Climatisation : l’utilisation de l’IA dans les systèmes de CVC favorise le développement durable
● L'augmentation des températures dans le monde s'accompagne d'un besoin de solutions de refroidissement efficaces et durables.
● Les systèmes CVC inefficaces contribuent à une consommation d'énergie démesurée, généralement à partir de sources de combustibles fossiles, augmentant encore les émissions de gaz à effet de serre.
● L'IA et l'apprentissage automatique peuvent optimiser les systèmes CVC, avec une meilleure maintenance prédictive, des stratégies de contrôle, des diagnostics et un équilibrage des charges,les rendant ainsi plus durables.
En juillet 2023, la Terre a battu ou égalé son record de chaleur pendant quatre jours consécutifs. À mesure que les chaleurs extrêmes deviennent plus fréquentes dans le monde, les menaces pour la santé humaine et l'agriculture augmentent, de même que le risque d'incendies de forêt et de sécheresses dévastateurs. Il en résulte une hausse de la consommation d'énergie, face à la demande de refroidissement efficace devenant une nécessité, ce qui entraîne à son tour une augmentation des émissions de gaz à effet de serre (GES) et des impacts sur l'environnement.
De nombreux pays s'efforcent d'atténuer les émissions de gaz à effet de serre et les effets du changement climatique. Plus de 85 000 personnes ont participé à la COP28, la conférence annuelle des Nations unies sur le changement climatique, à la fin de l'année 2023. L'événement a donné lieu au lancement du « Global Cooling Pledge » : 66 pays se sont engagés à ouvrir la voie à une réduction des émissions de refroidissement dans le monde entier. En 2050, les émissions de climatisation pourraient être réduites de 3,8 tonnes d'équivalent de CO2 si les recommandations formulées dans l'engagement étaient pleinement mises en œuvre.
Cet engagement appelle à des solutions innovantes et met en évidence les domaines qui nécessitent des améliorations, comme les systèmes de refroidissement inefficaces. Les responsables des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation du monde entier sont contraints de réduire l'empreinte carbone de leur entreprise et d'accroître l'efficacité et la durabilité de leurs systèmes. Une application pratique de la nouvelle technologie préférée du monde, l'IA,pourrait bien être la réponse.
Une planète qui se réchauffe, un problème de refroidissement
Les systèmes CVC actuels contribuent au problème. « Les systèmes CVC inefficaces consomment une quantité excessive d'énergie, souvent dérivée de combustibles fossiles, pour chauffer, refroidir et ventiler les biens, contribuant à 4 % des émissions de gaz à effet de serre dans le monde », explique Mateusz Lukasiewicz, responsable des projets numériques chez KEO International Consultants, une entreprise spécialisée dans la planification, l'architecture, l'ingénierie, le développement durable, la gestion de projet et de construction, et les services de conseil numérique. « L'utilisation accrue des ressources entraîne une augmentation des émissions de dioxyde de carbone, de méthane, de chlorofluorocarbones et d'autres gaz à effet de serre, ce qui intensifie le changement climatique et la dégradation de l'environnement ».
Kent Peterson, directeur de l'exploitation et vice-président de P2S, une société d'ingénierie-conseil, de mise en service et de gestion de la construction, reconnaît que les systèmes CVC commerciaux inefficaces constituent un problème. « Ils peuvent augmenter de manière significative les coûts des services publics en raison de leur consommation d'énergie plus élevée. Ces systèmes peuvent ne pas contrôler de manière optimale la température et le flux d'air, ce qui entraîne une consommation d'énergie excessive. »
L'IA dans le domaine du CVC façonne déjà l'avenir de l'efficacité des bâtiments, et les gestionnaires de bâtiments jouent un rôle central dans l'exploration de ces nouvelles technologies. « Notre équipe est consciente de l'impact considérable des systèmes CVC sur les émissions et les coûts énergétiques des bâtiments, renforcé par les demandes croissantes d'efficacité énergétique et d'opérations durables dans les bâtiments commerciaux », déclare James Wilton, directeur d'Absolute Climate Solutions, une société de services CVC basée au Royaume-Uni. « Les gestionnaires de bâtiments jouent un rôle crucial à ce sujet, car ils sont souvent en première ligne pour appliquer les nouvelles technologies afin d'améliorer les performances des systèmes. »
Alors que les gestionnaires de bâtiments mettent en œuvre de nouvelles technologies pour améliorer les performances des systèmes CVC, l'intégration de l'IA et de l'apprentissage automatique représente une voie prometteuse pour optimiser l'exploitation des bâtiments et répondre aux préoccupations de durabilité.
« Avec l'IA et l'apprentissage automatique, les gestionnaires d'installations peuvent disposer d'un copilote capable d'évaluer automatiquement de vastes ensembles de données sur les systèmes CVC, d'identifier les possibilités d'optimisation et d'ajuster automatiquement les paramètres de fonctionnement - points de consigne, réglages du système - afin d'améliorer les performances globales du bâtiment, le tout sans incidence sur le confort des occupants », déclare Eugene Mazo, chef du personnel d'Intelligent Spaces Group, un secteur d'activité d'Acuity Brands fournissant des solutions qui rendent les bâtiments plus intelligents, plus sûrs et plus écologiques. « Nous voyons déjà l'IA et l'apprentissage automatique inaugurer la prochaine génération de détection de pannes et de diagnostics qui aident les équipes des installations à identifier les problèmes plus rapidement, ce qui leur permet d'atténuer les opérations coûteuses et inefficaces dans l'ensemble de leur portefeuille de bâtiments. »
5 façons d'utiliser l'IA et l'apprentissage automatique
Les technologies d'IA offrent la flexibilité, la sensibilité et l'intelligence nécessaires pour gérer les performances des systèmes CVC et des bâtiments à mesure que les conditions changent. Selon Lukasiewicz, un jumeau numérique est un exemple de la façon dont l'IA peut être utilisée pour les systèmes CVC. « La technologie du jumeau numérique fournit des répliques virtuelles de systèmes CVC physiques, alimentées par l'IA, permettant aux ingénieurs et aux propriétaires d'actifs de simuler divers scénarios d'exploitation et d'évaluer l'impact d’éventuels changements ou actualisations. »
L'IA et l'apprentissage automatique proposent différents moyens d'optimiser les systèmes CVC, notamment :
1. Maintenance prédictive : en analysant les données des capteurs et des systèmes CVC, l'IA peut prédire les défaillances ou les inefficacités potentielles avant qu'elles ne se produisent. «L'IA et la technologie des jumeaux numériques révolutionnent l'efficacité des systèmes CVC en surveillant de manière proactive les systèmes grâce à des capteurs IoT pour détecter les anomalies, prédire les besoins de maintenance et optimiser les performances », explique Lukasiewicz. Cette maintenance proactive permet de réduire les temps d'arrêt et d'éviter des réparations coûteuses.
2. Des stratégies de contrôle optimisées : les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent analyser en continu l'occupation des bâtiments, les prévisions météorologiques et d'autres facteurs pour ajuster les paramètres de CVC en temps réel. « L'IA peut aider à prédire et à contrôler les opérations de CVC en fonction des données en temps réel, des conditions environnementales et des modèles d'utilisation, ce qui conduit à une utilisation plus efficace de l'énergie », explique Peterson. « Les jumeaux numériques créent des modèles virtuels des systèmes CVC physiques, ce qui permet d'effectuer des simulations et des analyses pour améliorer l'efficacité énergétique et les performances du système sans modifications physiques directes. »Cet ajustement dynamique assure un confort optimal tout en minimisant la consommation d'énergie.
3. Détection des pannes et diagnostics : les algorithmes d'IA peuvent détecter des anomalies dans les performances des systèmes CVC en comparant les données en temps réel aux modèles attendus. Cette détection précoce permet d'identifier les défauts, les fuites ou les dysfonctionnements, ce qui permet d'effectuer des réparations en temps voulu et d'améliorer l'efficacité du système.
4. Optimisation de la consommation d'énergie : les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent optimiser le fonctionnement du système CVC afin de minimiser la consommation d'énergie tout en maintenant les niveaux de confort. Cette optimisation peut impliquer la programmation de l'utilisation de l'équipement, l'ajustement des points de consigne en fonction des modèles d'occupation, ou l'intégration de sources d'énergie renouvelables.
5. Équilibrage dynamique de la charge : l'IA peut optimiser le fonctionnement des systèmes CVC en redistribuant dynamiquement les charges de chauffage ou de refroidissement entre les différentes zones d'un bâtiment. Cet équilibrage des charges garantit une utilisation efficace des ressources et évite de surcharger certains composants du système de refroidissement.
L'IA est la clé d'un avenir plus durable du CVC
En réalisant le plein potentiel de l'optimisation du chauffage, de la ventilation et de la climatisation, les gestionnaires de bâtiments, armés des connaissances issues de l'analyse des données des bâtiments, sont en mesure de mener la charge vers des opérations de bâtiments durables et efficaces sur le plan énergétique. Des outils comme Autodesk Forma, qui permet une analyse rapide de l'énergie opérationnelle et du microclimat, peuvent aider les concepteurs et les ingénieurs à prendre des décisions éclairées dès le début du processus de conception, favorisant ainsi une architecture économe en énergie et un confort optimal.
« L'IA pourrait faire partie intégrante de la conception de bâtiments économes en énergie en simulant divers scénarios et en gérant les systèmes en temps réel pour obtenir des performances optimales », explique M. Peterson. « Les jumeaux numériques pourraient largement être utilisés dans la gestion du cycle de vie, de la construction à l'exploitation du bâtiment, facilitant les améliorations continues de l'efficacité énergétique et réduisant l'impact sur l'environnement. »
Lukasiewicz partage cet avis. « L'IA et la technologie des jumeaux numériques joueront un rôle clé dans l'avenir de la construction durable, en facilitant l'optimisation de la conception, la gestion des ressources, l'amélioration de la santé et de la sécurité durant la construction, et en permettant une réactivité automatisée aux conditions changeantes pendant l'exploitation. Cela permettra de réduire la consommation d'énergie, les déchets de matériaux et les émissions de gaz à effet de serre, tout en prolongeant la durée de vie des actifs et en réduisant le coût total de possession ».
La collaboration avec les décideurs politiques et les innovateurs technologiques sera primordiale pour façonner un avenir où l'IA et l'apprentissage automatique s'intègrent de manière transparente aux systèmes CVC et pour assurer une adoption généralisée de ces technologies afin de créer un monde plus frais et plus vert.
Lisez le rapport 2024 State of Design & Make pour en savoir plus sur l'utilisation de l'IA pour aider à construire un monde plus durable.