Transcript Plate-formes de simulation SIMINTHEC et DYNASIMUL

DYNASIMUL ET SIMINTHEC
Développement d’une plateforme commune
de simulation
Modèles thermiques et électriques
Etienne Wurtz
INES-RDI CNRS, LOCIE, Université de Savoie
Objectif
Contexte
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
Dynasimul et Siminthec
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Objectifs
• 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
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Défis
Résultats attendus
Transferts
Défis scientifiques
et techniques
Résultats attendus
Transferts
Trnsys-Matlab/Simulink
Couplages fonctionnels
de logiciels de simulation
Modelica-Energy+
Mise à disposition à la
communauté
Codyrun-TrnSys etc.
Conception d’une
base de donnée
Base de donnée
fonctionnelle
Mise à disposition à la
communauté pour
renseignement
Méthodes de réduction
Exploration de
nouvelles méthodes
de modélisation
Méthodes d’optimisation
Publications
Modeleur / Mailleur 3D
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Résultats volet 1:
Développement de platesformes de
simulation opérationnelles
État de l’art sur les couplages entre logiciels
Couplages globaux
Couplage de logiciels:
Couplages encapsulés: TrnSysMatlab/Simulink, fonctionnel dans les 2
sens (possibilité d’importer un modèle de
TrnSys et de le faire tourner dans
Matlab/Simulink et inversement)
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Résultats volet 2:
Développement de bases de
données pour la simulation
Description
Liens entre
modèles
Modèles
Famille de
modèle
Champs
couverts
Propriétés
physiques
Matériaux
Unités
Comportements
Liens
SIG
Valeurs particulières
Géométrie 3D
Propriétés
thermo-physiques
Tests de la base de donnée en cours
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Saisie et consultation
via serveur web
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Résultats volet 3:
Développement d’une
nouvelle approche de
modélisation
Réduction de problèmes non
linéaires de diffusion
Fusion/Solidification d’une plaque de paraffine
Enveloppe standard &
couplage avec le sol
(chaleur, humidité, polluants)
Enveloppes
nouvelles
(ex: MCP intégrés)
Modèle complet: 629 e.d.o
Lieux de stockage
(sensible, latente,
thermochimique)
Dispositifs passifs/actifs de
chauffage/refroidissement
(ex: puit canadien, roue
dessicante, ventilation naturelle …)
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De DYNASIMUL A SIMINTHEC
Dynasimul et Siminthec
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Tache 1 et 2 : Une plateforme 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
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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/développement
1. 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.
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Tache 4 : Modèles
électriques
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
Exemple: Moteur VMC double flux
Les dispositifs visés
•
•
•
•
•
•
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
Modèle
électrique
RS
VS
MODELICA
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X
Rm
Rr
Xm
Rr(1-g)/g
Boite Noire
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Tache 5 : Occupants
et climat
• Climat : modèle stochastique et/ou prévisions météo
– Modèles ARMA (Box & Jenkins,1976)
– Time-dependent, Autoregressive Gaussian model (Aguiar & CollaresPereira,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 : Intégration
de modèles
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
Illustration:
Les tâches:
- 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
Modèle
thermique
sous forme
de schéma
électrique
équivalent
Projection
en langage
MODELICA
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tâche 7 :
Interopérabilité
Objectifs
- élaboration d’une norme de composants logiciels
- approche d’inter-opérabilité dit « boite noire »
- permettre l’échange de composants directement échangeables/executables
entre logiciels électrique/thermiques/contrôle-commande/modélisation usager
(Composant dits « Plug&Play »)
1 Réalisation visée:
Composant
Les tâches:
logiciel
- 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
Composant
logiciel
Électrique
Orchestration
des composants logiciels sur bus
logiciel
-> Simulation globale
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thermique
Composant
Logiciel
Occupant&climat
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Tâche 8 : Gestion
optimisée
•
Exemple de couplage thermique-électricité, collaboration CEP-G2ELab
•
Modèle thermique bâtiment (généré par COMFIE)
– Système matriciel initial pour chaque zone thermique
T : 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C  T

Couplage avec équipements, apports Y
Internes, ventilation…





A T
 E U
 J T
 G U


n 1
n

n 1
n

n 1
n

 X g  exp Fg  t  X g  W g  U g  U g  W g  Yg  Yg
 n 1
n
n 1
n
n

 Yg  MGIF  X g  MGIE  U g  MGID  U g  MGIC  Yg
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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
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Merci de votre attention
Dynasimul et Siminthec
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