Améliorer la performance opérationnelle du bâtiment avec intégration de la gestion réactive capacités de diagnostic

par Mahendra Singh

Thèse de doctorat en Automatique - productique

Sous la direction de Frédéric Wurtz et de Stéphane Ploix.

Le président du jury était Hervé Guéguen.

Le jury était composé de Antoine Caucheteux, Cristian Muresan.

Les rapporteurs étaient Mohamed Benbouzid.


  • Résumé

    Actuellement, l'inconfort intérieur dans les bâtiments est l'une des questions cruciales, ainsi que la consommation énergétique du bâtiment. En effet, les gens passent 60 à 90% de leur vie dans les bâtiments. Le confort intérieur est indispensable en termes de bienfaits sur la santé, la productivité et le bien-être des occupants. C'est pourquoi diverses stratégies d'optimisation fondées sur des règles, anticipatives ou prédictives ont été proposées pour atteindre le confort perçu en tenant compte de la consommation d'énergie. Dans la pratique, il existe un écart entre l'anticipation et la réalité. Habituellement, les plans anticipatifs sont synchronisés avec une période d'anticipation d'une heure et ne tiennent pas compte des différentes sources de conflits ainsi que des configurations d'enveloppes des bâtiments possibles. Il peut en résulter des conséquences négatives sur le coût et le confort. Pour résoudre ce problème, le système de gestion du bâtiment doit être conçu aussi comme réactif, de sorte à ce qu'il puisse répondre à toutes sortes de divergences par rapport au plan anticipatif, de manière réactive. Dans ce but, un système multi-échelle d'analyse de diagnostic réactif anticipatif (ARD- BMS) est proposé dans cette thèse. ARD-BMS est une gestion interne qui effectue trois actions importantes, c'est-à-dire la détection de défaut, l'isolement des causes et, enfin, les actions correctives. ARD-BMS permet ainsi une gestion réactive à court terme, à savoir 10 minutes pour analyser les tendances des défauts et la mise à jour de la dynamique du bâtiment et prendre ainsi les mesures correctives nécessaires pour maintenir le niveau de confort désiré. Cette thèse propose donc un modèle réactif à dynamique rapide simplifiée qui peut être utilisé pour estimer l'état actuel du bâtiment. Les bâtiments modernes sont un système très sophistiqué avec un grand nombre de capteurs, de contrôleurs et de CVC. La plupart des installations de construction utilisent des services prévus de maintenance préventive provenant des opérations périodiques des bâtiments. Ces problèmes imprévus puce causer des répercussions inexplicables sur le confort de l'occupant pendant le cycle de fonctionnement de 24 heures. Ces problèmes ne sont pas inadmissibles tels que les situations imprévues, les pannes de prévisions météorologiques. Le diagnostic des causes d'inconfort à court terme est encore un problème difficile au niveau de l'opération de construction intégrale. En outre, pour analyser cette situation, proposez une méthodologie diagnostique pour la détection et l'isolement des causes (fautes) dans les bâtiments. La méthodologie proposée comprend une HAZOP fondée sur les règles (analyse des risques et de l'optimisation) et une approche basée sur un modèle.

  • Titre traduit

    Improving building operational performance with reactive management embedding diagnosis capabilities


  • Résumé

    Currently, indoor discomfort in dwellings is one of the crucial issues along with the building energy consumption. Indeed, people spend 60-90% of their lives in buildings. Indoor comfort plays a vital role in occupants health, productivity, and well-being. However, various optimization and rule-based anticipative or predictive building strategies have been proposed to achieve the perceived comfort taking into account the energy consumption. However, in practice, anticipation or plans are far from the reality. Usually, anticipative plans are synchronized with one-hour anticipation period and do not consider the various sources of discrepancies as well as current envelope configurations. Unbeknownst to many, discrepancies from different sources could cause big penalty over cost and comfort. To tackle this issue, building management system needs to be designed as reactive or almost with no planning so that it can respond to all discrepancies re-actively. To address this problem, a multi-scale Anticipative Reactive Diagnosing- Building Management System (ARD-BMS) is proposed in this dissertation. ARD-BMS is an internal management and performs three important actions i.e., Discrepancydetection, Cause isolation, and finally Corrective actions. ARD-BMS follow the short-time resolution i.e., 10-minute to analyze the fault trends and current the building dynamics and take necessary corrective actions to maintain the desired level of comfort. This thesis proposes a fast dynamics simplified reactive model that can be used to estimate the current status of the building. Modern buildings are very sophisticated system with a large number of sensors, controllers, and HVACs. Most of the building facilities are using a scheduled preventive maintenance services derived from periodic operations of the buildings. These preventive actions do not take into account the other inadmissible issues such as unplanned situations, weather prediction failures etc. These unplanned issues could cause unaccountable impacts over occupant’s comfort during the 24-hour operation cycle. Diagnosability of short-term discomfort causes is still a challenging job at whole building operation level. Furthermore, to analyze this situation the thesis proposes a diagnostic methodology for detection and isolation of cause (faults) in buildings. The proposed methodology includes a rule-based HAZOP (Hazard and Operability analysis) and model-based approach. Further, in order to oversee unplanned discomforts, a short-term reactive optimization has been proposed.


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