Developing a Run-Time Coupling Between ESP-r and TRNSYS

" Dans le cadre de la réduction de l'énergie consommée par les bâtiments, il est essentiel d'être rigoureux dans leur modélisation. Pour ce faire, un grand nombre de logiciels de simulation existe, mais, ces outils sont pour la plupart spécialisés dans un domaine particulier et ne permettent pas toujours de réaliser une analyse complète. Étant donné que tous les domaines (chauffage, climatisation, ventilation, éclairage, acoustique) sont interdépendants, il n'existe pas de plateforme de simulation permettant de couvrir toutes les particularités d'un système avec la même flexibilité, et il est nécessaire de procéder à des combinaisons ou des couplages de logiciels. Ce mémoire décrit la réalisation d'un couplage au niveau de l'exécution entre TRNSYS et ESP-r. Afin de réduire au maximum les modifications apportées aux codes sources et façonner un outil durable face au développement de chacun des deux logiciels dans le futur, le couplage se fait principalement à l'aide de nouveaux composants recevant et envoyant des données à l'autre programme. L'échange de données est réalisé par une structure à DLLs multiples. En plus de celles de TRNSYS et ESP-r, une troisième DLL chargée d'appeler les deux autres et de contrôler l'échange d'information a été créée. Celle-ci supervise également le contrôle de la convergence et assure l'avancement simultané des deux programmes. Cette DLL qui joue le rôle d'intermédiaire entre les deux logiciels (middleware) est appelée l'Harmonizer. Une nouvelle catégorie de composants a été mise en place pour le logiciel TRNSYS. Il s'agit des Types Échangeurs de Données (Data Exchanger Types). Ces composants fonctionnent de manière identique aux Types classiques en communiquant à travers leurs entrées et sorties, mais ils sont également capables de forcer le solveur à poursuivre les itérations d'un pas de temps. Cette fonctionnalité est essentielle afin d'obliger TRNSYS à faire de nouveaux calculs lorsque qu'il y a convergence au niveau interne mais que ce n'est pas le cas pour l'autre logiciel. Un composant de cette nouvelle catégorie, appelé Type 130, a été créé spécialement pour le couplage avec ESP-r. Ce dernier assure la liaison et l'échange de données entre l'Harmonizer d'une part et les composants du système dans TRNSYS de l'autre. Du point de vue de l'utilisateur, il n'y a que peu de changements entre le fait de réaliser un modèle pour une co-simulation et celui pour une simulation n'utilisant qu'un seul logiciel. Les fichiers d'entrée et de sortie sont identiques à ceux d'une simulation standard, et ce pour les deux logiciels. L'unique fichier additionnel à configurer est le fichier d'entrée de l'Harmonizer contenant les paramètres de la co-simulation. Ce mémoire décrit le travail réalisée par l'équipe du projet et les contributions spécifiques de l'auteur sont identifiées dans le texte.

Abstract

Rigorous modeling is essential to design buildings and deliver the next advances in energy efficiency and on-site renewable energy production. A great variety of energy simulation programs exists but they are, for the most part, specialized in one particular domain and they do not allow a complete analysis. Because all domains (heating, cooling, ventilation, lighting, acoustic) are interconnected and there is no global simulation environment existing that covers all of the system particularities with the same flexibility, it is often appropriate to proceed with software combination and/or coupling. This Master thesis describes the implementation of a run-time coupling between TRNSYS and ESP-r. In order to minimize the modifications to the source codes and create a tool able to support future development of each program, new components that receive and pass data to the other program were implemented in the two software programs. A multi DLL structure enables the coupling and exchange of information. A third piece of software, the Harmonizer, launches TRNSYS and ESP-r DLLS and manages the exchange of data. It is also responsible of the convergence handling and controls that both programs march through time together time step after time step. A new category of components, the Data Exchanger Types was implemented in TRNSYS. These components can work as standard TRNSYS Types and exchange data through their inputs and outputs but they can also impose the solver to continue iterating. This capability is essential to force TRNSYS to do more calculations at a specific time step when it has converged but co-simulation convergence requires more iterations. A component of this new category, Type 130, was created specifically for the coupling with ESP-r. Type 130 exchanges data with the Harmonizer on one side and with the TRNSYS network of Types on the other side. Testing of basic data exchange validates the data exchange method and the coupling. The co-simulator is able to simulate a complete system with a building modeled in ESP-r and the energy system in TRNSYS. On the user perspective, there are few changes in implementing a co-simulation model in comparison to a simple simulation model using only one program. Users with some knowledge of both programs will be familiar with the steps required to perform a co-simulation. The input and output files are the same for the two programs as a standard simulation. Settings of the co-simulation are defined in the Harmonizer input. This Master Thesis describes the work of the project team, referred to as the Design Team in the text. Specific contributions from the author are identified in the document.