Projet ANR-12-VBDU-0006 – PRECCISION : PREdiction et Contrôle Commande Intelligent par la Simulation et l’Optimisation Numérique
Programme : Villes et Bâtiments Durables (VBD)
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Alexandre NASSIOPOULOS (Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux)
Partenaires : ARMINES ARMINES - CEP; CEA-INES Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternaltives - Institut National de l'Energie Solaire; DELTA DORE; Laboratoire de Génie Électrique de Grenoble; Laboratoire G-Scop; Institut de Mécanique et d'Ingénierie de Bordeaux; Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux; LMS LMS Imagine; VESTA-SYSTEM
Montant : 935230.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : PREdiction et Contrôle Commande Intelligent par la Simulation et l’Optimisation NumériqueLe projet PRECCISION vise le développement d’outils et méthodes pour le pilotage optimal des bâtiments réhabilités. Ces outils, destinés aux bâtiments venant de subir une réhabilitation lourde, permettront d'analyser le comportement du bâtiment et en contrôler le fonctionnement, soit par une action directe sur les systèmes à configuration variable soit en fournissant de l’information ciblée à l’occupant ou au gestionnaire.
Objectifs principauxPlus la conception vise la basse consommation, plus les interactions et les effets de couplage entre le bâtiment, son environnement et ses usages ont un impact sur les performances énergétiques réelles. Celles-ci dépendent fortement de la manière avec laquelle le bâtiment est utilisé et géré alors qu’il devient difficile de définir intuitivement un mode de fonctionnement optimal. Pour assurer à tout instant le meilleur confort possible tout en évitant de dégrader les performances, le bâtiment doit s’adapter en continu aux usages et conditions environnementales changeantes tout en anticipant l’évolution de son état futur et de différents facteurs tels que les conditions météorologiques, les tarifs ou le contenu CO2 de l'énergie.Le projet PRECCISION vise le développement d’outils et méthodes pour le pilotage optimal des bâtiments réhabilités pour répondre à ce besoin. Ces outils, destinés aux bâtiments venant de subir une réhabilitation lourde, permettront d'analyser le comportement du bâtiment et en contrôler le fonctionnement, soit par une action directe sur les systèmes à configuration variable soit en fournissant de l’information ciblée à l’occupant ou au gestionnaire. Le pilotage optimal reposera sur des mesures recueillies in situ, sur des algorithmes de calibrage temps réel de modèles (observateurs d’état), des algorithmes de contrôle auto-adaptatif, des actionneurs pour les systèmes pilotés à distance et une interface homme-machine pour le retour d’information à l’usager. Pour atteindre ces objectifs, les travaux devront lever certains verrous scientifiques et techniques liés à la prise en compte de la variabilité des sollicitations et des usages, au calibrage de modèles, à l’interopérabilité entre outils et à la problématique du calcul en temps réel.
MéthodologieLe projet PRECCISION s’intéressera principalement aux couches d’intelligence logicielle. On développera et/ou combinera une panoplie d’outils de modélisation du bâtiment intégrant modélisation directe, réduction de modèles, méthodes d’identification, algorithmes d’optimisation et de prédiction. On s’intéressera aussi au développement d’une interface homme-machine pour le retour ciblé d’information aux usagers (gestionnaires, occupants,…) qui sont ainsi intégrés dans la boucle de gestion.Les solutions logicielles développées seront déployées dans des démonstrateurs bâtiments réels. Trois démonstrateurs sont prévus dans le cadre de ce projet : un démonstrateur destiné aux validations scientifiques n’impliquant aucun occupant (maison INCAs) ; un bâtiment tertiaire instrumenté dont les occupants ont une implication dans le projet (bâtiment PREDIS/MHI) ; un bâtiment universitaire occupé pour un essai pilote à grande échelle.
Résumé de la soumission : Objectifs, Enjeux, Ambitions Réduire l’impact du parc bâti sur les trois tableaux énergétique, environnemental et économique, passe par une amélioration des enveloppes et des équipements et par l’intégration de dispositifs valorisant au mieux les ressources d’énergie renouvelables disponibles localement. Mais plus conception vise la basse consommation, plus les interactions et les effets de couplage entre le bâtiment, son environnement et ses usages deviennent importants. Les performances réelles dépendent fortement de la manière avec laquelle le bâtiment est utilisé et géré alors qu’il devient difficile de définir intuitivement un mode de fonctionnement optimal. Pour assurer à tout instant le meilleur confort possible tout en évitant de dégrader les performances du bâtiment, celui-ci doit s’adapter en continu aux usages et conditions environnementales changeantes tout en anticipant l’évolution de son état futur et de différents facteurs tels que les conditions météorologiques, les tarifs ou le contenu CO2 de l’électricité etc.Le projet PRECCISION vise le développement d’outils et méthodes pour le pilotage optimal des bâtiments réhabilités pour répondre à ce besoin. Ces outils accompagneront un bâtiment qui vient de subir une réhabilitation en donnant au gestionnaire, à l’occupant ou aux autres acteurs impliqués des indicateurs et les moyens numériques pour analyser le comportement du bâtiment et en contrôler le fonctionnement, soit en agissant directement sur les systèmes à configuration variable soit en fournissant de l’information ciblée à l’occupant ou au gestionnaire. Le système de pilotage optimal repose sur des mesures recueillies in situ, sur des algorithmes de calibrage temps réel de modèles (observateurs d’état), des algorithmes de contrôle auto-adaptatif, des actionneurs pour les systèmes pilotés à distance et une interface homme-machine pour le retour d’information à l’usager.Pour atteindre ces objectifs, les travaux devront lever certains verrous scientifiques et techniques liés à la prise en compte de la variabilité des sollicitations et des usages, au calibrage de modèles, à l’interopérabilité entre outils et à la problématique du calcul en temps réel.Le projetLe projet PRECCISION s’intéressera principalement aux couches d’intelligence logicielle. On développera et/ou combinera une panoplie d’outils de modélisation du bâtiment intégrant modélisation directe, réduction de modèles, méthodes d’identification, algorithmes d’optimisation et de prédiction. On s’intéressera aussi au développement d’une interface homme-machine pour le retour ciblé d’information aux usagers (gestionnaires, occupants,…) qui sont ainsi intégrés dans la boucle de gestion.Les solutions logicielles développées seront déployées dans des démonstrateurs bâtiments réels. Trois démonstrateurs sont prévus dans le cadre de ce projet : un démonstrateur destiné aux validations scientifiques n’impliquant aucun occupant (maison INCAs) ; un bâtiment tertiaire instrumenté dont les occupants ont une implication dans le projet (bâtiment PREDIS/MHI) ; un bâtiment habité pour un essai pilote à plus grande échelle (logement collectif en réhabilitation). Ce dernier démonstrateur fournira le terrain pour une première étude d’impact de l’outil développé sur les occupants et leur comportement.Organisation et ConsortiumLe consortium réunit des spécialistes de l’énergétique des bâtiments (Armines,, I2M, INES, IFSTTAR), une société spécialiste de la modélisation système (LMS IMAGINE), des équipes spécialistes des environnement logiciels pour l’optimisation des systèmes électriques et énergétiques (Grenoble-INP), la start-up Vesta-System, spécialiste des solutions logicielles d’optimisation énergétique, et le groupe DeltaDore, fournisseur de produits pour les économies d'énergie et le confort dans l'habitat.
Résultats : TO BE COMPLETED
Perspectives : En apportant des outils pour le pilotage optimal des bâtiments, le projet PRECCISION veut donner les moyens aux maîtres d’ouvrage, aux collectivités et aux particuliers d’atteindre réellement les performances attendues dans la basse consommation, notamment dans la réhabilitation. Ceci est comme on l’a vu un enjeu important pour l’avenir, puisque les investissements de taille qui doivent être réalisés dans la réhabilitation du parc de bâtiments ne seront réellement efficaces que si la gestion des bâtiments permet d’exploiter le potentiel d’économies.
Les modèles économiques liés à la gestion optimale des bâtiments ne sont aujourd’hui pas tous explorés. Les outils semblables à ceux développés dans le cadre de PRECCISION conduiront à une multiplication de l’offre de services de gestion énergétique des bâtiments. Peut-être conduiront-ils également à l’émergence d’un nouveau type d’offre de services liée à la maintenance des modèles de simulation et des méthodes de calcul. Les modèles technologiques d’interopérabilité suivis dans PRECCISION vont dans ce sens.
Pour les maîtres d’ouvrage, il semblerait que les modèles économiques liés à la garantie de performance énergétique ne peuvent pas être pensés sans faire appel au genre de technologies développées dans PRECCISION, c’est-à-dire sans disposer de moyens pour analyse le fonctionnement et l’usage réel qui est fait d’un bâtiment après les travaux.
Sur le plan scientifique, les travaux du projet PRECCISION ont l’ambition d’apporter des avancées sur la question du calibrage de modèles à partir de mesure, et ce sur plusieurs plans : sur la question de la réduction ad hoc de modèles, sur les questions liées à l’identifiabilité des modèles et l’estimation des erreurs.
Aussi, des avancées scientifiques sont attendues sur la question de l’interopérabilité et de la co-simulation qui engendreront une explosion des possibilités de simulation et permettront une capitalisation des efforts variés dans le domaine.
Publications et brevets : 1. Nils ARTIGES, Alexandre NASSIOPOULOS, Franck VIAL, Benoit DELINCHANT, “Optimal control and sensitivity analysis of a building using adjoint methods”, BSO’14, Building Simulation and Optimization Conference, 23-24 June, London, England, 2014 
2. Audrey Le Mounier, Benoît Delinchant, Stéphane Ploix, “Determination of relevant model structures for self-learning energy management system”,  BSO’14, Building Simulation and Optimization Conference, 23-24 June, London, England, 2014
3. Nils Artiges, Benoît Delinchant, Alexandre Nassiopoulos, Franck Vial « Commande optimale et analyse de sensibilité par méthode adjointe pour l'identification paramétrique de modèles du bâtiment », IBPSA 2014, 20 - 21 mai 2014, Arras
4. Maxime Robillart, Patrick Schalbart, Bruno Peuportier, Elaboration de lois heuristiques à partir de la programmation dynamique: application à l’effacement de la consommation électrique de pointe dans les bâtiments performants, Conférence IBPSA France, Arras, mai 2014
5. Audrey LE MOUNIER, Benoit DELINCHANT, Stephane PLOIX « Choix de structures de modèles pertinentes   pour l’identification des systèmes de gestion d’énergie», IBPSA 2014, 20 - 21 mai 2014, Arras