Intérêt de la modélisation 3D

Un modèle fin de thermique de bâtiment a été implémenté et validé dans le cadre de cette thèse. Ses principales spécificités résident dans le fait que les échanges énergétiques sont calculés de façon tridimen- sionnelle et que les apports énergétiques solaires sont calculés précisément en prenant en compte la tache solaire. Dans la partie précédente nous avons étudié l’importance des entrées de notre modèle et des temps d’échantillonnage et d’intégration sur les performances du modèle, en quantifiant les écarts aux mesures des simulations faites avec diérents échantillonnages des entrées.Nous allons nous intéresser dans ce chapitre à l’intérêt de la modélisation tridimensionnelle ainsi qu’à l’impact du mode de projection et de distribution des apports solaires dans la pièce sur la précision des calculs de températures d’air et de surfaces d’enveloppe d’un bâtiment. Comme détaillé dans la section 2.3.3, les modèles de thermique communément utilisés sont unidimensionnels et considèrent diérentes hypothèses pour la distribution du rayonnement dans une pièce : Ainsi, afin de démontrer l’intérêt de notre modèle par rapport aux modèles thermiques usuels, deux mo- dèles simplifiés ont été implémentées ici. Il a été décidé d’implémenter nos propres modèles unidimensionnels dans le but de garder la maîtrise sur leurs entrées et de conserver les méthodes de calculs du modèle 3D, qu’il s’agisse du schéma numérique ou du traitement des conditions aux limites dans l’équation de la chaleur. Ces modèles présentent alors deux principales diérences avec le modèle 3D de cette thèse :

, nous considérons que seul le sol reçoit le rayon- nement solaire direct transmis par le vitrage. L’éclairement primaire considéré sur toute la surface du sol résulte alors du rayonnement direct normal entrant dans la pièce modulé par la surface de transmission réelle de la fenêtre et du rayonnement dius transmis, tandis que l’éclairement primaire considéré pour les autres parois n’est composé que du rayonnement dius frappant celles-ci :. Ensuite, l’éclairement total reçu par l’ensemble des parois, tenant compte aussi des mutliréflexions, est calculé selon la relation II.46 tandis que le flux CLO est obtenu par l’équation II.45.Notons que ce premier modèle unidimensionnel coïncide avec celui dont il est fait allusion au cours des inter-comparaisons avec les modèles usuels en introduction de la partie III. D’ailleurs, la cohérence de ses sorties, vis-à-vis des logiciels TRNSYS et DYMOLA, est montrée dans la figure III.1., l’éclairement primaire reçu par chaque paroi résulte du rayonnement solaire direct calculé au pro rata de la taille de la tache solaire et du rayonnement dius :Nous allons donc comparer les résultats de simulations réalisées par les deux modèles avec ceux du modèle 3D sur BESTLab dans une première section. Pour les trois modèles expérimentés, nous nous inté- resserons aux températures d’air et aux distributions des températures de surfaces internes des cellules ainsi qu’aux distributions des diérents flux et leur impact sur les températures. Les performances des modèles seront alors quantifiées et comparées. L’intérêt du modèle 3D sera alors démontré dans le cadre d’une appli- cation focalisée sur la cartographie d’indices de confort dans la section.

Comparaison des sorties des modèles unidimensionnels et tridimension- nels

L’apport, en termes de précision des calculs, de notre modèle tridimensionnel avec prise en compte précise des apports solaires est l’objet de cette section. Notre démonstration sera basée sur les comparaisons des sorties du modèle 3D à celles des modèles unidimensionnels MLes distributions des températures de surface et de flux CLO dans la pièce induisent des températures opératives très diérentes selon le point où l’on se place dans la cellule. Ainsi, les températures opératives sur un plan horizontal placé à 1 m du sol (Fig. IV.32) varient de 31 ˚C hors du faisceau de rayonnement à 39 ˚C proche de la paroi Est, dans la tache solaire. On observe ainsi, pour les points situés dans le faisceau lumineux, les eets du flux CLO, mais aussi du rayonnement émis par les mailles chaudes de la paroi, au niveau de la tache solaire : un gradient de températures existe à l’intérieur même du faisceau lumineux, les points les plus éloignés des mailles recevant la tache solaire restent à 40 ˚C tandis que ceux situés à proximité atteignent 44 ˚C. Le champ de températures opératives, sur un plan vertical parallèle à la paroi nord (Fig. IV.32) est tout aussi hétérogène et laisse deviner ces mêmes influences : les points hors faisceau lumineux restent à 31 ˚C alors que les points recevant du rayonnement solaire ont des températures variant de 36 ˚C à 38 ˚C selon leur proximité des mailles frappées par la tache solaire.