OPTIVITRAGE – Optimisation du choix des éléments vitrés dans la construction

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/501065

Kurzbeschreibung (Französisch)

L'objectif de ce projet est de développer un outil qui permettra de définir les caractéristiques et les dimensions optimales des vitrages pour chaque bâtiment. Il s'agira de valoriser l'apport d'énergie solaire, de minimiser la consommation électrique pour l'éclairage et la climatisation et de garantir le confort. Les résultats seront implémentés dans l'outil d'avant-projet du programme de bilan thermique « Lesosai ». Ainsi, le planificateur disposera d'informations sur la surface et sur les caractéristiques optimales des vitrages.

Schlussbericht (Deutsch)

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines Werkzeugs zur Bestimmung der optimalen Eigenschaften und Abmessungen von Verglasungen von Gebäuden in Abhängigkeit von einzelnen Bauvorhaben auf Basis der SIA380/1 und SIA 2044. Das Tool soll in die bekannte Software Lesosai, einer Software zur Bestimmung der Energiebilanz von Gebäuden, integriert werden.

Gemäss SIA 380/1 wird die Energiebilanz monatlich berechnet und zu einem jährlichen Energieverlust oder -gewinn addiert. Für das Wohnen ist aber nicht nur die Energiebilanz wichtig, auch der Komfort und das Raumklima sind wesentliche Faktoren für ein komfortables und nachhaltiges Wohngebäude. Diese beiden Faktoren sind in der SIA 2044 definiert.

Eine Fallstudie wurde durchgeführt, um die Bedeutung von verglasten Elementen in der Gebäudehülle und das große Potenzial zur Senkung des Energieverbrauchs durch eine Erhöhung der Solarenergiegewinne zu veranschaulichen. Die Gebäudehülle ist als Einheit zu betrachten und ihr Design sollte bereits in der Planungsphase eines Bauprojekts optimiert werden. Die Fallstudie zeigte, dass vollverglaste Fassaden aus energetischer Sicht nicht unbedingt die optimale Lösung sind, da sie in der warmen Jahreszeit zu Überhitzung und erhöhtem Energieverbrauch durch Klimatisierung führen können.
Allerdings ist es schwierig, den besten Parameter-Mix, basierend auf der Energiebilanzberechnung SIA 380/1, hinsichtlich der energetischen und wirtschaftlichen Sichtweise zu finden.

Mit einem Standardansatz in der Software erfordert dies eine sehr komplexe Berechnung, die zu viel Zeit und Rechnerleistung in Anspruch nehmen würde, um alle möglichen Kombinationen zu berechnen. Das Projektteam fand und implementierte eine Lösung für eine sogenannte Vorhersagefunktion, die auf einer mathematischen Wahrscheinlichkeitstheorie nach dem Vorbild der Gaußschen Prozesse basiert. Diese Vorhersagefunktion wurde in einem Mathlab-Code implementiert, der dann in den Lesosai-Code Delphi übersetzt wurde. Viel Arbeit wurde in die Überprüfung der Korrektheit dieser Implementierung investiert.

Die Ergebnisse des Projekts wurden in Lesosai umgesetzt. Dem Planer oder Architekten stehen damit die Daten der optimalen Oberfläche und der Eigenschaften der Verglasung zur Verfügung.

Schlussbericht (Englisch)

The objective of the project was the development of a tool to determine the optimal characteristics and dimensions of glazing panels in buildings in function of individual building projects on the bases of SIA380/1 and SIA 2044. The tool should be integrated in Lesosai, a well-known software for determining energy balances of buildings.

Due to SIA 380/1 the energy balance is calculated monthly and added up to a yearly energy loss or gain. For housing not only the energy balance is important, but the comfort and the climatization are also essential factors for a comfortable and sustainable residential building. These two factors are defined in the SIA 2044.

A case study was carried out to illustrate the importance of glazed elements in the building skin and the great potential to decrease energy consumption through an increase in solar energy gains. The building skin has to be considered as an entity and its design should be optimized during the planning phase of a construction project. The case study showed that fully glazed facades are not necessarily the optimal solution from an energetic point of view as it could lead to overheating during the warm season and cause increased energy consumption due to air-conditioning.

However, finding the best parameter mix, based on the SIA 380/1 energy balance calculation, regarding the energetical and economical view is difficult.
With a standard approach in the software it requires a very complex calculation which would take too much time to calculate all possible combinations. The project team found and implemented a solution on a so-called prediction function, which is based on mathematical probability theory modelled on Gaussian processes. This prediction function was implemented in a Mathlab code, which has been then translated in the Lesosai code Delphi. A big deal of work has been devoted into testing the correctness of that implementation.

The results of the project have been implemented in Lesosai. Thus, the planning engineer or architect has the data of optimal surface and characteristics of glazing at his disposal.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 5'501 kB

Schlussbericht (Französisch)

L'objectif du projet était le développement d'un outil permettant de déterminer les caractéristiques et dimensions optimales des panneaux de vitrage dans les bâtiments, en fonction de projets de construction individuels, sur la base des normes SIA380/1 et SIA 2044. L'outil devra être intégré dans Lesosai, un logiciel bien connu pour déterminer le bilan énergétique des bâtiments.

Grâce à la norme SIA 380/1, le bilan énergétique est calculé mensuellement et additionné à une perte ou gain énergétique annuel. Pour le logement, non seulement le bilan énergétique est important, mais le confort et la climatisation sont également des facteurs essentiels pour un bâtiment résidentiel confortable et durable. Ces deux facteurs sont définis dans la SIA 2044.

Une étude de cas a été réalisée pour illustrer l'importance des éléments vitrés dans l'enveloppe du bâtiment ainsi que le grand potentiel de réduction de la consommation énergétiques par une augmentation des gains en énergie solaire. L'enveloppe du bâtiment doit être considérée comme une entité à part entière et sa conception doit être optimisée pendant la phase de planification d'un projet de construction. L'étude de cas a montré que les façades entièrement vitrées ne sont pas nécessairement la solution optimale du point de vue énergétique, car elles peuvent entraîner une surchauffe pendant la saison chaude et augmenter ainsi la consommation d'énergie due à la climatisation.

Cependant, il est difficile de trouver la meilleure combinaison des paramètres concernant les aspects énergétique et économique, en se basant sur le calcul du bilan énergétique de la SIA 380/1.

Avec une approche standard dans le logiciel, cela nécessite un calcul très complexe qui prendrait trop de temps pour évaluer toutes les combinaisons possibles. L'équipe du projet a trouvé et mis en oeuvre une solution sur une fonction dite de prédiction, basée sur la théorie mathématique des probabilités modélisée sur des processus gaussiens. Cette fonction de prédiction fut implémentée dans un code Mathlab, qui fut ensuite traduit dans le code Delphi du logiciel Lesosai. Beaucoup de travail a été consacré à tester l'exactitude de cette mise en oeuvre.

Les résultats du projet ont été mis en oeuvre dans Lesosai. Ainsi, l'ingénieur planificateur ou l'architecte a à sa disposition les données de surface optimale et les caractéristiques du vitrage.