L’étude des systèmes énergétiques réels dans un environnement virtuel, qui reproduit des conditions climatiques diverses ainsi que le comportement des bâtiments et de ses équipements, est aujourd’hui un enjeu énergétique et environnemental essentiel. Répondant à ces besoins, le laboratoire semi-virtuel du CSTB est un équipement unique qui permet de caractériser la performance énergétique de produits innovants dans des délais contrôlés.
L’objectif du laboratoire semi-virtuel est de caractériser les différents systèmes qui produisent, stockent et consomment de l’énergie et leurs interactions avec les bâtiments qui les accueillent (du secteur industriel à l’habitat). Nous développons des protocoles d’essais permettant d’identifier les solutions optimisées pour maximiser les performances énergétiques de ces systèmes.
Caractérisation des performances hydrauliques de solutions de stockages
Conditionnement des fluides primaires (Thermofrigopompe)
Couplages modules hydraulique et aéraulique
Enceinte climatique « climat intérieur »
Modules aérauliques du LSV
Test d’une PAC géothermique double service
Unique en France, le laboratoire semi-virtuel permet donc de mobiliser des moyens innovants pour des performances maximales :
- un temps record : une douzaine de jours seulement pour la production de résultats déterminant la performance annuelle des produits ;
- des produits réels : nos tests sont réalisés dans des conditions dynamiques réelles, s’adaptant à la gestion et à l’usage évolutif du système ;
- des comportements adaptables : nos études sont simulées selon 2 000 profils types d’usages énergétiques définis à partir de statistiques fournies par l’INSEE (selon l’usage de climatisation, de chauffage, d'énergie solaire, du niveau d’isolation, de consommation d’eau, de gaz et d’électricité, etc.) ;
- des climats paramétrables selon l’habitat : les réactions des matériaux sont observées selon des conditions climatiques représentatives et modifiables allant jusqu’à l’extrême (forte chaleur, grand froid, vents violents, pluies abondantes, etc.) pour éprouver la durabilité.
Caractériser les équipements énergétiques du bâtiment
A la pointe de la technologie, le laboratoire semi-virtuel a été pensé pour s’adapter avec efficacité et flexibilité à chaque système étudié. Il se compose de trois parties distinctes :
- le système réel à tester, avec un niveau de complexité adapté au service proposé par le fabricant ;
- un environnement virtuel d'essai, développé sur la base de modèles numériques dynamiques permettant d'émuler les conditions de fonctionnement du système ;
- une interface de pilotage, assurant une communication totale entre les éléments du laboratoire.
Pour mener à bien ces projets variés, le laboratoire peut être entièrement adapté aux équipements à tester et à leurs besoins. D’une puissance nominale comprise entre 2 et 20 kW, chaque module du laboratoire (aéraulique, hydraulique ou électrique) peut être configuré pour répondre aux objectifs du projet.
Avec la dotation actuelle de ses équipements, le laboratoire semi-virtuel est en mesure de caractériser les performances de l’ensemble des systèmes. De la maison individuelle au petit collectif, avec une ou plusieurs sources d’énergies, il répond à tous les besoins multi énergies du bâtiment qui mobilisent une source d’énergie (thermique ou électrique) et qu’il est essentiel d’évaluer (de la simple maison au bâtiment industriel à dimension énergétique plus importante).
Accompagner l’innovation de systèmes énergétiques dans le bâtiment
Particulièrement utile pour l’analyse et la mise au point de systèmes en phase de prototypage, le laboratoire semi-virtuel permet d'évaluer de nombreux indicateurs permettant notamment de :
- prédéfinir les performances et la durée de vie des matériaux ;
- tester la mise en œuvre réelle des équipements et pas uniquement son modèle ;
- optimiser les consommations en fonction des besoins ;
- valoriser les équipements pour les utilisateurs finaux ;
- prévenir ou anticiper de potentiels travaux de rénovation ;
- mieux planifier la consommation en énergie au niveau des logements (chaudières, machines à gaz, pompes à chaleurs, co-générateurs, etc.) ;
- garantir le niveau de performance en fonction de critères objectifs et réalistes.
Avec son laboratoire semi-virtuel, le CSTB s’affirme comme partenaire exceptionnel pour accompagner l’innovation de systèmes énergétiques dans le bâtiment.
Véritables experts techniques et scientifiques en performances énergétiques des bâtiments, ses équipes interviennent sur l’ensemble des produits qui mobilisent des solutions énergétiques.
Pour réaliser ces missions, elles évaluent les systèmes réels dans un environnement virtuel en simulant les réactions du bâtiment en fonction des équipements, des aléas climatiques et des comportements humains : utilisation du chauffage, usage de la climatisation ou de la ventilation, consommation d’eau, recours à l’énergie solaire, etc.
Grâce à sa conception évolutive et sa dotation technique, le laboratoire semi-virtuel de la technopole de Sophia-Antipolis intervient notamment pour :
- coupler les modules (électriques, hydrauliques ou aérauliques) selon les besoins pour étudier les systèmes multi énergie ;
- démontrer et garantir les performances en service avant les déploiements en bâtiments ;
- identifier les domaines d’application les mieux adaptés aux besoins du projet ;
- analyser les avantages et les inconvénients pour définir les axes d’amélioration du produit ;
- valider le dimensionnement et l’intégrabilité des produits dans les bâtiments ;
- définir les éléments d’évaluation dans un dossier réglementaire de Titre V.
Tout secteur qui développe des équipements mobilisant une consommation énergétique est concerné par les caractérisations effectuées dans le laboratoire semi-virtuel.
Faire avancer le développement et l’innovation
Grâce à ses enceintes climatiques et ses nombreuses technologies innovantes, le laboratoire semi-virtuel dispose d’un très haut niveau d’adaptabilité lui permettant de représenter tous les profils de consommation et tous types de conditions climatiques, allant jusqu’à des conditions extrêmes.
Il peut donc reproduire l’utilisation dynamique des équipements pour adapter l’évaluation des performances en fonction des différences de comportements dans les divers lieux d’études (logements, bâtiments en travaux ou en rénovation, équipements énergétiques, etc.).
Parfaitement adaptée au développement de l'innovation et aux phases de prototypage des différents systèmes, la mission du laboratoire est d’analyser la robustesse et la performance énergétique annuelles de ces équipements dans des délais très courts, maîtrisés et de manière reproductible. Des éléments tels que des chaudières, des pompes à chaleur ou des systèmes de production d’énergies renouvelables comme des panneaux solaires par exemple, sont des solutions couramment étudiée.
Ainsi, les études réalisées au laboratoire semi-virtuel pourraient servir de base à la construction d’une standardisation des résultats pour le secteur du bâtiment.
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