passif (géocooling)
Le confort
Le diagramme de Givoni est un outil utilisé en thermique du bâtiment pour évaluer les conditions de confort ou d’inconfort à l’intérieur d’un espace. Il repose principalement sur deux paramètres :
Il permet de visualiser rapidement si les conditions intérieures correspondent à une zone de confort (encadré brun) ou, au contraire, si elles se situent en zone d’inconfort, nécessitant alors des actions correctives (ventilation, humidification, déshumidification, chauffage, climatisation, etc.)
Ce diagramme se base sur le diagramme psychrométrique, qui représente l’humidité en ordonnée et la température sèche en abscisse. Sur ce repère, on peut tracer différentes zones correspondant aux plages de confort thermique.
Ces plages ne sont pas fixes : elles varient en fonction de plusieurs facteurs comme la vitesse de l’air (qui influence la sensation de fraîcheur), le niveau d’activité physique (qui modifie la production de chaleur du corps), ou encore le type d’habillement (qui agit sur l’isolation thermique personnelle).
Ici, la majorité des points se situe dans le polygone brun, traduisant un bon niveau de confort.
