FR2978569A1 - Procede de commande pour gerer le confort d'une zone d'un batiment selon une approche multicriteres et installation pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Abstract

Le procédé de commande pour gérer le confort d'une zone d'un bâtiment permet de déterminer par un système de prévision d'horizon temporel (5) une prédiction des évolutions futures de données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone (1) en fonction de données mesurées et d'états de fonctionnement d'équipements (2, 3, 4) de la zone aptes à modifier la température, la qualité de l'air, la luminosité de la zone. Le procédé permet en outre de déterminer par un optimisateur (9) un ensemble de commandes à appliquer aux équipements (2, 3, 4) en fonction de la prédiction pour minimiser un critère énergétique prédéterminé et pour que les valeurs de température, de qualité de l'air et de luminosité de la zone restent ajustées respectivement en fonction d'au moins un paramètre de référence distinct pour chaque valeur.

Description

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Procédé de commande pour gérer le confort d'une zone d'un bâtiment selon une approche multicritères et installation pour la mise en oeuvre du procédé 10 Domaine technique de l'invention

L'invention est relative à un procédé de commande pour gérer le confort d'une zone d'un bâtiment État de la technique

Les documents US2009/0112369 et US6,439,469 concernent un système 20 pour contrôler la température d'un bâtiment utilisant un système de prédiction. Le système de prédiction permet uniquement de gérer la température du bâtiment en agissant sur le comportement d'équipements dudit bâtiment.

25 À ce jour, cette approche est limitée car elle ne permet pas une gestion optimale du bâtiment.

Le document GR2004100045 décrit une méthode utilisant un contrôleur logique permettant de contrôler la qualité de l'air et le confort optique et 30 thermique d'un bâtiment. 15 Objet de l'invention

L'objet de l'invention consiste à réaliser une gestion optimisée d'une zone d'un bâtiment pour améliorer le confort perçu par les occupants.

On tend vers cet objet en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : mesurer des données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, et transmettre ces données mesurées à un système de prévision d'horizon temporel, transmettre des états de fonctionnement d'équipements de la zone aptes à modifier la température, la qualité de l'air, la luminosité de la zone au système de prévision d'horizon temporel, déterminer par le système de prévision d'horizon temporel une prédiction des évolutions futures des données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone en fonction des données mesurées et des états de fonctionnement des équipements, déterminer par un optimisateur un ensemble de commandes à appliquer aux équipements en fonction de la prédiction pour minimiser un critère énergétique prédéterminé de la zone et pour que les valeurs de température, de qualité de l'air et de luminosité de la zone restent ajustées respectivement en fonction d'au moins un paramètre de référence distinct pour chaque valeur.

Un autre objet de l'invention est relatif à une installation de contrôle du fonctionnement d'une zone d'un bâtiment pour la mise en oeuvre du procédé, l'installation comportant : - des capteurs aptes à mesurer la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, 2 3

des équipements aptes à modifier la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, un système de prévision d'horizon temporel relié aux capteurs et aux équipements pour réceptionner des données associées, un optimisateur relié d'une part au système de prévision d'horizon temporel pour en réceptionner la prédiction, et d'autre part aux équipements pour les piloter en fonction de la prédiction, d'un critère énergétique prédéterminé à minimiser et de paramètres de références respectivement associés à la température, la luminosité et la qualité de l'air de la zone.

Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement différents éléments d'une installation, la figure 2 illustre les différentes étapes de mise en oeuvre du procédé, la figure 3 illustre l'évolution du rapport de CO2 dans l'air de la zone pour une journée, la figure 4 illustre l'évolution des commandes du système de ventilation en fonction du rapport de CO2 dans l'air de la figure 3, la figure 5 illustre une courbe d'évolution de la température dans la zone pour une journée, la figure 6 illustre l'évolution des commandes du chauffage de la zone en fonction de la température de la figure 5, 4

la figure 7 illustre l'évolution de la luminosité dans la zone au cours d'une journée, la figure 8 illustre l'évolution des commandes de volets de la zone en fonction de la luminosité de la figure 7. Description de modes préférentiels de réalisation

Contrairement à l'art antérieur, la gestion optimale d'une zone d'un bâtiment 1 o est réalisée selon une approche prédictive multicritères prenant en compte au moins la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone pour générer dans ladite zone un environnement présentant une qualité de vie satisfaisante tout en ne négligeant pas la consommation énergétique et/ou la facture énergétique de la zone. L'approche multicritères permet d'améliorer 15 le confort global de la zone pour ses occupants.

Ainsi, selon un mode de réalisation particulier illustré à la figure 1, une zone 1 d'un bâtiment est représentative d'une zone de vie où l'homme peut habiter et/ou travailler. La notion de zone 1 est à prendre au sens large, elle peut à 20 la fois viser le bâtiment dans sa globalité, une pièce particulière du bâtiment, un ensemble de pièces du bâtiment, ou encore un espace d'une pièce.

La zone 1 peut comporter des équipements 2, 3, 4 aptes à modifier sa température, sa qualité d'air, sa luminosité. Un équipement peut impacter un 25 unique paramètre de la zone parmi la température, la qualité de l'air, la luminosité, ou impacter plusieurs paramètres à la fois. Par exemple, une ampoule peut impacter deux paramètres comme la luminosité et la température de la zone. En effet, plus la luminosité de l'ampoule est importante plus les calories qui en sont dégagées augmentent, et cette 30 augmentation impacte la température globale de la zone. Selon un autre exemple, un équipement constitué d'un chauffage électrique de type bain à5 huile impactera la température de la zone mais pas la qualité de l'air de la zone, ni la luminosité de la zone.

Le procédé de commande de la zone d'un bâtiment pour en gérer le confort 5 utilise un système de prévision d'horizon temporel 5 de l'évolution des paramètres de la zone 1. Un système de prévision d'horizon temporel 5 permet, à partir de mesures de paramètres, de prévoir les évolutions futures de ces paramètres dans le temps. Des exemples de paramètres pris en compte seront décrits ci-après. Autrement dit, il s'agit à partir de mesures réalisées physiquement de déterminer une chronologie d'évolution comportementale desdits paramètres.

Comme illustré à la figure 2, le procédé comporte une étape El au cours de laquelle les données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone 1 sont mesurées, et transmises au système de prévision d'horizon temporel 5. En fait, les paramètres susmentionnés sont assimilés aux données mesurées représentatives de la température (par exemple en degrés Celsius), de la qualité de l'air (par exemple en mesure de part de CO2 dans l'air de la zone en ppm), et de la luminosité de la zone (par exemple en mesurant les lux dans la zone). Ces données peuvent être mesurées par trois capteurs 6, 7 et 8 respectivement associés aux données à mesurer. Bien entendu, le nombre de capteurs n'est pas limité à trois, en effet, en fonction de la taille et de la forme de la zone, une pluralité de capteurs pourront être installés. Bien qu'un exemple à base de CO2 ait été donné comme critère de qualité de l'air, il peut être utilisé d'autres critères comme la concentration de polluants gazeux divers, le taux d'humidité, etc.

Le système de prévision d'horizon temporel 5 prend en outre en entrée les états de fonctionnement des équipements 2, 3, 4 de la zone 1 aptes à modifier la température, la qualité de l'air, la luminosité de la zone 1. Ainsi, dans une étape E2, ces états de fonctionnement peuvent être transmis au 6

système de prévision d'horizon temporel 5. La transmission peut être réalisée sur requête du système de prévision d'horizon temporel 5, par l'équipement 2, 3, 4 lui-même à intervalles réguliers, ou encore par l'équipement 2, 3, 4 lorsqu'il constate une modification de son état de fonctionnement, par exemple via une action manuelle d'un utilisateur. Une action manuelle peut être assimilée à la modification d'un thermostat de la zone, ou encore à l'ouverture manuelle d'un volet ayant un impact sur un des trois paramètres.

Les étapes El et E2 peuvent être réalisées séquentiellement l'une après l'autre sans importance de l'ordre ou encore concomitamment.

En fonction des données relatives à la température, à la qualité de l'air et à la luminosité de la zone, ainsi que des états de fonctionnements des équipements 2, 3, 4 aptes à modifier ces paramètres (température, air, luminosité), le système de prévision d'horizon 5 détermine dans une étape E3 une prédiction des évolutions futures des données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone.

Cette prédiction peut être calculée sur la base d'une chronologie temporelle par exemple de 12 heures ou de 24 heures, ou d'autres pas temporels.

Le résultat de la prédiction est transmis à un optimisateur 9. Le rôle de l'optimisateur 9 est de générer (étape E4) un ensemble de commandes à appliquer aux équipements 2, 3, 4 en fonction de la prédiction. Ces commandes générées par l'optimisateur 9 permettent de minimiser un critère énergétique prédéterminé de la zone, et de s'assurer que les valeurs de température, de qualité de l'air et de luminosité de la zone restent ajustées respectivement en fonction d'au moins un paramètre de référence distinct pour chaque valeur. Les paramètres de référence peuvent être assimilés à des consignes permettant d'assurer le confort de personnes présentes dans 7

la zone. En fait un paramètre de référence peut être associé à deux valeurs consignes, une dite « basse et l'autre dite « haute », généralement on dira que lorsque les valeurs de température, de qualité de l'air et de luminosité de la zone sont entre ces bornes inférieures et supérieures le confort des occupants de la zone est respecté. Dès lors, si la consigne n'est plus, ou ne sera plus dans un avenir proche, respectée les commandes générées permettent d'ajuster la valeur concernée de la zone. En anticipant les problèmes, il est possible de les résoudre en limitant les coûts et/ou la consommation électrique nécessaire à leurs résolutions lorsque ces deniers apparaissent réellement. Dans une étape E5, consécutive à l'étape E4 les commandes à appliquer sont transmises aux équipements 2, 3, 4. Les commandes transmises peuvent être représentatives de l'ensemble de commandes générées sur l'horizon temporel (c'est-à-dire la prédiction), ou d'une partie de l'ensemble de commandes.

Préférentiellement, ces commandes générées sont aussi transmises au système de prévision d'horizon temporel 5. Ainsi, le système de prévision d'horizon temporel 5 pourra réaliser dans le futur une meilleure prédiction en connaissant tout ou parties des commandes générées par l'optimisateur 9.

Autrement dit, au moins une partie des commandes déterminées est transmise au système de prévision d'horizon temporel 5 pour aider à la génération d'une future prédiction.

Avantageusement, le critère énergétique est représentatif de la consommation énergétique ou de la facture énergétique.

Par consommation énergétique, on entend la consommation, de préférence instantanée en kilowatts, de la zone. En effet, en fonction des heures de la journée, des saisons, il peut être préférable de limiter la consommation en kilowatts car le réseau électrique général a des risques de surcharge, et une surconsommation peut alors générer des défaillances, cette limitation permet 8

alors d'éviter la panne du réseau électrique. Le présent procédé permet de plus de tenir compte de limitations de puissance globale de manière prévisionnelle sur la consommation de l'ensemble des équipements d'une zone. Selon une variante, on cherchera d'une part à minimiser la consommation tout en ayant une consigne haute de valeur de consommation à ne pas dépasser.

Par facture énergétique, on entend la vision pécuniaire du fonctionnement de la zone. À titre d'exemple, les tarifs de l'électricité consommée peuvent varier dans le temps (par exemple selon les heures de la journée). Dès lors, il est possible de conditionner le fonctionnement de la zone à un coût maximum, l'optimisateur permettant de commander les équipements de sorte à rester en dessous de ce coût, tout en satisfaisant, lorsque la limitation de coût le permet, le confort de la zone vis-à-vis des paramètres de référence. Selon une variante, on cherchera donc d'une part à minimiser le coût de fonctionnement de la zone tout en ayant une consigne haute de valeur de coût à ne pas dépasser.

Dans le cas où un coût maximum, ou une consommation maximum, est à respecter, l'optimisateur pourra, si il n'est pas possible de satisfaire pour ce coût/consommation particulier tous les critères de confort (luminosité, qualité d'air et température), dégrader certains paramètres de référence selon les préférences des occupants. Par « dégrader » on entend fonctionner hors des consignes.

Selon une variante, tout critère quantitatif associé à la consommation énergétique de la zone pourra être minimisé. Un tel critère énergétique peut par exemple, être représentatif des émissions de gaz à effets de serre par kW consommé.30 9

Comme précisé ci-dessus, concomitamment au critère énergétique, l'optimisateur 9 conditionne les commandes qu'il va générer en fonction d'au moins trois paramètres de référence respectivement associés à la qualité de l'air, la température, et la luminosité. Ces paramètres de référence peuvent être vus comme des niveaux de confort. De plus en fonction de l'heure de la journée, ces paramètres peuvent changer. Ainsi, l'optimisateur 9 peut prendre en considération un schéma d'évolution des paramètres de référence de la zone dans le temps. Ces schémas d'évolution peuvent par exemple être associés à l'occupation ou non de la zone en fonction des io heures de la journée.

Afin de générer des commandes optimales, l'optimisateur 9 peut comporter une mémoire contenant les informations de tous les équipements. Les équipements peuvent être classés selon trois groupes respectivement 15 associés à la température, la qualité de l'air et la luminosité. Les équipements peuvent être classés dans plusieurs groupes à la fois en fonction des paramètres qu'ils sont susceptibles d'impacter. Dès lors, l'optimisateur 9 compose avec les différents groupes pour satisfaire les conditions de fonctionnement de la zone. 20 Une installation permettant de mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus peut comporter les capteurs 6, 7, 8 aptes à mesurer la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, les équipements 2, 3, 4 aptes à modifier la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, le système de 25 prévision d'horizon temporel 5 relié aux capteurs 6, 7, 8 et aux équipements 2, 3, 4 pour réceptionner des données associées, et l'optimisateur 9 relié d'une part au système de prévision d'horizon temporel 5 pour en réceptionner la prédiction, et d'autre part aux équipements 2, 3, 4 pour les piloter en fonction de la prédiction, d'un critère énergétique prédéterminé à 30 minimiser et de paramètres de référence respectivement associés à la température, la luminosité et la qualité de l'air de la zone 1. L'optimisateur 9 10

et le système de prévision 5 peuvent former une unique unité de contrôle, par exemple un ordinateur traitant les données et équipé d'un programme adéquat.

Afin de réaliser une prédiction la plus précise possible, le système de prévision d'horizon temporel 5 peut comporter un modèle de la zone 1. Typiquement un modèle intègre des caractéristiques de la zone pouvant aider à la génération de la prédiction, on peut donc considérer que le modèle est représentatif des caractéristiques énergétiques de la zone aussi appelé bilan énergétique de la zone. Ainsi, un tel modèle peut intégrer, de manière non limitative, l'orientation de la zone, le volume de la zone, le type d'isolation de la zone (pour déterminer les échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur de la zone), le nombre de fenêtres de la zone, et le cas échéant leurs orientations, l'influence de volets fermés ou ouverts au niveau des fenêtres, etc.

À partir d'un tel modèle, en connaissant la température intérieure de la zone 1 et la température à l'extérieur de la zone 1, le système de prévision d'horizon temporel 5 peut déterminer les évolutions futures de la température dans la zone 1 à partir de données relatives à la qualité de l'enveloppe thermique du bâtiment associé à la zone. Autrement dit, en connaissant le modèle de la zone et les perturbations extérieures (par exemple la température extérieure, l'ensoleillement, etc) auxquelles est soumise la zone, le système de prévision d'horizon temporel 5 peut réaliser des prévisions encore plus précises. Cette prédiction est enrichie par l'état de fonctionnement des équipements influant sur la température (par exemple le chauffage, la climatisation, les volets et l'éclairage).

Ainsi, grâce au modèle, en connaissant la position des fenêtres et la localisation géographique de la zone, le système de prévision d'horizon temporel 5 est à même de décrire quand la luminosité du soleil pénétrera au 11

mieux la zone, et pourra ainsi prédire l'évolution de la luminosité dans la zone au cours d'une journée. Cette prédiction est complétée par l'état de fonctionnement des équipements influant sur la luminosité (par exemple l'éclairage, la position des volets qui seront pilotés par l'optimisateur).

En connaissant la différence de qualité de l'air entre l'intérieur et l'extérieur de la zone, l'occupation de la zone et l'état de fonctionnement des équipements influant sur la qualité de l'air (par exemple ventilation), le système de prédiction peut déterminer les évolutions futures de la qualité de l'air.

Ainsi, une prédiction peut être affinée en prenant en compte les perturbations extérieures auxquelles la zone est soumise. Les perturbations extérieures peuvent être associées à au moins un critère choisi parmi la température extérieure, l'occupation de la zone, l'humidité de l'air à l'extérieur de la zone, les heures de lever et de coucher du soleil, l'ensoleillement, la part de CO2 dans l'air extérieur, les horaires d'occupation ou non de la zone etc. En fait, toutes les informations concernant la météorologie peuvent être utilisées pour affiner la prédiction. La météorologie permet d'alimenter le système de prévision d'horizon en prenant connaissance des conditions extérieures de la zone. Par ailleurs, en combinant le système de prévision d'horizon temporel aux prévisions météorologiques, il est notamment plus facile de calculer les évolutions à long terme (sur plusieurs heures) des valeurs de température et de luminosité de la zone.

Afin de déterminer les prédictions, notamment en fonction du modèle de la zone et des valeurs des capteurs, le système de prédiction peut utiliser des lois mathématiques de calculs.

Le paramètre associé à la qualité de l'air peut, par exemple, être une valeur maximum de part de CO2 dans l'air de la zone comparée à une valeur de 12

CO2 mesurée dans la zone par le capteur associé. Ainsi, l'optimisateur 9 fera le nécessaire en pilotant les équipements pour maintenir, à partir de la prédiction, la valeur réelle de CO2 de la zone en dessous de la valeur maximum. En fait, chez l'être humain, on sait que le CO2, à des concentrations élevées dans l'air respiré, peut être toxique. À titre d'exemple à partir de 0,1% de CO2 dans l'air, soit 1000ppm, le CO2 devient un facteur de risque déclenchant des crises d'asthmes. Une valeur de 0,5% de CO2 dans l'air soit 5000ppm est considérée comme la valeur maximale d'exposition professionnelle dans la plupart des pays. Ainsi, le contrôle de la part de CO2 dans l'air de la zone est un paramètre non négligeable lorsque l'on souhaite en améliorer le confort. La figure 3 illustre une courbe représentative de l'évolution de la valeur réelle de CO2 en ppm pour une zone occupée professionnellement par des travailleurs au cours d'une journée de 24 heures. La partie hachurée représente une zone dans laquelle la valeur de CO2 doit préférentiellement ne jamais se trouver. Autrement dit, si une valeur mesurée tombe dans la partie hachurée pour une heure donnée, le système de prévision d'horizon temporel 5 et l'optimisateur 9 feront le nécessaire pour retrouver une valeur correcte dans la zone. En fait, grâce au système de prévision d'horizon temporel 5, la valeur réelle de CO2 de la zone ne sera qu'exceptionnellement dans la partie hachurée puisque, grâce à la prédiction, l'optimisateur 9 anticipe la problématique pour la résoudre avant son occurrence.

Sur l'exemple de la figure 3, on voit qu'entre 6 heures du matin et 18 heures du soir la valeur de CO2 dans la zone doit rester en dessous de 1000ppm. En fait, il s'agit de la plage temporelle dans laquelle des personnes occupent la zone.

Cette figure 3 peut être associée à la figure 4 représentant l'évolution des commandes de ventilation au cours de la journée. Sur cette figure 4, en ordonnée, on considère que la ventilation est coupée à 0 et qu'à la valeur 1 13

la ventilation fonctionne à plein régime. En superposant les figures 3 et 4, on s'aperçoit que lorsque le taux de CO2 augmente dans la zone, la ventilation se met en route.

Pour généraliser, on peut considérer que l'optimisateur 9 permet à la valeur associée à la qualité de l'air dans la zone de rester ajustée en dessous de son paramètre de référence associé lorsqu'il s'agit d'une simple consigne haute.

Grâce à l'optimisateur 9 associé à la prédiction et à la valeur du paramètre de référence formant consigne, on voit que la ventilation ne se met pas en route dès l'ouverture de la zone de travail mais un peu avant que la valeur maximale de CO2 soit atteinte. En fait, le système de prévision d'horizon temporel 5 a dans ce cas anticipé les évolutions du rapport de CO2 dans la zone 1 et l'optimisateur 9 a décidé de mettre en route la ventilation un peu avant que le rapport de CO2 atteigne la valeur consigne maximum de 1000ppm. À partir du schéma des commandes de la figure 4, on voit que le système de prédiction prend en compte un facteur d'occupation de la zone 1 car la ventilation est coupée entre 12 heures et 14 heures, et s'arrête dès 18 heures alors qu'à 12 heures et 18 heures, le taux de CO2 est encore maximal. En fait, à partir du facteur d'occupation, le système de prévision 5 a déterminé qu'à partir de 12 heures les travailleurs allaient quitter la zone. Or, moins de personnes dans la zone 1 implique moins de production de CO2 due à la respiration des personnes. Dès lors, la ventilation peut être coupée pour limiter les coûts ou la consommation énergétique. Ainsi, la prédiction permet à l'optimisateur 9, comme illustré à la figure 4, de couper la ventilation dès 12 heures et de ne la remettre que plus tard lorsque le pourcentage de CO2 sera devenu plus haut et la couper dès 18 heures. Les prédictions du système de prévision d'horizon temporel 5 peuvent être améliorées dans ce cas en prenant en compte l'état de l'installation et des courbes de valeurs du rapport de CO2 de jours précédents. En effet, en 14

fonction du comportement passé du rapport de CO2 dans la zone pour un état similaire, la prédiction peut être affinée.

Le paramètre associé à la température peut être associé comme évoqué précédemment à une température maximale et/ou une température minimale. Autrement dit, la température peut être fonction de deux consignes, et la valeur de la température de la zone peut être ajustée pour osciller entre ces deux consignes. Ces deux consignes de fonctionnement sont associées à la notion de confort en température. En fait, si une température mesurée venait à être hors de l'intervalle défini par la valeur minimale et la valeur maximale, l'optimisateur 9 viendrait corriger le tir à la réception d'une nouvelle prédiction, cependant grâce au système de prévision d'horizon temporel 5 ce cas ne devrait se produire qu'exceptionnellement car la sortie de l'intervalle devrait être détectée bien en amont. La figure 5 illustre une courbe d'évolution de la température dans une zone au cours d'une journée. On s'aperçoit qu'entre 18 heures le soir et jusqu'à 6 heures le matin paramètre de référence est associé à une unique température minimale réglée à 5°C, qui correspond en général à une température hors-gel utile en hiver. Entre 6 heures du matin et 18 heures du soir, la température minimale est associée à 20°C et la température maximale est associée à une valeur oscillant entre 22 et 25°C. Les températures 20°C - 25°C correspondent en fait au critère de confort généralement reconnu en termes de température dans une zone. Bien entendu, ces valeurs peuvent être ajustées à la demande, par exemple via des thermostats intégrés dans la zone et reliés à l'optimisateur 9 pour que leurs données soit transmise à l'optimisateur dès changement.

Cette figure 5 peut être associée à la figure 6 représentant l'évolution des commandes de chauffage dans une journée. Sur cette figure 6, en ordonnée, on considère que le chauffage est coupé à 0 et qu'à la valeur 1 le chauffage fonctionne à plein régime. En superposant les figures 5 et 6, on s'aperçoit 15

que l'installation anticipe l'occupation de la zone entre 6 heures et 18 heures en allumant le chauffage peu après 4 heures du matin. Cette anticipation peut être réalisée grâce aux prédictions du système de prévision temporel 5 en combinaison avec les paramètres de référence évoluant au cour de la journée. L'optimisateur 9 déclenche le chauffage de sorte que le critère énergétique, pour atteindre une température comprise dans l'intervalle défini ci-dessus dès 6 heures, soit minimisé.

En fait, il est possible de déduire de la figure 5 qu'à 4 heures du matin, l'optimisateur 9 va recevoir une prédiction de l'évolution de la température par exemple sur les cinq prochaines heures. Au moment précis de la réalisation de la prédiction, l'état des équipements de chauffage est à zéro. La prédiction comprend alors l'évolution de la température au cours des cinq prochaines heures par exemple en se basant sur le fait que le soleil va se lever et que la température va légèrement augmenter grâce aux échanges thermiques entre l'intérieur et l'extérieur de la zone. À partir de cette prédiction, l'optimisateur 9 sait qu'entre 6 heures et 18 heures la température du bâtiment devra être comprise entre 20°C et 25°C, il calcule donc le meilleur moyen d'obtenir dès 6 heures la température nécessaire dans la zone.

Le paramètre de référence associé à la luminosité peut être une consigne minimale et/ou maximale en lux. La figure 7 illustre une courbe d'évolution de la luminosité dans la zone au cours de la journée. Dans l'exemple, entre 6 heures et 18 heures deux consignes sont représentatives respectivement d'une valeur minimale de luminosité et d'une valeur maximale de luminosité. Ces valeurs minimale et maximale délimitent un intervalle et la valeur de luminosité de la zone pourra être ajustée pour osciller entre les valeurs minimale et maximale.30 16

La figure 8 est associée à l'évolution des commandes des volets. À 0 un volet est considéré comme totalement fermé, et à 1 comme totalement ouvert. L'évolution des commandes des volets peut être associée avec la luminosité extérieure pour que le paramètre de référence associé à la luminosité soit respecté.

Comme indiqué précédemment, certains équipements peuvent avoir des influences sur différentes valeurs de la zone 1 associées aux paramètres de référence. Dès lors, l'optimisateur 9 va composer avec les différents équipements pour maintenir le confort global de la zone.

Les exemples des figures 3 à 7 sont basés sur une journée d'hiver avec comme critère la minimisation de l'énergie consommée. L'homme du métier comprendra, en fonction du critère choisi et de la période de l'année, que les comportements pourront être différents.

Dans le cas où la tarification est variable au cours de la journée, du type heures creuses/heures pleines, l'optimisateur peut avoir un comportement différent. En effet, l'optimisateur pilote dans ce cas les équipements de sorte que lors consommation en heures creuses soit maximisée (tout en respectant les paramètres de référence), et de sorte qu'en heures pleines les valeurs associées aux paramètres de référence dans la zone dérivent tout en satisfaisant lesdits paramètres de référence. À titre d'exemple, en cas d'heure creuse la nuit, ou avant l'ouverture de la zone, l'optimisateur pourra surchauffer (en hiver) ou surclimatiser (en été) avant les horaires d'occupations de la zone pour ensuite laisser dériver la température pour qu'elle satisfasse son paramètre de référence pendant les horaires d'occupation.

Selon un autre exemple en été, la prise en compte simultanée des équipements mis en jeu dans une zone permet de déduire une stratégie de 17

commande optimale selon la situation. Généralement, en été la température de l'air extérieur descend pendant la nuit. De ce fait, l'optimisateur pourra commander les équipements de ventilation pour introduire de l'air frais. Dans cet exemple, le système de ventilation influe simultanément sur la température et la qualité de l'air de la zone.

Il résulte des exemples ci-dessus qu'il est avantageux pour l'optimisateur de connaître les schémas d'évolution de consigne pour une journée ou l'occupation de la zone au cours de la journée.

Préférentiellement, le système de prévision d'horizon temporel 5 est auto-adaptatif. Ainsi, selon une réalisation particulière pouvant être prise seule ou en combinaison avec le modèle de la zone, le système de prévision d'horizon temporel 5 peut « apprendre » les différentes configurations dans laquelle la zone peut se trouver à partir de mesures de jours précédents. Ces configurations pourront être utilisées à titre de comparaison avec un état actuel de l'installation pour déterminer une prédiction la mieux adaptée. Une configuration peut être représentatives des courbes issues des figures 3 à 7 pour différentes périodes de l'année.

Avantageusement, l'installation mettant en oeuvre le procédé peut s'autoétalonner pour éviter une étape de renseignement manuel du modèle de la zone. Par exemple, pour connaître les déperditions thermiques entre l'extérieur et l'intérieur de la zone, l'installation peut comporter une unité d'analyse reliée au capteur de température intérieure de la zone, et à un capteur de température extérieure de la zone. En fonction, de l'évolution des valeurs de ces capteurs au cours du temps, l'unité d'analyse peut en déduire les propriétés thermiques de la zone et alimenter le modèle. Selon un autre exemple, l'unité d'analyse peut être reliée à un capteur de luminosité de la zone, et à un capteur de luminosité situé sur le toit du bâtiment associé à la zone pour établir une loi d'évolution dans le temps de la luminosité à 18

l'intérieur de la zone en fonction de la luminosité extérieure sans qu'aucune lumière ne soit préférentiellement allumée dans la zone. À partir de cette loi, le modèle peut être renseigné, et le système de prédiction pourra établir, en fonction des heures de la journée et de la météo, la luminosité naturelle de la zone à laquelle il sera possible d'adjoindre la luminosité artificielle d'équipement(s) associé(s). Autrement dit, avec des capteurs idoines, l'unité d'analyse est capable d'établir un diagnostic énergétique du fonctionnement de la zone et de renseigner le modèle de la zone associé. De plus, les données utilisées pour alimenter le modèle de la zone pourront être utilisées pour réaliser un historique des données, cet historique peut alors être stocké dans une mémoire, et être utilisé par le système de prévision pour améliorer ses prédictions et les comparer à des situations réelles ayant déjà existées. Ainsi, l'installation peut comporter des moyens automatiques de génération du bilan énergétique de la zone pour générer ou modifier le modèle. Ces moyens pourront être mis en oeuvre dans le procédé par une étape de détermination automatique du bilan énergétique de la zone pour générer ou modifier le modèle. En effet, avec un tel système de diagnostic le modèle peut s'adapter au cours du temps. Une telle adaptation peut être avantageuse notamment en cas de dégradation de l'enveloppe d'isolation thermique du bâtiment, ou encore pour gérer la modification de l'environnement extérieur du bâtiment associé à la zone (par exemple de nouveaux arbres ou un nouveau bâtiment faisant ombrage). De préférence, au cours de l'étalonnage, tous les équipements de la zone sont éteints, dans le cas où les équipements sont allumés, ils sont contrôlables pour permettre de déterminer leur influence sur les paramètres de confort.

Le présent procédé, et ses variantes, se démarque des algorithmes de l'art antérieur par l'inclusion de tous les paramètres (température, luminosité, qualité de l'air) impactant de manière significative sur le confort de la zone.

Par ailleurs, l'optimisateur 9 est capable de générer concomitamment des commandes pour différents équipements, ou tous les équipements, à la fois 19

tout en maintenant le confort global de la zone selon les paramètres de référence, et en minimisant le critère énergétique. L'utilisation d'un même optimisateur, apte à contrôler les différents équipements, permet de modifier le fonctionnement d'équipements de natures différentes et aptes à agir sur différentes valeurs de la zone associées aux paramètres de référence (qualité de l'air, température, luminosité).

Selon un mode de réalisation non représenté, la zone est associée à des moyens de génération d'énergie à base de sources renouvelables locales (par exemple des panneaux photovoltaïques disposés sur le toit du bâtiment associé à la zone). Dans ce cas particulier, le système de prévision d'horizon temporel et l'optimisateur peuvent interagir de manière synergique avec les moyens de génération d'énergie pour en assurer la gestion. Par exemple, si le critère énergétique est le coût de la consommation, et que ce coût associé à un fournisseur tiers est considéré comme le plus faible, on préfèrera utiliser l'énergie électrique du fournisseur tiers tout en favorisant le stockage de l'énergie solaire dans des batteries en vue de l'augmentation future du coût de l'énergie.

Dans le but d'optimiser la gestion de la zone, la prédiction prévue par le système de prévision d'horizon temporel 5 l'est sur un temps déterminé, typiquement une journée. L'ensemble de commandes calculées par l'optimisateur 9 est représentatif des commandes prévues sur le temps déterminé. Seule une partie des commandes est envoyée aux équipements et au système de prévision 5 pour déterminer une nouvelle prédiction. Ceci permet en fait d'obtenir une prédiction glissante sur une période inférieure au temps déterminé. Ainsi, les prédictions et l'optimisation sont constamment ré-évaluées. L'utilisation de prédictions glissantes permet de ré-évaluer une situation si une mauvaise optimisation des commandes a été réalisée au tour précédent. Ainsi, les erreurs de prédiction peuvent être absorbées par le mécanisme de ré-évaluation perpétuel de la meilleure stratégie de contrôle à 20

adopter. Préférentiellement, les prévisions sont calculées toutes les minutes ou à un intervalle de plusieurs minutes. Une courte période, par exemple de dix minutes, permet d'attendre la stabilisation des conditions de confort dans la zone suite à l'application de nouvelles commandes. L'horizon de prédiction peut être ajusté en adéquation avec les caractéristiques dynamiques de la zone en question, et peut varier d'une heure à plusieurs heures.

Selon une mise en oeuvre particulière, les équipements de la zone comportent un ou plusieurs systèmes de ventilation (agissant sur la qualité 1 o de l'air), un ou plusieurs systèmes de chauffage (agissant sur la température), un ou plusieurs systèmes de climatisation (agissant sur la température), un ou plusieurs systèmes d'éclairage (agissant sur la luminosité et la température), et un ou plusieurs systèmes de volets (agissant sur la luminosité et la température). Chaque équipement dispose de ses 15 caractéristiques propres. L'optimisateur sera de plus à même de déduire préférentiellement l'utilisation d'un des équipements lorsqu'ils ont la même finalité en fonction de la situation dans laquelle se trouve la zone.

Les algorithmes utilisés pour déterminer les prédictions et les optimisations 20 s'appuient préférentiellement sur de la programmation linéaire. Les algorithmes de programmation linéaire correspondent à une forme de problèmes d'optimisation mathématique. Dans le cas de la linéarité, la résolution de ces problèmes est simple. Les algorithmes de type linéaires présentent l'avantage d'être plus simples à mettre en oeuvre que d'autres 25 algorithmes génétiques, quadratiques, ou non linéaires. Néanmoins, selon les caractéristiques de la zone, ces derniers algorithmes peuvent être intégrés par l'optimisateur si le problème ne peut pas s'exprimer sous la forme d'un problème de programmation linéaire.

30 Selon une mise en oeuvre particulière, l'installation comporte plusieurs zones indépendantes. Préférentiellement, différentes zones sont associées à un 21

même système de prévision et à un même optimisateur qui peuvent alors prendre en compte l'influence d'une zone sur une autre. Ceci permet notamment d'avoir dans un bâtiment des zones dont les critères de confort sont différents.

Ainsi, en passant par le système de prévision, l'optimisateur peut formuler un problème d'optimisation mathématique répondant à l'objectif de minimisation décrit ci-dessus et respectant les paramètres de référence. Avantageusement, le système de prévision prend en compte un modèle de la zone associé aux perturbations extérieures pour délivrer une prévision la plus précise possible. L'optimisateur peut, prendre en compte dans son problème les données de la prévision, et avantageusement les données d'occupation de la zone pour gérer la zone de sorte à rester en adéquation avec les paramètres de référence et le critère énergétique à minimiser. À la résolution du problème, l'optimisateur retourne aux équipements leurs états de fonctionnement pour qu'ils les appliquent. Les données d'occupation de la zone peut servir à déterminer et/ou modifier les paramètres de référence.

L'optimisateur de la zone peut en outre prendre en compte la limitation de puissance nominale de chacun des équipements pris indépendamment, prendre en compte la limitation de puissance sur la consommation globale des équipements de la zone, prendre en compte la présence d'occupants pour ajuster les paramètres de référence, prendre en compte plusieurs équipements de même nature.

Ainsi, un unique optimisateur peut gérer tous les équipements d'une même zone de manière optimale.

Selon une variante, l'optimisateur peut prendre en compte des variations 30 tarifaires de manière prévisionnelle. 22

Avantageusement, les données prises en compte par l'optimisateur évoquées ci-dessus le sont de manière simultanée tout en respectant le critère à minimiser et les paramètres de référence.

Selon une variante, comme la température et la luminosité, le paramètre de référence de la qualité de l'air peut aussi être associé à deux consignes inférieure et supérieure.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de commande pour gérer le confort d'une zone d'un bâtiment caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : mesurer (El) des données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone (1), et transmettre ces données mesurées à un système de prévision d'horizon temporel (5), transmettre (E2) des états de fonctionnement d'équipements (2, 3, 4) de la zone (1) aptes à modifier la température, la qualité de l'air, la luminosité de la zone (1) au système de prévision d'horizon temporel (5), déterminer (E3) par le système de prévision d'horizon temporel (5) une prédiction des évolutions futures des données relatives à la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone (1) en fonction des données mesurées et des états de fonctionnement des équipements (2, 3, 4), déterminer par un optimisateur (9) un ensemble de commandes (E4) à appliquer (E5) aux équipements (2, 3, 4) en fonction de la prédiction pour minimiser un critère énergétique prédéterminé de la zone et pour que les valeurs de température, de qualité de l'air et de luminosité de la zone restent ajustées respectivement en fonction d'au moins un paramètre de référence distinct pour chaque valeur.
2. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le critère énergétique est représentatif de la consommation énergétique ou de la facture énergétique, ou d'un critère quantitatif associé à la consommation énergétique.
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que au moins une partie des commandes déterminées est transmise au système de 23 24 prévision d'horizon temporel (5) pour aider à la génération d'une future prédiction.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'optimisateur (9) prend en considération un schéma d'évolution des paramètres de référence de la zone dans le temps.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les valeurs de température et de luminosité de la zone sont ajustées chacune en 1 o fonction de deux paramètres de référence respectivement représentatifs de valeurs minimum et maximum de température, et de valeurs minimum et maximum de luminosité, lesdites valeurs de température et de luminosité de la zone étant ajustées pour osciller entre leurs valeurs minimum et maximum associées. 15
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de prévision d'horizon temporel (5) comporte un modèle de la zone (1) représentatif des caractéristiques énergétiques de la zone (1), ledit modèle étant utilisé pour générer la prédiction.
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de détermination automatique du bilan énergétique de la zone pour générer ou modifier le modèle. 25
8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système de prévision d'horizon temporel (5) prend en compte des perturbations auxquelles la zone est soumise, lesdites perturbations comprenant au moins un critère choisi parmi la température extérieure, l'occupation de la zone, l'humidité de l'air à l'extérieur de la zone, les heures 30 de lever et de coucher du soleil, l'ensoleillement, la part de CO2 dans l'air extérieur, les horaires d'occupation de la zone. 20 25
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la prédiction prévue par le système de prévision d'horizon temporel (5) l'est sur un temps déterminé, l'ensemble de commandes calculées par I'optimisateur (9) étant représentatif des commandes prévues sur le temps déterminé, seule une partie des commandes étant envoyée aux équipements (2, 3, 4) et au système de prévision d'horizon temporel (5), pour déterminer une nouvelle prédiction, de sorte à obtenir une prédiction glissante sur une période inférieure au temps déterminé.
10. 10. Installation de contrôle du fonctionnement d'une zone d'un bâtiment pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte : des capteurs (6 ,7 ,8) aptes à mesurer la température, la qualité de l'air et la luminosité de la zone, des équipements (2, 3, 4) aptes à modifier la température, la qualité de l'air, la luminosité de la zone, un système de prévision d'horizon temporel (5) relié aux capteurs (6, 7, 8) et aux équipements (2, 3, 4) pour réceptionner des données associées, un optimisateur (9) relié d'une part au système de prévision d'horizon temporel (5) pour en réceptionner la prédiction, et d'autre part aux équipements (2, 3, 4) pour les piloter en fonction de la prédiction, d'un critère énergétique prédéterminé à minimiser et de paramètres de référence respectivement associés à la température, la luminosité et la qualité de l'air de la zone (1).