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Médiathèque TamponMédiathèque Tampon
Présentation de la mission d’assistance Présentation de la mission d’assistance techniquetechnique
Université de La RéunionI.U.T. de Saint-Pierre -Département Génie
Civil
Juillet 2002
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 2
Plan de l’exposé
• Remarques sur le projet APD• Méthodologie de l’étude• Analyse de la zone « Animateur »• Analyse de l’Administration• Analyse du bâtiment central• Synthèse
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 3
Remarques sur le projet APD
• Toiture– Stabithermo : prévoir deux lames d’air de part et d’autre du PMR– Prévoir une étanchéité de couleur claire– Impact d’une épaisseur d’isolant plus importante ?
• Murs– Possibilité de condensation sur les murs rideaux– Impact de l’isolation des murs (façades sud-est de l’administration) ?
• Baies et fenêtre– Surfaces vitrées importantes sur certaines zones (Atelier +
Gymnase)– Prévoir une protection solaire
• Traitement de l’air– Utilité du conditionnement d’air des zones « Administration » et
« CDI » ?– Utilité des splits dans les logements de fonction ?– Ventilation naturelle de la restauration en partie haute uniquement– Prévoir une ventilation sur les occupants dans la zone restauration
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Méthodologie pour le Lycée Tampon III
• Traitement des données météorologiques– Définition d’un mois type « été »– Définition d’un mois type « hiver »
• Simulations pendant les deux mois type sur– Salle de classe– Salle informatique– Bureau gestionnaire – Administration
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Les données météorologiques – Période été
• Simulations effectuées sur un mois type chaud – Tmax moyen = 27°C Tmax abs = 30.1°
• Zoom sur la semaine la plus chaude
Courbes de Température et d'Humidité relative extérieures pour la séquence été extrême
17
19
21
23
25
27
29
31
1 14 3 16 5 18 7 20 9 22
Heure
Tem
pér
atu
re (
°C)
40
50
60
70
80
90
100
Hu
mid
ité
rela
tive
(%
)
Tair ext Hum. rel. Ext.
Courbes d'ensoleillement direct et diffus pour la séquence été extrême
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1 13 1 13 1 13 1 13 1 13
Heure
Ray
on
nem
ent
sola
ire
dir
ect
et d
iffu
s (W
/m²)
Direct Diffus
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 6
Les données météorologiques – Période hiver
• Simulations effectuées sur un mois type froid – Tmax moyen = 20°C Tmax abs = 22.3°C
• Zoom sur la semaine la plus froide
Courbes de Température et d'Humidité relative extérieures pour la séquence hiver extrême
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
1 13 1 13 1 13 1 13 1 13 1 13
Heure
Te
mp
éra
ture
(°C
)
40
50
60
70
80
90
100
Hu
mid
ité (%
)
Tair ext Hum.rel.Ext.
Courbes d'ensoleillement direct et diffus pour la séquence hiver extrême
0
100
200
300
400
500
600
700
1 2 3 4 5 6
Heure
Ra
yo
nn
em
en
t s
ola
ire
glo
ba
l et
dif
fus
(W
/m2
)
Rayonnement Direct Rayonnement Diffus
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 7
Les outils et les sorties utilisés
• Les outils– CODYRUN– Le module confort PMV Matlab
• Les sorties– Température résultante– Humidité– Risques de condensation– Zones de confort– PMV– Puissance de clim– Coefficient d’ensoleillement, temp de rosée etc.
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Le diagramme de confort
V = 0 m/s
V = 0.5 m/sV = 1 m/s
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Le PMV
Adm été ZR, VMC hygiénique le jour et surventilation la nuit avec des ouvertures, clo 0,5 avec v=0,5 de 15h à 18h. Activite 1,3. Entre 8h et 17h.
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
66 68 70 73 75 78 80 82 85 87 90 92 94
Temps (jour)
PM
V
PMV
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Analyse de la zone commune
• Objectifs des simulations :– Vérifier la conception thermique de la zone et le bon
dimensionnement des protections solaires.
– Vérifier qu’il n’y a pas de problème de condensation et d’humidité dans le bâtiment.
– Vérifier les conditions de confort dans la zone en été et hiver
Zone commune
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Étude de la conception thermique
• Optimisation des apports solaires : Protection solaire des baies – Identifier la répartition des flux solaires sur les vitrages.
– Déterminer les vitrages les plus ensoleillés.
– Évaluer l’impact de la modification des propriétés radiatives de ces vitrages.
L’objectif est de diminuer les apports solaires en été et en hiver.
•10VitSE, responsable de 23% des apports diffus
•VitSESsAuvent (15%)
•VitNormR+1 (9%)
•VitNO-Pro(9%) mlmm
Répartition des flux sur les vitrages en été et hiver
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Étude de la conception thermique
Avant traitement
Après traitement
Flux diffus
37 977 kWh
19 316 kWh
Flux direct
9 885 kWh 8 763 kWh
Evolution de la température résultante en été
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24
Avec protection des vitrages
Sans protection des vitrages15 20 25 30 35 40
0
5
10
15
20
25
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
Confort en hiver
v = 0 m/s65%
65% (227) des points sont dans les zones de confort
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Confort en été
Temperature (°C)R
appo
rt d
e m
élan
ge x
v = 0 m/s26%
v = 0.5 m/s68%
v = 1 m/s6%
50% (372) des points sont dans les zones de confort
Diagramme de confort après modification des vitragesPMV en hiver - CLO = 1 et v = 0.1 m/s
-1.2
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
PMV
Évolution du PMV en hiver après modification
PMV en été - CLO = 0.5 et v = 0.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
1 10
19
28
37
46
55
64
73
82
91
10
0
10
9
118
12
7
13
6
14
5
15
4
16
3
17
2
18
1
19
0
19
9
20
8
21
7
22
6
23
5
24
4
25
3
26
2
27
1
28
0
28
9
29
8
30
7
31
6
32
5
33
4
PMV
Évolution du PMV en été après modification
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 13
Étude de la conception thermique
• Protection solaire de la zone d’accueil
Store d’occultation
9m
18m
Comptoir
Store d’occultation de couleur claire de hauteur 3,6m
Stores intérieurs déroulant de couleur claire et (hauteur : 3.6m, longueur totale : 27m) sur les
vitrages
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Étude des problèmes de condensation
Débit de ventilation
Profiles occupation
Activité(Met)
Scenario 1 : sans VMC
0 m3/h sans 100% (376 pers)
1
Scenario 2VMC
hygiénique le jour
9000 m3/h VMC que le jour
100% 1
Sceanrio 3VMC
hygiénique
9000 m3/h VMC toute la journée
100% 1
Sceanrio 4VMC
hygiénique occupation
réduite
9000 VMC toute la journée
25% 75pers
1
Scenario 5VMC forcée
18000 VMC toute la journée
100% 376pers
1
• Scenarii d’essais pour traiter les problèmes de condensation
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 15
Étude des problèmes de condensation
• Résultats des simulationsCondensation sur parois internes
0
100
200
300
400
500
600
Mur
NOSan
it
Toitu
re
VitNor
mR+1
Vit50S
sPor
chR
VitN
orm
SuAud
i
VitSO
SurPar
c
Vit_SO
_RDJ
10VitS
E
VitSE50
%Par
vi
VitSO
Norm
SsAu
VitNO
_NoP
rot
FaceN
EChapo
FacSECha
po
parois
Occ
urr
ence
de
la c
on
den
sati
on
su
r la
pér
iod
e fr
oid
e (h
eure
s)
scenario 1 ss VMC
scenario 2 : VMC hygiénique le jour
scenario 3 VMC hygiéniquescenario 4 VMC hygiénique occup rédiute
scenario 5 VMC forcée
•Nécessité de ventiler fortement la zone commune avec un débit minimum de 18000 m3/h en hiver.
•La VMC doit opérer toute la journée.
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 16
Étude du confort dans la zone commune en hiver
– Scénarii testés :• Scénario 1 : sans VMC• Scénario 2 : VMC hygiénique le jour • Scénario 3 : VMC hygiénique • Scénario 4 : VMC hygiénique occupation réduite• Scénario 5 : VMC forcée
• Résultat des simulations
Evolution des températures résultantes d'air
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21
temps (heures)
Scenario 1 : sans VMC scenario 2 VMC hygiénique le jourscenario 3 VMC hygiénique scenario 5 VMC forcée
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 17
Étude du confort dans la zone commune en hiver
• Résultat des simulations
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Hiver :sans VMC (resconf1.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Hiver :avec VMC 9000m3/h (resconf33.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Hiver : VMC 9000m3/h le jour (resconf2.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Hiver : VMC forcée (resconf333.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
Scénario 2 : VMC hygiénique le jour uniquement
Scénario 1 :sans VMC
Scénario 9 : VMC hygiénique permanente
Scénario 5 : VMC forcée
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 18
Étude du confort dans la zone commune en hiver
• Résultat des simulations
Scenario 1 : sans VMC
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3Scenario 2 : VMC hygiénique le jour
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
Scenario 3 : VMC hygiénique toute la journée
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
Scenario 5 : VMC forcée
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1 25 49 73 97 121 145 169 193 217 241 265 289 313 337 361 385 409 433 457 481 505 529 553 577 601 625 649 673
PMV sur 4 jours ; Scenario 5 (VMC forcée)
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24
occupation
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 19
Étude du confort dans la zone commune en été
• Scénarii testés
Débit de ventilation
Profil occupation
Activité
(Met)
Scénario 3VMC
hygiénique
9 000 m3/h VMC toute la journée
100%376pers
1
Scénario 5VMC forcée
18 000 m3/h
VMC toute la journée
100% 1
Scénario 6VMC max
50 000 m3/h
VMC toute la journée
100% 1
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 20
Étude du confort dans la zone commune en été
• Résultats des simulations
Evolution des températures résultantes d'air sur 4 jours
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5
scenario 3 VMC hygiénique : 9 000m3/h
sceanrio 5 VMC : forcée 18 000m3/h
scenario 6 VMC max : 50 000m3/h
T air ext
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Eté : VMC hygiénique toute la journée (resconf4.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Eté : avec VMC 18000m3/h occupation à 100% (resconf66.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de m
élan
ge x
15 20 25 30 35 400
5
10
15
20
25Ete : VMC forcée 50000m3/h (resconf7.xls)
Temperature (°C)
Rap
port
de
mél
ange
x
Scénario 3 VMC 9 000 m3h
Scénario 5 VMC 18 000 m3h
Scénario 6 VMC 50 000 m3h
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 21
Étude du confort dans la zone commune en été
• Résultats des simulations
PMV Scenario 3 : avec VMC hygiénique tout le jour
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 30 59 88 117
146
175
204
233
262
291
320
349
378
407
436
465
494
523
552
581
610
639
668
697
726
PMV scenario 5 : avec VMC forcée toute la journée
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
1 32
63
94
125
156
187
218
249
280
311
342
373
404
435
466
497
528
559
590
621
652
683
714
PMV Scenario 6 : avec VMC maximum tout le jour
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
1 30 59 88 117
146
175
204
233
262
291
320
349
378
407
436
465
494
523
552
581
610
639
668
697
726
Evolution du PMV sur 4 j : Scenario 6 (avec VMC maximum 50 000m3/h)
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2 occupation
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 22
Synthèse des solutions en été
description
Bâtiment
Version APD Modifié
Vitrages SimpleAvec protection solaire
par store déroulant (pour les vitrages ciblés au §
6.4.1.2.)
VMCHygiénique :9 000 m3/h
Max :50 000 m3/h
Vitese d’air par brasseur
plafonnier
-V=0,1m/sV=0,5/sV=1m/s
• Comparaison des performances : • bâtiment en version APD• Batiments modifié
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93
PMV batiment modifié Vair = 0,1 m/s PMV Bâtiment version APD
PMV batiment modifié Vair =0,5m/s PMV batiment modifié Vair =1 m/s
-3
-2
-1
0
1
2
3
1 30 59 88 117
146
175
204
233
262
291
320
349
378
407
436
465
494
523
552
581
610
639
668
697
726
PMV Bâtiment version APD PMV batiment modifié Vair =0,5m/s
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 23
Synthèse étude de la zone commune
• Risque de condensation– Nécessité ventiler avec un débit minimum de 18 000m3/h toute
la journée.
• Confort été et hiver
– Protection générale des vitrages:
– Protection de la zone d’accueil
– Ventilation en été et hiver
Stores intérieurs déroulant de couleur claire sur les vitrages ciblés
•Débit minimum en été de 50 000 m3/h
•Débit minimum en hiver de 9 000m3/h
•Nécessité d’asservir le débit de la ventilation aux conditions de température intérieure.
•Apparition de courtes périodes chaudes (PMV>1,5) sur env. 20h
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 24
Synthèse salle informatique
• En hiver – Cas similaire aux salles de classe– Confort assuré en journée
• En été– Bâtiment traversant : confort assuré pour une vitesse d’air
de 0.5 m/s– Bâtiment non traversant : confort assuré pour une vitesse
d’air 1 m/s
• Propositions/Projet – Brasseurs d’air– Ou climatisation
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 25
Analyse de la zone « Animateur »
• Charges internes– Occupants : 4 personne (78 W sensible et 66 W latent) de 8h00 à
17h00.– Eclairage : artificiel seulement l’après midi (13h00 – 17h00) à 13
W/m². On suppose que le matin, l’éclairage naturel est suffisant.– Machines : 4 PC.
• Objectifs– Etude du confort sans conditionnement d’air– Risques de condensation
• Conception thermique– Isolation toiture/parois– Vitrage clair/vitrage fumé
• Traitement de l’air– Définition du débit de surventilation nocturne– Traitement de l’air sans climatisation - période été.– Traitement de l’air avec climatisation - période été.– Traitement de l’air sans chauffage – période hiver.
Assistance technique Médiathèque TamponLaboratoire de Génie Industriel, Equipe Génie Civil Thermique de l’Habitat 26
Localisation
Zone Animateur
NG
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Traitement d’air été sans climatisation
Scénario de traitement d’air pour la période Eté Nomenclature associée VMC hygiénique (18 m3/ h) toute la journée pas de clim
1j_1n
VMC hygiénique toute la journée surventilation de 20 vol hyg / h la nuit (20h00 – 7h00)
1j_20n
VMC hygiénique toute la journée surventilation de 20 vol hyg / h la nuit (20h00 – 7h00) f enêtres ouvertes l’après midi (15h00 – 17h00)
1j_20n_ouv
VMC hygiénique toute la journée fenêtres ouvertes l’après midi (15h00 – 17h00)
1j_1n_ouv
Gest été. Comparaison entre differentes simulations avec eclairage l'après-midi. Jours 69-73
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21 1 5 9 13 17 21
Temps (heure)
Te
mp
éra
ture
re
su
lta
nte
(°C
)
Tair ext Tres gest 1j_1n_ecl Tres gest 1j_20n_ecl Tres gest 1j_20n_ouv_ecl Tres gest 1j_1n_ouv_ecl
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Traitement de l’air hiver sans chauffage
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Synthèse traitement de l’air
• Hiver– VMC hygiénique à maintenir 24h/24– Évite les pbs de condensation
• Ete– Meilleur scénario : VMC 1 vol/h le jour et surventilation
nocturne la nuit (5°C de baisse de température / 1vol/h) – Nécessité de brasseurs d’air ou d’ouverture des fenêtres
l’après midis
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Impact du vitrage fumé
• Confort thermique– Obligation d’utiliser l’éclairage artificiel– Surchauffe de 1°C avec le vitrage fumé le matin
• Puissance et énergie– Légère diminution de la puissance appelée– Par contre, augmentation de la consommation de 11 %
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Analyse de la zone Administration
• 4 zones– Zone principale (Nord Ouest)– Zone Coursive (Sud-Est)– Zone reprise– Zone Archives
• Simulations réalisées– Traitement d’air été – pas de climatisation– Traitement d’air avec climatisation– Traitement d’air hiver – pas de chauffage
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Diagramme de confort – Période été
Toutes les zones sont
comfortables
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Diagrammes de confort – période hiver
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Comparaison de scénarii de traitement d’air - été
• Cas 1 : climatisation toute la journée, VMC hygiénique
• Cas 2 : climatisation après midi, surventilation nocturne
• Cas 3 : pas de climatisation, VMC hygiénique le jour, surventilation nocturne
• Résultats cas 1/cas 2– L’appel de puissance en clim diminue de 10%– La consommation énergétique diminue de 45%
• Résultats cas 1/cas 3– Appel de puissance 17 fois plus faible– Consommation 10 fois plus faible
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Synthèse Administration
• Conception thermique– Toiture : augmentation de l’isolant pas nécessaire– Murs : isolation pas nécessaire– Vitrage fumé : à remplacer par un vitrage clair (baisse de
1°C)
• Traitement de l’air hiver– Chauffage pas nécessaire– VMC hygiénique 24h/24, sinon condensation
• Traitement de l’air été– Solution 1 : pas d’installation de conditionnement d’air
• VMC hygiénique le jour• Surventilation nocturne• Brasseurs d’air
– Solution 2 : installation de conditionnement d’air• Surventilation nocturne• Diminution de 45% de la consommation énergétique