HABITAT OPTIMISÉ, MAÎTRISE DE L’ÉNERGIE & SERVICESHABITAT OPTIMISÉ, MAÎTRISE DE L’ÉNERGIE & SERVICES
Le programme HOMES Objectifs , résultats et perspectives
COFHUAT – 21 octobre 2011
Division - Name - Date - Language 2
Les données techniques et/ou informations contenues dans les présents documents ne sont pas libres de droit et appartiennent aux membres du groupement HOMES suivant les termes des accords qui lient ces membres
Agenda : resultats , enjeux et perspectives
Carte d’identité du programme
Les solutions d’efficacité énergétique Mesurer la performance énergétique réelle Architecture Prototypes “concept”
Les sites pilotes : Objectifs Resultats Ce qu’il reste à faire
Enjeux et perspectives
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 3
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Bâtiments résidentiels et tertiaires : Neuf et existant Europe
Le plus important programme d’innovation dans le domaine de l’Efficacité Energétique Active des bâtiments en Europe
> 4 ans : septembre 2008 > septembre 2012> 26 Work Packages – 88 M€ > Equivalent de 120 chercheurs
« Doter chaque bâtiment de solutions d’Efficacité énergétique active pour atteindre la meilleure performance énergétique »
Financé par OSEO
HOMES fait partie des5 premiers projets 2006
de l’AII
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 4
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Un programme collaboratif d’innovation avec un consortium couvrant l’écosystème concerné
Laboratoires de recherche
Ecosystème technologies/composants
Ecosystème des usages
HOMES parmi les 5 premiers projets
AII en 2006Démarrage : Septembre 2008
Soutenu par OSEO
+7
coopérateurs Pour le moment…
Ecosystème du bâtiment ( coopérateurs)
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 5
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Le programme couvre le cycle de vie complet d’une innovation
Division - Name - Date - Language 6
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Agenda : resultats , enjeux et perspectives
Carte d’identité du programme
Les solutions d’efficacité énergétique Mesurer la performance énergétique réelle Architecture Prototypes “concept”
Les sites pilotes : Objectifs Resultats Ce qu’il reste à faire
Enjeux et perspectives
HOMES - 7- Olivier Cottet –
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Les solutions d’efficacité énergétique●Les enveloppes et le bâti
● Isolation
● Inertie
● Etanchéité à l’air
● Apport lumineux ( vitrage
●Choix des équipements techniques ● Production (< rendement)
● Distribution (> pertes)
● Consommation (> consommation)
●L’Efficacité Energétique Active●L’optimisation des fonctionnements●La mesure et l’information
HOMES - 8- Olivier Cottet –
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La performance énergétique d’un batiment et ses indicateurs
Elec
Gaz
Fuel
…
Production renouvelables
Eolien, solaire
Vecteurs de distribution
Fils elec
tuyaux
gaines
OCCUPANT
Confort physique température luminosité QAI accoustique accessibilité
Confort psychologique Securité Protection Esthétique,ergo. Acceptabilité des automatismes
Activité efficace Disponibilité Flexibilité Communication Ambiance process
Energieapprovisionnée
€CO²kWh/m²/an
Energie renouvelables
%
Energy utilisée
kWh/m²/an
Apports
gratuits
Energie utile ou « Demande en énergie » des différents locaux
+ + ==
production
Chaudiere
PAc
Compteur elec
Compteur gaz
Heat
OUE
Light
Cool
DHW
Occupant
Consommations
activité
1 énergie approvisionnées par type services rendus =confort2 consommations des locaux par applications (résolution incrémentale)3 énergies utilisées par vecteur OUE auxiliaires pour le rendement4 les 3composantes exogènes =>
meteo
occupation
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 9
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Optimiser l’approvisionnement
énergétique des différents vecteurs pour servir ces besoins
Réduire les besoins énergétiques dans
les différents locaux en prenant en compte confort et activité
Impliquer les personnes pour chaque profil : sensibilisation, amélioration, maintenance dans le temps
Occupant Propriétaire Maintenance Energy Manager
Les leviers de l’Efficacité Energétique Active
Adapter à la présence et au type d’activité
Prendre en compte les apports gratuits
Optimiser par le contrôle multi-applicatif
Améliorer les performances de génération et de distribution,
Gérer les sources d’énergie sous contraintes du réseau (smart Grid)
HOMES - 10- Olivier Cottet –
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structure générique
EffecteursConfort
Occupation
Lien amont
IHB
OCI*
*OCI = Outil Commissionnement Intégrateur
HOMES - 11- Olivier Cottet –
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Notre façon de concevoir l’efficacité énergétique active
Hier Aujourd’ huiIntegration amont
Connectivity
HOMESControle multifonctionnel
Par zone/local
EXTERIEURS
ARCHIVES
SALLE REUNION
CUISINE
OPEN SPACE
BUREAU DU CHEF
RESTAURANT
CORRIDOR
IT ROOM
HALL D ENTREE
VECTEUR ELEC
AMPHITHEATRE
VECTEUR TUYAU
Niveau supérieur
HOMES - 12- Olivier Cottet –
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● HOMES est le Smart building : 3 microgrid cohérents (elec, eau , air)
● Consommateurs : les différents locaux● Réduire la demande en prenant en compte confort et activité ● optimiser les 3 réseaux d’approvisionnement● Gérer les énergies
● Intégrant la problématique production renouvelable
● Et le véhicule électrique et ses interactions à la maison, sur le lieu de travail et sur l’équilibre des réseaux elec
Intégration dans d’autres eco-systèmes
● Au niveau ecoquartier ou ecocampus ( smart block – ecocities)
● Consommateurs : les différents bâtiments● Mutualisation :
●de production ex: réseaux de chaleur, ●De transport ●De renouvelable..
● Au niveau du réseau national (smart GRID)● Consommateurs : bâtiments , villes, régies, quartiers● Equilibrer la production en fonction de la consommation● Gérer la protection et la disponibilité du réseau● Gérer l’équilibre du réseau en sollicitant éventuellement des effacements
P
R
D
S
P
R
D
S
P
R
D
S
S
R
P: productionR : renouvelableS : StockageD : réseau de distribution
HOMES - 13- Olivier Cottet –
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La maison de demain sera intelligente mais surtout obéissante
● Pilotage automatique des équipements « techniques »
● Adaptation à l’occupant des équipements « de confort »
● Le bon compromis confort - économies :● Je gère mon confort perçu quand je rentre● La maison gère les économies quand je
sors
● Mesures et affichages . A quoi ca sert?● Comportement● Achats d’amélioration
Schémas de l’architecture multifonctionnelle
HOMES - 14- Olivier Cottet –
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Pourquoi le monitoring est du controle actif
●Mesure
●savoir
●Comprendre
●Connaitre
●Décider
●Agir
OwnerOperatorOccupant
TenantFM
KPI :CO²
€KWh
comforts
HOMES - 15- Olivier Cottet –
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Efficacité du monitoring occupantSpatialité =>
Temporalité
v
Bâtiment;
Population dénombrable
Étage/ zone locative: population connue
Zone restreinte:
Population identifiée
Mon espace:
Que moi
Annuelle ou saisonniere
0% 0% 0% Epsilon
Mensuelle ou hebdomadaire
0% 1% 2% 3%
Quotidienne
Ou horaire
0% 2% 4% 6%
Instantanée ou précise 5’
Epsilon 3% 6% 10%
Nota : Ces coefficients statistiques s’appliquent sur le périmètre de responsabilité énergétique des actions des occupants considérés
Division - Name - Date - Language 16
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IHB : Exemple de comportement différencié en fonction du type d’affichage sur 10 gérants d’hotel
Par local : centré sur les besoins d’usage (7/10)
Par application : centré sur les moyens techniques (0/10)
HOMES - 17- Olivier Cottet –
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Quelques exemples de prototypes
Capteurs de confort sans fil sans pile
Contrôleur de zone multi-applicatif : la Roombox
Collecteur de mesures : sera testé sur le site Lama
Outil de commissionnement
Division - Name - Date - Language 18
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Agenda : resultats , enjeux et perspectives
Carte d’identité du programme
Les solutions d’efficacité énergétique Mesurer la performance énergétique réelle Architecture Prototypes “concept”
Les sites pilotes : Objectifs Resultats Ce qu’il reste à faire
Enjeux et perspectives
HOMES - 19- Olivier Cottet –
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Critères de choix : la diversité en 5 sites
Energies:Pompe à chaleur,
Gaz, tout électrique
Activités :Bureau
RésidentielEnseignement
Hôtel
Taille: entre
500 et 3000 m²
Ancienneté : 1890, 1970, 1990, 2007,
Neuf
Climat : MéditerranéenOcéaniqueContinentalMontagnard
HOMES - 20- Olivier Cottet –
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Evaluer le potentiel de gains des fonctions de contrôle.
Définir le plan de mesure de la
performance énergétique effective des bâtiments
Développer les techniques de
traitement de données:Analytics
Améliorer la simulation pour
bâtiments existants
Evaluer l’impact du monitoring sur les comportements
Réduire complexité et couts de la mesure
Catalogue optimisé de composants et de fonctions de contrôle et d’affichage
Créer méthodologies outils et compétences pour l’ EE
Pilotes HOMES: 6 objectifs et 2 finalités
HOMES - 21- Olivier Cottet –
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Instrumentation : installations des capteurs
Confort & occupation
Air
Eau
Météo
Electricité
Energies
Division - Name - Date - Language 22
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« Réduire la demande » sur les sites pilotes
- 56 %
Ecole 1990 Bureau 2007
Hotel Nice 1890
Residentiel THPE ENR
- 36 %
- 37 %
- 22 %
Hotel elec 1970
Simulation results : Energy consumptions per applications
0
50
100
150
200
250
kW
h/m
²/year
Heating Cooling Auxiliairies Lighting Ventilation DHW OUE
- 30 %
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 23
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HOMES : Ce qu’il reste à faire
MonitoringPour chaque utilisateur
Gestion des sources d’énergie Connexion au smart grid et aux smart citiesStockage et déstockage d’énergieProduction de Negawatts (capacité)Intégration de l’impact des véhicules électriques
Outils filières L’énergie dans la maquette numériqueUn simulateur de bâtiments existantsOutils de commissionnement simples
Optimisation dans chaque pièceCapteurs : CO2 , occupation , activitéNouveaux algorithmesAuto adaptativité ( réduction de paramétrage)
Division - Name - Date - Language 24
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Conclusion rapport d’expertise du programme HOMES d’avril 2011
6 octobre 2011 : l’étape clef et le jalon sont acceptés par OSEO
Division - Name - Date - Language 25
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Agenda : resultats , enjeux et perspectives
Carte d’identité du programme
Les solutions d’efficacité énergétique Mesurer la performance énergétique réelle Architecture Prototypes “concept”
Les sites pilotes : Objectifs Resultats Ce qu’il reste à faire
Enjeux et perspectives
Division - Name - Date - Language 26
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L’amélioration de l’enveloppe , sans contrôle , fait progresser la performance Quelle que soit la qualité de l’enveloppe, le potentiel de gain du contrôle actif est du
même ordre de grandeur Avec contrôle actif , l’amélioration de l’enveloppe n’apporte plus de gain.
Conclusions : l’ordre dans lequel on mène des opérations d’amélioration n’a pas d’importance. Il est préférable de jouer sur les 3 piliers de l’EE que d’essayer de saturer un seul.
TRAPPES
0
100
200
300
400
500
600
BeforeHOMES
With HOMES BeforeHOMES
With HOMES BeforeHOMES
With HOMES
Insulation increasing
kWh
/m² OUE
DHW
Ventilation
Lighting
Heating
NICE
0
100
200
300
400
500
600
BeforeHOMES
WithHOMES
BeforeHOMES
WithHOMES
BeforeHOMES
WithHOMES
Insulation increasing
kWh
/m²
OUE
DHW
Ventilation
Lighting
Heating
Résultats sur le lab virtuel résidentiel
Division - Name - Date - Language 27
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Evaluation des potentiels de gain
Heat
OUE
Light
Cool
DHW
Analyse statistiques des 280M de bat: Par pays (27) Par secteur d’activité (12) Par taille (10)
Collecte de données : Nb et surface des bâtiments Evolution dans le temps Consommation par énergie Poids énergétique par application
Simulation des 3 familles de solutions Batiments performants : 45% Equipements performants : 40% Contrôle actif et monitoring : 55%
Secteurs
Pays
Taille
Division - Name - Date - Language 28
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Efficacité comparée en fonction du taux d’occupation
Performance énergétique en % de la demande
Taux d’occupation24/7/3658H/J1H/J5H/mois
Isolation externe
Réduire la demande
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Division - Name - Date - Language 29
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HOMES - 30- Olivier Cottet –
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Potentiel de gain par secteur
% reduction
,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
Studio flat House Retail Logistics Hotels Offices Education
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 31
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Les potentiels de gain par taille de batiments
HOMES - 32- Olivier Cottet –
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Potentiel du contrôle actif sur le parc Efficacité énergétique
ROI/Capex
Europe : 9300TWh 300kWh/m²/a
20%
30%
40%
50%
2 ans 5 ans 10 ans 50 ans30 ans
10%
Monitoring par profil
Réduire le besoin des locaux
Gerer les approvisionnements
S&I - HCT – 2010 09 28 - FR 33
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Comment choisir ses priorités d’actions d’efficacité énergétique
Efficacité énergétique
Mesure globale
Complexité,
coût
Refaire l e
batiment
InertieDaylight
factor
Ctrl vecteur
Eqpt de production
Étanchéité à l’air
Monitoring gestionnaire
Eqpt de distribution
Monitoring occupant
Gestion des énergies
!
Eqpt de consommatio
n
Ctrl au niveau batiment
Ctrl au niveau zone
Ctrl au niveau piece
Ctrl au niveau poste de T
Confort physique Confort psychol. Activité efficace
Monitoring
Qualité du Bâti
Controle actif
Qualité des eqpts
isolation
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Conclusions sous forme de recommandations
Parc Mesurer simplement la performance intrinseque du site Inciter à l’amélioration permanente plutot qu’à l’atteinte
d’une valeur absolue. Beaucoup sont économiquement performantes.
Neuf Construire des batiments “controlables” Ne pas construire de voiture sans le compteur de
vitesse. Ne pas confondre qualité du bati et peformance du site Ou alors rédiger une règlementation énergétique
embarquant les niveaux de pilotage et les niveaux de controle de l’EN15232.