Contribution de Laurent BERNARD, directeur associé du cabinet BARBANEL présentée le 5 octobre à Paris, dans le cadre de la matinée débat organisée par Construction21, le Gimélec et j3e sur le thème Concevoir et gérer des bâtiments « smart grid compatibles ». Demain, les réseaux électriques intelligents, ou smart grids, vont profondément bouleverser notre manière de produire et de consommer l’énergie. Cette mutation ne se fera pas sans le bâtiment qui va devenir une pièce maîtresse au cœur de la gestion des réseaux de distribution d’énergie. Pour s’intégrer dans ce maillage gigantesque, où toutes les sources d’énergie vont converger pour s’équilibrer, le bâtiment va devoir se connecter avec l’environnement extérieur. Cette évolution pose un nombre impressionnant de challenges techniques et humains. C'est le grand défi qui attend les bureaux d'ingénierie : quels systèmes et quels équipements vont devoir être mis en place dans le bâtiment pour piloter la charge ? GTB, compteurs communicants, architecture réseaux... De quelles solutions dispose-t-on aujourd'hui ? Quelles sont celles à imaginer pour permettre l'interaction du bâtiment avec le smart grid.

1. 5 OCTOBRE 2012
CONCEVOIR ET
GÉRER DES
BÂTIMENTS « SMART
GRID COMPATIBLES »
DU CÔTÉ DU BUREAU D’ÉTUDES
RÉFLEXIONS DE CONCEPTION
BÂTIMENTS DE BUREAUX
INTERVENANT : LAURENT
BERNARD

2. DU « SMART BUILDING » (*)
AU BÂTIMENT INTERACTIF
ÉTAT DES LIEUX EN AVAL COMPTEUR
BÂTIMENT NEUF AUJOURD’HUI
(TOUT EST À FAIRE DANS L’EXISTANT)
(*) : BÂTIMENT
INTELLIGENT
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3. « SMART DESIGN » (*)
DÉFINIR LES BESOINS
DÉFINIR LES USAGES
DÉFINIR LES ÉQUIPEMENTS PILOTÉS
DÉFINIR LE PLAN DE MESURES & COMPTAGES
(*) : CONCEPTION INTELLIGENTE
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4. BESOINS & USAGES : RAPPELS
• Consommations conventionnelles RT 2012
• Usages réglementaires mesurés
• Répartition prévisionnelle simulée réglementairement !
RÉPARTITION DES CONSOMMATIONS CONVENTIONNELLES
EN ENERGIE PRIMAIRE [kWhep/m²shon.an]
ECS RIE
Auxiliaires 2%
5% Chauffage (Urbain)
15%
Eclairage
Exemple d’une Tour : 25%
Refroidissement
Profil (énergies primaires) (Urbain)
24%
BBC – RT2005
Ventilation
29%
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5. BESOINS & USAGES : RAPPELS
• Consommations réelles
• Simulation énergétique dynamique tous usages
CONSOMMATIONS TOTALES EN ENERGIE PRIMAIRE
• Répartition prévisionnelle [kWhep.m²shon/an] – exemple d’une Tour
LT Ventilation
Ascenseurs 0%
Process cuisine 6% LT Eclairage
10% 0%
Eclairage extérieur
Profil (en énergies 1%
primaires) :
Postes
BBC – RT2005 Locaux VDI - conventionnnels
Refroidissement 32%
5%
Locaux VDI - Electricité
11%
Part
conventionnelle
RT2012
ECS Bureau
1%
Bureautique
34%
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6. BESOINS & USAGES : CIBLES
• Constats :
• Les techniques de traitement du bâtiment et de son environnement
ont fait de grands progrès depuis la RT2000,
• La part des consommations conventionnelles pour un bâtiment
construit aujourd’hui est réduite (1/3 seulement aujourd’hui) de
façon drastique et fait ressortir des consommations fortes pour les
usages d’activités.
Puissance de ventilation des ventilo-convecteurs
• D’où : quels usages écrêter ? 120
• Un choix lié à chaque bâtiment et à son évolution : 100
• Les usages d’environnement ?
• Eclairage, 80
Puissance (W)
• Ventilation, 60 VC HEE
VC classique
• Climatisation / chauffage 40
• Les usages d’activités ? 20
• Postes de travail,
• Restauration collective, ECS, 0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
• Process informatique, Puissance sensible (W)
• Force motrice, appareils élévateurs…
• Pas de solution universelle mais un processus à
mettre en place d’analyse et de conception
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7. LA COURBE DE CHARGE
• Les approches :
• Approche micro (gestion localisée à l’usage spécifique),
• Approche macro (productions et besoins globaux),
• Définir les hypothèses pour chaque usage (périodes…).
• La définition des profils de charge par usages
• Niveaux de charge nominal,
• Niveaux de charge acceptable.
• Dichotomie du profil (horaire, journalier, hebdomadaire,
mensuel, annuel …), à chaque courbe sa réponse,
• La définition des équipements à piloter
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8. GÉRER LA COURBE DE CHARGE
• Définir les modes de gestion des profils de
charge
• Écrêtage par délestage / relestage,
• Stockage / déstockage sur indicateurs (distants via le
distributeur d’énergie ou local en terme de gestion de
surcoût)
Besoin froid de la tour
• Production locale et auto-production, stockage local,
2 500
• Ecrêtage par dégradation des conditions de confort,
2 000
• Interactivité et gestion des mesures instantanées,
1 500
• Double Energie de production (transferts de production
Puissance (kW)
Stockage
GF
VDI
locale),
1 000
500
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mois
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9. MESURER LA COURBE DE CHARGE
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10. DEVENIR « CONSOM’ACTEUR »
Agir sur l’éclairage : Agir sur le chauffage et la climatisation :
Niveau d’éclairement adaptable déjà en local tout Compromis entre confort et consommation. Décrêt sur les
en restant conforme NF EN12-464 températures de chauffage en deçà de 19°C et de
Admettre une adaptation automatique sur cause climatisation au-delà de 26°C. La réalité est un chauffage à
externe ? 22°C et une climatisation à 24°C. Les comportements
doivent évoluer aussi (on est chauffé / climatisé de la
Consigne interne des locaux maison à la voiture et au travail : manque de rapport à
34
32
l’extérieur),
30
Contrôler les consignes par rapport à l’occupation réelle
28 26 °C
26 24°C avec gestion de décalage de consignes et modes réduits
Température (°C)
24
22 Chauffage
Refroidissement
20
18 20 °C 22
16 °C
14
12
10
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Heure (h)
Agir sur la ventilation et l’apport d’Air Neuf, contrôle de l’occupation réelle :
Compromis entre confort optimal (demandes entre 25 et 36 m3/h par personne) et consommation vertueuse, rouvrir les
fenêtres …
Contrôler les débits par rapport à la réalité de l’occupation (sondes CO2, comptage de personnes …)
Admettre de baisser les débits (variation de vitesse) en cas de demande du Grid.
A travers un contrôle d’accès supervisé et interfacé.
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11. PILOTER LA COURBE DE CHARGE
Agir sur le process :
Sur les PC du poste de travail, c’est possible via
des mises en veille ou par le transport
d’information pour faire baisser les luminosités
d’écran
Grosse contrainte, non envisageable car on Agir sur l’Eau Chaude
construit pour vivre et avoir un outil de travail Sanitaire :
Optimisation des cycles de
stockage / déstockage de l’eau
Les appareils élévateurs :
Déjà la majorité des machines
deviennent à régénération d’énergie
dans les phase de freinage, les
moteurs sont à variation de
fréquence,
Possibilité de piloter leur vitesse et
donc de la limiter en période de forte
demande
Agir sur le process data center :
Gros consommateur de froid, il peut aussi restituer de la puissance
calorifique
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12. « SMART
TECHNOLOGIES »(*)
DU BON CHOIX DES PRODUITS
DES MOYENS DE REPORT INTELLIGENTS
(*) : TECHNOLOGIES INTELLIGENTES
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13. « SMART TECHNOLOGIES »
• Les systèmes et équipements à mettre en place
dans le bâtiment pour piloter la charge :
• Des moyens de production intelligents et communicants
dans et pour le bâtiment,
• Un bâtiment inertiel permettant de supporter des périodes
d’effacement courtes sans avoir recours à une remise en
régime consommatrice,
• Des systèmes optimisés et énergétiquement efficaces
(moteurs EEC certifiés, variation de vitesse, récupérations
haut rendement, régénération …),
• Des moyens de contrôle et de mesures interopérables et
reportés,
• Des opérations automatiques primaires adaptables ou
auto-adaptables,
• Des opérateurs et/ou administrateurs formés et experts,
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14. « SMART TECHNOLOGIES »
• Quelques exemples de traitement terminal à
inertie :
• Terminaux double effet (plafond hybride, regroupant un effet
inductif et convectif),
• Terminaux rayonnants ou double effet avec utilisation de
l’inertie de dalle (dalle passive ou active : solution plafond
hybride -cofradal).
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15. PRODUIRE, RESTITUER
• Les productions associées
• Besoins électriques
• Besoins calorifiques
• Besoins frigorifiques
• Intégration des EnR (panneaux photovoltaïques ou
solaire thermique)
• Association de production / basculement
• Double énergie utilisable suivant le besoins et la
courbe de charge (gaz, électrique, …)
• Les modes de stockage chaud (ballon d’EC), froid
(stockage de glace) et électrique (accumulateurs)
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16. STOCKER
• Stratégies de stockage local :
• Stockage de glace pour la production de froid,
• Stockage de chaleur (en béton, dans le sol, en eau chaude
par ballon),
• Stockage inertiel passif ou actif (activation de parois ou
structure pleine à fort potentiel de stockage et restitution),
• Stockage électrique local par accumulateurs ou batteries
(type NaS(*), pile à hydrogène,
(*) : batteries électriques à base de sodium (Na) et de soufre (S) fabriqué par
NDK
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17. PILOTER
• L’adaptation et le paramétrage des installations
• Le contrôle / commande et le suivi du plan de
mesures
• Le report des informations
• L’analyse des retours
• Les actions, le pilotage des cycles de stockage /
déstockage ; qui en aura le lead ?
• L’analyse des retours d’actions
• L’apprentissage et la prise de conscience
individuelle (adaptation des comportements)
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18. AUTOMATISER
• Contrôle / commande local
• Automatismes locaux de délestage ou de mode réduit
• Les modules de trame intelligents
• Usages modifiables
• Gestion de luminosité adaptée au profil (consignes
modifiables en temps réel),
• Gestion du point de consigne et RAZ des décalages
(consignes modifiables en temps réel),
• Modification de l’apport d’Air Neuf (Ventilation),
• Adaptation des modes des cycles stockage/destockage
aux usages réels et tarification …
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19. DU « SMART BUILDING »
AU BÂTIMENT
INTERACTIF
QUELS SONT LES ENJEUX ?
QUE RESTE-T-IL À INVENTER ?
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20. LES ENJEUX ET MOYENS
• Quelles sont celles à imaginer pour permettre
l'interaction du bâtiment avec le smart grid.
• L’ouverture aux NTIC (*)
• La définition des points de contrôle
• Leur lisibilité
• Mieux intégrer les productions délocalisées au sein
du bâtiment, le véhicule électrique
• Intégration de la GTB dans l’IT, de la
convergence des services
(*) : NOUVELLES TECHNOLOGIES DE L’INFORMATION ET DE LA COMMUNICATION
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21. INTERFACE PERSONNELLE
• Du monde résidentiel personnel au monde
professionnel ; redéfinition des interfaces
• Diffuser l’information aux « consom’acteurs »
• De l’utilisation du smart phone, tablette
tactile …
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22. DU BÂTIMENT INTERACTIF
AU « SMART GRID »
Lorsque les bâtiments intelligents s’extériorisent et
deviennent interopérables, on peut parler du
développement d’un réseau intelligent, unifié et
communicant.
Le « smart grid », réseau électrique intelligent, est un
bouleversement structurel des usages de l’énergie qui
doit se partager au-delà des enceintes du bâtiment.
Mais quels en seront les acteurs ? Ils sont aujourd'hui
multiples et doivent se parler.
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23. LE « SMART GRID »
La technologie existe. On est prêts pour l’ouverture vers le
monde en « Amont Compteur ».
Que reste-t-il à définir ?
Des Tarifs adaptés, des moyens de stockage optimisés,
une logique de communication de cet écosystème (NTIC
?...), des décisions politiques, les investissements
inhérents, une autorité de régulation et une définition des
règles (la CRE(1) ?...), … beaucoup de chantiers ouverts
(programmes homes et associations SBA, (2)
Une adéquation à trouver, un métier d’agrégateur
énergétique amont / aval…
(…)
(1) : http://www.smartgrids-cre.fr
(2) : Smart Buildings Alliance
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24. DU « SMART BUILDING »
AU BÂTIMENT
INTERACTIF
CONCLUSION : LA TECHNOLOGIE EST LÀ
BIEN CONCEVOIR POUR L’INTEGRER
NOUS SOMMES PRÊTS POUR LE SMART GRID
POUR DE SMART CITIES
MERCI DE VOTRE ATTENTION
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25. Barbanel France Barbanel International
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