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HAL Id: pastel-00001177 https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001177 Submitted on 16 May 2005 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Modélisation des installations de génie climatique en environnement de simulation graphique Méthodologie de description et réalisation d’une bibliothèque de modèles composants Ahmad Mudassir Ibn Husaunndee To cite this version: Ahmad Mudassir Ibn Husaunndee. Modélisation des installations de génie climatique en environ- nement de simulation graphique Méthodologie de description et réalisation d’une bibliothèque de modèles composants. Engineering Sciences [physics]. Ecole des Ponts ParisTech, 1999. English. pastel-00001177 THÈSE DE DOCTORAT THÈSE DE DOCTORAT THÈSE DE DOCTORAT THÈSE DE DOCTORAT É É É ÉCOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSS COLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSS COLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSS COLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSÉ É É ÉES ES ES ES SPÉCIALITÉ : SCIENCES ET TECHNIQUES DU BÂTIMENT MODÉLISATION DES INSTALLATIONS DE GÉNIE CLIMATIQUE EN ENVIRONNEMENT DE SIMULATION GRAPHIQUE MÉTHODOLOGIE DE DESCRIPTION ET RÉALISATION D'UNE BIBLIOTHÈQUE DE MODÈLES DE COMPOSANTS Par AHMAD M. I. HUSAUNNDEE J J J JURY DE URY DE URY DE URY DE T T T THÈSE HÈSE HÈSE HÈSE Président/Rapporteur : JEAN BRAU Rapporteur : JEAN LEBRUN Examinateur : PETER GRUBER Examinateur : DOMINIQUE MARCHIO Examinateur : JACQUES RILLING Directeur de thèse : JEAN-CHRISTOPHE VISIER à mes parents, "La correction de l'erreur est peut être l'événement le plus sublime de la vie intellectuelle, le signe suprême de notre nécessaire soumission à une réalité plus vaste et de notre incapacité à construire le monde selon nos désirs" S. J. Gould Remerciements Remerciements Ce travail de thèse n'aurait pas été possible sans l'appui et le soutien de nombreuses personnes que je souhaite ici vivement remercier : Monsieur Jean-Christophe Visier, chef de la division Automatismes et Gestion de l'Energie, mon directeur de thèse, ou plutôt mon mentor, pour les discussions fructueuses et ses critiques tout au long de ce travail. Ses "boosts" de motivations durant les phases difficiles du travail étaient très appréciables. Monsieur Hossein Vaezi-Néjad, ingénieur-chercheur et "père" de SIMBAD, pour m'avoir fait bénéficier de ses compétences sur l'utilisation du logiciel Matlab-Simulink dans le domaine du génie climatique et pour m'avoir fait confiance et passé "le témoin" sur le développement de SIMBAD. Madame Rofaïda Lahrech, ingénieur-chercheur, pour ses conseils indispensables sur la modélisation de l'enveloppe du bâtiment et des composants de génie climatique et pour sa relecture attentive du manuscrit. Madame Mireille Jandon, ingénieur-chercheur, pour avoir partagé ses connaissances "terrains" de la gestion technique du bâtiment et aussi pour avoir mis son portable à ma disposition lors de la rédaction de la thèse. Monsieur Louis Laret, adjoint directeur scientifique du CSTB, pour ses conseils sur la modélisation et la physique du bâtiment en générale et pour avoir apporté une certaine ouverture d'esprit quand surgissaient des obstacles sur le parcours du chercheur en herbe. Monsieur Dominique Marchio, professeur à l'Ecole des Mines de Paris, pour sa collaboration très constructive au cours du projet européen SIMTRAIN qui a servi, en partie, de trame à ce travail et pour avoir accepté d'être membre du jury. Monsieur Jean Lebrun, professeur, directeur du Laboratoire de Thermodynamique Appliquée de l'Université de Liège, pour les discussions sur l'application d'outils de simulation au cours de l'Annexe 30 de l'Agence Internationale de l'Energie et pour avoir accepté d'être rapporteur de ce travail. Monsieur Jean Brau, professeur à l'INSA de Lyon, pour son intérêt manifesté à l'égard de mon travail et pour avoir assuré la tâche de rapporteur de ce mémoire. Remerciements Monsieur Jacques Rilling, président du Collège Génie Civil et Bâtiment de l'ENPC et directeur scientifique du CSTB, et Monsieur Peter Gruber, ingénieur-chercheur de Siemens Building System Technologies, d'avoir participé au jury. Monsieur Claude-Alain Roulet, chef de groupe au Laboratoire d'Energie Solaire et de Physique du Bâtiment (LESO) de l'EPFL et Monsieur Jacobus Van-der-Maas, maintenant adjoint scientifique à l'Office Cantonal de l'Energie de Génève, d'avoir guidé mes premiers pas en physique de bâtiment et de m'avoir transmis leur passion pour cette discipline lors de mon passage au LESO. Monsieur Patrick Corrales, mon collègue de bureau, pour avoir créé une ambiance de travail agréable tout en supportant mes sauts d'humeurs surtout lors de la rédaction du manuscrit. Madame Chantal Pitzalis, ma secrétaire préférée, pour sa disponibilité et pour la relecture et mise en forme de ce manuscrit. Les stagiaires ayant contribué au projet SIMBAD, en particulier, Olivier Girard, Cyril Brandt et Peter Riederer. Les ingénieurs, techniciens et secrétaires du service ENEA pour leurs aides et pour m'avoir permis de réaliser ce travail de la manière la plus agréable possible. Et enfin mes parents, pour leur soutien et encouragement mais surtout de m'avoir donné le plus beau des héritages, une Education. Elle a été la cheville ouvrière de mon cheminement. Résumé Résumé Les outils de simulation numérique occupent une place prépondérante dans les études en physique du bâtiment. La démarche de conception énergétique optimale des bâtiments, qui résulte de l'épuisement des ressources énergétiques et du souci de préservation de l'environnement, n'a fait qu'amplifier leur utilisation. Ces outils, si répandus dans la communauté scientifique, n'ont pas encore trouvé leur place parmi les professionnels. L'enjeu est donc de transférer ces outils vers les praticiens. En parallèle, il faut s'assurer de leur formation dans le domaine de la simulation. Diverses actions, à travers des associations d'ingénieurs ou d'industriels, des projets européens ou de l'Agence Internationale de l'Énergie, sont actuellement menées pour faciliter ce transfert d'outils de simulation. Le travail présenté dans ce mémoire se positionne dans ce cadre. Il cherche à faciliter l'utilisation de la simulation pour les études des systèmes de régulation associés aux installations de génie climatique. Il s'adresse dans un premier temps aux industriels de matériels de régulation pour la conception de nouveaux produits et aussi pour définir des stratégies de régulation. La démarche de modélisation classique se focalise dans la plupart des cas, sur la description d'un problème, sa représentation mathématique et sa résolution numérique. La méthode décrite ici intègre la notion de compréhension du modèle par un utilisateur dans cette démarche de modélisation. Le modélisateur doit garder à l'esprit le profil des utilisateurs potentiels de son modèle de système ou de composant et évaluer leur niveau de compétence. La théorie du Système Général est utilisée pour la description globale du comportement thermique dans le bâtiment. Un Système Bâtiment "générique" adapté aux études sur la régulation résulte de cette description. Dans ce souci de compréhension, les interactions entre les éléments du Système Bâtiment sont définies en utilisant des terminologies technologiques. Ainsi on fait intervenir de fluides caloporteurs (air ou eau), de bus de communication ou de données météorologiques au lieu de caractériser les interactions uniquement en transfert de chaleur et de masse ou en informations. La description accorde une grande importance à l'implémentation informatique de ce Système Bâtiment. Elle fait appel aux techniques de la programmation graphique pour mettre en valeur le caractère sémantique inhérent aux environnements graphiques pour les assemblages de systèmes virtuels identiques aux installations réelles. Il est appliqué dans un environnement de simulation graphique du commerce qui utilise le concept de modularité. L'environnement graphique sert aussi à améliorer la compréhension des modèles des éléments du Système Bâtiment. Le travail propose une méthode de structuration des modèles pour mettre en évidence le schéma fonctionnel. La notion de modularité, couramment utilisée pour la description de système, est introduite au niveau de chaque élément. Résumé Le problème du paramétrage des modèles est aussi abordée. La complexité du paramétrage est souvent soulevée comme un obstacle à l'utilisation des outils de simulation par des praticiens. Les modèles proposés doivent avoir une version avec des paramètres "facilement disponibles". Le modèle doit être utilisable même s'il n'est pas le plus performant. Dans certains cas, des données de sources typologiques ou conventionnelles sont proposées. L'environnement graphique permet de fournir différents niveaux d'interface utilisateur. Il est ainsi possible de hiérarchiser les paramètres selon leur complexité. De manière générale, l'architecture ouverte de la programmation graphique permet à un utilisateur de parcourir les modèles selon ses besoins et ses compétences. Il peut le faire tant au niveau du système qu'au niveau des composants. Pour tirer un maximum de profit de cette caractéristique, le modélisateur doit structurer son modèle au cours de son développement dans l'environnement graphique. En même temps il faut être conscient qu'un usage excessif de la programmation graphique peut compliquer la compréhension. Le modélisateur doit constamment déterminer l'utilité de la programmation graphique et le passage à une programmation textuelle. Ce travail se termine par la réalisation d'une bibliothèque de modèles de composants de génie climatique dans un environnement de simulation existant (MATLAB/SIMULINK). Le transfert de la simulation en thermique du bâtiment vers des spécialistes de la uploads/Ingenierie_Lourd/ 166t-ah-final.pdf