Lancer de rayons & efficacité énergétique des bâtiments

OSE est intervenu en tant que partenaire innovant en développant un logiciel de calcul de performances dont les résultats ont été certifiés par le CSTB. Présentation du projet à travers la méthode du lancer de rayons qui a permis de remplir nos missions.

Le contexte

Notre client a une technologie permettant de réduire l’emprunte carbone des bâtiments grâce à un vitrage passif et sans maintenance de protection solaire qui tire profit de la différence d’élévation du soleil entre l’été et l’hiver.

L’objectif de cette innovation est d’obtenir un gain de performance énergétique du bâtiment en laissant passer le soleil l’hiver et en le bloquant l’été. Ce type de produit est à destination des entreprises, des centres commerciaux ainsi que des collectivités.

Le besoin du client est de disposer d’un outil de calcul des performances lumineuses et énergétiques de son produit, à la fois pour optimiser la conception et le dimensionnement mais aussi pour proposer des estimations de performance en usage aux bureaux d’études et maitres d’œuvre. La particularité de ce projet est le besoin du client de faire certifier cet outil de calcul par le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB). En effet, cette technologie ne rentre dans aucune catégorie déjà normée de protection solaire (rideaux, stores, etc) et nécessite un traitement spécifique.

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Génération par lancer de rayons des courbes de caractéristiques de vitrage, ie. de la lumière et de l’énergie transmises, réfléchies ou absorbées en fonction de l’inclinaison des rayons incidents. Couplage de ces courbes avec les conditions environnementales (ensoleillement, température) pour un lieu et une orientation de façade donné, via des calculs thermiques.

La solution OSE avec le lancer de rayons

Pour évaluer la lumière et l’énergie transmises, réfléchies et absorbées par le vitrage, nous avons utilisé une méthode statistique qui est le lancer de rayons. Le principe de cette méthode est de générer numériquement un très grand nombre de rayons lumineux avec des inclinaisons et des points d’impacts sur le vitrage différents. A chaque rencontre avec un élément du vitrage, le rayon peut soit être transmis, réfléchi ou absorbé avec un taux de probabilité dépendant de l’élément. Grâce à ce travail, notre équipe OSE a développé un outil innovant de caractérisation des performances des vitrages qui a été validé auprès du CSTB.

Notre logiciel sur-mesure développé

Afin de répondre aux problématiques de notre client, nous lui avons développé un logiciel sur-mesure dont les principales étapes de calculs sont :

– Caractérisation du vitrage avec le calcul des transmissions, réflexions et absorptions lumineuses et énergétiques par lancer de rayons.
– Calcul des conditions environnementales (azimut, élévation du soleil, ensoleillement, température) pour un lieu, une orientation de façade et un instant donné.
– Calcul des transferts thermiques par radiation et convection, couplés à l’ensoleillement, l’absorption des rayons solaire par le système et les températures extérieures et intérieures.
– Post-traitement des résultats pour déterminer les performances énergétiques sur chacune des saisons, pour calculer les températures maximales atteinte par le système, etc.

Ce logiciel a été validé par le CSTB sur des cas test représentatifs de la diversité des situations pouvant être rencontrées en termes de position géographique, orientation de façade, ensoleillement et température.

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