TECHNIQUE DE MESURE ET DE RÉGULATION
Install Magazine 993 – octobre 2023
Plus d’efficacité grâce à une commande prédictive
Builtwins dans la pratique
Le système a notamment été testé dans l’ancien siège du bureau d’études Boydens. Source: (https://builtwins.com/project/)
Dans la résidence de soins de Mintus à Bruges, cette régulation a permis de réduire la consommation électrique de 22%. Source: (https://builtwins.com/project/)
Différence en termes de consommation d’énergie pour la partie HVAC entre un MPC et une régulation classique. Des économies considérables peuvent être réalisées lorsque le bâtiment est en service.
Un Model Predictive Controller se base sur un modèle numérique de bâtiment pour développer une stratégie de régulation optimale en fonction des objectifs et des conditions-cadres.
Présentation schématique du fonctionnement de diverses stratégies de contrôle. Le système MPC (en-dessous) obtient de meilleurs résultats dans la mesure où la régulation anticipe les changements de circonstances.
Plus les installations de bâtiment deviennent efficaces, plus elles deviennent complexes. On observe de plus en plus de cas d’installations hybrides, comprenant soit un système pour couvrir la charge de base et un autre pour les charges de pointe, soit des combinaisons de technologies actives et passives. Tout cela exige une régulation idoine destinée à ce que l’ensemble fonctionne correctement. Dans la pratique, cela se révèle toutefois moins évident. Il en résulte que la consommation réelle peut fortement différer de la consommation calculée. Builtwins, une entreprise née du groupe de recherche de la Prof. Lieve Helsen (KU Leuven), a voulu résoudre ce problème grâce à une régulation prédictive, basée un modèle numérique du bâtiment. Les premiers retours des expériences pratiques ont été dévoilés lors d’une journée d’étude de la KU Leuven.
Intervenir avant qu’il ne soit trop tard
La meilleure description de la régulation prédictive pourrait se résumer en une phrase : ‘intervenir avant qu’il ne soit trop tard’. En ce sens, elle est donc fondamentalement différente des systèmes de régulation usuels. Qu’il s’agisse d’un simple thermostat ou d’une commande complexe, le signal intervient toujours juste après qu’une certaine valeur de consigne ait été dépassée. En d’autres mots, la régulation est par définition en retard sur les faits, parce que l’écart s’est déjà produit. Une régulation prédictive, par contre, fait une analyse du comportement du bâtiment et de l’installation, et agit ensuite sur base de cela, afin d’éviter que les valeurs de consigne ne soient dépassées. L’analyse s’effectue à l’aide d’un modèle numérique de bâtiment ; c’est pourquoi le système est connu sous le nom de ‘model predictive control’ (MPC).
De ce dernier, il résulte un meilleur confort et un fonctionnement plus efficace. Avec une régulation traditionnelle, il peut arriver qu’un bâtiment ait besoin de chauffage dans la matinée, mais qu’il doive passer ultérieurement en mode ‘rafraîchissement’ en raison de l’addition de plusieurs gains thermiques. Ceci se révèle d’une part peu confortable pour les occupants, mais également très énergivore, dans la mesure où une partie de la chaleur qui est produite durant la matinée doit à nouveau être refroidie et évacuée plus tard dans la journée. Une régulation prédictive permet toutefois d’éviter toute surchauffe en coupant le chauffage à temps. Outre le fait de ne pas devoir subir de températures désagréables, ce système contribue également à moins faire fonctionner aussi bien le chauffage que le refroidissement.
Un modèle numérique du bâtiment
Afin de mettre à profit de tels avantages, Damien Picard et Filip Jorissen, deux anciens doctorants à la KU Leuven, ont créé Builtwins, un service de régulation prédictive. Leurs travaux sont le fruit de recherches menées par le département Systems Simulation, dirigé par Lieve Helsen, qui a travaillé sur diverses stratégies de régulation, notamment pour l’activation du noyau de béton.
Le duo a radicalement opté pour un modèle transparent, qui permet à l’utilisateur de visualiser et d’influencer le fonctionnement du système. Contrairement à une boîte noire, où le système génère des résultats en fonction d’une logique et d’un algorithme entièrement protégés, Builtwins crée un modèle numérique du bâtiment, dans lequel sont notamment repris le comportement thermique de la masse du bâtiment ainsi que le fonctionnement de tous les composants de l’installation. Le système fait alors des prévisions sur base de ces paramètres, en tenant compte des valeurs empiriques et des données météo.
Profiter pleinement du potentiel des bâtiments
Le concept a pour la première fois été testé dans trois bâtiments du projet de recherche européen HybridGeotabs: un bureau de Fluvius à Dilbeek (anciennement le siège du bureau d’études Boydens), un immeuble de bureaux dans la ville de Luxembourg et une résidence pour personnes âgées de Mintus à Bruges. À cela, se sont encore ajoutés quelques projets pilotes, parmi lesquels deux bâtiments de la KU Leuven. Des résultats, il ressort que même des bâtiments éco-énergétiques modernes ont encore beaucoup de gains à obtenir d’une régulation performante. Tant l’immeuble de Boydens que la maison de repos étaient en effet des nouvelles constructions équipées de technologies performantes et éco-énergétiques, dans lesquels la marge d’amélioration était théoriquement faible.
Pourtant, grâce à Builtwins, on a réussi à économiser 36% sur la consommation HVAC chez Boydens et 22% sur l’électricité à Bruges. On peut dès lors se demander dans quelle mesure tous les autres bâtiments théoriquement très éco-énergétiques atteignent réellement leur véritable potentiel dans la pratique. Les témoignages issus aussi bien de Mintus que de la KU Leuven se révélèrent en tout cas très positifs par rapport à l’utilisation de Builtwins.
Une solution à portée de main
Remédier à des erreurs de mise en oeuvre ou de réglage constitue en général une solution aisée, comparable à un fruit mûr à portée de main. Un système de type MPC constitue un moyen particulièrement efficace d’y parvenir, car les différences systématiques entre les performances escomptées et les performances réelles sont rapidement repérées. Bruno Motten, du département des services techniques de la KU Leuven, a même qualifié le MPC de cueillette constante de fruits mûrs, simplement parce que l’exploitant est informé des erreurs possibles.
Kurt Corvers du bureau d’études Sweco s’est exprimé à ce sujet. Selon lui, un MPC confère à un bureau d’études plus de possibilités de suivre un bâtiment au cours de son utilisation ultérieure, et donc de fournir d’autres services.
Aujourd’hui, on se base encore trop souvent sur le principe ‘build and forget’. Dans le meilleur des cas, une phase de mise en service suit le démarrage, mais une fois que tout a été livré, le concepteur ne se préoccupe généralement plus du bon fonctionnement. L’exploitation quotidienne est alors gérée par l’utilisateur, le plus souvent assisté par la société de maintenance. Cette dernière n’a toutefois pas nécessairement été impliquée dans la conception et la pose de l’installation. Cependant, en couplant une installation à un MPC, le concepteur peut également vérifier ultérieurement si tous les objectifs préétablis ont été atteints, et plus important encore, il peut automatiquement visualiser et localiser d’éventuelles écarts avec les valeurs de consigne.
L’expérience menée par Mintus avec Builtwins dans une de ses maisons de repos a démontré que cette approche pouvait fournir de bons résultats dans la pratique. En tant qu’établissement de soins, Mintus se préoccupe avant tout de son activité principale, et l’équipe dédiée à la gestion technique des bâtiments est plutôt restreinte. L’idée consiste donc à compléter les compétences propres par de l’expertise fournie par des entreprises extérieures. Le concept Builtwins s’inscrit parfaitement dans ce cadre : Mintus reçoit un aperçu des performances du bâtiment, sans devoir approfondir tous les détails architecturaux.
En résumé, le MPC offre de nombreux avantages dans différents domaines. Il s’agit avant tout d’un dispositif de pilotage direct de l’installation, mais cet instrument autorise également une gestion plus efficace de l’énergie.
Par Alex Baumans
Photos: Builtwins
