Résultats pléiades pour un batiment passif en logement

[Réza]

Bonjour,

Voici mon problème :

J'ai réalisé une STD sur un bâtiment passif pour des logements seulement sur une simulation j'ai un scénario de température de 19°C en occupation et 16°C en réduit la nuit et en innocupation et sur une autre simulation j'ai mis un scénario de température de 19°C 24h/24.
D'après le comparateur de simulation seul ces deux scénarios sont différents dans chaque étude.
Les résultats pour les besoins en chauffage sont de 14kWh/m² pour la première ( 19°C et 16°C en réduit) et de 13kWh/m² pour la deuxième (19°C en continu).

Je ne comprend pas pourquoi la seconde a des besoins en chauffage moins importants alors que la consigne de température est plus importante tout au long d'une journée.
Pourriez vous me donner votre avis et peut être la solution sur une explication.

Merci pour votre réponse.

[olivir]

Bonjour Réza,

Si cela peut vous rassurer c'est tout à fait normal

- Premièrement 1kWh/m²/an d'écart, aux arrondis près, ce n'est vraiment pas un souci,
- Ensuite, c'est normal que la relance occasionne une surconsommation surtout si vous avez laissé le réglage automatique de P+C. En effet, à l'heure H, P+C va supposer un effort intense pour occasionner une réponse en température la plus immédiate possible... Forcément ça sur-consomme
- Dans une maison passive, on ne considère pas de consigne réduite, notamment parce que cela n'a plus d'intérêt, puisque cela ne permet pas de faire d'économies d'énergies et même au contraire comme vous venez de le mettre en exergue ici,
- Dans une maison "conventionnelle", la consigne réduite permettrait une économie, effectivement, mais pas dans un bâtiment aussi peu déperditif qu'une maison passive.

[Jerome]

à l'heure H, P+C va supposer un effort intense pour occasionner une réponse en température la plus immédiate possible... Forcément ça sur-consomme

Je ne vois pas pourquoi. Ça fait des pics de puissance, d'accord, mais je ne vois pas pourquoi ça consomme plus (énergie).

La consommation, c'est l'énergie qu'on met pour compenser les déperditions. Si on introduit un régime réduit, alors on a une période pendant laquelle les déperditions diminuent (delta T plus faible avec l'extérieur) et donc, intégré sur le temps, autant d'énergie en moins à fournir. Je ne vois pas comment ça pourrait faire augmenter les consommations.

A moins qu'on ne fasse intervenir dans le raisonnement un rendement d'équipement qui diffère selon la charge, mais ce n'est pas le cas ici.

Ou à moins qu'il ne s'agisse d'un artefact lié à la discrétisation du calcul, mais je ne le crois pas non plus.

C'est le fameux "quand on fait descendre la température dans la journée, le soir il faut relancer très fort et donc au final ça consomme plus". Il me semble que c'est une "croyance populaire", non ?

[olivir]

Alors j'argumente mon opinion pour Jérôme

Maintenir une consigne de température, c'est comme maintenir un niveau d'eau dans une baignoire où la bonde n'est pas fermée : il faut ouvrir le robinet pour que le niveau reste stable. Si on veut faire monter le niveau du bain, il va falloir ouvrir plus grand le robinet pour dépasser le débit de fuite.



Comme faire monter le niveau exige plus d'eau, faire monter la consigne exige plus d'énergie.

Dans mon bâtiment passif, le passage de 16 à 19°C va donc nécessiter plus d'énergie que si je veux simplement le maintenir à 19°C.

Bien sûr, si je coupe le robinet 5s, je retrouve mon niveau initial et au final, j'aurai dépensé 70L comme en maintenant mon niveau stable 70 secondes.

Mais, dans notre bâtiment, entre des matériaux qui amènent une inertie supplémentaire et des consignes rapprochées, il arrive qu'il soit plus économe de maintenir une consigne plutôt que de prévoir une réduction.

En simulant un modèle très simple sur une semaine, on voit qu'il est possible que la consigne de 19°C soit effectivement plus économe que la consigne avec réduction.

Cela ne fonctionne que parce que le bâtiment est passif et que donc le débit de fuite, les déperditions sont faibles*. Si on a des déperditions très fortes, le niveau de la baignoire descend très vite quand on cesse d'alimenter en eau nouvelle, et par conséquent on récupère très vite ce qu'on a "surconsommé" pour monter en température. Dans le passif, le bâtiment aura tendance à garder sa température, la fuite est faible, le niveau du bain descendra tout doucement, et il faudra un temps long pour rattraper l'énergie mise en œuvre pour faire remonter la consigne.

* Dans le modèle que j'ai testé, la surpuissance demandée pour le changement de consigne dans le bâtiment passif est 22 fois plus importante que la puissance nécessaire pour le maintenir en température. Dans le bâtiment traditionnel, elle n'est que 6 fois supérieure. Chaque montée en chauffe est donc très couteuse en valeur relative.



Dès lors, l'expression populaire est effectivement fausse... ou alors elle était en avance sur son temps et parlait déjà de bâtiments passifs !

[Jerome]

Merci Olivier pour cette explication (et ces schémas qui font la saveur de tes interventions).

L'analogie ne me paraît pas trop pertinente, puisque l'essentiel de ce que je dis repose sur le fait que lorsqu'on est à 16°C, les déperditions sont minimisées par rapport à 19°C. Dans ton cas, le débit de fuite est toujours le même. Enfin dans ta modélisation. Dans ta baignoire, je ne sais pas.

Note que dans ta modélisation, si tu pars d'un volume V1 à un moment et que tu veux arriver à un volume V2 après une durée T, que tu laisses couler et que tu allumes en grand pour rattraper, ou bien que tu remplisse à débit constant, au final, tu auras consommé pareil : V2-V1 + T x débit de fuite.

Effectivement, mon raisonnement ne prend pas en compte la notion d'inertie, donc de déphasage entre le moment où on consomme l'énergie et le moment où cela se traduit sur la variable (Tint). Intuitivement, je ne sais pas trop l'impact que ça a. Ça ne me paraît pas évident.

En période réduite, les murs se déchargent et la température baisse moins, donc les déperditions aussi. Et en période de relance, on réchauffe les murs en plus de réchauffer l'air. Au final, l'inertie minimise le bénéfice du réduit, mais je ne comprends pas pourquoi il le rendrait négatif. Pour cela, il faudrait qu'à un moment on dépasse la température de consigne. Ça arrive avec les apports solaires, mais je ne fais pas le lien avec le mode réduit.

Ça doit pourtant être l'inertie qui explique tes résultats. Je ne vois pas quoi d'autre.

On avait parlé de la même chose sur le forum GI3ER (pour ceux qui y sont inscrits).

Je ne sais pas ce qu'est qu'une consigne symétrique. Tu veux dire avec un rapport cyclique de 0.5 ?

[olivir]

Comme j'ai dit quelques âneries, je corrige :

- si, si l'analogie de la baignoire fonctionne si on se permet l'approximation (peu handicapante pour un bâtiment passif) que les débits de fuite sont égaux quel que soit le niveau,
- mon exemple était un peu simple, ce qui est intéressant, c'est quand on cumule les temps où le robinet est grand ouvert et qu'on le compare au robinet ouvert normalement en continu,
- si le bâtiment passif voit une surconsommation avec la consigne réduite, c'est uniquement si les changements sont suffisamment fréquents pour que les pics soient plus couteux énergétiquement que les moments à consigne monotone.

je détaille toutes mes investigations ici, si cela vous intéresse.

[Nico.Naud]

Effectivement, mon raisonnement ne prend pas en compte la notion d'inertie, donc de déphasage entre le moment où on consomme l'énergie et le moment où cela se traduit sur la variable (Tint). Intuitivement, je ne sais pas trop l'impact que ça a. Ça ne me paraît pas évident.

C'est effectivement du côté de l'inertie thermique que se situe l'explication. Pour comprendre son rôle dans le système, reprenons le parallèle fait par Olivir avec la baignoire, en le modifiant un peu : ajoutons de l'inertie au système en plaçant un bac intermédiaire, sur lequel se trouvent 2 sorties.

Dans le cas d'un réduit en inoccupation, la relance oblige à fournir un débit plus important afin à la fois de compenser les pertes de la "baignoire" mais également de rattraper le nvieau initial, via les 2 sorties du bac intermédiaire. L'inertie du système induit alors un stockage intermédiaire d'eau, qui sera libéré in fine, pouvant être à l'origine d'un dépassement du niveau d'eau, d'où la surconsommation observée.
Dans le cas où on ne met pas en place de régime réduit, le débit d'eau à fournir est juste égal au débit de fuite, donc le dépassement de niveau n'aura pas lieu.

[Blayac]

Bonjour à tous,

Cela fait plusieurs fois que je me questionne et j'avoue ne pas avoir trouvé la réponse.
Je trouve l'analogie hydraulique être une bonne manière d'expliquer, mais le débit de d'eau doit varier en fonction du niveau d'eau :
Je verrai bien une analogie entre le niveau d'eau et la température intérieure bien que les déperditions ne sont pas proportionnelles à la différence de températures (intérieur/extérieur).

Par ailleurs ce qui me choque dans le 2e schéma (celui posté par Nico.Naud) est l'inertie qui se symbolise par un bac secondaire. Ce "volume inertiel à écouler" ne peut s'écouler dès lors qu'il existe une différence de température sinon on est dans une explication qui démontre que l'inertie consomme de l'énergie.

Je pense que cette discussion va encore faire couler de l'encre (ou tapoter sur nos clavier), il faudrait reposer les équations de l'énergie et faire le calcul, je ne suis pas assez courageux aujourd'hui et je pense qu'il me faudrait pas mal de temps afin de tout me remettre en tête.

A bientôt

[Yves_M]

Bonjour à tous,

Je m'étais aussi posé la question après avoir lu un article d'Olivir sur le sujet qui pour être honnête ne m'avait pas vraiment convaincu. Je pensais que le phénomène était plutot un artefact de calcul du à des variations trop rapides par rapport au pas de temps.

En réfléchissant un peu je crois qu'il y a quand même un phénomène bien réel qui peut expliquer les résultats, qui viendraient de l'inhomogénéité des températures.

Je m'explique: si on prend un modèle à une maille, le bilan c'est:

énergie finale - énergie initiale = ce qui rentre - ce qui sort

On élimine le membre de gauche vu que le bâtiment est dans le même état en fin de simu qu'au début en principe.

Ce qui rentre= apports internes + solaires + chauffage. Les deux premiers ne changent pas d'une variante à l'autre, seul le 3e peut varier.

Ce qui sort= déperditions conductives et radiatives, le flux est à tout moment proportionnel à T int-T ext.
T ext ne varie pas d'une variante à l'autre, reste T int.

Là, il y a 2 cas:
- avec dépassement de la consigne il peut arriver que Tint soit plus haute dans la variante avec réduit que la variante consigne constante. Mais apparemment ce n'est pas ce qui se passe dans la simu.
- sans dépassement, pas de doute, les déperditions sont à tout instant inférieures dans la version avec consigne réduite que sans.

-> conclusion: le besoin de chauffage en intégrant sur l'année doit forcément être plus important avec chauffage constant que avec la réduction.

En fait pour obtenir le résultat inverse, il doit nécessairement y avoir certains moments où T int (avec réduit) > T int (consigne constante). Or on a vu que pour la température intérieure des zones ce n'est pas le cas. Sauf qu'il reste la température des murs! C'est là que l'inhomogénéité intervient. Chaque épaisseur de béton est divisée en plusieurs mailles, et le profil de température à l'intérieur du mur peut être différent dans les 2 variantes (consigne constante ou variable). Donc on peut très bien avoir Tbéton (consigne variable)> Tbéton (consigne constante) à certains moments et certains endroits. Par exemple parce que dans le 1er cas on a un profil de type onde thermique alors que l'autre est linéaire.

A part ça, d'un point de vue plus pratique réduire la consigne dans une maison passive est de toutes façons peu intéressant car on va faire marcher les équipements par à coups, on va générer des températures moins homogènes dans les pièces, et on complexifie la régulation pour rien...

[olivir]

C'est amusant comme ce sujet génère des interrogations sur les explications

Pourtant, si on parle économie de carburant dans une automobile, personne ne sera choqué si je dis qu'il vaut souvent mieux rouler à vitesse moyenne et constante plutôt que de rouler doucement puis très vite.

TWINGO 2007-
Ville/route/mixte (L/100 Km): 7,8/4,9/5,9

[Yves_M]

C'est amusant comme ce sujet génère des interrogations sur les explications

Pourtant, si on parle économie de carburant dans une automobile, personne ne sera choqué si je dis qu'il vaut souvent mieux rouler à vitesse moyenne et constante plutôt que de rouler doucement puis très vite.

TWINGO 2007-
Ville/route/mixte (L/100 Km): 7,8/4,9/5,9

La comparaison ne tient pas à mon avis pour plusieurs raisons:

- dans la voiture il y a une question de rendement du moteur, or ici on ne prend pas le rendement des équipements

- et surtout, dans le cas de la voiture à chaque fois qu'on freine on perd de l'énergie. C'est à dire que la déperdition d'énergie est plus importante quand on fait varier la vitesse que quand on la laisse constante (les plaquettes de frein chauffent). Dans le bâtiment ce qui est difficile à comprendre c'est pourquoi il y aurait plus de déperditions en abaissant la température intérieure, c'est là qu'il y a un paradoxe, du moins apparent.

En fait la situation de la voiture en ville serait plutot comparable à un cas où on ouvre grand les fenêtres dès qu'on quitte le bâtiment: là il y aura évidemment plus de consommations!

[olivir]

Je ne suis pas d'accord mais je n'ai plus beaucoup de salive à mettre dans ce sujet

Il n'y a pas plus de déperditions quand on abaisse la consigne, il y a juste besoin de plus de puissance pour passer, dans un délai court, de bas à haut régime, et ces surpuissances cumulées peuvent s'avérer supérieures aux besoins pour maintenir à haut régime en continu. De la même façon qu'il faut une surpuissance pour faire accélérer le véhicule (même si on a pas usé de plaquettes et qu'on a juste laissé l'auto ralentir seule et quel que soit le rendement).

[jgh]

Bonjour,
Le problème ne viendrait-il pas tout simplement du fait que le 1er janvier à 0h00, les locaux chauffés sont initialisés à la température de consigne ?
En démarrant à 16 °C, dans un bâtiment passif, il faut plusieurs jours pour arriver à des conditions périodiques stabilisées. Le besoin de chauffage constaté comme étant supérieur en consigne variable peut être dû à l'énergie supplémentaire qu'il faut pour réchauffer les murs (initialement à 16 °C), ces murs nécessitant plus d'énergie que l'air pour atteindre la même température, surtout avec une VMC DF.
Il est fort probable, que sur le seul mois de février, la tendance s'inverse et que le besoin de chauffage deviennent inférieur pour le scénario de consigne constante.

Si c'est l'explication, on en revient au problème de pouvoir démarrer la simulation quelques jours ou semaines plus tôt pour s'affranchir de ce phénomène de "mise en chauffe" qui a déjà été signalé par plusieurs personnes.
Qu'en pensez-vous ?

[Yves_M]

Bonjour,
Le problème ne viendrait-il pas tout simplement du fait que le 1er janvier à 0h00, les locaux chauffés sont initialisés à la température de consigne ?
En démarrant à 16 °C, dans un bâtiment passif, il faut plusieurs jours pour arriver à des conditions périodiques stabilisées. Le besoin de chauffage constaté comme étant supérieur en consigne variable peut être dû à l'énergie supplémentaire qu'il faut pour réchauffer les murs (initialement à 16 °C), ces murs nécessitant plus d'énergie que l'air pour atteindre la même température, surtout avec une VMC DF.
Il est fort probable, que sur le seul mois de février, la tendance s'inverse et que le besoin de chauffage deviennent inférieur pour le scénario de consigne constante.

Si c'est l'explication, on en revient au problème de pouvoir démarrer la simulation quelques jours ou semaines plus tôt pour s'affranchir de ce phénomène de "mise en chauffe" qui a déjà été signalé par plusieurs personnes.
Qu'en pensez-vous ?

Effectivement votre explication me semble très logique! Il suffisait d'y penser, j'avais bêtement pris état initial = final mais si l'état initial est plus froid la différence est en effet de taille.

J'ai testé un modèle rapide avec réduction de la consigne pendant la journée (9h-18h) sur un bâtiment très isolé avec beaucoup d'inertie, on n'observe pas de surconsommation par rapport au même en T constante: ça confirme que c'est l'initialisation qui cause le problème.

[olivir]

Bien évidemment, j'avais vérifié... personne n'a lu mon article mais je maintiens toujours ce que j'ai dit, ce n'est pas, selon moi, dû à l'initialisation mais à une surpuissance automatique élevée pour répondre dans un délai court... mais je n'insisterai plus, j'engage un schisme muet

ps : l'effet de l'initialisation se voit très bien, c'est le premier pic, le plus élevé. Mais à lui seul, il ne peut pas engager un tel phénomène.