définition du dispositif de m&vgarantie de performance énergétique remarques générales...

Définition du dispositif de M&V

Position du problème et travaux prévus

Garantie de performance énergétique

Alexandre Nassiopoulos (Ifsttar),

Julien Caillet (COSTIC),

Daniel Magnet (IBTECH),

Jean-Dominique Lénard (De Luminae)

Objectifs de la phase 5

Définir le ou les systèmes de mesure et de vérification

- tenir compte de la typologie des bâtiments et de la nature des APE

- reposer sur une instrumentation optimale et diffusable à grande échelle


Objectifs de la tâche 5.1→ proposer des dispositifs de mesure et de vérification optimisés

Synthèse des résultats des phases 2 et 4

Recommandations pour la définition du système de mesure et de vérification élaborées en tâche 4.4

Pour les paramètres critiques : faire l’inventaire des méthodes et techniques de mesure

(mise en œuvre, précision, comparaisons croisées selon précision sur la variable apportée et gain sur la précision du calcul)


Méthodologie et parti pris


Remarques générales

Le dispositif doit permettre de calculer l'Index de Performance Energétique (GPEt ou GPEn)

Es : énergie de la période post APEEp : énergie prédite par le modèleEr : énergie de la période de référenceAv

i : ajustement par rapport à la variable v

i, i=1..n




Le dispositif doit permettre aussi de calibrer les modèles de simulation thermique dynamique.

Le dispositif de mesure couvre donc un périmètre nécessairement plus large que le périmètre défini par la GPE




Dispositif de M&V → calcul de Epost et anteEpost

Sa définition dépend donc du modèle de prévision retenu pour calculer anteEpost

« Le coût de l'instrumentation doit être inférieur aux à la valeur des économies réalisées par l'APE (coût instrumentation < 10% (?) de ce coût) »

Dilemme différent en phase diagnostic et en phase M&V

Dilemme coût / précision

Mutualisation avec le dispositif utilisé en phase diagnostic ?




Envisager l'ensemble de la typologie de données

Ponctuelles / long terme (instrumentation fixe vs. mobile)

Instrumentation répartie / mesures localisées

Données de mesure / relevés



Méthodologie

Phase 11/ Analyse du processus d'instrumentation

2/ Inventaire des méthodes et techniques de mesure

- par famille de composants (enveloppe, systèmes, éclairage)

- description des protocoles opératoires, analyse des coûts

Phase 2 (selon les résultats de la phase 4)

1/ Esquisser des dispositifs type ?

2/ Vérifier cohérence avec périmètres de GPE et typologies de bâtiments

Instrumentation et protocoles opératoires


Capteurs et dispositif de mesure



Chaîne de mesure

ÉchantillonnageAcquisitionStockage et gestion des donnéesVérification de l'intégrité des données

Toutes les étapes doivent être maîtriséesToutes ces étapes contribuent à la précision finale de la mesure



Mise en œuvre

Protocole opératoire Installation du dispositif Lancement du dispositifMaintenanceRisques de défaillance

Toutes les étapes doivent être maîtriséesToutes ces étapes contribuent à la précision finale de la mesure



Disponibilité et gestion des données

Adaptation de la GTB existante

Accessibilité de données(web services de données météo, maquette numérique, ...)

Supports et protocoles de communication(réseaux filaires, sans fil, réseaux domotiques, stockage in situ/déporté, …)

Evolutions technologiques en cours(smart grids, interopérabilité des protocoles, gestion de données (cloud, big data, ...)



Calcul du coût global

Coût global = coût de l'instrumentation +

coût de la chaîne de mesure +

coût du protocole opératoire +

coût de l'installation +

coût de la maintenance +

coût des risques de défaillance

Description de dispositifs de mesure par familles de composants


Pour chaque dispositif on décrira les aspects suivants :

- précision intrinsèque- acquisition et chaîne de mesure- contraintes de mise en œuvre- protocoles opératoires envisageables- disponibilité et mutualisation possible- estimation du coût global



Enveloppe



Enveloppe et renouvellement d'air



Conditions météo



Usages électriques

Vers un guide pour le dispositif de M&V


Exemple : caractérisation de l'enveloppe

Exemple de M&V

- mesure en continu des consommations pour le chauffage- mesure en continu des autres consommations - mesure en continu des températures ambiantes et de la consigne- abonnement à un service web météo pour : température ambiante et rayonnement solaire


Vers un guide pour le dispositif de M&V

Exemple : caractérisation de l'enveloppe

Développement de dispositifs de M&V pour les équipements


Julien Caillet Cédric Beaumont

1

La garan(e de performance énergé(que -‐ mardi 22 octobre 2013


Le garan(e de performance énergé(que contractuelle inclus un modèle perme=ant d’ajuster les consomma(ons à l’aide d’un disposi(f de mesure et vérifica(on. Ce disposi(f doit être décrit par : –  Des instruments de mesure (précision, emplacement, nombre de

points de mesure, règle de mise en œuvre= chaine de mesure et procédure de traitement associé)

–  Une période d’échan(llonnage associée pour effectuer la mesure –  Un protocole opératoire pour la mise en œuvre du disposi(f

•  Il convient de rechercher un op(mum coût-‐précision pour le disposi(f de M&V.

Objec(fs d’un disposi(f de M&V

2 La garan(e de performance énergé(que -‐ mardi 22 octobre 2013

Principe d’un disposi(f de M&V « global »



DJU? Volume annuel?

Température intérieure?

Traitement des données

Equa(on / ou(l de simula(on

Moyens métrologiques

Consommation finale de référence

Consommation finale ajustée

Température moyenne?

Volume ECS? Température extérieure?

Principe d’un disposi(f de M&V Proposi(on d’une approche « hybride » pour le

chauffage



Equa(on / ou(l simula(on enveloppe

Equa(on / ou(l

équipement

Consommation finale ajustée

Consommation thermique mesurée

Moyens métrologiques et traitement

Consommation thermique ajustée

Ecart important: à recherche responsabilité facilité!

Consommation finale de référence


1.  Précision intrinsèque des outils de M&V –  Précision normative –  Précision en usage

2.  Les méthodes de M&V

Plan de la présenta(on


Précision des outils Exemple du compteur gaz

•  Compteur gaz, directive MID définit deux classes de précision :



Classe 1,0 Classe 1,5 De Qmin à

Qt +/- 3% +/- 2%

De Qt à Qmax

+/-1,5% +/-1%

Avec Qmin : débit minimal mesurable ; Qt : débit de transition et Qmax : débit maximal (permanent)

Précision des outils Exemple comptage thermique (1/2)

•  Précisions de compteurs d’énergie thermique certifiés



Précision des outils Exemple comptage thermique (2/2)

•  Exemple de précision estimée in-situ pour un compteur thermique



IdéalChauffage E ECS E bouclage E -‐

Erreur annuelle % (classe 1) 5,0 2,1 7,3 2,0Erreur annuelle % (classe 2) 6,1 3,2 8,6 3,0Erreur annuelle % (classe 3) 7,2 4,7 10,5 4,0

Compteur de chaleur in situ


1.  Précision intrinsèque des outils de M&V –  Précision normative –  Précision en usage

2.  Les méthodes de M&V

Plan de la présenta(on


Méthode de M&V



•  « Méthode M&V » –  Ajustement contractuel (équa(on, ou(l de simula(on,…) et traitement associé des informa(ons

àiden(fier et tester des ajustements

àAjustement simple :

àtraitement à coût faible àprécision?

–  Plan de comptage àiden(fier et tester des méthodes indirectes ou par(elles

àplan simple & instrument simple àcoût faible

àprécision?

Méthode de M&V Recherche d’équations d’ajustement

Exemple d’un compteur gaz (1/3)

Equation d’ajustement =

conversion volume / consommation énergétique



La conversion du volume de gaz en énergie consommée fait intervenir trois grandeurs :

•  Correction normo-mètres cubes (température et pression) àNécessité d’une correction automatique par des mesures de température et de pression? •  Correction du pouvoir calorifique àvaleurs par défaut suffisantes?

-‐25%

-‐20%

-‐15%

-‐10%

-‐5%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

Ecart / référence ( zmoy / Tmoy / 300 mbar / PCS moy)

Site de Feyzin



Impact de l’al(tude

Impact de la pression

d’alimenta(on

Impact du PCS

Impact te

mpé

rature

Mauvaise pression

« Sous estimation » kWh

Méthode de M&V Précision métrologique


Bilan étude de cas, impact négligeable de l’altitude devant: –  Le PCS à coûteux à mesurer en continu à Facture annuelle ou information à réclamer au

distributeur (mensuellement?) –  La pression de distribution –  La température



Prix des compteurs à correction automatique? Contrôle ponctuel et régulier de la pression et de la température?

Méthode de M&V Bilan


Méthode de M&V Recherche d’équations

Pistes à explorer Ajustement du besoin de chauffage



Conso thermique chauffage référence ? =

Conso thermique chauffage mesurée X

f( DJU mesurés )?

y = 36,082x -‐ 1565,1R² = 0,9933

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

0 100 200 300 400 500

kWh thermique

con

sommés

Nb DJU (°C.jours base 18°C) /mois


Pistes à explorer Ajustement du besoin thermique



Site de Feysin (conso chauffage thermique ~ divisé par 2)

Une règle d’ajustement intégrant des DJU pourrait être recherchée pour cette opération « facteur 2 »

Méthode de M&V Pistes à explorer: redondance de compteurs



1 2

M

T T T T T T

Verssous station C

Verssous station E

Verssous station D

TT Vers

ECS D

Bouteille

M

TT Ballon ECS

500 L

T

T

Réseauradiateurs

Intérêt de 4 compteurs? àrépartition par immeuble? 1 seul?


Pistes à explorer Ajustement du besoin d’ECS



Conso thermique ECS référence ? =

f( Volume ECS )?

M

T

T

Sousstation

Ballon ECS 500 L

T

T

T

T

1000 L

Eau froide

T

Réseau ECS

T

M

Méthode de M&V Pistes à explorer: comptage ECS



Comment faire? Intérêt de 4 compteurs? Intérêt d’un compteur? Intérêt d’un simple compteur volumétrique (eau froide)?

Dispositif de M&V Récapitulatif travaux à mener



•  Décrire les précisions des compteurs et capteurs (intrinsèque et in situ), •  Elaborer et tester des méthodes pour l’ajustement du chauffage et de l’ECS


20

La garan(e de performance énergé(que -‐ mardi 22 octobre 2013

Merci pour votre a=en(on

Méthode de M&V Pistes à explorer



Produc(on chauffage et ECS

Dans le périmètre garan(e

Poste ECS négligeable

M&V «intermédiaire »

Poste ECS important

M&V «complexe »

Hors périmètre garan(e

Poste ECS négligeable

M&V «simplifié »

Poste ECS important

M&V «intermédiaire »

Protocole M&V GPE

Synthèse 22.10 2013

Jean Robert Millet CSTB Julien Caillet COSTIC Jean-‐Dominique Lenard DE LUMINAE Daniel Magnet IBTECH/ EVO Mohamed ElmPri VEOLIA

Plan Stratégique Energie (PoliPque E)

PlanificaPon EnergéPque d’ensemble

Etudes d’opportunité

Etudes de Projet

ContractualisaP

on GPE

Travaux et/ ou Services ExploitaPon & Maintenance

PLAN DE TRAVAUX EE

PLAN DE TRAVAUX EE

PLAN DE TRAVAUX EE

MISE EN OEUVRE & Fct

MISE EN OEUVRE & Fct

VERIFICATION

Schéma générique de processus GPE (2/2)

2

4 «

parc

ours

»

2

1

3

4

Pré

Détails

M&V

4 Proposi<on de réponse aux aDendus de la tâche 6.3

Etud

es APEs

MISE en

PLACE

APEs

Pré-‐étude Etudes Suivi

Pré

Détails M&V

Contractualisa<on

Marge erreur PMV

(variable +/-‐ 1-‐30%)

Premières années d’exploitation

Travaux

+

-‐

1+e

1.0

1-e

Etapes de précision croissante

Affinement

Max(IPE/Cout) Min(Δ(S)/Cout) Min(IPR)

Précision


ObjecPf de Gain Co

ntractue

l Marché Ph

ase

1 GPM

Ri

Une approche de M&V distincte selon les étapes d’un projet : « plan de travaux »

Garan<e de performance énergé<que

Durée de vie uPle des APEs

Travaux

Référence iniPale

Période de Suivi 1 GPMRi

Niveau de

perform

ance, ajusté aux cond

iPon

s d’usage et

d’environn

emen

t

TransiPo

n ( transfert de respon

sabilité)

Période de Suivi 2 GPMRe

DégradaPon

ObjecPf de performance final planifié

ObjecPf de Gain Planifié MOA ISO 50001

ObjecPf de performance contrat marché 1


Modèle ajustement iniPal ( réf)

Modèle ajustement suivi 1 Modèle

monitorage Suivi 2-‐n

Référence 1

Temps

ObjecPf de Performance Con

tractuelle

Marché Ph

ase 2

Monitorage long terme PlanificaPon énergéPque ouvrage

PMV 1

PMV 2

Référence 2-‐n Phase ini<ale comprenant op<misa<on

Phase exploita<on-‐maintenance

GPEt

GPEt =100

GPEt <<100

ObjecPf moyen GPEt phase iniPale

ObjecPf GPEt phase iniPale, post-‐travaux

ObjecPf GPEt phase iniPale, phase de stabilisaPon

4

Pré

Détails M&V

Une approche de M&V distincte selon les étapes d’un projet : « plan de travaux »

Garan<e de performance énergé<que

Durée de vie uPle des APEs

Niveau de

perform

ance, ajusté aux cond

iPon

s d’usage et

d’environn

emen

t

TransiPo

n ( transfert de respon

sabilité)

Période de Suivi 2 GPMRe

DégradaPon





Modèle monitorage Suivi 2

Temps

ObjecPf de Performance Con

tractuelle

Marché Ph

ase 2

Monitorage long terme PlanificaPon énergéPque ouvrage

PMV 1

PMV 2

Consomma1ons normalisées / à jeu de données moyennes unique

Référence 2-‐n Phase exploita<on-‐maintenance

Période de Suivi 2n+2 GPMRe





Modèle monitorage Suivi 2-‐n

Référence 2n+2 Phase exploita<on-‐maintenance

Période de Suivi 2n+1 GPMRo

Phase op<misa<on -‐ recommissionning

GPEt

5

M&V

Type APE GPMRi GPMRe GPMRo GPMRi+e+o

SME + -‐ + -‐ + -‐ + -‐

BATIMENT

SYSTEMES

COMPORTEMENTAL

1 1 3

2 3

3 4

1 2 3

4

2

2

3 4

44

3 4

4

6

Exigences documentaires M&V •  1 Cadre, principes de base, périmètre-‐posiPonnement M&V, vocabulaire •  2 Démarche méthodologique :

•  3 ModélisaPon de la référence

•  4 Analyse des risques liés à la M&V ( parPe de l’A.R. de GPE)

•  5 Plan de M&V

•  6 Suivi et analyse

•  7 Rapports

2 Exigences documentaires et structura<on d’un Protocole de M&V

Exigences documentaires M&V •  1 Cadre, principes de base, périmètre-‐posiPonnement M&V, vocabulaire

–  M&V de projet, M&V de Programme

•  2 Démarche méthodologique : –  Besoin contractuel ( opposabilité aux parPes contractantes des résultats de la mesure) et/ou de

monitorage –  Ajustements « périodiques » / « non-‐périodiques » –  Ajustement modèle référence aux condiPons post –travaux –  Ajustement modèle post-‐travaux aux condiPons de la période de référence –  Ajustement des deux modèles à des condiPons standard –  NoPon de Périmètre Global et Isolé en foncPon des travaux de GPE –  OpPon méthodologique ( isolats avec ou sans esPmaPons, globale inverse, globale directe et

combinaisons, monitorage / ciblage) et équaPon-‐type de déterminaPon des économies

•  3 ModélisaPon de la référence –  Type de modèle ( direct, inverse, combiné) –  CalibraPon ( modèles direct, combiné) –  Type, Qualité, exacPtude et fidélité des mesures, période d’observaPon et fréquence de relevé des

données d’entrée –  Fidélité et biais des prédicPons du modèle


Exigences documentaires M&V •  4 Analyse des risques liés à la M&V ( parPe de l’A.R. de GPE)

–  Risques associés à la qualité du PMV et son appropriaPon par les acteurs –  Risques associés au biais et à la fidélité de la mesure des gains –  Risques associés à la qualité des données « variables » déterminant la référence

–  Risques associés à la qualité des données « staPques » déterminant la référence –  Risques associés aux esPmaPons ( OpPon A, mais aussi à toute extrapolaPon à terme au delà d’une

période mesurée)

–  Risques associés aux « déviants » ou aux situaPons excepPonnelles de la situaPon de référence –  Risques associés à la qualité du modèle et à sa capacité de prédicPon de la situaPon de référence

« vraie »

–  Risques associés à la qualité de la mesure des données post-‐ travaux –  Risques associés à l’interprétaPon des causes de dérives des gains –  Risques associés à la qualité des ajustements non périodiques


Exigences documentaires M&V

•  5 Plan de M&V –  Contenu obligatoire, facultaPf –  ValorisaPon des résultats de gains ( volume, valeur économique, conversions) –  Transparence et opposabilité –  Annexes

•  6 Suivi et analyse –  Durée de la Période, fréquence des relevés –  CorrecPons aux données –  ModélisaPon post –  Calcul des gains, calcul de l’incerPtude, expression des gains –  Analyse fine des différences entre référence ajustée et consommaPon ( ex : CUSUM, EWMA) ,

comparaisons modèles référence-‐ modèle post et détecPon des dérives à court – moyen-‐long terme –  DéterminaPon des causes de dérives et acPons correcPves –  Ajustements non -‐périodiques

•  7 Rapports –  Rapports intermédiaires : d’exploitaPon, de diagnosPc et de maintenance –  Rapports contractuels


Exigences documentaires M&V

Appropriation scénario 1 ( classique actuel) ELEMENT CLIENT AMO CONTRACTANT Responsable projet / Référent

TIERS VERIFICATEUR

1 Cadre, Principes, vocabulaire

3-‐6 6 6 / 6 6

2 Démarche méthodologique

2 4-‐>6 5-‐6 / 6 6

3 ModélisaPon de la référence

2 4-‐6 4 / 6 6

4 Analyse des risques M&V

6 6 3 / 6 6

5 Plan de M&V 4 5-‐6 3 / 5 6

6 Suivi et Analyse 3-‐4 ( 6) 5-‐6 4/ 5-‐6 6

7 Rapports 4 5-‐6 3 / 6 6

1 connaître, 2 comprendre, 3 appliquer, 4 analyser, 5 synthéPser, 6 évaluer / juger


Normes -‐Guidage

M&V Global bâPment M&V Projets APE

général

parPculier

OrganisaPon Projet

Vocabulaire et Références normaPves

Principes fondamentaux M&V, cycle PDCA

Méthodologies Méthodologies

Exigences relaPves au PMV

Annexes techniques

Exigences relaPves au Rapports

Principes fondamentaux M&V, equaPons de base et ajustements

Guide de mise en oeuvre Guide de mise en oeuvre

OuPls OuPls

Exemples Exemples

PROTOCOLE DE M&V


Normes -‐Guidage


général

parPculier

OrganisaPon Projet





Annexes techniques


Principes fondamentaux M&V, équaPons de base et ajustements

Guide de mise en oeuvre Guide de mise en oeuvre

OuPls OuPls

Exemples Exemples

3

6-‐7

5

2

2

1

1


Bases normaPves M&V

OrganisaPon

Projet





Annexes techniques


Principes fondamentaux M&V, equaPons de base et ajustements


général

parPculier 3

6-‐7

5

2

2

1

1


Types d’ Ajustements périodiques ANTE-‐POST

E

Vi

aEa

pEa

E

Vi pEp aEp

POST-‐ANTE Usuellement meilleure précision du modèle

ANTE-‐POST Modèle et précision figés avant travaux

SEP extension IPMVP 2012 (cas normalisé sur condi1ons post)

IPMVP par défaut

Conven1on : condiPonsajustementEnergie_prédite_Ajustée période a: ante p:post


Chaînage d’ajustements ante-‐post

AJUSTEMENT CHAINE Grandeur valeurs Condi<ons non (intégralement) compa<bles; adi<on des gains

AJUSTEMENT CHAINE Par exemple uPlisaPon du modèle GPMRi aux condiPons de la référence

E

Vi

pmEpm

aEpm

POST-‐ANTE CHAINE 1 période intermédiaire vers base ( par exemple GPMRi-‐>base)

E

Vi peEpe

pmEpm

ANTE-‐POST CHAINE 2 période intermédiaire vers période ultérieure ( par exemple GPMRi-‐>GPMRe)

peEpm

Gains = Ea-‐Epe+peEpm-‐aEpm SEP: non documenté IPMVP 2012


définition du dispositif de m&vgarantie de performance énergétique remarques générales...

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