Projet Siminthec Appel à projets Programme Habitat intelligent et solaire photovoltaïque

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1 Projet Siminthec Appel à projets Programme Habitat intelligent et solaire photovoltaïque Responsable Wurtz Etienne DR CNRS - CEA Présentation Wurtz Frédéric DR CNRS G2ELAB 1

2 Le projet ACRONYME Titre: SIMulation et outils logiciels INteropérables pour la gestion des énergies THermique et EleCtriques dans les bâtiments Partenaires : LOCIE INES, i2m-trefle, ARMINES/CEP, CEA-INES, G2ELAB, G-SCOP, EBM WebSourcing Date de début du projet : Date de fin du projet : (Prolongé d un an) Budget total : k Aide accordée : 866 k 2

3 Rappel du contexte et des enjeux Contexte : Le facteur 4 d ici 2050 et la nécessité pour les bâtiments de: réduire et limiter la consommation d énergie intégrer les énergies renouvelables assurer une gestion optimale de l énergie. Enjeux : Il s agit de faire coopérer et interopérer les environnements logiciels de simulation multi-métiers et multiphysiques 3

4 Objectifs et positionnement du projet Objectif: - Faire collaborer des thermiciens, des électriciens, des spécialistes de supervision optimale, et des informaticiens - Pour apporter une infrastructure et des solutions d interopérabilité pour la simulation et la supervision optimale appliquées au système énergétique complexe qu est le bâtiment. Positionnement: - Passer de la vision environnement mono-métier à - Environnement multi-métiers - Multi-objectifs (simulation & supervision optimale) - Avec modélisation/prise en compte innovante de l usager 4

5 Défis scientifiques et technologiques Inter-opérabilité des logiciels dans chaque communauté et entre communautés - Thermiciens (LOCIE, ARMINES, CEA INES et i2m-trefle ) - Electriciens (G2ELAB) - Contrôles commande (G-SCOP) - Modélisation des usages et des usagers (G-SCOP, ARMINES) -> Problèmes scientifiques et techniques à résoudre en lien avec les Informaticiens (EBM-WebSourcing) Problème: Sémantique physique & Informatique 5

6 Méthodologie S inspirer de deux installations expérimentales (Tâches 1 & 2) INCAS - Chambery PREDIS - Grenoble Mesures et modélisation de l ensembles des composants (thermiques, électriques, aérauliques, occupants, ) - Tâche 3: Modélisation thermique - Tâche 4: Modélisation électrique - Tâche 5: Modélisation de l occupation et de l évolution du climat 6

7 Méthodologie Résultats de mesures et mise au point des modèles électriques et thermiques Caractérisation de la constante de temps (Exemple des Maisons INCAS) Objectif de comparer modélisation et expérimentation pour des niveaux d inertie différents Comparaison mesures/simulation Maison avec double murs parpaing - isolant Maison béton banché isolation extérieure Comparaison mesure/simulation Analyse de la constante de temps de la maison I-BB) Efficacité du système double flux Puissance appoint électrique Efficacité du dispositif de ventilation (groupe + réseau) I-DM Comparaison mesures/simulation sur températures vitrage I-DM 7

8 Méthodologie Résultats de mesures et mise au point des modèles électriques et thermiques (Exemple des PREDIS) Enveloppe du bâtiment Air Sortant Air Entrant Conduites aérauliques Eau sortie Moteur variateur variateur variateur GTC 8

9 Méthodologie Approche Innovante de modélisation de l usager Behaviour Model derived from Thoughtframes Reactive Deliberative Behaviour Planned Actions Unplanned Actions Actions Goals perception from environment Objective Active State Cognitive State Perceptive State Cognitive influence (waiting for other agent) Threshold level attained (high intensity of perception) Perception of hunger within limit Active State (Satisfy hunger) New threshold level (arrival of agent) Perception of Agent's arrival Cognitive influence (waiting for other agent) Threshold level attained (high intensity of perception) Perception of hunger beyond limit choose alternative (take tea) Active State (Satisfy hunger) Occupants(with specifications) New threshold level (arrival Context of agent) Perception of Agent's arrival Workshop Design Inhabitant s Dynamic Behaviour Agents Physical Simulator + Occupant Simulation (agents) + Building Energy Management System Power Management Solutions beyond limit achieve the goal limit choose alternative threshold level reached Un paradigme différent de la modélisation Physique Classique! want feel Thoughtframe Workframe Library Activities Appliance Library Usage Patterns Model Core Libraries House Clusters Weather (appliance Profile usage) Supporting Libraries 3/18 9

10 Méthodologie d Intér-opérabilité : Tâche 6: Inter-opérabilité par projection de Modèles dans un langage standard Approche boîtes blanches : Modelica échange de fichiers standardisés Intégration de modèles dans un simulateur Tâche 7: Interopérabilité par approche À base de composants logiciels Approche boîtes noires : échange de composants logiciels ICAR, pouvant fonctionner en web-serveurs répartis dans le cloud interconnexion de simulateurs multi-métier Bus à composants logiciels - Notion de «Framework» 10

11 Exemples d architectures de simulation d inter-opérabilté mises en oeuvre Brahms/Simulink Co-simulation 17/18 Existe aussi pour TRN-SYS Inter-opérabilité simulateur physique& simulateur usager Inter-opérabilité boite noire via Plug in et plug out Modelica Envirement Composant logiciel Composant logiciel composite Inter-opérabilité boite blanche & boite noire (publi IBPSA) Bibliothèque Modelica 11

12 Exemple d architectures de simulation mise en oeuvre Exploration d architectures originales pour le «cloud computing» Un icar a 2 personnalités Usage local : chargement dans la calculette CADES Usage WEB : Déploiement sur serveur d'application Upload Serveur WEB (+ icar) Inter-opérabilité avec composants logiciels installés sur des web-serveurs! Solution d avenir pour: disponibilité de services de simulation, de contrôle-commande, d optimisation en ligne Mutualisation des moyens de calcul Résolution des problèmes d installation et de maintenance 12

13 Tâches 8: Gestion optimisée de l énergie Optimisation de la consommation d énergie par programmation dynamique. 13

14 Conclusions et perspectives Conclusions : mise en place des outils et des architectures de simulation multi-métiers et multi-physiques pour le bâtiment Exploration d architectures et de moyens d inter-opérabilité innovants Perspectives : vers des plateformes de simulation interopérables et disponibles sur Internet (capitalisation des modèles, webserver, ) avec des standards d interopérabilité De l ère des environnements A l ère des frameworks ouverts & ouverts sur Internet 14