Towards archetypes of self-tuned models for connected buildings

Les bâtiments devenant de plus en plus performants énergétiquement, l'impact de l'activité humaine devient prépondérante. Afin de limiter cet impact, les bâtiments ont tout d'abord vu leur niveau d'automatisation augmenter. Toutefois, des études menées dans des bâtiments résidentiels et de bureaux ont mis en évidence que l'automatisation ne réduisait pas l'écart entre la consommation d'énergie prévue en phase de conception la consommation d'énergie réellement constatée. Afin d'atteindre une faible consommation en phase d'exploitation du bâtiment, les occupants doivent être impliqués dans la gestion d'énergie. Le travail proposé fait partie d'un projet de recherche visant à mettre en place un gestionnaire énergétique redonnant le pouvoir aux occupants via des services énergétiques. Ces services permettront à l'utilisateur de définir ses propres objectifs et le conseillera sur les meilleures actions à mettre en place pour les atteindre. Une analyse de la littérature sociologique est menée afin de permettre l'implémentation de services pertinents et favorisant de réels et durables changements de comportement. La mise en place de ces services requiert un modèle thermique et aéraulique du bâtiment faciles à configurer et ne nécessitant aucune donnée experte. Le travail présenté dans cette thèse se concentre sur l'implémentation d'un tel modèle. Cela implique de définir dans un premier temps la structure de modèle adéquate : permettant d'atteindre à la fois les précisions requises à la prédiction à horizon 24 heures tout en ne nécessitant que peu d'informations expertes. Dans un deuxième temps, il s'agit d'étudier les différentes méthodes d'estimation paramétrique répondant au cahier des charges. Des validations du modèle sont faites sur deux cas d'études réel : un bureau et un appartement. Cette thèse décrit la méthodologie nécessaire à la détermination de structures de modèles pertinentes. Ces structures doivent être génériques afin de s'adapter à la fois à des cas d'études mono et multi-zones. De plus, elles doivent se baser sur le moins de capteurs et de connaissance experte possible.As buildings become more energy-efficient, the effect of human activities on their global consumption increases. To limit this impact, a first attempt was made to increase the level of automation in buildings. However, from surveys led in residential and office buildings, Carassus and Sidler conclude that automation does not reduce the gap between predicted and effective consumption. This work reveals that static rules can not be sufficient. In order to reach the goal of low energy consumption in the operation phase of buildings, occupants must then be involved in the energy management process. The proposed work is part of a research project focusing on a system embedding energy services with a high level of interaction to empower users with energy services. The role of these energy services is to allow users to define their own objective and consequently generate information and advice regarding the best strategies to apply on building systems (HVAC systems, sun-shading devices, windows opening,…) and envelope configuration. An analysis of the sociological literature was made in order to implement relevant services for the users, favouring real and durable changes in their behaviours. Some of these services require thermal and aeraulic behavioural models easy to set up and little expert knowledge. This thesis focuses on the development and implementation of a model relevant for energy management end-user services. It involves to deal with the definition of relevant model structures together with parameter estimation methods to tune the parameter values. The model must be simple enough to ease its set up with estimation and prediction capabilities. The limits in terms of complexity and computational time are discussed. The energy management services should be configured by occupants thus it must not require much expert knowledge. Consequently, some sensors are needed to estimate the thermal and aeraulic model. Tests have been performed to limit the needed instrumentation. Relevant model structures are discussed because they should be generic: it should adapt to both mono-zone and multi-zone case studies and it should be based on a minimal number of sensors and require little expert knowledge