Introduction : La GTB
La Gestion Technique du Bâtiment (GTB) centralise le pilotage de tous les systèmes techniques : chauffage, climatisation, ventilation (CVC), éclairage, contrôle d'accès, sécurité. Elle permet des économies de 15 à 30% sur les consommations énergétiques.
// Pyramide de la GTB
Niveau 4 : Hypervision (multi-sites, analytics)
Niveau 3 : Supervision (IHM, alarmes, historiques)
Niveau 2 : Automates (régulation, logique)
Niveau 1 : Terrain (capteurs, actionneurs)
Le décret BACS (2020) impose une GTB de classe B minimum pour les bâtiments tertiaires > 290 kW de puissance CVC d'ici 2025.
1. Principes de Régulation
La régulation maintient une grandeur physique (température, humidité, pression) à une valeur de consigne malgré les perturbations.
1.1 Boucle de régulation
Consigne (Tc) Écart (ε) Commande (u) Grandeur réglée (T)
│ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼
┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐
│ Consigne│───→│Comparateur│───→│Régulateur │───→│ Actionneur │───→│
│ 20°C │ │ ε = Tc-T│ │ (PID) │ │(vanne, moteur)│ │
└─────────┘ └─────────┘ └──────────┘ └──────────────┘ │
│
┌────────────────────────────────────────────────────────────────┘
│ Mesure (T)
▼
┌──────────┐
│ Capteur │ ← Température ambiante
│(sonde PT)│
└──────────┘1.2 Types de régulation
Tout ou Rien (TOR)
Commande binaire (0/1)
Simple mais oscillations
Hystérésis pour éviter battements
Ex: chauffage électrique
PID (Proportionnel-Intégral-Dérivé)
Commande proportionnelle à l'écart
Précis et stable
Réglage Kp, Ki, Kd
Ex: vanne 3 voies chauffage
1.3 Régulateur PID
// Équation du PID
u(t) = Kp × ε(t) + Ki × ∫ε(t)dt + Kd × dε/dt
Kp : gain proportionnel (réponse rapide)
Ki : gain intégral (annule l'erreur statique)
Kd : gain dérivé (anticipe, stabilise)
// Exemple : régulation température pièce
Consigne : 20°C, Mesure : 18°C
ε = 20 - 18 = 2°C
Kp = 10 %/°C → Commande P = 10 × 2 = 20%
Si l'écart persiste → I augmente la commande
2. Protocoles de Communication
Les équipements GTB communiquent via des protocoles standardiséspour l'interopérabilité entre fabricants.
2.1 Principaux protocoles
| Protocole | Type | Débit | Usage |
|---|---|---|---|
| KNX | Bus TP (paire torsadée) | 9600 bps | Domotique résidentielle/tertiaire |
| Modbus RTU | RS485 | 19.2 kbps | Automates, compteurs |
| Modbus TCP | Ethernet | 100 Mbps | Supervision, API |
| BACnet | Multi-support | Variable | GTB tertiaire (norme ISO) |
| LON | Bus propriétaire | 78 kbps | Industrie, éclairage |
| DALI | Bus 2 fils | 1200 bps | Éclairage uniquement |
2.2 Architecture KNX
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│ BUS KNX (TP1) │
│ ───────────────────────────────────────────────────────────────── │
│ │ │ │ │ │ │ │
│ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ ┌──┴──┐ │
│ │Alim │ │Capt │ │Capt │ │Action│ │Action│ │Passerelle│ │
│ │30V │ │Temp │ │Présence│ │Volet │ │Eclairage│ │IP/KNX │ │
│ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └────────┘ │
│ │ │
└──────────────────────────────────────────────────────│──────────────┘
│
┌────────┴────────┐
│ Supervision │
│ (PC/Serveur) │
└─────────────────┘Adressage KNX : Chaque appareil a une adresse physique (Zone.Ligne.Appareil) et des adresses de groupe (fonctionnelles) pour la communication. Ex: 1.2.15 = zone 1, ligne 2, appareil 15.
3. Stratégies d'Optimisation
3.1 Gestion par zones et horaires
// Programmation horaire type (bureau)
06:00-08:00 : Préchauffage (consigne 19°C)
08:00-18:00 : Occupation (consigne 21°C)
18:00-22:00 : Réduit (consigne 17°C)
22:00-06:00 : Hors gel (consigne 7°C)
// Économie par réduit de nuit
ΔT = 4°C pendant 8h
Économie ≈ 7% par degré de réduit
→ 4 × 7% = 28% d'économie sur la période
3.2 Détection de présence et luminosité
Éclairage intelligent
- Détection de présence (PIR)
- Gradation selon luminosité naturelle
- Scénarios (réunion, projection...)
- Économie : 30-50% éclairage
CVC intelligent
- Arrêt CVC si fenêtre ouverte
- Réduit automatique si absence
- Free-cooling nocturne
- Économie : 15-30% chauffage/clim
3.3 Optimum de démarrage
Principe : Calculer l'heure de démarrage du chauffage pour atteindre la consigne exactement à l'heure d'occupation.
Variables :
- Température intérieure actuelle
- Température extérieure
- Inertie thermique du bâtiment
- Puissance de chauffe disponible
Économie : Évite le chauffage inutile avant occupation (5-10%)
4. Supervision et Monitoring
4.1 Indicateurs de performance (KPI)
// KPI énergétiques
Consommation spécifique : kWh/m²/an
Consommation par usage : kWh/m²/an (chauff, clim, éclairage)
Intensité énergétique : kWh/occupant ou kWh/€CA
// Benchmarks tertiaire (RT2012)
Bureau : 50-80 kWh/m²/an (Cep)
Commerce : 80-150 kWh/m²/an
Hôpital : 150-250 kWh/m²/an
// Taux de confort
% du temps dans la plage de confort (19-24°C)
Objectif : > 95%
4.2 Interface de supervision (IHM)
| Fonction | Description | Exemple |
|---|---|---|
| Synoptique | Vue graphique du bâtiment | Plan avec états des équipements |
| Alarmes | Gestion des défauts et alertes | Défaut PAC, température haute |
| Historiques | Enregistrement des données | Courbes T°, consommations |
| Rapports | Analyse périodique | Bilan mensuel énergétique |
| Tableaux de bord | KPI temps réel | kWh/m², taux de confort |
M&V (Mesure & Vérification) : Le protocole IPMVP permet de quantifier les économies réelles d'un projet d'efficacité énergétique en comparant la consommation avant/après, corrigée des variations climatiques (DJU - Degrés Jours Unifiés).
Résumé
- 1GTB : Gestion centralisée CVC/éclairage/sécurité. 15-30% d'économies.
- 2Régulation PID : u = Kp×ε + Ki×∫ε + Kd×dε/dt. Précision et stabilité.
- 3Protocoles : KNX (domotique), Modbus (industrie), BACnet (GTB tertiaire).
- 4Optimisation : Programmation horaire, présence, optimum démarrage.
Mini-Quiz
1. Un régulateur TOR chauffe au-dessus de 19°C et coupe en dessous de 21°C. Quel est l'hystérésis ?
→ Hystérésis = 21 - 19 = 2°C
2. Un bâtiment de 5000 m² consomme 400 MWh/an. Quelle est sa consommation spécifique ?
→ Csp = 400000/5000 = 80 kWh/m²/an
3. Quel protocole est spécifique à la gestion de l'éclairage ?
→ DALI (Digital Addressable Lighting Interface)
