Laboratoire d intégration des systèmes et des technologies

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Abel Dominique Lesage
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1 Laboratoire d intégration des systèmes et des technologies ANR PLUMES: Plateforme logicielle unifiée de modélisation pour l'efficacité énergétique du bâtiment et de ses systèmes Journée thématique IBPS 15 mai 2013 Benoit DELINCHANT

modélisation pour l'efficacité énergétique du bâtiment et

2 4 Un thème unificateur: l interopérabilité Quoi? : Pourquoi? : la capacitéde deux -ou plus -systèmes ou composants àéchanger de l information et à utiliser l information qui a été échangée Portabilité, Réutilisabilité, Evolutivité, Modularité, Maintenabilité (PREMM) Historique? : Projets : PREBAT NBDM, DYNASIMUL, CLIMB, SIMINTHEC Comment? : Formalisation et la généralisation de ces concepts Paradigmes, Plateformes & outils, Méthodes, Standards (PPoMS) Mais encore? : Interopérabilité de données physiques, data type, spécifications, Interopérabilité des modèles : Équations, code de calcul, 2

Réutilisabilité, Evolutivité, Modularité, Maintenabilité (PREMM) Historique? : Projets : PREBAT NBDM, DYNASIMUL, CLIMB, SIMINTHEC Comment?

3 Liens BIM (building information model) et STD (simulation thermique dynamique) interopérabilité de données

4 6 BIM & STD Les enjeux : Evolution rapide des pratiques de conception Montée en puissance des TIC et en particulier du BIM Disposer d une chaîne logicielle du BIM aux outils d analyse simulation thermique, mais aussi dimensionnement et gestion Assurer l ouverture, l ergonomie et la fiabilité des supports La proposition : Un format pivot standard, ouvert et flexible Les IFC (Industry Foundation Classes) Des interfaces utilisateurs axées sur la 3D Eviter les interfaces multiples Des outils de simulation bien établis Outils de STD: TRNSYS, EnergyPlus, Pleiades/Comfie 4

la fiabilité des supports La proposition : Un format pivot standard, ouvert et flexible Les IFC (Industry Foundation Classes) Des interfaces

5 9 L approche PLUMES en image Adaptations Design tool IFC Architectural design IFC pre-processing IFC File Export Model checking Design tool Geometry adapter (space boundaries) Energy Results Display & analysis HVAC sys definition IFC File Export IFC Neutral Simulation results IFC Energy simulation Modeling templates Neutral IFC enrichment step 1 Simulation parameterization & translation of IFC step 3 Thermal properties of construction materials Additional HVAC system properties Simulation-ready / platform-dependent IFC IFC enrichment step 2 Targetted simulation tool additional properties IFC Simulation-ready / platform-independent 5

templates Neutral IFC enrichment step 1 Simulation parameterization & translation of IFC step 3 Thermal properties of construction materials Additional HVAC

6 IDM et composants logiciels interopérabilité en modélisation 6

7 Modélisation système hétérogène COMFIE Dymola (Modelica) Matlab Simulink Envelope VMC Occupant Modelica contrôle Matlab / Simulink / 10 9 Projet ANR SIMINTHEC Thèse Sana GAALOUL PREDIS MHI (G2ELab/G-Scop) Température/Puissance Tmax Tmin Text Tint Pchauffage time (s) x

GAALOUL PREDIS MHI (G2ELab/G-Scop) Température/Puissance 8 7 6 5 4 3 2 Tmax Tmin Text

8 BUS d interopérabilité TRNSys Comfie (fichier) Portunus (C) isight (C) Labview (C) Excel (VBA) Matlab/Simulink (Java) Brahms Projet ANR SIMINTHEC Thèse Sana GAALOUL (G2ELab) VHDL-AMS (SMASH, ) CADES Plug in Modelica (Dymola, ) Plug out Plug in/out FMI OSGi Web Service CORBA Java Beans BCVTB Languages Tools Components L E G E N D E 8

(G2ELab) VHDL-AMS (SMASH, ) CADES Plug in Modelica (Dymola, ) Plug out Plug in/out

Modèle thermique Modèle thermique d une pièce Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Exemple de modèle thermique issu du paquet «room» de la bibliothèque «buildings»

9 Modèle thermique Modèle thermique d une pièce Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Exemple de modèle thermique issu du paquet «room» de la bibliothèque «buildings» Possibilité d imposer un débit d air ou de connecter un modèle de ventilation Port connecté à une surface intérieur (h fixé) Problématique : connaissance préalable de h et du débit d air 9

Possibilité d imposer un débit d air ou de connecter un modèle de ventilation Port

10 Exemple modèle ventilation Chambre test du Bâtiment Charpak Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Modèle de chambre (ADNBati) Écarts de puissance de refroidissement calculée en fonction de la méthode (Pons et al. 2012) 10

Modèle de chambre (ADNBati) Écarts de puissance de

11 Résultats «MFN» Capture instantanée, champs de température et lignes de courant (Ra=1,43x10 8 ) Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Ra Nu w Nu t Nu e Nu b θ B Q v Q h m 3 /h W 1,43x ,5 6,8 40,1 39,5 0,41 34,6 0,48 Possibilité de définir les conditions aux limites par couplage : Pression ouvertures Température des murs Champs moyens de température et lignes de courant (Ra=1,43x10 8 ) 11

44,5 6,8 40,1 39,5 0,41 34,6 0,48 Possibilité de définir les conditions aux limites par couplage :

Couplage, perspectives Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Objectifs Utilisation du modèle «room» de la bibliothèque «buildings» dans Dymola.

12 Couplage, perspectives Modèle thermique Exemple Modèle MFN Couplage Objectifs Utilisation du modèle «room» de la bibliothèque «buildings» dans Dymola. Couplage distant à l aide d un composant muse (calcul «MFN» sur serveur dédié). Couplage envisagé Couplage «faible» Variables d échange : hint, Twall, Qm, ΔP Twall, ΔP hint, Qm temps 12

Couplage distant à l aide d un composant muse (calcul «MFN» sur serveur dédié).

13 Composant MUSE o Le composant MUSE : MUSE : Modèle Unifié pour les Systèmes Energétiques des bâtiments Généraliser les «données / modèles» par des descriptions normalisées Définir et/ou exploiter des modèles en s appuyant sur l'offre existante o Multi-métiers: adresser plusieurs métiers: simulation, dimensionnement, gestion 13

descriptions normalisées Définir et/ou exploiter des modèles en s appuyant sur

14 Composition: 2 approches o Bottom-Up: o Top-Down: MDA Types Base de données Instanciation des composants Ports Entrée Composant 3 Composant 1 Composant 2 Ports Sortie Paramètres de configuration Composant 1 Instanciation de la composition Ports Entrée Composant 3 Composant 2 Ports Sortie Base de données Ports Entrée Paramètres de configuration Composant 3 Composant 1 Composant 2 Ports Sortie => Nécessite de redéfinir une composition pour chaque nouvel assemblage. => Nécessite de spécifier les types et d y adapter les modèles existants. 14

Composant 2 Ports Sortie Base de données Ports Entrée Paramètres de configuration Composant 3 Composant 1 Composant 2 Ports Sortie =>

15 Approche top-down/ Composition Description générique (PIM) Description métier (PSM) Spécialisation Optimisation Génération Boite blanche Boite grise Paramètres de configuration Exploitation Ports Requis Composant Ports Fournis 15

Optimisation Génération Boite blanche Boite grise

16 Exemple de modèle «système» 16

17 Connecteurs multi-métiers o Exemple d un connecteur énergétique : Nature: Thermique ou Electrique Types en fonction du métier : Simulation : puissance instantanée (scalaire en fonction du temps) Gestion : vecteur horaire journalier Dimensionnement : puissance maximale, puissance moyenne o Bilans Energétiqueélectrique : Instantané: consommation = production Maximale : consommation maximale < abonnement Energétique thermique : Instantané: bilan des apports injectés dans l enveloppe Maximale : besoins jours extrêmes typique (hiver/été) < puissance installée Financier : investissement : coût en fonction des matériaux/géométries Exploitation : coût intégrant sur N années, les consommations, la maintenance 17

production Maximale : consommation maximale < abonnement Energétique thermique : Instantané: bilan des apports injectés dans l enveloppe Maximale : besoins jours extrêmes

18 MUSE : méta-données 18

19 MUSE : composable et exécutable o Vue utilisateur : (composition structurelle) Paramètres N1:Rendement T1:Température H1:Humidité MUSE T2:Température H2:Humidité o Vue complète : (composition structurelle, exécution) Ports métier (ou méthode du service métier) Paramètres communs rendement Paramètres métiers pas de simu X T1: nombre réel H1: nombre réel Ports communs (ou port pour la composition structurelle) Simulation Paramètres numériques Optimisation Vue complète X T2:nombre réel H2: nombre réel Jac Légende: mauve: facette ou service métier bleu: un composant MUSE Rond noir: les ports métier Carré noir: Port structurel, port communs, port Triangle noir: Paramètres communs ou spécifique 19

nombre réel Ports communs (ou port pour la composition structurelle) Simulation Paramètres numériques Optimisation Vue complète X T2:nombre réel H2: nombre réel Jac Légende:

20 Mise en œuvre de l architecture dans des cas tests Travaux en cours 20

21 Cas Test : systèmes à modéliser o Installation solaire de production d ECS: Capteur Ballon + appoint Distribution o Bâtiment simple avec système de chauffage Convecteur ou Plancher chauffant ou Chauffage aéraulique o Bâtiment tertiaire, équipement multisource Cogénération bois + chaudière gaz + stockage Modélisation => Matlab-Simulink Dimensionnement => CADES Contrôle commande => VestaEnergy 21

22 Cas tests : couplages à étudier Complexité des systèmes modélisés Bâtiment tertiaire complexe + équipement multisource Bâtiment simple + équipement énergétique Equipement énergétique Cas d application n 2 : TRNSYS + MUSE Cas d application n 1 : + Modelica IFC + TRNSys + energyplus IFC + EnergyPlus Cas d application n 3 : MUSE + SYSML Cas n 4 et 5 : TRNSys + MUSE + CADES, MUSE + Vesta- Energy Cas n 6 : Boîte blanche Couplage CAO / STD Couplages MUSE / STD Assemblage de composants MUSE Objectifs fonctionnels MUSE / Dimensionnement MUSE / Pilotage 22

23 Conclusions o PLUMES: Plateforme Logicielle Unifiée de Modélisation pour l Efficacité Energétique du bâtiment et de ses Systèmes o Ambitions :plateforme support au cycle de vie du bâtiment Conception en phase d esquisse Simulation détaillée Gestion en phase d exploitation o Interroperabilité/Capitalisation/Réutilisation: Données(IFC) : Industry Fondation Class Modèles(MUSE) : Modèle Unifié pour les Systèmes Energétiques des bâtiments o Valorisation des travaux: dans l annexe 60 de l AIE(évolution du standard FMI) diffusion des technologies au sein de la communauté (fiabilité, preccision, comepos, ) 23

24 Architecture PLUMES 24

25 17 Synthèse architecture PLUMES IFC (bâti & systèmes) TRNSYS, EnergyPlus (4) Plug-in/ plug-out GHome-Tech (1) Générateurs IFC -> Simulation COMFIE - Pleiades Vesta-Energy (2) Générateur IFC->Modelica (8) Générateur Modelica -> MUSE (3) Plug-ins/ plug-outs simulation Composants MUSE (5) Plug-in/ plug-out Simulink Simulink Modelica Modelica Enerbat SysML/Mo delica (9) Générateur SysML-> Modelica (10) Outil d exportation SysML-> MUSE (7) Environnement de développement MUSE (6) Plug-in CADES CADES 25

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