Simulateur thermique
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Activité 1 : optimisation des paramètres thermiques d'un local vis-à-vis des économies d'énergie

Contexte

Vous êtes chargés de réfléchir à la conception d'un local (choix des propriétés des parois, paramétrage du chauffage) afin que ce dernier soit le plus économe en énergie tout en restant confortable. Vous agissez sur certains paramètres du local ou environnementaux comme :

L'objectif de ce travail est de comprendre les interactions entre les différents paramètres et de proposer une solution répondant à la problématique.

Modèle numérique et paramètres

Le modèle numérique et ses paramètres sont présentés dans la partie notice.

Déperditions thermiques

Les déperditions thermiques regroupent l'ensemble des déperditions :

Question 1 : Rechercher sur internet la répartition des déperditions dans un logement.

Question 2 : Lorsque la température extérieure est plus basse que la température intérieure du local, il y a déperdition thermique à travers les parois. Chercher sur internet les paramètres donnant le flux (puissance thermique) de chaleur au travers de la paroi.


Remarque: dans les questions qui suivent et sauf indication contraire, vous laisserez les paramètres du simulateur à leurs valeurs par défaut. Pour revenir aux valeurs par défaut, un bouton 'Réinitialiser' est prévu à cet effet. Il est demandé de cliquer sur ce bouton à chaque nouvelle question.


Question 3 : En vous aidant du simulateur, étudier la chute de température du local en fonction du temps (3 jours). On prendra la température extérieure constante (15°) et une température initiale de 19°. La puissance de chauffage est nulle dans cette partie. Faire varier les déperditions thermiques. Que constatez vous? conclure sur l'influence des déperditions thermiques et de l'isolation thermique.


Les déperditions énergétiques entraine une chute de la température plus ou moins rapide. Pour maintenir la température intérieure constante, il est nécessaire d'apporter de l'énergie, c'est à dire de faire fonctionner un chauffage.

Question 4 : Dans le simulateur, remettre les paramètres par défaut. Faire varier les déperditions thermiques (prendre 4 ou 5 valeurs) et relever l'énergie dépensée pendant la période. Tracer dans un tableur la courbe donnant l'énergie dépensée en fonction du coefficient de déperdition. Conclure quant au rôle de l'isolation thermique vis à vis des économies d'énergie.

Inertie thermique

Question 5 : Qu'est ce que l'inertie thermique?

Question 6 : Etudier la chute de température du local pour une température extérieure constante (15°) et pour une température initiale de 19° (sans puissance de chauffe). Faire varier l'inertie thermique uniquement (les déperditions sont fixées). Que constatez vous? Conclure.

Inertie thermique et économie d'énergie

Question 7 : Dans le cas où les apports solaires sont nuls, l'inertie thermique apporte-t-elle des économies d'énergie significatives ? Utiliser le simulateur pour répondre à cette question. Pour cela, réinitialiser les paramètres et faire varier l'inertie thermique (on prendra 4 ou 5 valeurs différentes).

Question 8 : Dans quels cas l'inertie devient-elle un inconvénient? Pour répondre à cette question, on considère un bâtiment chauffé par intermitence (par exemple des bureaux non chauffés le week end ou un chalet de vacance en montagne). On agit sur le simulateur pour argumenter sa réponse. On prendra une température initiale et une température extérieures identiques (8°C).


Dans la suite, nous allons voir comment mettre à profil l'inertie thermique avec les apports solaires.

Les apports solaires

La façade sud du local permet de profiter des apports solaires en hiver. Dans le simulateur, les apports commencent à partir de midi pendant une durée paramétrable.

Question 9 : Arrêter le chauffage. Tester l'influence des apports solaires sur la température intérieure et le confort. On règlera les apports solaires à 1000 W et la durée des apports à 4 heures. Faire varier les déperditions en bloquant l'inertie thermique à sa valeur par défaut. Conclure.

Question 10 : Même question mais en faisant varier l'inertie et en bloquant les déperditions.

Question 11 : Quel est le risque d'inconfort avec les apports solaires? Comment se prémunir de cet inconfort?

Question 12 : Laisser les déperditions à leur valeur par défaut. Chercher une puissance de chauffe et une inertie qui permettent de faire le plus d'économies d'énergie. La température moyenne extérieure est de 5°C (amplitude 4°C).

Question 13 : Modifier les périodes de chauffage afin de réduire au maximum les dépenses liées au chauffage. On pourra accepter une température qui decend à 16° pendant la nuit. Conclure.

Question 14 : Présenter un algorigramme qui permet de réguler le chauffage (marche ou arrêt) en fonction de la température intérieure. On placera un test de la température intérieure T dans une boucle infinie. On s'assurera aussi de n'allumer le chauffage que si celui-ci est éteint (ou de l'éteindre que s'il est allumé).