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Habitat Intelligent et Solaire Photovoltaïque (HABISOL)
Edition 2010


MEMOIRE


Mesure Enrichie par la MOdélisation pour une conception Intelligente en Rénovation Energétique

Méthode pour l’audit énergétique : évaluation effective des impacts énergétiques de solutions de réhabilitation.
Développement du titre en une à deux phrases, focalisant sur les enjeux enjeux qui seront développés dans les encarts suivants

Evaluation effective de la performance énergétique des bâtiments existants avant et après travaux de réhabilitation.
L’enjeu de la réhabilitation énergétique des bâtiments existants est un fait avéré. Ce qui compte pour le maître d’ouvrage qui investit dans une réhabilitation énergétique est que les objectifs et prévisions de réduction des consommations d’énergie soient effectifs et les plus proches possibles des données constatées en cours d’exploitation du bâtiment.
La modélisation par simulation thermique dynamique est un des moyens qui permet d’évaluer les gains énergétiques. C’est également un des éléments qui est utilisé en audit énergétique. Le but du projet est d’affiner les modèles, principalement par rapport à la prise en compte des caractéristiques thermiques du bâtiment et à une modélisation de l’usage la plus proche possible de sa réalité afin de mieux évaluer la performance initiale du bâtiment avant travaux , d’aider au choix de solutions de réhabilitation et de mieux rendre compte des impacts énergétiques de ces solutions. Au-delà de l’application en audit énergétique, ces méthodes pourront servir dans le cadre de la garantie de performance énergétique, en phase conception pour la définition de la performance cible et le plan de mesures / vérification et en phase exploitation pour le suivi de la performance énergétique.
L'approche est de considérer la mesure pour enrichir la modélisation afin de palier à certaines incertitudes de caractérisation du bâtiment et de son usage . Les points de mesures permettent via les méthodes inverses de déterminer certaines caractéristiques intrinsèques et servent pour les modèles d'usage . Cette approche s'est accompagnée d'un un suivi détaillé sur différentes zones d'un bâtiment de bureau pour la validation des modèles et pour l'évaluation de l'impact de l'enrichissement de la modélisation par la mesure . Il en résulte beaucoup d'enseignements sur la pertinence scientifique de ces modèles, sur leurs limites , ainsi que sur les voies de progrès pour les rendre opérationnels dans des méthodes d'audit.

Méthode inverse d’identification de paramètres, méthode d’appréciation de l’usage et méthode d'analyse de sensibilité et propagation d'incertitudes.
L’approche méthodologique se focalise sur trois points essentiels; 1-la maitrise des données d’entrée des méthodes de calculs thermiques, 2- la modélisation de l’usage du bâtiment et 3- l’assemblage des différents modules entre eux et la propagation d'incertitudes. Le tout pour un choix argumenté de solutions de réhabilitation et l’évaluation de leurs impacts prévisionnels dans le cadre d’une méthode d’audit énergétique opérationnelle et viable économiquement.
Sur les caractéristiques intrinsèques du bâtiment, une première étape consiste à utiliser les méthodes d'analyse de sensibilité pour identifier les paramètres les plus incertains pour lesquels nous avons adopté une approche indirecte faisant intervenir les méthodes inverses. L’enjeu a été de parvenir au meilleur compromis entre opérationnalité et précision compte tenu de la complexité du système et dans le souci de respecter les aspects organisationnels et les critères technico-économiques. Un algorithme de conversion des grandeurs identifiées en conditions variées en grandeurs normalisées adaptées au paramétrage des modèles bâtiment (Trnsys, ThBCE) a été développé.
Sur les modèles d’appréciation de l’usage, l’approche a consisté à identifier parmi les modèles existants ceux qui pourront être utilisés dans le cadre de l’audit énergétique, ils ont alors été adaptés . D’autre part, il a été étudié la possibilité d’intégrer des points de mesures utilisés pour l’identification de paramètres.
La démarche a consisté à tester et valider les développements à partir de suivis expérimentaux détaillés (en cellule test dune part, dans un bâtiment réel d'autre part) puis d'évaluer l'apport de cette approche de modélisation enrichie par la mesure, par rapport à une approche d'audit standard.
Une méthode de propagation d'incertitudes a été développée afin de prendre en compte et de propager les incertitudes des données d’entrée et d'évaluer la performance énergétique dans un intervalle de confiance donné.

Résultats

Deux types de résultats étaient attendus :
- Résultats opérationnels à l’attention des professionnels, plus particulièrement pour l’audit énergétique des bâtiments en vue de réhabilitation performante : méthode d’audit énergétique de bâtiments existants sous forme de logiciel ou de méthodes encapsulées.
Le projet a montré la grande difficulté à atteindre ce résultat opérationnel car les développements scientifiques ont débuté avec le démarrage du projet. Une grande partie du travail a consisté à lever les verrous scientifiques pour des méthodes consistantes scientifiquement. Le passage à la partie opérationnelle de ces méthodes demande des investigations complémentaires qui n'ont pu être mises en place pendant la durée du projet. Il n'a pas été possible d'étudier des modèles de mise sur le marché des résultats car les méthodes développées ne sont pas 'matures' pour être encapsulées dans un outil distribué par un industriel tiers par exemple. Cependant, les enseignements pour atteindre cet objectif opérationnel ont été identifiés.
- Résultats et avancées pour la communauté scientifique dans le cadre d’applications différentes et diversifiées:
- Outils numériques pour le traitement des sensibilités et incertitudes
- Outils numériques pour l’identification conjointe état-paramètres
- Rapport de recherche sur les méthodes inverses
- Rapport de recherche sur les modèles d’usage
- Rapport de recherche sur le modèle thermique global d’évaluation de la performance effective des bâtiments
- Protocoles d’instrumentation
Ces résultats ont été atteints et ont donné lieu à des rapports d'étude et articles et communications scientifiques
Ces résultats concernent d’autres applications telles que celles liées à la garantie de performance énergétique, l’amélioration des méthodes pour les applications réglementaires, etc.

Perspectives

Des perspectives sont ouvertes pour le positionnement de notre partenaire SOLAMEN, jeune bureau d’études comme référent de la rénovation énergétique : promouvoir ses activités d’études et évoluer vers des modèles économiques intégrant une garantie de performance et une rémunération au ‘success fee’ par exemple.
Les perspectives de poursuite de travaux de recherche entamés dans ce projet sont réelles et également de travaux opérationnels selon les secteurs.

Productions scientifiques et brevets

Articles présentés à des conférences avec comité de lecture :
* Clima 2013 - Prague
Gautier A. , Lahrech R., Fery A., Charles T., Sensitivity and Uncertainty Quantification Methods for Energy Performance of Buildings – Office Buildings Case Studies
* IBPSA 2013 - Chambery
Lahrech A., Fery A., GautierA. , Lecointre W., Haas B., The use of yearly in seatu measurments of a whole commercial building for sensitivity and uncertainty analysis of energy performance assessment
* CLIMAMED 2013 (VII Mediterranean Congress of Climatization), Istanbul, 3-4 october 2013.
GUERNOUTI Sihem, LE GUEN Solenn, El MANKIBI Mohamed and HUMBERT Myriam: « Validation of the stochastic models to generate actual occupancy behavior schedules for accurate prediction of energy consumption »,
Posters :
* présentation du projet MEMOIRE à SIMUREX, Cargèse 2012



Partenaires

CETE-OUEST CENTRE D'ETUDES TECHNIQUES DE L'EQUIPEMENT OUEST (CETE OUEST)

CSTB CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT

LCPC INSTITUT Français DES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DES TRANSPORTS, DE L AMENAGEMENT ET DES RESEAUX ( IFSTTAR)

SOLAMEN SOLAMEN

LEPTIAB UNIVERSITE DE LA ROCHELLE

Aide de l'ANR 705 455 euros
Début et durée du projet scientifique - 36 mois

Résumé de soumission

Ce projet a pour objectif de développer une méthode d’audit basée sur l’association de la mesure et de la modélisation afin de permettre des choix pertinents de solutions de rénovation et d’aboutir à des performances énergétiques effectives après rénovation.
Par rapport aux méthodes existantes, l’originalité de cette méthode est que d’une part elle s’attache à déterminer avec exactitude la performance intrinsèque du bâtiment et d’autre part elle vise à apprécier l’usage et le fonctionnement du bâtiment.
L’identification des caractéristiques thermiques intrinsèques du bâtiment est réalisée en deux phases : une première phase de mesures in situ et une deuxième phase par l’inversion de modèles thermiques et aérauliques.
L'appréciation de l’usage et du fonctionnement du bâtiment est basée sur la combinaison de quelques points de mesures en lien avec la méthode d’identification, sur d’éventuels points de mesures directs et spécifiques, et sur les de résultats d’enquête qui se distingue par son caractère ‘opérationnel’ pour une utilisation et une application effectives et adaptées aux circonstances de l’audit pour tout type d’usager ou de gestionnaire du bâtiment.
La méthode globale d’audit intègre un modèle de comportement thermique du bâtiment dont les données d’entrées sont issues des développements réalisés dans ce projet.
Au-delà du développement scientifique de la méthode et de sa validation selon les procédures usuelles, il est proposé dans le cadre de projet d’étudier sa faisabilité économique et son acceptabilité par les différents acteurs et d’étudier son applicabilité sur le terrain à travers trois projets pilotes.
Le projet s’inscrit dans la professionnalisation des métiers de l’audit et de la rénovation pour garantir la pertinence économique des travaux proposés, leur réelle efficacité énergétique et leur acceptation par les usagers des bâtiments à travers les impacts positifs sur la maitrise des charges et le confort.

 

Programme ANR : Habitat Intelligent et Solaire Photovoltaïque (HABISOL) 2010

Référence projet : ANR-10-HABI-0006

Coordinateur du projet :
Madame LAHRECH ROFAÏDA (CENTRE SCIENTIFIQUE ET TECHNIQUE DU BATIMENT)
rofaida.lahrech@nullcstb.fr

Site internet du projet : http://extranet.cstb.fr/sites/memoire/Pages/accueil.

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.