Comment réduire la dépense énergétique en rendant intelligent un bâtiment avec une box et des capteurs

L’efficacité énergétique des bâtiments est plus que jamais d’actualité.

La réglementation thermique 2020 rend en effet obligatoire, à partir de janvier 2021, la construction de bâtiments à énergie positive et de maisons passives.

Concrètement, les bâtiments devront être en capacité de produire plus d’énergie qu’ils en consomment et les maisons devront – quant à elles – maîtriser totalement leurs dépenses énergétiques. Les économies attendues pour ces dernières sont de 90% comparées aux maisons anciennes. La gestion technique des bâtiments, apparue dans les 1980, est aujourd’hui en capacité de relever ce défi grâce notamment aux développements des objets connectés et à l’évolution de unités centrales de traitement informatiques.

Analyse des besoins pour la gestion énergétique d’un bâtiment ou d’une maison

L’analyse fonctionnelle des besoins peut être effectuée en s’appuyant sur la norme NF-EN-15232. Elle définit les trois axes d’approche d’un système de gestion technique du bâtiment. Ces axes sont la supervision, la surveillance et l’analyse. L’analyse fait référence à la bonne maintenance, à l’optimisation et au suivi des coûts et besoins réels de l’ouvrage. La supervision fait référence à la nécessité de pouvoir suivre et/ou piloter l’ensemble des postes ciblés par le besoin. La surveillance fait référence aux alarmes et à leur efficacité.

La mise en oeuvre d’une gestion technique de bâtiment s’effectue en quatre étapes clés: la programmation et l’identification des besoins, l’étude de conception, la mise en oeuvre et et la mise en service.

Une mission de commissionnement doit être réalisée – de préférence par un acteur qui n’a pas un intérêt particulier sur les aspects financiers du projet – pour garantir la mise en oeuvre et le suivi de la gestion technique du bâtiment. Cette mission doit s’appliquer à l’ensemble des phases d’un projet, en proposant un cadre rigoureux d’organisation et de validation des installations, jusqu’au suivi des performances du bâtiment.

Le dispositif de gestion technique énergétique

La gestion technique d’un bâtiment est mise en oeuvre avec l’installation de différents outils. Le premier est une box dont les fonctions sont de centraliser toutes les données du bâtiment et de déclencher des actions. Cette box, un ordinateur miniaturisé semblable à une box internet, récolte les informations grâce à un réseau de capteurs pouvant par exemple relever la luminosité, la température, le niveau de CO2, la détection de présence, la consommation électrique d’appareils, … La box peut agir sur le réseau grâce à des actionneurs pouvant réduire la température de chauffage, éteindre des appareils électriques, fermer un volet, … La communication entre les différents objets est assurée à l’aide de câbles et/ou par des transmissions radio, comme le Wifi. La principale difficulté dans la constitution d’un tel réseau est de réussir à faire communiquer les différents capteurs/actionneurs avec la box.

Le pilotage du système par la box peut-être programmé ou modifié en temps réel par l’utilisateur mais il peut aussi être géré par des logiciels intelligents. La centralisation des données permet en effet à l’utilisateur/au logiciel d’obtenir une analyse et des projections sur les consommations d’un bâtiment. Pour une gestion plus fine, l’outil de gestion peut intégrer des sources de données extérieures pour aider à la décision. Les prévisions météorologiques sont un bon exemple d’agrégation. Des logiciels d’apprentissage automatiques (machine

learning) peuvent guider l’utilisateur dans ses décisions. La box et/ou le logiciel de gestion ont aussi pour fonction de lancer des notifications à l’administrateur lorsque des consommations anormales ou des défaillances sont relevées.

Si les différents composants du réseau d’un bâtiment utilisent un langage commun ou disposent d’interfaces communes d’échange (API), ils peuvent être pilotés mais aussi paramétrer via l’application de gestion.

L’interface web/mobile peut être complétée ou remplacée par un dispositif de contrôle par la voie. Ce type de configuration est le plus souvent mise en oeuvre dans des résidences individuelles.

De nombreux boîtiers assurant la gestion technique d’un bâtiment, appelés box énergétiques, ont été développés ces dernières années pour les particuliers et les entreprises. Cet ordinateur est livré généralement avec des prises électriques pilotables jouant le rôle à la fois de capteurs et d’actionneurs. Si ces box sont encore peu utilisées, elles pourraient rapidement se démocratiser avec l’arrivée des voitures électriques. Ces nouveaux véhicules vont en effet imposer aux utilisateurs de gérer au mieux les ressources énergétiques des maisons et des bâtiments. Cette nécessité va assurément s’imposer par la loi puisque les capacités de production électrique ne sont pas illimitées.

Exemples applicatifs

La gestion de l’énergie d’un bâtiment et d’une maison peut être optimisée avec l’installation de capteurs et d’actionneurs. La mesure des consommations électriques des différents appareils peut-être réalisée avec l’installation de prises électriques intelligentes ou mieux encore grâce aux capacités natives des appareils électriques à communiquer et à être programmés. Les thermostats sont également des éléments clés dans la gestion de l’énergie. De nombreux modèles permettent aujourd’hui un interfaçage avec une box intelligente ou avec une application informatique. Des compteurs d’eau peuvent compléter le dispositif avec un comptage des différents postes : salle de bain, cuisine, arrosage extérieur, …  Pour des bâtiments comme des gymnases ou des écoles, le suivi des consommations d’eau peut révéler des usages abusifs. Avec les données collectées, l’administrateur du bâtiment ou de la maison analyse les consommations et programme/arrête/optimise l’utilisation des différents appareils via l’interface de la box/l’application.

Les producteurs d’énergie renouvelables, solaire ou éolienne, peuvent avec une interface de gestion, être en capacité d’adapter les consommations de leur maison en fonction de l’énergie produite.

Les capteurs de température couplés à des informations externes au bâtiment – comme la température extérieure ou les prévisions météorologiques – permettent d’adapter en temps réel la température de chacune des pièces grâce aux actionneurs pilotés automatiquement ou non par la box.

Les box peuvent également être utilisées pour optimiser la sécurité d’un bâtiment : en alertant l’administrateur lorsque le taux de CO2 est trop élevé, lorsqu’une présence est détectée à un horaire de fermeture, lors de l’ouverture anormale d’une fenêtre, …

Si le boîtier central ne permet pas de collecter les d’informations de certains appareils, l’application de gestion peut le permettre. Par exemple, le pilotage d’un système d’arrosage connecté peut être centralisé avec celui des éléments intérieurs d’une maison s’il parle un langage compréhensible par l’application.

Les box peuvent aussi être utilisées dans le cadre de maisons médicalisées. En plus des appareils de la vie quotidienne, des équipements médicaux peuvent être connectés au système d’information.

L’application peut alors collecter et analyser les données pour si nécessaire envoyer des alertes ou des notifications.

Pour optimiser les consommations, il est conseillé en cas de comportements peu économes de dispenser des formations et en complément de mettre en place des affichages ludiques des consommations en temps réel.

En conclusion

Une maison et un bâtiment peuvent être aujourd’hui rendus intelligents, dans leur consommation énergétique, avec l’installation d’objets connectés, de capteurs, d’actionneurs et d’un boîtier central (une box).

Les données collectées à chaque maille de ce réseau peuvent être analysées par un administrateur ou un logiciel de gestion afin d’optimiser les dépenses énergétiques du bâtiment. Si l’efficacité énergétique est ainsi améliorée, le confort et la sécurisé des usagers le sont tout autant. De plus ces dispositifs sont indispensables aux nouvelles normes et lois de constructions de bâtiments toujours plus respectueux des ressources.

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