développement dune plateforme commune de simulation modèles thermiques et électriques etienne...

Développement d’une plateforme commune de simulation

Modèles thermiques et électriques

Etienne Wurtz

INES-RDI CNRS, LOCIE, Université de Savoie

DYNASIMUL ET SIMINTHEC

Dynasimul et Siminthec 2

ObjectifContexte

Objectif:

• Mettre en place une réflexion visant à définir le développement d’une plateforme de simulation prenant en compte les récentes évolutions dans le domaine de la thermique du bâtiment.

Contexte:

• Une offre en logiciels disparate• Pas d’interopérabilité entre environnements• Développement d’un projet national SIMBIO• 60000 utilisateurs pour Energy +• Un intérêt grandissant pour MODELICA• Des tentatives d’homogénéisation (NMF, IFC)• La modélisation, un besoin et une nécessité• Réalisation de plate-formes d’expérimentation INCAS et PREDIS


• Mieux connaître les attentes des utilisateurs

• Favoriser l’interopérabilité entre codes

• Mettre à disposition de la communauté une base de données

• Proposer de nouvelles méthodes de modélisation adaptées aux bâtiments basse consommation

Objectifs


DéfisRésultats attendus

Transferts

Couplages fonctionnels de logiciels de simulation

Défis scientifiques et techniques Résultats attendus Transferts

Trnsys-Matlab/Simulink

Modelica-Energy+ Mise à disposition à la communauté

Base de donnée fonctionnelle

Conception d’une base de donnée

Exploration de nouvelles méthodes de modélisation

Mise à disposition à la communauté pour

renseignement

Codyrun-TrnSys etc.

Méthodes de réduction

Méthodes d’optimisation

Modeleur / Mailleur 3D

Publications


Résultats volet 1: Développement de plates-formes desimulation opérationnelles

État de l’art sur les couplages entre logicielsCouplages globaux

Couplage de logiciels:Couplages encapsulés:

TrnSys-Matlab/Simulink, fonctionnel dans les 2 sens (possibilité d’importer un modèle de TrnSys et de le faire tourner dans Matlab/Simulink et inversement)


Résultats volet 2: Développement de bases de données pour la simulation

Champs couverts

Modèles

Géométrie 3D

Propriétés physiques

Description

Liens entre modèles

Famille de modèle

Saisie et consultation via serveur webTests de la base de donnée en cours

Matériaux

Unités

Propriétés thermo-physiques

Comportements

Valeurs particulièresLiens SIG


Résultats volet 3: Développement d’unenouvelle approche de modélisation

Fusion/Solidification d’une plaque de paraffine

Modèle complet: 629 e.d.o





Enveloppe standard & couplage avec le sol(chaleur, humidité, polluants)

Enveloppes nouvelles(ex: MCP intégrés)

Lieux de stockage(sensible, latente, thermochimique)

Dispositifs passifs/actifs de chauffage/refroidissement(ex: puit canadien, roue dessicante, ventilation naturelle …)

Réduction de problèmes non linéaires de diffusion


De DYNASIMUL A SIMINTHEC


Tache 1 et 2 : Une plate-forme pour valider les

outils de simulation

Exploitation des résultats de la plate-forme d’expérimentation de l’institut national de l’énergie solaire pour valider les

modèles


Tâche 3 : Modélisation thermique

• Objectifs– Fournir des modèles thermiques des composants et des systèmes adaptés aux

problèmes de gestion de l’énergie dans le bâtiment.– Participer à l’interopérabilité de ces modèles avec les outils de génie électrique

et de contrôle commande.

• Programme de recherche/développement1. Modèles détaillés des composants et des systèmes :

a. Analyse critique des environnements et modèles existants à la lumière de l’application envisagée : la gestion de l’énergie.

b. Développement de modèles détaillés de composants et systèmes inexistants dans les environnements actuels.

2. Modèles réduits des composants et des systèmes :a. Développement de méthodes de réduction adaptées.b. Adapter l’ordre de réduction des modèles à l’horizon de prévision requis

par les applications envisagées (gestion anticipée, contrôle/commande).3. Granularité et sémantique :

a. Assurer l’interopérabilité des modèles pour leur projection dans MODELICA ou leur encapsulation dans un composant logiciel.


Tache 4 : Modèles électriques

• VMC double flux: les moteurs de ventilation, les variateurs de vitesse, l'échangeur rotatif

• Panneaux photovoltaïques• Pompe à chaleur: le moteur du

compresseur• Batterie électrique• PC portable• Sources d'éclairage

VS

RS X Rr

Rr(1-g)/gRm XmVS

RS X Rr

Rr(1-g)/gRm Xm

Objectifs- fournir des modèles des composants et des systèmes électriques utilisables dans un bâtiment.- projeter ces modèles dans les standards d’inter-operabilité

-Vers MODELICA -> Lot 6-Vers BOITE Noire -> Lot 7

Les dispositifs visésExemple: Moteur VMC double flux

MODELICA Boite Noire

Modèleélectrique


Tache 5 : OccupantsTache 5 : Occupants et climat et climat

• Climat : modèle stochastique et/ou prévisions météo– Modèles ARMA (Box & Jenkins,1976)

– Time-dependent, Autoregressive Gaussian model (Aguiar & Collares-Pereira,1992)

– Réseaux de neurones, utilisation des prévisions min/max (Abdel-Aal, 2004)

– Indicateur d’incertitude : 1 – écart quadratique / variation normale saisonnière (Priestley forecasting skill score )

– Chaînes de Markov pour l’indice de clarté (rayonnement solaire) et l’écart à la normale saisonnière (température)

• Occupants– Modélisation des actions

– Aspects stochastiques : chaîne de Markov

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tache 6 : Intégrationde modèles

- Maîtrise du standard et du langage

- Identification des solveurs

- Identification des spécificités de chacun dans le traitement des formes des équations

- (directionnelles), besoins des inverses ou génération automatique

- Traitement des variables discrètes et des variables booléennes

- Traitement des équations implicites qui découlent de la connections des ports

Objectifs- réaliser la simulation électrique – thermique – contrôle en MODELICA- approche d’inter-opérabilite dite boite blanche- intérêt de MODELICA:

-avoir un langage commun&standardise entre logiciels de simulation thermique – électrique – contrôle/commande

Les tâches:Modèlethermiquesous formede schémaélectriqueéquivalent

Projectionen langageMODELICA

Illustration:


tâche 7 : Interopérabilité

- Définition du standard de composant logiciel

- Réalisation d’un « co-simulation Service Bus » permettant de faire co-simuler les modèles

Lot 3: Thermique

Lot 4: Electrique

Lot 5: Occupant & Climat

- Réalisation d’un forge:

Site Internet permet de spécifier en commun les composants logiciels

Objectifs- élaboration d’une norme de composants logiciels - approche d’inter-opérabilité dit « boite noire »- permettre l’échange de composants directement échangeables/executablesentre logiciels électrique/thermiques/contrôle-commande/modélisation usager

(Composant dits « Plug&Play »)

Les tâches:1 Réalisation visée:

Composant logiciel Électrique

Composant logiciel thermique

Composant LogicielOccupant&climat

Orchestrationdes composants logiciels sur buslogiciel-> Simulation globale


Tâche 8 : Gestion Tâche 8 : Gestion optimiséeoptimisée

• Exemple de couplage thermique-électricité, collaboration CEP-G2ELab

• Modèle thermique bâtiment (généré par COMFIE)

– Système matriciel initial pour chaque zone thermiqueT : températures, Y : sorties

U : Sollicitations (Text, flux solaires, puissances internes, etc.)

– Système après réduction et intégration

• Exportation du modèle par fichiers textes, pour échange avec autres solveurs (Matlab, solveur Modelica)

• Possibilité d’adapter le pas de temps

• Couplage avec équipements, apports

Internes, ventilation…

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Perspectives

• Considérer les développements d’energy+ et le couplage avec MODELICA

• Valider les résultats des outils sur les bâtiments BBC et 0-energie

• Adapter capacité des outils et besoins

• Coupler modèles thermiques et électriques

• Résoudre les problèmes thermo-aérauliques


Merci de votre attention

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