Tutoriel pour la Simulation Thermique Dynamique sous Trnsys

Amoès
Formation Trnsys - Tutoriel
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Amoès - Scop ARL à capital variable - SIRET : 495 191 280 00025
Siège social : 31 rue Bapst – 92 600 Asnières-sur-Seine
Tél : [phone] - www.amoes.com
Tutoriel pour la Simulation Thermique Dynamique
sous Trnsys
Ce document doit aider le simulateur pour le guider dans ces premiers pas. Il doit répondre à des
questions très générales que l’on se pose au début d’une Simulation Thermique Dynamique (STD) sous
TRNSYS.
Ce tutoriel a été élaboré par AMOES. L’usage et la diffusion de tout ou partie de ce document ne sont pas
autorisés en dehors des formations dispensées par AMOES.
1 Objectifs de la STD et mises en garde
1.1 A quoi sert la STD ?
Un bâtiment à très faible consommation d'énergie ne se comporte pas comme les bâtiments traditionnels.
Une modélisation fine de son comportement est nécessaire pour optimiser sa conception au regard des
besoins de chauffage et du confort d'été.
L’objectif principal de la STD n’est pas de valider les performances d’un bâtiment. C’est de faire
évoluer le projet très en amont dans sa conception, avec des arguments chiffrés.
De fait, la STD est en général un argument frappant pour les équipes de conception.
Exemple d’utilisation : l’architecte a conçu un bâtiment très vitré. Mettons que ce bâtiment présente un taux
de surface vitrée/surface habitable de =30%. Nous, énergéticiens, pouvons lui répondre que ce taux de
vitrage sera problématique à la fois pour les besoins de chauffage et pour le confort d’été. Nous simulons
alors le modèle de base et un modèle avec =20%. Le résultat pourrait être du type : « en réduisant les
surfaces vitrées d’un tiers, on gagne 10 kWh/m².an de besoins de chauffage et 2°C en moyenne sur les
températures estivales ».
La STD telle que nous la présentons aujourd’hui, permet de faire évoluer la conception du bâtiment pour
optimiser essentiellement deux points :
 Les besoins de chauffage du bâtiment.
Des phénomènes auparavant négligeables dans les bâtiments à 150 kWh/m².an de besoins de
chauffage deviennent de première importance dans les BBC (de l'ordre de 20 kWh/m².an de
besoins de chauffage) : le traitement des ponts thermiques, la gestion des apports solaires et
internes, l'étanchéité à l’air du bâtiment...
 Les températures intérieures, notamment estivales.
Les bâtiments très isolés sont davantage sujets aux surchauffes estivales de par un effet
« thermos ». Le confort d’été devient alors un élément crucial dans ces bâtiments ; pour éviter les
contre-références, il est impératif que les bâtiments performants ne soient pas invivables en été.
Le confort d’été dépend :
o Des apports solaires ;
o Des apports internes ;
o De l’inertie du bâtiment ;
o De la surventilation du bâtiment.
Tous ces points peuvent être simulés sous TRNSys.

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1.2 Mise en garde sur l’effet « magique » de la STD
Nécessité d’une précision maniaque sur les entrées, car elles conditionnent la justesse des sorties.
TRNSys effectue des calculs en fonction d’entrées et de paramètres pour fournir des sorties. Si les entrées
sont fausses, les sorties le sont aussi. C’est pourquoi il est fondamental :
 De valider et revalider les entrées afin d’éviter toute erreur.
 De s’appesantir sur la précision des données qui ont le plus de poids sur les résultats. Comme indiqué
ci-dessous, en valeur absolue, les résultats de simulation ne sont pas d’une grande précision. D’autre
part, la finesse de la description du projet est limitée par le temps. Il est donc nécessaire de
développer une attitude qui consiste à traiter avec plus de soin les éléments qui incident le plus sur les
performances du bâtiment.
 De spécifier dans les rapports de simulation toutes les hypothèses considérées. A la lecture du
rapport, les hypothèses spécifiées doivent être suffisantes pour vérifier la crédibilité des résultats. On
peut citer comme hypothèses de simulation incontournables :
 Le zonage général de la simulation
 L’orientation du bâtiment et les masques solaires considérés
 Les caractéristiques des parois
 Les surfaces vitrées par zones et par orientations
 Les ponts thermiques considérés
 Le niveau d’étanchéité à l’air, les températures consignes, les débits de ventilation …
 Les scénarios d’occupation et d’apports internes
Les résultats de simulation sont à utiliser de manière très prudente :
 On estime que les valeurs absolues pour les projets basse conso n’ont pas une précision très élevée.
Cette imprécision est probablement de +/- 20% sur les besoins de chauffage et de +/- 2°C sur les
températures d’été. Il est fondamental de comprendre que les résultats de simulation, en valeurs
absolues, sont à analyser de manière très prudente. Cette imprécision est essentiellement due au
fichier météo, aux apports solaires (précision des masques) et aux comportements des usagers
(dérives des besoins de chauffage, apports internes…).
 En revanche, la précision est beaucoup plus grande en valeurs relatives et c’est comme ça qu’on
l’utilise. La simulation permet de proposer des modifications dans les projets et d’argumenter sur
l’impact qu’ont ces modifications sur les besoins de chauffage et le confort d’été.

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2 Présentation générale du logiciel
Le logiciel est scindé en deux parties principales :
- TRNBuild, qui permet de rentrer les caractéristiques du bâtiment (zones, parois, apports
internes, débits de ventilation…). Il génère un fichier « point bui ».
- Simulation Studio, qui est l’interface de calcul. Il permet de modéliser
l’environnement du bâtiment (climat, apports solaires, autres données d’entrée) et
d’obtenir les résultats de simulation. Il génère un fichier « point tpf ».
Il existe une mailing-list des utilisateurs de TRNSys du monde entier sur laquelle vous pouvez vous
abonner pour partager tous vos soucis :
https://www.cae.wisc.edu/mailman/listinfo/trnsys-users.
D’autre part, on pourra se référer à la documentation TRNSys pour
avoir tous les détails nécessaires sur la conduite d’une simulation et
sur le fonctionnement des composants. Cette documentation est très
complète mais en anglais.
Le site internet du SEL (Solar Energy Laboratory) est également très utile : http://sel.me.wisc.edu/trnsys
3 Méthode pour la réalisation de la simulation
3.1 Préparation avant utilisation du logiciel
 Définir a priori les éléments à faire varier et comment on les fera varier.
 Définir les zones thermiquement homogènes pour les besoins de chauffage et pour le confort d’été :
les zones sont définies de par leur usage (cuisine, chambres…), leur orientation (Nord, Sud, masques
solaires…) et leur situation dans le bâtiment (RDC, étages intermédiaires, dernier étage)
 Définir les orientations : orientation classiques (Nord, Sud, Est, Ouest …) et orientation « masquées »
(chaque masque implique une orientation différente)
 Définir les caractéristiques des parois
 Comptabiliser sur Excel les :
 Surfaces de fenêtres (attention séparer par couple unique de fenêtres/masques)
 Surfaces de murs par type dont surfaces internes
 Planchers bas et haut dont surfaces internes
 Ponts thermiques avec longueur et ψ (Rechercher les valeurs ψ des ponts thermiques dans le
catalogue TH-U ou par un calcul sous THERM par exemple)
 Murs : coins intérieurs et extérieurs, refends
 Planchers : bas, intermédiaires, hauts
 Balcons
 Poutres sur local non chauffé
 Acrotères
 Menuiseries
Ces données serviront à la fois pour réaliser le .bui et pour calculer la répartition des déperditions par
transmission par type de paroi ou pont thermique.

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3.2 Réalisation du .bui
L’aide concernant l’utilisation de TRNBUILD est très complète sur le logiciel (en anglais)
3.2.1 Définir les orientations :
Les orientations pour l’ensemble des façades
et les orientations qui seront masquées par
des masques lointains (maisons voisines) et
les masques proches (casquettes …)
3.2.2 Définir les bibliothèques
Qui seront utilisées pour la modélisation (TYPES MANAGERS)
 Bibliothèque des parois
 Bibliothèque des matériaux
 Bibliothèque des vitrages
 Types d’infiltration
 Types de ventilation
 Types de chauffage
 Types de refroidissement
 Types d’apports internes
 Confort des usagers

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Pour tous les TYPES MANAGERS, on retrouve les mêmes commandes
Certaines valeurs peuvent être saisies en valeur constante ou en variables :
Trois choix s’offrent à l’utilisateur pour attribuer une valeur à ces paramètres :
 Constant value : Le paramètre conservera une valeur constante tout au long de l’année, peu
représentatif de la réalité pour certains paramètres (Température de consigne de chauffage en
position jour/nuit/week end, chauffage arrêté en été, Ventilation hygrométrique, etc…)
 Schedule : Le paramètre varie en fonction de planifications types intégrées dans le logiciel. Cette
option n’est souvent pas assez précise.
 Input : Il est possible de créer ses propres variables ou « Input », qui seront chargées à partir d’un
fichier « input » externe .txt défini par l’utilisateur sous simulation studio. La suite décrit plus en détail
l’utilisation des Input :
La création d’Input est utile pour créer une planification très précise du fonctionnement systèmes
(chauffage, ventilation,..).
TRNSYS fonctionne sur une base affine pour les inputs : Valeur = X * Input + Y, où X et Y sont deux
nombres à entrer. Voici un exemple concret : fixer une température de consigne pour le chauffage de 19°C
le jour et de 15°C la nuit. Pour cela il faut rentrer la température de consigne suivante : Tconsigne =
4*PONDERATION_CHAUFFAGE + 15, avec PONDERATION_CHAUFFAGE la planification sur l’année du
chauffage (1 le jour et 0 la nuit).
Un tableur Excel peut permettre de créer facilement un profil d’utilisation horaire très précis sur toute une
année. Il suffit de copier les colonnes créées dans un fichier .txt qui sera lu dans Simulation studio comme
fichier Input.
3.2.2.1 Définir la bibliothèque des matériaux utilisés pour le bâtiment:
On définit des matériaux ayant une masse (Massive layer) afin de considérer les phénomènes
de diffusivité et effusivité (liés entre autre à l’inertie thermique).
Renommer
Effacer
Copier
Créer nouveau
Valeur constante
Variable déclarée en INPUT