des outils pour le commissionnement des installations de genie ...

DES OUTILS POUR LE COMMISSIONNEMENT DES
INSTALLATIONS DE GENIE CLIMATIQUE.
L’APPROCHE DE L’ANNEXE 40
RESUME
J.C. Visier
Centre Scientifique et technique du Bâtiment, CSTB, France, visier@cstb.fr
Le programme maîtrise de l’énergie dans les bâtiments et les collectivités de l’Agence Internationale de l’Energie a mis en
place un groupe de recherche intitulé Annexe 40 sur « Le commissionnement des installations de génie climatique comme
moyen d’améliorer leurs performances énergétiques ». L’objectif de ce groupe est de développer, de valider et de documenter
des outils pour le commissionnement des bâtiments. Ce document décrit le programme de travail du groupe et les premiers
résultats. Les travaux comportent 5 taches : 1) le processus de commissionnement 2) les outils manuels 3) les outils utilisant
la gtb 4) l’utilisation de modèles pour le commissionnement 5) projets de commissionnement. Les travaux sur le processus
commencent par une définition des différentes taches que comporte le commissionnement. Ensuite on décrit les paramètres
qui peuvent conduire à recommander un commissionnement plus ou moins complet. Enfin la répartition des taches entre un
nouvel acteur que l’on peut nommer le « commissionaire » et les acteurs traditionnels d’un projet de construction sont
discutés. Les autres travaux tu groupe de travail sont décrits de façon synthétique.
MOTS CLES
Bâtiment, énergie, commissionnement, chauffage, ventilation, climatisation.
INTRODUCTION
Le programme maîtrise de l’énergie dans les bâtiments et les collectivités de l’Agence
Internationale de l’Energie a mis en place un groupe de recherche intitulé Annexe 40 sur « Le
commissionnement des installations de génie climatique comme moyen d’améliorer leurs
performances énergétiques ». L’objectif de ce groupe est de développer, de valider et de
documenter des outils pour le commissionnement des bâtiments. Plus de 20 organisations
représentant une dizaine de pays sont impliquées dans ce groupe de recherche. On présente ici
le programme de travail et les premiers résultats obtenus.
QU’EST CE QUE LE COMMISSIONNEMENT.
La définition choisie par l’annexe 40 est la suivante : Le commissionnement est un
processus visant à s’assurer que les systèmes sont conçus, installés, testés fonctionnellement
et peuvent être exploités et maintenus dans des conditions optimales. Le commissionnement
commence avec le programme et se continue au cours des phases de conception, de
construction, de réception, de formation et d’exploitation. Le commissionnement peut être
appliqué tout au long de la vie du bâtiment.
Cette définition est une synthèse des définitions proposées par les associations américaines
et japonaises d’ingénieurs en génie climatique. Elle considère le commissionnement comme
un processus et non comme une action. Il faut noter qu’ainsi défini le commissionnement est
beaucoup plus large que ce qu’il couvre pour les britannique pour lesquels il s’agit
simplement des actions permettant de faire passer les installations d’une situation
d’achèvement statique à une situation de fonctionnement.

LES RAISONS DU DEVELOPPEMENT FUTUR DU COMMISSIONNEMENT
Le commissionnement se développera probablement dans les années à venir pour les
raisons suivantes 1) Des raisons environnementales et énergétiques. Le réchauffement
climatique conduit à vouloir réduire fortement les consommations d’énergie et de nombreux
pays souhaitent développer les bâtiments à haute qualité environnementale 2) Des raisons
commerciales : de nombreuses entreprises développent de nouveaux services pour diversifier
leurs activités, le commissionnement peut être un de ces nouveaux services 3) des raisons
techniques. L’installation de système de GTB est aujourd’hui quasi automatique dans les
grands bâtiments neufs et dans nombre de bâtiments anciens. Ces systèmes permettent de
récupérer facilement des données sur le fonctionnement des bâtiments offrent de nouvelles
possibilités pour automatiser le commissionnement
Le manque de prise de conscience de l’intérêt du commissionnement et la crainte d’un coût
important de mise en place sont les principaux obstacles qui empêchent qu’il devienne un
processus répandu dans tous les bâtiments. Les efforts pour développer le commissionnement
doivent conduire à convaincre des avantages de celui-ci et à développer des outils permettant
de réduire son coût de mise en œuvre.
LES OBJECTIFS ET L’ORGANISATION DE L’ANNEXE 40
Les objectifs de l’annexe sont de développer, de valider et de documenter des outils pour
le commissionnement. Les outils comprennent des procédures, des guides papier et de
recommandations pour améliore le processus de commissionnement ainsi que des logiciels
qui pourront être utilisés seuls ou être implantés dans des systèmes de GTB. Les travaux sont
focalisés sur les installations de génie climatique et leur système de commande.
L’annexe comprend le test des outils développés sur des bâtiments. Ces projets permettront
également de démontrer l’intérêt des actions de commissionnement.
L’annexe est organisée suivant la structure définie sur la figure 1.
Court terme
Long terme
Outils utilisant la GTB
Outils de commissionnement manuels
Outils à base de modèles
Processus de commissionnement
Projets de commissionnement
Figure 1: Structure des travaux de l’annexe 40
Les travaux à menés au cours du processus de commissionnement sont décrits dans cet
article qui comprend également une description succincte des autres taches.
LE PROCESSUS DE COMMISSIONNEMENT
La première étape pour décrire le processus de commissionnement consiste à définir
l’ensemble des taches à réaliser pour commissionner un bâtiment. Ceci est important pour
clarifier ce que recouvre effectivement le mot commissionnement. La liste des taches définies

par l’annexe aidera à concevoir les outils nécessaires à la réalisation de chaque tache et à
clarifier leur contexte d’utilisation. La seconde étape consiste à définir l’intensité des actions
de commissionnement à mener pour un bâtiment donné. L’annexe travaille sur un guide à
l’usage des acteurs sur ce point. La troisième étape consiste à définir qui effectuera les taches
de commissionnement. L’annexe s’attache sur ce point à définir les différentes possibilités
avec leurs avantages et inconvénients.
Le résultat des travaux menés sur le processus sera une série de plans d’actions type pour le
commissionnement d’un bâtiment. Ces plans d’actions seront constitués d’une liste de tache
qui pourra être adaptée par l’utilisateur. Des plans d’action seront définis pour différents types
de bâtiments. Les outils développés ensuite dans l’annexe devront permettre d’aider à réaliser
une ou plusieurs de ces taches.
Les taches du commissionnement
La liste des actions à mener pour effectuer le commissionnement d’un bâtiment peut être
longue et il est important de bien la structurer. L’approche choisie pour ce faire consiste à
utiliser une approche matricielle utilisée classiquement en Hollande pour le contrôle qualité
sur des projets[2]. L’approche utilise un matrice à 5 colonnes correspondant aux phases d’un
projet : programme, conception, élaboration, installation, exploitation. Les 9 lignes de la
matrice correspondant à des aspects différents pour chaque tache : définition, action,
organisation, outils, achats, documentation, divers… Toutes les actions à mener sont
localisées dans une des cellules de la matrice. A chaque cellule de la matrice peut ensuite
correspondre un ou des documents détaillés. Une liste synthétique de 20 taches est décrite ci
dessous, des listes plus détaillées sont définies dans l’annexe :
Programme : 1) assistance au maître d’ouvrage pour définir le niveau de qualité souhaité 2)
vérification que le programme est développé à un niveau de détail cohérent avec le niveau de
qualité visé
Conception : 1) vérification de la cohérence entre les hypothèses de conception, les plans et
les spécifications définies par le concepteur et les éléments du programme 2) vérification de
la complétude des documents de conception 3) définition du plan détaillé de
commissionnement et de l’organisation retenue pour celui-ci 4) assistance à la maîtrise
d’ouvrage pour la mise à jour du programme
Elaboration : 1) définition des tests de fonctionnement et des fiches de vérification 2)
définition des tests de performances 3) mise à jour du plan détaillé de commissionnement 4)
vérification que les exigences en matière de commissionnement, documentation et formation
sont bien incluses dans les contrats passés aux entreprises
Installation: 1) vérification des travaux des entreprises 2) observation du démarrage des
installation 3) vérification des résultats des tests d’équilibrage, des tests de fonctionnement et
des fiches de vérification 4) réalisation des tests de performance 5) réalisation du manuel
d’utilisation du système 6) vérification des manuels classique d’exploitation et de
maintenance 7) vérification de la formation des utilisateurs
Exploitation : 1) assistance à la résolution des problèmes restant 2) réalisation des tests de
perfromance saisonniers 3) vérification de la performance annuelle du système.

Plans d’actions pour le commissionnement
Les actions à réaliser pour commissionner un bâtiment dépendent des paramètres suivants:
La stratégie du maître d’ouvrage et de l’exploitant : quand le futur utilisateur du bâtiment
est impliqué dans le projet depuis l’origine l’approche retenue pour garantir que la future
exploitation du bâtiment donnera satisfaction est généralement beaucoup plus fouillée. On
peut donc aller vers un plan d’action pour le commissionnement beaucoup plus détaillé.
La criticité du bon fonctionnement du bâtiment : les laboratoires, les centres informatiques,
certains locaux de process, les sièges sociaux sont des exemples de bâtiments dans lesquels un
dysfonctionnement peut avoir un impact important économique ou en matière d’image. Dans
de tels bâtiments les efforts pour el commissionnement peuvent être plus intenses que dans
des bâtiments plus standard.
La complexité du bâtiment et de ses installations de génie climatique. Le risque de mauvais
fonctionnement et leur impact s’accroissent quand on passe de petits bâtiments chauffés à des
bâtiments climatisés de grande taille.
Produits / systèmes : Une installation de génie climatique peut être constituée de produits
fonctionnant de façon quasiment autonome ou de systèmes dans lesquels existent de fortes
interaction. Les roof tops d’un hyper marché sont l’exemple de produits pour lesquels les
actions de commissionnement peuvent être fortement réduites par rapport à celles que l’on
devra mener par exemple sur le système qu’est une installation de climatisation centralisée à
air à débit d’air variable. Les interactions fortes pour ce dernier entre les composants du
système et la présence de réseaux conduisent en effet à une complexité plus grande qui
nécessitera donc une plus grande attention.
L’annexe développe un guide permettant au maître d’ouvrage d’évaluer rapidement le
niveau de commissionnement adapté à un projet donné. Cette évaluation servira de base pour
la définition d’un plan d’action pour le commissionnement adapté au bâtiment et permettant
d’obtenir un bon rapport problème évité/ coûts. 5 exemples de plan d’action pour le
commissionnement sont en cours de définition, ils correspondent respectivement à 1)
bâtiment complexe et critique 2) grand bâtiment commercial avec système de climatisation
centralisés 3) bâtiment de taille moyenne avec système de chauffage et de ventilation
centralisé 4) bâtiment de taille moyenne avec unités de climatisation autonomes 5) petits
bâtiments avec système de chauffage et de ventilation simple.
L’organisation du commissionnement
Une analyse des différents modes d’organisation du commissionnement a été réalisée. Trois
grands types d’organisation peuvent être différenciés.
Dans la première approche les taches de commissionnement sont effectuées par un acteur
qui ne dépend que du maître d’ouvrage et qui est totalement indépendant des autres acteurs du
projet. Cette approche garantit qu’un œil neuf vérifie l’ensemble des aspects importants qui
peuvent notamment avoir un impact sur l’exploitation et la maintenance ultérieure du
bâtiment. Elle donne une sécurité maximale au maître d’ouvrage. Les inconvénients
principaux sont les coûts supplémentaires liés à la rémunération de ce nouvel acteur et le
risque de désinvestissement des autres acteurs dans les problèmes de qualité. Les défenseurs
de cette approche que l’on trouve notamment au Etats-Unis pensent que les coûts
complémentaires sont largement compensés par des coûts de construction et d’exploitation

éduits et que le rapport coût bénéfice d’une telle organisation du commissionnement est
excellent.
Dans la seconde approche plus européenne les taches de commissionnement sont effectuées
par les acteurs habituels, architecte, bureau d’étude, installateur… Ceci conduit à un
commissionnement beaucoup plus intégré dabs la pratique quotidienne de ces acteurs. Le défi
ici est de bien différencier les taches de commissionnement des taches habituelles de
conception, d’installation d’équilibrage et de test. Le défi est également de convaincre le
maître d’ouvrage que ces taches nouvelles seront effectivement réalisées. L’obtention de cette
confiance du maître d’ouvrage peut être obtenue via la certification des acteurs. Différentes
procédures de certification peuvent être utilisées. Pour de projets simples comme des maisons
individuelles il peut s’agir d’une certification de la maison elle-même. Pour des projets plus
importants il faut plutôt envisager dune certification de processus qu’une certification du
produit qu’est le bâtiment.
La troisième approche est une approche intermédiaire qui consiste à avoir la plupart des
actions réalisées par les acteurs habituels et de confier à un commissionnaire la tache de
vérifier qu’elles sont effectivement réalisées.
Sur le long terme les deux premières approches peuvent conduire à des visions très
différents de ce que deviendra le commissionnement. Dans la première approche le
commissionnement deviendra une tache en elle-même avec ses spécialistes. Le succès des
personnes travaillant sur le commissionnement serait alors que ce métier soit effectivement
reconnu par le marché. Dans la seconde approche le commissionnement n’est qu’un moyen
d’améliorer la qualité. Le commissionnement pourrait alors disparaître à terme si les taches
qu’il comprend sont intégrées comme étant des taches normales à réaliser par les acteurs
habituels d’un projet. Le succès des personnes travaillant sur le commissionnement serait
alors de façon paradoxale que celui-ci disparaisse en tant que tel pour être intégré dans les
procédures qualité.
Le rôle de l’annexe n’est pas de prendre parti sur l’intérêt de ces différentes approches mais
plutôt de mettre en évidence leurs avantages et inconvénients.
PROCEDURES MANUELLES DE COMMISSIONNEMENT
De nombreux acteurs à travers le monde ont développé des procédure de vérification du
fonctionnement et des performances. Le principal défi aujourd’hui consiste à faire le meilleur
usage des procédures existantes et à n’en développer de nouvelles qu’en cas de nécessité. La
stratégie de l’annexe consiste à définir les spécifications des outils nécessaires pour appliquer
les plans d’actions pour le commissionnement, à transférer chaque fois que possible les
procédures existantes d’un pays à l’autre et à développer si nécessaire des procédures
nouvelles. Les principales sources de procédures existantes ont été localisées. Pour les
procédures Américaines on peut noter l’existence d’une base de donnée recensant un grand
nombre de procédures d’origines diverses [3].
L’annexe s’est définie pour le début de ses travaux deux priorités 1) les procédures
manuelles pour les centrales de traitement d’air 2) les procédures nécessaires à l’application
du plan d’action pour le commissionnement des bâtiments de taille moyenne munis de
systèmes de chauffage et ventilation centralisés.

LES OUTILS DE COMMISSIONNEMENT UTILISANT LA GTB
L’utilisation de système de GTB est une approche qui parait prometteuse. Trois problèmes
doivent être résolus pour passer de l’idée à la réalisation. Le premier est le commissionnement
de la GTB elle-même. En effet il n’est pas envisageable d’utiliser la GTB pour tester une
installation de génie climatique si la GTB fonctionne trop imparfaitement. Le second consiste
à définir des procédures de test qui puissent être automatisées. Le troisième est d’implanter
ces procédures dans les systèmes de GTB.
Concernant le commissionnement du système de GTB lui même des enquêtes ont été
menées dans le cadre de l’annexe et ont permis de recenser les principaux problèmes de non
qualité des systèmes de GTB [4] [5]. A partir de ces enquêtes une liste d’action permettant
d’améliorer le fonctionnement des systèmes de GTB et pouvant relever du groupe de
recherche qu’est l’annexe 40 a été définie. Elle comprend les taches suivantes structurées en
suivant les phases d’un projet 1) le test par simulation des stratégies de contrôle sur banc
d’essai avant installation 2) la génération automatique de rapport de vérification de la
présence de tous les composants du système 3) la vérification automatique de la gamme de
meure et l’auto calibration des entrées sorties 4) pour le test automatique des régulateurs a)la
détection automatique des points de communication b) le réglage et la vérification
automatique des boucles de régulation 5) au niveau supervision a) l’auto réglage des boucles
de supervision b) les tests d’avalanche sur la communication c) la vérification des boucles de
supervision par des tests automatique en boucle fermée d) le réglage automatique des seuils
d’alarme.
Des procédures manuelle existent ou sont en cours de développement pour le test de
performance des centrales de traitement d’air. Le développement de procédures automatiques
débute dans l’annexe avec l’automatisation de ces procédures existantes.
L’implantation de procédures automatique de commissionnement dans les logiciels et les
matériels des systèmes de GTB pose des problèmes spécifiques. Deux types de procédures
sont possibles. Les procédures de surveillance passive utilisent le système de GTB pour
acquérir et stocker des données sur le comportement du bâtiment et de son système de génie
climatique. Des algorithmes sont ensuite appliqués sur les données pour déterminer si le
comportement et ou n’est pas correct. Les procédures de test actif ne se contentent pas
d’enregistrer le comportement mais appliquent des procédures de test sur le système. Ces
procédures peuvent comprendre notamment le démarrage et l’arrêt automatique de
composants, l’ouverture et la fermeture de registres… Ces procédures permettent de tester le
comportement de façon beaucoup plus profonde mais impliquent une communication à
double sens entre le système de gtb et les installations. Elles sont plus difficiles à mettre en
œuvre. L’annexe étudie les solutions permettant aussi bien la surveillance passive que le test
actif. Les architectures matérielles utilisables et l’exploitation de protocoles ouverts tels que
Bacnet sont analysées.
UTILISATION DE MODELES POUR LE COMMISSIONNEMENT
L’objectif de cette tache est d’évaluer la possibilité d’utiliser des programmes de simulation
à base de modèles pour vérifier les performances de composants de sous systèmes ou de
bâtiments. Le travail sur les sous systèmes se concentre sur les méthodes pour l’évaluation
des performances des centrales de traitement d’air.
En ce qui concerne l’utilisation de modèles pour le commissionnement au niveau du

âtiment trois approches semblent intéressantes. La première 1)consiste à utiliser des modèles
de simulation développés lors de la phase de conception pour prédire les besoins de chauffage
et de refroidissement 2)à comparer ces prédictions aux valeurs mesurées et 3)à utiliser les
écarts comme des indices pour détecter les sources des écarts. Cette approche est adaptée au
commissionnement initial des bâtiments neufs. La seconde approche est plus adaptée au
commissionnement en continu de bâtiments existants. Elle consiste à utiliser des modèles
dont les caractéristiques ont été calibrées lors de la première phase d’utilisation du bâtiment.
Les consommations simulées sont comparées aux consommations réelles et les écarts
permettent de détecter des changements dans le fonctionnement du bâtiment. La troisième
approche consiste à utiliser des logiciels de simulation comme des bancs d’essai permettant
d’évaluer l’impact de différents changement possibles des stratégies de commande des
installations.
LES PROJETS DE COMMISSIONNEMENT
Ces projets seront utilises pour tester les outils développés au cours de l’annexe et pour
démontrer l’intérêt du commissionnement. 17 projets sont d’ores et déjà sélectionnés en
Europe en Amérique du Nord et au Japon.
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES
Le commissionnement est une approche prometteuse pour améliorer les performances des
installations de génie climatique. La mise en œuvre du commissionnement nécessite
simultanément 1) une définition claire des tâches à réaliser 2) une répartition claire des
responsabilités entre les acteurs impliqués 3) une bonne boite à outil pour permettre de
réaliser les différentes taches. Après avoir clarifié les taches à réaliser pour différents types
de projets l’annexe 40 va travailler au développement de cette boite à outils.
REFRENCES
[1] Annex 40 work program, http://ddd.cstb.fr/annex40
[2] P. Op’t Veld, P. Ramsak, Model Quality Control and commissioning for HVAC
systems, Annex40-A-1-NL-CH, September 2001
[3] Kenneth Gillespie, A Commissioning Test Protocol Library, Pacific Gas and electricity,
http://www.cacx.org/projects/infra_2.html
[4] P. Gruber, R. Meisinger, Commissioning challenges for a control manufacturer’s point
of view, in IEA Annex 40, meeting in Quebec, 26-28 September 2001, CSTB report
DDD/AGE-2001.156U.
[5] H. Vaezi Nejad et al Enquiry on BEMS Commissioning Practices and user needs in
France, in IEA Annex 40, Meeting in Scheveningen, 5-6 April 2001, CSTB Report
DDD/AGE 2001-155U.