Programme de planification et de simulation pour l’utilisation de matériaux à changement de phase (PCM)
Genèse
Le programme PCM express a vu le jour dans le cadre du projet de recherche « Développement d’un programme convivial de planification et de simulation dans le projet commun ‘systèmes PCM d’accumulation pour bâtiments actifs PCM’ » que nous avons réalisé en coopération avec le Fraunhofer Institut für solare Energietechnik (ISE) à Fribourg (Allemagne) ainsi que des partenaires industriels. Nous remercions le Ministère fédéral de l’Économie et de la Technologie (BMWi) qui nous a permis de réaliser les travaux et les a encouragés sous les numéros d’aide FKZ 0327370S et 0327370F-K, ainsi que le promoteur de projet Jülich pour l’accompagnement
Le concept
PCM express est un programme de planification et de simulation pour les bâtiments dotés de matériaux à changement de phase (PCM). Il a pour vocation d’aider les architectes et les planificateurs en sécurisant leur prise de décision quant au dimensionnement du système, et permet ainsi d’accélérer le lancement des PCM sur le marché.
PCM express donne aux utilisateurs la possibilité de définir aisément un système PCM. Cela inclut l’utilisation de PCM pour les structures de murs ainsi que les modifications de la domotique correspondante. Sont notamment pris en charge : d’une part l’approche de basse consommation d’énergie sous la forme de composants activés (chauffage de surfaces, surfaces de refroidissement) et d’autre part les techniques de refroidissement économes en énergie. Selon les conditions, l’utilisation des PCM est justifiée par un confort accru (c’est p. ex. le cas des maisons particulières dont les habitants formulent des exigences de bien-être) et par le point de vue économique (c’est le cas notamment des immeubles de bureaux). Le programme prend en charge les deux stratégies grâce à une interface utilisateur adéquate, des profils d’utilisation prédéfinis ainsi que des présentations de résultats adaptées.
Utilisation des PCM
L’utilisation de PCM permet d’atténuer ou empêcher la surchauffe d’une pièce pendant un jour. Il se produit un décalage de la charge de refroidissement des températures journalières élevées vers les périodes nocturnes avec une diminution de la puissance de crête des producteurs de froid. Cela permet l’utilisation de systèmes de froid sur la base de diminutions de chaleur naturelles (air nocturne, terrain).
Différentes possibilités sont disponibles pour la régénération du PCM. Ventilation manuelle par fenêtre (actionnée par les utilisateurs), ventilation nocturne automatisée si une installation de ventilation est en place, ou refroidissement des couches PCM par le biais des nattes alimentées en eau de refroidissement mises en place dans les couches (activation de surface).
Noyau de calcul et algorithmes
PCM express dispose d’un noyau de calcul orienté sur les composants avec des paliers de temps inférieurs à six minutes. Le programme englobe des enregistrements météorologiques provenant de toute l’Europe, portant sur le rayonnement et la température heure par heure, qui sont dépouillés pour le chauffage, le refroidissement ainsi que les modèles de pièce. Le froid peut être acheminé via de l’air d’amenée refroidi et des surfaces de refroidissement. Générateurs possibles : froid par compression, sondes géothermiques, serpentins enfouis et tours de refroidissement. Quant au chaud, il est réalisable avec des radiateurs et des chauffages de surface.
Les paramètres de pièces
Il est possible de réunir jusqu’à trois pièces dans un groupement. Un échange de chaleur via les cloisons a lieu entre ces pièces. Le système demande la géométrie de pièce ainsi que les gains internes et les renouvellements d’air. Pour les murs, on choisit une structure de mur et on définit la fenêtre. Pour le système PCM, les structures de mur peuvent être définies de manière autonome, c’est-à-dire qu’elles peuvent différer de par les matériaux et l’activation de surface. Les pièces et les couches des structures de mur sont représentées dans un modèle nodal. Pour les couches PCM, des lignes caractéristiques dépendant de la température sont utilisées (conformément au label de qualité RAL pour PCM).
Le calcul de rentabilité
Les algorithmes du calcul comparatif de rentabilité se basent sur les prescriptions VDI 2067. L’analyse de rentabilité a pour objet de justifier les coûts supplémentaires issus des investissements d’un système PCM par rapport au système de référence grâce à des coûts d’exploitation et de consommation plus faibles.
Die Ergebnisse
Les résultats
- Des rapports de projet pour le client et pour le planificateur ainsi que des graphiques probants sur la comparaison des systèmes sont proposés en tant que présentation de résultat.
• Répartition de fréquences des températures ambiantes
• Évolutions journalières avec les effets PCM les plus importants
• Énergies de chauffage et de refroidissement
• Évaluations synoptiques sur le calcul de rentabilité
• Rapport sur la présentation de client avec centralisation des saisies et des résultats
• Rapport sur la documentation fonctionnelle de toutes les prescriptions et résultats
