Depuis le développement du thermostat mécanique à bande bimétallique à la fin des années 1800 par Warren Johnson (qui a fondé la société qui deviendra Johnson Controls), nous avons cherché des moyens d’optimiser notre confort intérieur. Alors que la simple régulation de la température était certainement une merveille lorsqu’elle a été inventée, la technologie des bâtiments intelligents d’aujourd’hui peut contrôler non seulement la température, mais aussi l’interface avec l’éclairage, les dispositifs de qualité de l’air intérieur, les systèmes de sécurité, et plus encore.
Au niveau résidentiel, des contrôleurs tels que Google Home ou Home Assistant peuvent être appropriés. À plus grande échelle, cependant, les solutions de contrôle des bâtiments intelligents sont en cours d’élaboration depuis avant l’existence de Google - ou même de l’Internet tel que nous le connaissons aujourd’hui. Ces commandes sophistiquées peuvent être utilisées pour assurer le confort, la sécurité et la santé des occupants de l’intérieur, et ce, tout en économisant de l’énergie et en réduisant les coûts de maintenance.
Trois niveaux de contrôle des bâtiments intelligents
Les contrôles des équipements des bâtiments intelligents sont généralement divisés en trois couches distinctes :
• Contrôleur d’unité : l’ensemble matériel et micrologiciel embarqué ou adjacent qui contrôle directement une seule machine. Ce dispositif (par exemple, un contrôleur HVAC) peut communiquer avec le matériel de supervision pour des instructions de niveau supérieur et la coordination avec d’autres machines.
• Contrôleur de supervision : ceux-ci contrôlent un ensemble de matériel et de micrologiciels pour une entité globale - généralement un seul bâtiment. Ces unités ressemblent à un automate industriel et communiquent avec différents contrôleurs d’unité. Ils sont capables d’assurer la coordination entre des équipements tels que les systèmes CVC et les unités VAV (volume d’air variable), et même les systèmes d’éclairage, de sûreté et de sécurité. Ces systèmes de bâtiments intelligents peuvent surveiller les pannes d’équipement et les problèmes de maintenance prédictive et peuvent permettre aux techniciens de se connecter à distance pour aider à diagnostiquer et à rectifier les pannes.
• Contrôles au niveau de l’entreprise : au-delà d’un seul bâtiment, une série de contrôleurs de supervision - qui peuvent être répartis sur un campus industriel, un collège ou même une zone géographique étendue - peuvent communiquer via des contrôles de niveau entreprise. Contrairement au matériel d’unité et de supervision, les contrôles de niveau entreprise ne prennent généralement pas la forme d’un contrôleur physique dédié, mais fonctionnent plutôt comme une application web basée sur le cloud. Cela donne au personnel de l’entreprise une image globale du fonctionnement des bâtiments à un niveau élevé, tout en lui permettant d’aller beaucoup plus loin.
Avantages de l’efficacité énergétique et améliorations futures Si les contrôles au niveau de la supervision et de l’entreprise semblent impressionnants, ils peuvent également faciliter les économies de coûts et d’énergie dans le monde réel. Si un contrôleur de supervision contrôle non seulement le système CVC, mais aussi l’éclairage, les capteurs de présence et les capteurs de qualité de l’air intérieur, il est possible d’obtenir une image globale du bâtiment et d’agir en conséquence. Par exemple, si des personnes occupent certains bureaux, mais pas d’autres, un contrôleur de supervision pourrait fermer le flux d’air CVC dans les pièces inoccupées, tout en éteignant les lumières pour réduire davantage la consommation d’énergie. En réponse aux pièces fermées, le ventilateur HVAC pourrait alors diminuer sa vitesse pour correspondre à la baisse des besoins en débit d’air global. La quantité d’air extérieur introduite peut également être réglée pour maintenir le niveau approprié en fonction du nombre de personnes à l’intérieur. Au niveau de l’entreprise, la surveillance à distance des équipements permet de réagir immédiatement aux problèmes, sans avoir toujours besoin de personnel sur place. La surveillance au niveau de l’entreprise est également idéale pour la planification à plus long terme, permettant aux propriétaires de bâtiments de voir comment les investissements dans l’efficacité et/ou la maintenance prédictive fonctionnent au fil du temps.
Maintenance prédictive et à distance pour les bâtiments intelligents
En fin de compte, si une machine n’est pas entretenue de manière optimale, cela peut avoir un effet très néfaste sur l’efficacité. Une configuration de contrôle au niveau de la supervision ou même de l’entreprise permet aux techniciens de surveiller les niveaux environnementaux par rapport aux entrées du système pour déterminer s’il y a une dégradation des performances au fil du temps. Cela pourrait indiquer la nécessité d’un réaménagement. Les données provenant de capteurs dédiés à la maintenance prédictive, tels qu’un accéléromètre utilisé pour détecter les vibrations de la machine - pourraient être utilisées avec l’aide d’un modèle basé sur l’IA pour aider à déterminer si une maintenance est nécessaire avant que les pannes ne se produisent.
Une fois qu’une intervention est jugée nécessaire, que ce soit par des méthodes prédictives ou en raison d’une maintenance "programmée" par des pannes, les techniciens hors site peuvent alors se connecter à distance pour trouver le problème spécifique. Par exemple, si la pression d’un conduit d’air est insuffisante, bien que la vitesse du ventilateur soit réglée au maximum, un technicien - souvent engagé dans le cadre d’un contrat de maintenance à long terme par un fournisseur d’équipement - peut recommander le remplacement d’une courroie en raison d’un glissement potentiel. Un technicien d’entretien général interne peut alors "tourner la clé", ce qui évite la visite d’un spécialiste coûteux.
Les normes ouvertes ouvrent la voie à l’interopérabilité
Des fabricants comme Trane, Johnson Controls, Automated Logic et Siemens disposent de leurs propres systèmes de programmation propriétaires au niveau du contrôleur d’unité, ainsi que d’options de supervision et de niveau entreprise. Si un seul fabricant de matériel répond à vos besoins, et que vous êtes satisfait du prix (et que vous pensez l’être à l’avenir), un tel système pourrait très bien fonctionner, et potentiellement vous épargner des maux de tête en matière d’installation et de maintenance.
En même temps, la technologie reste rarement la même, et une entreprise qui répond à vos besoins actuels peut ne pas être la solution la plus optimale pour l’avenir. La bonne nouvelle est que la plupart des systèmes modernes peuvent fonctionner ensemble sous un protocole appelé BACnet, ou le réseau de contrôle de l’automatisation des bâtiments. Le protocole BACnet fournit un moyen standard de représenter les fonctions des appareils, si elles sont définies sur une machine particulière.
Le protocole BACnet a été proposé pour la première fois en 1987 et publié en 1995, ce qui lui a donné bien plus de 25 ans pour se propager dans l’industrie. C’est une norme ANSI/ASHRAE et elle est également publiée sous l’égide de l’ISO. Les fournisseurs d’équipements sont souvent heureux de recommander l’utilisation de cette norme interopérable, et comme BACnet est une norme ouverte, les systèmes de contrôle peuvent être spécifiquement construits autour d’elle. Tridium, par exemple, produit des contrôleurs et des logiciels qui peuvent interfacer une grande variété de contrôleurs d’unités via BACnet.
Systèmes de construction intelligents : Un avenir ouvert et efficient
Que vous soyez propriétaire d’un seul bâtiment, que vous supervisiez une série de bâtiments ou que vous louiez des espaces à un propriétaire, l’avenir semble être plus efficace, plus confortable et sans entretien (imprévu) que jamais auparavant. Les normes ouvertes conduiront potentiellement à encore plus d’avancées et de concurrence entre les vendeurs, et finalement à un meilleur confort et à des coûts plus bas pour les utilisateurs finaux (ceux d’entre nous qui passent la plupart de leur temps à l’intérieur).
Merci à Brian Stortz, gestionnaire de l’énergie certifié par l’AEE, pour sa contribution à cet article.
