Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Yearly Archives: 2019

Author Image Posted By : Gregory Leonard 9 Déc, 2019

Les dossiers thématiques : SmartBuilding

Les dossiers thématiques : SmartBuilding

Introduction

Le bâtiment demeure l’un des plus importants postes de consommation d’énergie en Belgique et plus généralement en Europe. Aujourd’hui plus de 80% des coûts d’exploitation du bâtiment sont liés aux personnes qui les occupent et environ 30% des coûts opérationnels d’un bâtiment sont consacrés à l’énergie. La maîtrise de l’efficacité énergétique des bâtiments permettant de réduire substantiellement la consommation énergétique et les émissions de CO2 est donc un facteur indispensable au développement du bâtiment et plus généralement de la ville de demain.

Dans ce contexte, les bâtiments tertiaires possèdent indéniablement le plus grand potentiel d’économie d’énergie de tous les secteurs d’activités. Les nouvelles technologies de l’Information et de la Communication (NTIC) offrent notamment de nouvelles perspectives par une amélioration du contrôle et de la gestion de l’énergie. La possibilité d’accéder directement à des données interconnectées au sein d’un même bâtiment permet d’intervenir rapidement sur les installations et équipements afin de corriger un dysfonctionnement ou une surconsommation détectée. Dans un futur très proche, le développement d’une maintenance prédictive permettra par ailleurs, grâce à l’analyse des données, de prévoir ces dysfonctionnements et d’agir en amont, avant que l’équipement ne tombe en panne, réduisant ainsi les coûts de maintenance et la consommation énergétique globale des bâtiments. Ces principes ont pour ambition de transformer le bâtiment, tant dans sa conception que dans la façon d’y vivre ou d’en gérer la consommation. Cet écosystème ouvert s’articule aujourd’hui autour du concept de « SmartBuilding ».

Contenu

Théories

Techniques

Stockage d’énergie

Flexibilité électique

Réglementations

Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Passerelles réseau

Passerelles réseau

La passerelle est un élément du réseau de communication qui permet de lier des branches utilisant des protocoles différents. Ces éléments sont extrêmement importants dans la réalisation d’un Smartbuilding car ils permettent à différents écosystèmes de fonctionner ensemble en assurant la traduction d’un protocole vers l’autre.

En plus d’assurer la continuité du réseau, la passerelle analyse l’ensemble des données qui transitent. Tout d’abord pour pouvoir les traduire mais également pour les filtrer. Si une requête ne rentre pas dans le cadre fixé par l’intégrateur, cet évènement sera filtré et n’aura pas lieu mais sera tout de même consigné dans un historique. Les passerelles assurent donc un niveau supplémentaire de sécurité au réseau.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

SRI (Smart Readiness Indicator) ou Indicateur de Potentiel d’Intelligence

SRI (Smart Readiness Indicator) ou Indicateur de Potentiel d'Intelligence

SRI (Smart Readiness Indicator) ou Indicateur de Potentiel d’Intelligence.

Ce nouveau paramètre facultatif introduit par la directive européenne 2018/884 sur la performance énergétique des bâtiments vise à quantifier la capacité d’un bâtiment à intégrer et utiliser les nouvelles technologies et systèmes électroniques pour répondre aux besoins des occupants, optimiser les performances et interagir avec le réseau.

À l’instar des certificats PEB, le SRI (Smart Readiness Indicator) a également pour objectif de permettre aux occupants (locataires et propriétaires) de rendre palpable, tangible l’intelligence d’un bâtiment.

L’indicateur vise donc à conscientiser les acteurs de la construction, propriétaires et occupants des bénéfices des technologies dites intelligentes mais aussi à accélérer le déploiement de ces dernières, particulièrement dans la perspective de la performance énergétique en utilisant le SRI comme vecteur de plus-value.

La méthode d’évaluation du SRI est basée sur une inspection des services « smart ready » qui sont présents dans le bâtiment. Par exemple, pour l’éclairage, cela peut aller du simple interrupteur on/off jusqu’aux systèmes qui peuvent moduler l’intensité lumineuse artificiel en fonction de la disponibilité en éclairage naturel.

Pour commencer, le SRI concerne tous les domaines du bâtiment :

  • Le chauffage,
  • Le refroidissement,
  • L’ECS,
  • La ventilation,
  • L’éclairage,
  • Les parties mobiles de l’enveloppe,
  • L’intégration du renouvelable local,
  • La flexibilité et la gestion de la demande,
  • L’intégration du chargement de véhicules électriques dans le système du bâtiment
  • Le monitoring et le contrôle du bâtiment…

Chaque domaine comprend des sous-domaines appelés services, par exemple, pour les véhicules électriques :

  • Capacité de recharge
  • Information à l’occupant et connectivité
  • Capacité à équilibrer le réseau (peut se charger/décharger sur le bâtiment)
  • …

Pour chaque service, un degré d’intelligence ou de fonctionnalité devra être donné, par exemple, pour la capacité de recharge :

  • 0 : absente
  • 1 : faible capacité
  • 2 : capacité moyenne
  • 3 : grande capacité

Et pour chaque degré d’intelligence de chaque service, le(s) impact(s) positif(s) seront quantifiés et pondérés en fonction de plusieurs critères comme :

  • L’économie d’énergie,
  • La flexibilité énergétique vis-à-vis du réseau,
  • L’intégration d’énergie renouvelable,
  • Le confort,
  • La commodité, ergonomie,
  • Le bien-être et santé,
  • La maintenance et la prévention des pannes
  • L’information des occupants

Exemple :

Pour le domaine chauffage, 12 services sont proposés :

  1. Contrôle des émissions de chaleur
  2. Contrôle des émissions pour les TABS (mode de chauffe)
  3. Contrôle du réseau de distribution d’eau chaude
  4. Contrôle des pompes de distribution en réseau
  5. Contrôle intermittent des émissions et/ou de la distribution – Un contrôleur peut contrôler différentes pièces/zones
  6. Stockage d’énergie thermique pour le chauffage
  7. Contrôle de la préchauffe du bâtiment
  8. Contrôle du générateur de chaleur (combustion)
  9. Contrôle du générateur de chaleur (pompes à chaleur)
  10. Mise en séquence de différentes sources de chaleur
  11. Contrôle du système de chaleur en fonction de signaux extérieurs (prix des énergies, charge réseau…)
  12. Systèmes de récupération de chaleur

Pour le service 1 : contrôle des émissions de chaleur, plusieurs niveaux d’intelligences/fonctionnalités sont possibles :

  1. Pas de contrôle automatisé ;
  2. Thermostat central ;
  3. Contrôle pièce par pièce (vanne thermostatique ou contrôleur électronique) ;
  4. Contrôle pièce par pièce et communication entre les vannes/contrôleurs et le système centralisé de contrôle et d’automatisation « BACS » (building automation and control system) ;
  5. Contrôle pièce par pièce avec communication et détection de présence.

En fonction du niveau choisi, les points suivants seront par exemple considérés pour chaque impact dans le calcul :

Niveau d’intelligence/fonctionnalité Impacts
Économies d’énergie Flexibilité pour le réseau et le stockage Favorise les énergies renouvelables Confort Commodité Ergonomie/ Facilité Santé et bien-être Entretien et prédiction des pannes Affichage des informations pour l’occupant
0 Pas de contrôle automatisé 0 0 0 0 0 0 0 0
1 Thermostat central 1 0 0 1 1 0 0 0
2 Contrôle pièce par pièce (vanne thermostatique ou contrôleur électronique) 2 0 0 2 2 0 0 0
3 Contrôle pièce par pièce et communication entre les vannes/contrôleurs et le système centralisé de contrôle et d’automatisation « BACS » (building automation and control system) 2 0 0 2 3 0 1 0
4 Contrôle pièce par pièce avec communication et détection de présence 3 0 0 2 3 0 1 0

Pour chaque domaine (somme de ses services), le score obtenu sera comparé au score maximal pouvant être obtenu par le bâtiment et donnera une valeur en %. Par exemple, pour un bâtiment de logement sans ventilation, sans refroidissement, sans enveloppe mobile et sans renouvelable :

Domaines Scores
Économies d’énergie Flexibilité pour le réseau et le stockage Favorise les énergies renouvelables Confort Commodité Ergonomie/ Facilité Santé et bien-être Entretien et prédiction des pannes Affichage des informations pour l’occupant SRI
0 Général pondéré

 

 71% 0% 0% 77% 33% 17% 20% 19% 45%
1 Chauffage 75% 0% 0% 85% 64% 0% 25% 75%
2 ECS 100% 0% 0% 0% 0% 0% 50% 67%
3 Refroidissement Non-applicable
4 Ventilation Non-applicable
5 Éclairage 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
6 Enveloppe Non-applicable
7 Renouvelable Non-applicable
8 Gestion de la demande 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
9 Véhicules électriques 0% 0% 0% 0% 20% 0% 0% 0%
10 Monitoring et contrôle 60% 100% 0% 67% 38% 33% 17% 14%

 

32. DIRECTIVE EUROPÉENNE 2018/844 POUR LA PERFORMANCE ÉNERGÉTIQUE DES BÂTIMENTS
Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Performance énergétique des bâtiments : Directive Européenne 2018/844

Performance énergétique des bâtiments : Directive Européenne 2018/844

Introduction

Publiée le 19 juin 2018 : Directive (UE) 2018/844 du Parlement européen et du Conseil du 30 mai 2018 modifiant la directive

La version PDF complète de la directive 2018/844 est disponible sur le site eur-lex.europa !

Cette nouvelle directive intervient dans le cadre des engagements européens relatifs à « l’instauration d’un système énergétique durable, concurrentiel, sûr et décarboné d’ici 2050 ».

Pour rappel, l’Union européenne s’est engagée à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de -40% pour 2030 (par rapport au niveau de 1990) et à décarboner complètement le parc immobilier à l’horizon 2050.

Le Parlement wallon a par ailleurs adopté un décret annonçant l’entrée en vigueur au niveau wallon des exigences sur l’électromobilité au 11 mars 2021. A partir de cette date, en cas de rénovation important ou de nouvelle construction, des exigences de pré-raccordement et/ou d’installation de bornes de recharge pour véhicules électriques doivent être respectées.

Pour les particuliers, vous trouverez tous les détails concernant les nouvelles exigences PEB et notamment par rapport à l’électromobilité dans  la rubrique « Construire et rénover : mes obligations » sur le site de la région wallonne.

Pour les professionnels, toutes les informations concernant les nouvelles exigences PEB sont accessibles via la rubrique « La réglementation wallonne – PEB ».

Amendements principaux

L’évolution majeure apportée par la directive concerne la prise en compte des systèmes d’automatisation et de contrôle aussi appelés « BACS » (Building Automation and Control System) comme un nouveau domaine technique du bâtiment. Le domaine de l’automatisation et du contrôle des bâtiments est donc considéré comme un système technique à part entière et la définition suivante en est donnée :

« Un système comprenant tous les produits, logiciels et services d’ingénierie à même de soutenir le fonctionnement efficace sur le plan énergétique, économique et sûr des systèmes techniques du bâtiment au moyen de commandes automatiques et en facilitant la gestion manuelle de ces systèmes techniques du bâtiment » [Directive PEB 2018/884]

Les états membres exigent également que « les bâtiments neufs, lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable, soient équipés de dispositifs d’autorégulation qui régulent séparément la température de chaque pièce ou, si cela est justifié, d’une zone chauffée déterminée de l’unité du bâtiment. Dans les bâtiments existants, l’installation de ce dispositif d’autorégulation est exigé lors du remplacement de générateurs de chaleur, lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable ».

Dans ce cadre, un indicateur de potentiel d’intelligence optionnel (SRI pour Smart Readiness Indicator) fait son apparition et vise à « mesurer la capacité des bâtiments à se prêter à l’utilisation des technologies de l’informations et de la communication et des systèmes électroniques pour en adapter le fonctionnement aux besoins des occupants et du réseau et en améliorer l’efficacité énergétique et la performance globale. » [Directive PEB 2018/884]

La directive intègre également l’électromobilité comme un système intégré au bâtiment (pour plus de détails, consultez le site de la région wallonne à ce sujet). Les VE (véhicules électriques) sont donc pris en comptes notamment pour répondre aux enjeux du stockage d’énergie et améliorer la flexibilité électrique. Des exigences concernant le nombre minimal de points de recharges ou de dispositifs de précablages sont prévues :

  • Pour les bâtiments non résidentiels neufs et en rénovation importante disposant de plus de dix emplacements de stationnement, un minimum d’un dispositif de recharge sera installé et 1 place sur 5 au moins sera pourvue d’un conduit pour le passage des câbles électriques afin de permettre la mise en œuvre ultérieure d’un point de recharge ;
  • Pour les bâtiments non résidentiels existants disposant de plus de vingt emplacements de stationnement, un nombre minimal de point de recharge devra être prescrit et installé en œuvre pour 2025
  • Pour les bâtiments résidentiels neufs et en rénovation importante disposant de plus de dix emplacements de stationnement, toutes les places de parking seront pourvues d’un conduit pour le passage des câbles électriques afin de permettre la mise en œuvre ultérieure d’un point de recharge.

Lorsque cela est techniquement et économiquement réalisable, les bâtiments non résidentiels ayant des installations de chauffage ou des systèmes de chauffage/climatisation et de ventilation des locaux combinés d’une puissance nominale utile est supérieure à 290kW, la directive exige que ces systèmes soient équipés d’un système d’automatisation et de contrôle en 2025. Ces systèmes devront-être capable de :

  • Suivre, enregistrer, analyser et ajuster la consommation ;
  • Mesurer l’efficacité des systèmes et détecter les pertes d’efficacité ;
  • Informer le responsable ou le gestionnaire des possibilités d’amélioration de l’efficacité des systèmes ;
  • Communiquer avec les autres systèmes du bâtiment, être interopérable ;

Dans le secteur résidentiel, les États membres peuvent exiger que les bâtiments soient pourvus d’un système de suivi de l’efficacité pouvant informer les propriétaires en cas de perte d’efficacité et détecter quand un entretien du système s’impose. Le contrôle de la production, de la distribution, du stockage et de l’utilisation optimale de l’énergie par un système automatisé peut également être exigé.

La directive prévoit que ces systèmes d’automatisation et de contrôle puissent remplacer avantageusement les inspections des systèmes techniques.

Par ailleurs, l’accent est également mis sur la lutte contre la précarité énergétique et une meilleure considération des impacts de l’environnement bâti sur la santé et le bien-être dans les bâtiments.

electrolyse de l'eau
Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Stockage Power-To-Fuel : l’électrolyse

Stockage Power-To-Fuel : l'électrolyse

Le principal représentant de ce type de stockage est l’électrolyse de l’eau qui permet de produire de l’hydrogène.

Contrairement au stockage thermique ou en accumulateurs, ce type de système permet une conservation plus longue, inter-saisonnière, de l’énergie sous forme d’hydrogène.

31. LE STOCKAGE POWER-TO-FUEL : L’ÉLECTROLYSE

L’hydrogène comme carburant peut ensuite être valorisé de différentes manières :

  • Comme carburant combustible directement via le réseau de gaz,
  • Soit dans une centrale à gaz adaptée. Dans ce cas, in fine, de l’électricité sera reproduite à partir du carburant.
  • Par production de méthane : en faisant réagir 4 molécules de H2 avec du CO2 du méthane et de l’eau sont produits.
  • Via une pile à combustible qui fera réagir 2 molécules de H2 avec une molécule de dioxygène pour produire de l’électricité avec un rendement de ±60% et rejeter de l’eau. Ce rendement sera meilleur si la pile à combustible est utilisée en cogénération pour valoriser le dégagement de chaleur.
STOCKAGE ÉLECTROCHIMIQUE : LES BATTERIES
Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Stockage Power-To-Power

Stockage Power-To-Power

Le stockage électrochimique : les batteries

Les batteries ou accumulateurs électrochimiques sont les moyens de stockage les plus connus. Nous en avons dans nos smartphones, nos appareils photos et de plus en plus souvent dans nos bâtiments.

Les accumulateurs de ce type profitent des propriétés électrochimiques de certains matériaux, notamment des couples oxydant-réducteur comme le Nickel et le Cadmium.

Lors de la phase de charge, l’électricité induit un flux d’électron entre les bornes qui va polariser les électrodes. La borne négative va alors attirer les protons (+) d’un côté de la membrane. Ces protons vont s’accumuler et l’électrolyte qui était initialement neutre et homogène va se polariser: un côté va se charger positivement et l’autre, orphelin de ses protons(+), négativement.

Lorsque tous les protons (+) ont migré d’un côté, l’accumulateur est chargé à 100%.

Schéma stockage électrochimique : les batteries.

Dans la phase de décharge (utilisation de l’énergie stockée), cette différence de polarité est utilisée pour mettre des électrons en mouvement dans le sens inverse et produire de l’électricité. Cette circulation en sens inverse des protons va progressivement rétablir l’équilibre de polarité entre les parties chargées positivement et négativement. À partir d’un moment, la tension électrique induite deviendra trop faible et l’accumulateur sera considéré comme « vide ».

Plusieurs matériaux sont utilisables pour réaliser ce principe. En fonction du type d’anode, de cathode et d’électrolyte la densité énergétique, la vitesse de charge, le coût et la stabilité seront variables.

Parmi les technologies les plus courantes, les densités énergétiques sont les suivantes :

Parmi les technologies les plus courantes, les densités énergétiques sont les suivantes

Les autres caractéristiques principales de différentes technologies:

  Vitesse de charge Vitesse de décharge naturelle Nombre de cycles EFFET mémoire* Recyclabilité Coût Commentaire
Plomb-acide – Moyenne ±500 Extrêmement faible Très bonne faible Supporte mal les cycles trop amples
Ni-Cd ± rapide ±2000 Oui Toxique
NiMH ± rapide ±1000 Oui mais faible Peu polluant
Li-Ion ++ négligeable ±750 Extrêmement faible Mauvaise, coûteuse
Ni-Zn + rapide ±300 Oui mais faible correcte Moyen
Li-po ++ négligeable ±300

L’effet mémoire est un phénomène physique et chimique qui se manifeste dans certaines technologies d’accumulateurs plus que dans d’autres. S’il se manifeste, ces derniers doivent être déchargés complètement avant d’être rechargés sous peine d’observer une réduction de la capacité de la batterie difficilement récupérable.

Le stockage thermique

Le stockage d’électricité sous forme de chaleur est généralement utilisé tel quel sous forme d’énergie thermique pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage mais peut également être reconvertie et restituée sous forme d’électricité par l’intermédiaire d’une turbine.

Le principe général consiste à chauffer un matériau à haute densité calorifique (de l’eau, de la pierre réfractaire, un matériau à changement de phase, …) dans un milieu clos fortement isolé thermiquement. Le chauffage de la masse à lieu lorsqu’il y a surplus d’électricité.

Schéma stockage thermique.

À l’inverse lorsque l’électricité vient à manquer, la chaleur est libérée et va produire de la vapeur qui continuera son chemin dans une turbine haute température, comme dans une centrale TGV. La turbine va alors se mettre en mouvement et alimenter un alternateur qui pourra injecter du courant alternatif sur le réseau ou dans le bâtiment une fois qu’il sera passé par le transformateur adéquat.

Le stockage En « STEP »

Il s’agit probablement du système de stockage à grand échelle le plus connu. La STEP (Station de transfert d’énergie par pompage) fonctionne par pompage-turbinage. Lorsque le réseau ou le bâtiment est en état de surproduction, pour ne pas gaspiller cette précieuse énergie, une pompe sera actionnée. La pompe élevera alors de l’eau pour la stocker dans un bassin en hauteur (sur la toiture, en haut d’une coline, …).

Cette eau située en hauteur réprésente une énergie potentielle considérable. Ensuite, le fonctionnement est le même que pour un barrage hydroélectrique : au moment opportun, l’eau sera libérée et turbinée pour produire de l’électricité avant de rejoindre le bassin inférieur.

L’énergie disponible est alors égale à :

[La masse] x [la gravité] x [la hauteur de la masse]

Soit, pour un bassin de 1000 m³ (un cube de 10 mètres de côté) situé sur terre (g=9,81 m/s²) à une hauteur moyenne de 20 m par rapport au bassin bas :

1.000.000 kg   x   9,81 m/s²   x   20 m  =  196.200.000 Joules

Soit 54 kWh

Schéma stockage En « STEP ».

Autres systèmes de stockage

Le stockage d’électricité est probablement le Graal du XXIème siècle. C’est pourquoi les ingénieurs rivalisent de créativité pour inventer la solution la plus abordable, verte et performante.

Parmi les solutions que nous rencontrons aujourd’hui, citons le stockage par air comprimé.

Le principe est simple : on profite d’une cavité étanche existante ou on en crée une. Cette cavité sert alors d’espace de stockage pour notre air comprimé. Lorsqu’il y a surproduction, l’électricité va actionner un compresseur, ce dernier va alors faire monter la pression dans notre cavité. Si celle-ci est parfaitement étanche, l’énergie potentielle contenue dans la haute pression peut être conservée très longtemps. Seule la chaleur produite lors de la compression sera perdue en cours de route.

Schéma autres systèmes de stockage.

Ensuite, lorsque le bâtiment ou le réseau a besoin d’électricité, cette pression sera libérée et turbinée afin de produire de l’électricité.

Ce système est à la fois relativement simple et compact (l’essentiel se passant en sous-sol) mais nécessite la présence d’une cavité suffisamment grande, étanche, solide et profonde pour résister aux fortes pressions sans se déformer de manière sensible, ce qui provoquerait des désordres à l’installation et son environnement.

Un autre système qui a de beaux jours devant lui dans le secteur des transports et des énergies renouvelables notamment est celui du stockage d’électricité par volant d’inertie. Ici, le système est encore plus simple. L’électricité OU un mouvement rotatif (roue de voiture, éolienne, …) entraine à la rotation un cylindre extrêmement lourd. Ce surplus d’énergie va accélérer la rotation du cylindre à des vitesses pouvant atteindre les 10.000 tours par minute ! Afin de limiter les frottements et donc l’auto-décharge, ce cylindre est monté sur des roulements performants et confiné sous vide.

Ensuite, lorsque le réseau aura besoin d’énergie, le moteur va se transformer en générateur (une dynamo) et produire de l’électricité en freinant électromagnétiquement le volant d’inertie.

Ce type de système est notamment utilisé dans les autobus et certaines voitures hybrides afin de récupérer l’énergie de freinage. Plutôt que de freiner les roues par frottement, les roues sont embrayées progressivement au volant d’inertie. L’inertie du bus en mouvement est alors transmise au volant d’inertie qui prend de la vitesse et ralenti le bus jusqu’à son arrêt complet. À ce moment, le volant est débrayé et le cylindre tourne à vive allure avec peu de frottement. Lorsque les passagers sont tous à bord, le volant d’inertie va être progressivement ré-embrayé au système de traction du bus et lui restituer la quasi-totalité de son énergie de freinage mais sous forme d’accélération cette fois-ci.

Dans le cadre des énergies renouvelables, ce type de système est envisagé comme stockage tampon entre le dispositif de production renouvelable et le bâtiment afin d’éviter que, nous n’ayons à rebasculer sur le réseau au moindre nuage ou manque de vent.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Types de stockage

Types de stockage

Les différents types

Il existe 5 vecteurs principaux pour le stockage d’énergie :

  • Electrochimique (Batteries) ;
  • Thermique (Ballons d’eau chaude, inertie du bâtiment) ;
  • Cinétique (Volant moteur) ;
  • Gravitaire, potentielle (Station de pompage turbinage) ;
  • Chimique (électrolyse > hydrogène).

En fonction de la nature de l’énergie restituée par le système de stockage, on parlera plutôt tantôt de :

  • « Power to power » : La production électrique est convertie en énergie intermédiaire puis restituée sous forme d’électricité.
  • « Power to fuel » : La production électrique est convertie en combustible.
Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)
Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)

Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)

Dans les années à venir, la densité de bornes de recharge pour les VEs devrait drastiquement augmenter sous la pression de l’Europe via la directive EPBD 2018/884. En 2025, les nouvelles constructions et les rénovations lourdes (non-résidentielles) dont le parking fait plus de 10 emplacements devront être équipé d’une borne de recharge et 1 emplacement sur 5 pré-câblée pour pouvoir accueillir une borne dans le futur. Pour les bâtiments existants, la Belgique est invitée par l’Europe à fixer un nombre minimal de points de recharge pour les parkings non résidentiels de plus de 20 emplacements.

Les différentes puissances disponibles

D’un point de vue technique, les bornes de recharge et prises murales les plus courantes des constructeurs sont disponibles en : monophasé et en triphasé, en 16A, 32A et 64 Ampères pour des puissances allant jusqu’à 43 kW pour les bornes rapides.

Les puissances généralement disponibles sont donc les suivantes :

Type de borne Monophasé Triphasé
10A (prise classique) 2.3 kW   [pour dépanner]
16A 3.7 kW   [très lent : +15 à 25 km/hcharge] 11 kW
32A 7.4 kW   [Lent : +30 à 45 km/hcharge] 22 kW  [Moyen : +60 à 80 km/hcharge]
62A 43 kW   [Rapide : +100 à 140 km/hcharge]
Remarque 1 : certaines voitures ont une limite de vitesse de chargement

Remarque 2 : en hiver, la charge peut être ralentie si la batterie est froide

Des « superchargers » voient également le jour sur les aires d’autoroutes. Dans ce cas, les puissances dépassent déjà les 100 kW !

Pour avoir un ordre de grandeur, un véhicule électrique consomme autour de 20 kWh/100 km et leurs batteries ont une capacité allant de ± 20 kWh pour les micro-citadines à 40 kWh pour les petites citadines et jusqu’à 100 kWh pour les plus grosses berlines. Ces « super-chargeurs » sont donc capables de prolonger l’autonomie des VEs compatibles de plus de 200 km en moins de 20 minutes, soit le temps d’une pause-café !

Il est également bon de savoir que les derniers 20-30 % de la charge d’un VE s’effectuent jusqu’à 2 fois plus lentement.

Comme le coût de l’installation d’une borne est proportionnel à sa puissance, le choix de la puissance devra être judicieux. La décision d’opter pour une borne plutôt qu’une autre dépendra du temps de charge disponible et de l’autonomie attendue après recharge (dans les limites de la capacité de la batterie).

EXEMPLE : Quelle puissance mettre en place dans le cas de bornes à destination des employés d’une grande entreprise dont la durée du chargement sera étalée sur 8 heures (de 9 h à 17 h) ?

Comme les employés de cette entreprise travaillent à moins de 100 km de leur domicile mais que tous n’ont pas la possibilité de charger leur véhicule au domicile, une autonomie de 200 km peut, par exemple, être prévue pour assurer le retour au domicile le soir mais également le trajet vers le bureau le lendemain matin. Dans ce cas, les bornes lentes de 7,4 kW sont déjà largement suffisantes. Néanmoins, un électricien avisé pourrait favoriser le triphasé pour des puissances si importantes afin de réduire le courant pour une puissance similaire en augmentant la tension (de 230 v à 400 v). Le choix de la borne triphasé de 11 kW est donc également un bon choix.

Si l’entreprise emploie des consultants devant réaliser une série d’aller-retours sur la journée, quelques bornes rapides de 43 kW pourront s’avérer nécessaire mais uniquement pour cette flotte de véhicules-là !

Les types de connecteurs côté point de charge

Pour raccorder le véhicule à la borne, plusieurs types de fiches de raccordement existent. Pour les recharges lentes et normales (≤ 43 kW), côté borne, ce sont les fiches domestiques et les fiches de « type 2 » qui sont présentes. Tandis que pour les charges rapides (> 50 kW), celle-ci s’effectuent en courant continu avec prises spécifiques.

Les fiches et prises domestique permettent une puissance de 2,3 kW, ce sont celles que nous retrouvons couramment dans nos bâtiments :

Prise domestique. Source : Zeplug.com

Prise domestique. <

Source : Zeplug.com

Dans ce cas-là, pas besoin de borne en tant que tel mais attention tout de même, pour utiliser ce type de prise murale pour le chargement il est impératif d’avoir une installation pouvant supporter 16 ampères au moins sur ce circuit. Il ne faudra également pas utiliser des rallonges en cascade ou un câble trop long ou de section faible sous peine de courir un dangereux risque d’échauffement.

Les fiches de types 2 correspondent au standard Européen et sont les plus courantes. Elles sont utilisées pour les puissances courantes de 3,7 kW à 43 kW, en mono et triphasé, elles se présentent comme ceci :

Prise type 2. Source : Zeplug.com

Prise type 2.
Source : Zeplug.com

En ce qui concerne les bornes rapides, il existe trois autres types de connecteurs.

À partir de 2025, les bornes rapides devront être équipées de connecteurs CCS Combo (pour fonctionner avec les voitures européennes) et CHAdeMO (pour les voitures asiatiques et TESLA avec un adaptateur)

Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)

Prise et connecteur CCS Combo.
Source : engie-electrabel.be

 

Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)

Prise et connecteur CHAdeMO.
Source : engie-electrabel.be

 

Enfin, en dehors des standards Européens, il existe également la prise propriétaire TESLA SuperCharger

Bornes de recharge pour véhicules électriques (VES)

Prise et borne TESLA SUPERCHARGER.
Source : engie-electrabel.be

Méthode de contrôle et de modulation de la ventilation mécanique
Author Image Posted By : Gregory Leonard 27 Nov, 2019

Méthode de contrôle et de modulation de la ventilation mécanique

Méthode de contrôle et de modulation de la ventilation mécanique

Monitoring du taux de Dioxyde de carbone (CO2)

Une des méthodes pour moduler et contrôler le débit du système de ventilation est de mesurer le taux de CO2 d’un local ou d’une zone. En faisant cela, le système peut se faire une idée de l’occupation de l’espace et adapter le taux de renouvellement de l’air. Le CO2 est ici utilisé comme un marqueur de l’occupation en quantité et en intensité. Si le niveau de CO2 dépasse une limite préconfigurée, le système de ventilation augmentera le débit d’arrivé d’air frais pour cet espace.

Détection de l’inoccupation

Quand une inoccupation est détectée dans un espace (information provenant du système d’éclairage ou de détecteurs de présence), le débit de ventilation est rapidement fortement réduit ou complètement mis à l’arrêt pour éviter les pertes d’énergie (ventilation, chauffage et refroidissement). Cette stratégie est généralement destinée aux locaux dont l’utilisation est intermittente par nature (cafétérias, salles de réunions, …).

La valorisation de l’air extérieur

Lorsque l’air extérieur est plus froid que celui de l’espace devant être conditionné et que cette fraicheur est recherchée, le système de gestion du bâtiment pourra ouvrir les ouvertures de ventilation, grilles et autres fenêtres pour valoriser ce refroidissement gratuit et décharger partiellement ou complètement les systèmes mécaniques.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 26 Nov, 2019

SmartBuilding : programmation des plages horaires

SmartBuilding : programmation des plages horaires

La programmation de plage horaire permet principalement de couper les appareils et systèmes aux moments où ceux-ci sont inutiles. C’est de cette manière et avec peu d’efforts que des économies peuvent être réalisées. Mais cela, une GTC classique peut également s’en charger.

Un Smartbuilding va plus loin, des consignes beaucoup plus précises peuvent être attribuées pour chaque tranche horaire (éclairage à 100% pendant les cours, éclairage à 80% pendant les pauses, …). Mais, surtout, la programmation « de base » s’auto-adapte en fonction de l’information remontée par les capteurs :

  • Déduction de l’absence/présence par :
    • Géolocalisation des smartphones des utilisateurs,
    • État du système d’alarme,
    • Détection de présence,
    • Activation d’équipements

Généralement le système de gestion permet la mise en place d’un planning différent pour chaque jour de la semaine, peut tenir compte des vacances et, éventuellement, d’évènements ponctuels (portes-ouvertes le weekend, réception le soir, …). Pratiquement, l’utilisateur définit une série de journées types (couramment de 5 à 7), comme sur l’exemple ci-dessous. Il décide des horaires et des régimes pour chaque sous-système pilotable par le centre de gestion.

Schéma planning

Dans un second temps, il spécifie quel jour de la semaine correspond à quel planning journalier type. Plusieurs « semaines types » peuvent ainsi être paramétrées.

Schéma planning journalier.

Une fois que la semaine type est planifiée, la gestion dite « calendrier » permet ensuite de corriger manuellement pour les exceptions (vacances, évènements, …).

calendrier de programmation

Mais, comme l’humain est imprévisible, il arrive que les heures s’allongent ou qu’un samedi puisse servir pour rattraper un cours ou son retard dans la remise d’un dossier. Pour éviter de se retrouver dans des locaux froids, sans éclairage et avec un pc qui refuse de s’allumer (et oui, toutes les charges sur les prises et appareils en veille sont chassées !), il existe généralement une fonction permettant d’introduire une exception pour une certaine période grâce à laquelle il n’est pas nécessaire de modifier le réglage normal et risquer d’oublier de le rétablir.

La programmation des consignes et des niveaux

Jouer avec les consignes de température ou les niveaux d’éclairement (pour ne citer qu’eux) pour réaliser des économies d’énergie est souvent un énorme défi si l’on ne veut pas affecter le confort des occupants. Dans un bâtiment classique mono-zone ou insuffisamment zoné, disposant de peu de points de mesure et d’une seule température de consigne générale, la marge de manœuvre pour réaliser des économies d’énergie est très faible si l’on veut éviter les plaintes.

Heureusement, dans un smartbuilding, le nombre de zones peut être très élevé, évolutif et leur dimension réduite permettant une détermination plus adaptée des niveaux et une gestion plus fine de la régulation.

Grâce à cela ainsi qu’à la multitude de capteurs et au centre de gestion, les consignes pourront évoluer et dépendre, entre autres, du :

  1. Moment de la journée (voir « programmation des plages horaires »),
  2. La présence et le nombre d’occupant dans une zone,
  3. L’activité des occupants (mesurée ou planifiée),
  4. L’humidité,
  5. La dimension de la zone,
  6. L’exposition solaire de la zone,
  7. L’inertie et la latence à la relance spécifique de la zone,
  8. Les charges internes de la zone…
  9. D’un éventuel contrôleur local d’ajustement pour chaque zone (par exemple, pour déroger de ±2°C à la température prévue par le système)

Grâce à ces nouvelles possibilités, la régulation pourra s’adapter afin que chaque occupant de chaque espace soit dans une situation de confort adaptée à son activité et sa localisation dans le bâtiment. Par ailleurs, l’inoccupation sera planifiée ou détectée et les consignes seront adaptées (extinction de la lumière, réduction du taux de renouvellement horaire de la ventilation hygiénique, …)

Schéma programmation des plages horaires

Dans certains bâtiments, les plus intelligents, l’historique des mesures et des actions est conservé et analysé par le centre de gestion pour s’ajuster continuellement. Ainsi, si les occupants d’un local diminuent systématiquement la température de leur zone dans certaines conditions (une plage horaire, un type d’ensoleillement, un certain jour de la semaine, …), le centre de gestion, s’il est suffisamment « smart », s’auto-adaptera progressivement en diminuant la température de consigne lorsque ces conditions sont réunies ou, encore mieux, lorsqu’elles sont sur le point d’être réunies.

Cliquez Ici pour avoir plus d’information sur les principes de régulation ! 

Les alarmes

Les alarmes sont un des aspects les plus importants concernant les fonctionnalités des smartbuilding. Une alarme dans le monde de la domotique, du smart building ou objets connectés n’est pas à comprendre uniquement comme l’expression un problème mais dans un sens plus large comme un « évènement » pouvant déclencher une ou des actions.

Les alarmes sont des dérogations automatisées (préprogrammées) qui vont temporairement produire des exceptions autonomes dans le déroulement planifié des choses en fonction d’évènements.

Bien sûr il s’agit aussi de reporter les suspicions d’avarie d’un système (coupure, baisse de rendement, …), les capteurs défaillants, les ruptures de communication/connexion entre appareils …

Mais une avarie reste un évènement au sens large avec des actions conséquentes, par exemple :

  1. Compte tenu des conditions climatiques et de la puissance demandée à la chaufferie, le système détecte que la température des locaux monte anormalement lentement pendant plus d’une heure. Il y a donc un problème, l’alarme X est déclenchée.
  2. L’Alarme X déclenche des actions :
    1. Action Y1 : coupure de protection des organes de chauffe
    2. Action Y2 : notification au gestionnaire
    3. Action Y3 : affichage du message d’erreur adéquat
    4. Action Y4 : activation d’un système de dépannage si présent

Cet aspect est fondamental et c’est par ce système d’alarme que des systèmes différents peuvent avoir des relations du type « si X alors Y ». Ceci pouvant être agrémenté de conditions de manière quasiment illimitée.

Par exemple, une alarme peut être programmée de la manière suivante : si le taux de CO2 excède 1500ppm dans une pièce, alors, lors du déclenchement de cette alarme, l’ordre est donné à la ventilation de doubler le débit d’air. Une seconde alarme pourra être programmée : Si le niveau de CO2 repasse sous les 1000ppm, alors, le débit peut retrouver son niveau normal. Lorsque le système est plus perfectionné, plutôt que de fonctionner par paliers, celui-ci aura la possibilité de moduler le débit en continu.

Pour enrichir notre chaîne, nous pourrions, en cas de dépassement de 2000ppm, demander au système de l’inscrire dans un registre accompagné de l’heure, du lieu et de la durée, par exemple. Nous pourrions également paramétrer le système pour qu’il envoie une notification au gestionnaire du bâtiment lors du dépassement de ce seuil pendant une durée supérieure à 2 heures.

Ce type de logique peut s’appliquer à pratiquement toutes les sondes et tous les systèmes. Ce n’est plus qu’une affaire d’imagination.

Pour conclure et résumer, le flux d’informations traitées par le centre de gestion ne peut être suivi par le gestionnaire du bâtiment ou son responsable énergie. Comme il ne peut pas être partout, il lui est très pratique de placer des alarmes pour une série de conditions (valeur(s) supérieures à, statut(s) de certains appareils, …). De cette manière, le système n’attire son attention qu’en cas de situation anormale ou le notifie d’une dérogation automatique.

Les sécurités

Les sécurités sont des actions déclenchées automatiquement conséquemment à des alarmes pour protéger les équipements, les appareils, le bâtiment ou les occupants.

Monitoring et analyse des tendances

Pour assurer leur bon fonctionnement et fournir une information suffisante à la mise en place d’automatisme et d’alarmes, les smartbuildings sont dotés d’un grand nombre de sondes diverses. En analysant leur tendance et la manière dont les données évoluent en fonction des actions, le centre de gestion peut vérifier le fonctionnement des équipements et les performances de ceux-ci.

Idéalement, les informations suivantes sont mesurées et enregistrées :

  • Températures (de l’air dans chaque zone, des circuits d’eau, de l’extérieur, …),
  • Pression (par exemple, des circuits d’eau),
  • La position de certaines équipements (clapet ou valve ouverte/fermée, interrupteurs, …)
  • Statut allumé/éteint
  • Statut des alarmes

Et, plus rarement car ces sondes sont plus chères :

  • Débits,
  • La consommation,
  • La puissance,
  • Le nombre de tours par minute (ventilateur, moteur, compresseur, …)

Avec ces données, il y a deux solutions pour l’enregistrement :

  • Soit, systématiquement, chaque paramètre sera enregistré à une fréquence définie (utile pour les températures de l’air, par exemple),
  • Soit ce sont les variations entre la donnée mesurée et la donnée mesurée à l’intervalle de temps précédent qui sont calculées. Dans ce cas, nous pourrons choisir de n’enregistrer que les variations excédant un seuil défini. Ces évènements seront également accompagnés d’un horodatage. Ce type d’enregistrement est notamment pratique pour des mesures comme le taux de CO2 ou la pression atmosphérique car elle permet, par exemple, de détecter indirectement l’ouverture d’une fenêtre.

Toutes ces données peuvent servir à conserver une mémoire du bâtiment mais également, régulièrement, elles pourront être affichées sous forme de graphique et analysées par le gestionnaire pour détecter d’éventuelles anomalies évitables ou consommations anormales.

La modulation de la demande

Un smartbuilding peut parfois se résumer à des consignes, des plages horaires, des paramètres et des séquences d’actions qui vont déterminer le succès ou non de l’ensemble pour améliorer le confort, la santé, la sécurité et l’efficacité énergétique.

Mais, dans un smartbuilding, tout n’est pas ON/OFF, tout ou rien … Le système est également capable de moduler la puissance demandée (chauffage, refroidissement, ventilation) de la manière la plus adaptée et économe en énergie possible.

Un tel système sera capable d’optimiser les cas suivants :

La coupure (ou réduction) nocturne ou du weekend

Trouver le bon équilibre entre d’une part, une réduction forte de la température de consigne la nuit ou le weekend pour économiser de l’énergie et d’autre part, le besoin de ne pas trop la baisser pour éviter une relance difficile et consommatrice d’énergie le matin

La relance

Matinale

Cette relance sera optimisée en tenant compte de la température intérieure de chaque zone et la température extérieure. Le but sera alors d’atteindre la température de consigne à l’heure prévue avec le moins d’énergie possible. Ceci est rendu possible en évitant le dépassement de la consigne dû à une mauvaise modulation (les chaudières se coupent quand la température est atteinte mais malgré tout l’eau reste chaude dans les canalisations et les chauffages continuent à chauffer l’espace.

Schéma programmation relance matinale.

Pour encore améliorer les performances à la relance, pendant que le bâtiment n’est pas encore occupé, le système de gestion peut fermer les clapets de ventilation entre l’intérieur et l’extérieur et activer une circulation de l’air à l’intérieur du bâtiment (mode air recyclé) de manière à ne pas perdre d’énergie par la ventilation hygiénique (inutile, car les occupants ne sont pas encore là) tout en faisant circuler l’air et la chaleur dans l’ensemble du bâtiment !

La coupure (ou réduction) en soirée

Le système de gestion détermine le moment optimal (le plus précoce) pour couper ou baisser le régime des systèmes et tirer profit de l’inertie du bâtiment pour conserver un niveau de confort acceptable.

Schéma coupure (ou réduction) en soirée.

Ceci concerne dans une moindre mesure les systèmes de ventilation qui ne disposent pas d’autant d’inertie. En effet, si l’air est maintenu à un taux confortable de 800ppm de CO2 durant la journée et qu’on estime que le taux acceptable maximal est de 1000 ppm, alors, en fonction du taux d’occupation lors de la coupure des systèmes de ventilation, il faudra parfois moins de 10 minutes pour que la concentration en CO2 passe de 800ppm à 1000ppm dans les locaux ! Il en va de même, et c’est évident, avec l’éclairage.

coupure (ou réduction) en soirée

Adaptation en continu

En fonction des informations fournies par les différents capteurs et systèmes, le centre de gestion peut adapter la puissance des systèmes. Par exemple, si le taux de CO2 est bas, on peut supposer que l’occupation est plus faible (ou nulle) ou encore que des fenêtres ont été ouvertes (des capteurs pouvant éventuellement le confirmer).

Quelle qu’en soit la raison, le débit de la ventilation hygiénique pourra alors être réduit. Rien ne sert en effet de climatiser de l’air neuf et de le pulser dans un local si l’air de celui-ci est déjà sain, à bonne température et ne se dégrade pas.

Découvrez cet exemple de pilotage des installations au Centre Hospitalier de Mouscron.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 26 Nov, 2019

SmartBuilding : champ d’application

SmartBuilding : champ d'application

Bien qu’il n’existe pas réellement de règle pour déterminer où commence le smartbuilding (une simple ampoule avec détection de présence suffirait-elle à rendre une pièce ou un bâtiment « smart » ?) et où finit son champ d’application, une série de fonctions de « base » sont presque universelles et concernent presque tous les systèmes connectés du bâtiment intelligent :

  1. Programmation des plages horaires,
  2. Programmation des consignes,
  3. Définition des alarmes,
  4. Mise en place de sécurités,
  5. Monitoring et analyse des tendances,
  6. Contrôle et optimisation des énergies et de la demande,
  7. Affichage des données et interface utilisateur
marché de l'electricité en Belgique
Author Image Posted By : Gregory Leonard 26 Nov, 2019

Marché de l’électricité

marché de l'electricité en Belgique

La structure du marché de l’électricité en Belgique

Marché de l'électricité.

 

Le marché du gros à court terme

Il existe plusieurs types de marché du gros à court terme sur la bourse européenne des marchés de l’électricité (EPEX SPOT). Ces marchés sont réservés aux responsables d’équilibres. Il y a :

  • le « Day-Ahead-Market»
    • C’est le marché qui a lieu jusqu’à 14h30 la veille du jour de la livraison,
    • La commande se fait heure par heure,
  • L’intraday
    • Le marché ouvre deux heures après la fermeture du Day-Ahead-Market et se clôture jusqu’à 5 minutes avant la livraison physique.
    • C’est un marché d’ajustement qui permet de faire face à d’éventuels prévisions erronées ou pannes techniques.

Le marché du gros à long terme

Le marché du gros à long terme en Belgique se joue sur l’ICE ENDEX (power BE).

Sur ce marché, plusieurs types de contrats sont possibles mais ceux-ci sont inflexibles. Ils offrent l’avantage de connaitre à l’avance le prix que l’on va payer dans les mois et les années à venir mais les prix sont souvent plus chers que sur le marché à court terme. Les contrats possibles sont :

  • Month Ahead : on achète 1 mois à l’avance
  • Quarter Ahead : on achète 3 mois à l’avance
  • Year Ahead : on achète 1 à 3 années à l’avance

Le balancing

Le balancing est un marché à part entière. Le balancing intervient en cas de déséquilibre des responsables d’équilibre.

Prenons par exemple deux Responsables :

Le Responsable A et le Responsable B ont tous deux acheté 10MWh la veille pour ce jour entre 14h et 15h. Mais, voilà, les clients de A n’ont pas tourné à plein régime à cause de la pluie et d’une grève sauvage tandis que les clients de B, eux, ont fait tourner plus de lignes de production car de grosses commandes sont tombés pendant la nuit.

Les deux responsables vont donc se retrouver en situation de déséquilibre (positif ou négatif) et devoir acheter ou vendre cette l’électricité en dernière minute à ELIA au tarif du déséquilibre. Ce tarif est plafonné mais n’est connu que ¼ d’heure après !

Comme les tarifs du déséquilibre ne sont pas connus, ils peuvent in fine, s’avérer être intéressant :

  • Si on doit racheter et qu’ils sont moins chers que lors de l’achat (par exemple, si l’éolien produit plus que prévu).
  • Si on doit vendre et que l’électricité vaut plus que lors de l’achat (panne dans une centrale, manque de soleil, …)

ou pénalisant dans le cas contraire.

 Le marché du détail

Ce marché peut fonctionner selon trois types de contrats entre le fournisseur et le client :

  • Contrat à prix fixe
    • Le prix évolue en principe mensuellement mais une fois le contrat signé, le prix ne change pas sur la durée du contrat.
    • Ce contrat est sécurisant car il permet de savoir à l’avance combien nous allons payer le kWh d’électricité.
    • En cas de baisse des prix du marché, le consommateur n’en profite pas mais il pourra rompre son contrat et le renégocier avec le fournisseur de son choix.
  • Contrat à prix variable
    • Dans ce cas, le prix de l’énergie payé suit les prix du marché et évolue trimestriellement.
    • Le risque de voir les prix s’envoler existe.
    • Il peut influencer le comportement du consommateur vers plus d’adéquation avec la situation du réseau.
  • Contrats « clicks »
    • Pour les clients un peu plus joueurs, un type original de contrat existe. Entre les moments de la signature et celui de la fourniture, le client à l’occasion de « clicker » plusieurs fois sur le prix du forward de l’ENDEX. Se faisant, il détermine le prix de la fourniture.
    • Le prix est calculé de la manière suivante : PRIX= a + b.x
      • a et b étant des constantes définies à la signature du contrat
      • x étant la valeur moyenne des clicks
    • Si le client effectue ses « click » aux bons moments (quand le prix du forward est bas), alors il pourra obtenir un prix inférieur à la moyenne de prix de l’année.

sur l’ICE ENDEX (power BE).

Dans l’exemple ci-dessus, le client A a effectué de meilleurs « clicks » que le client B.

Si nos deux clients avaient contracté pour les mêmes coefficients A et B, alors le client A aura une facture plus douce que son homologue.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 26 Nov, 2019

Facturation électrique

Facturation électrique

La facturation en général

La facturation électrique est le résultat de 3 postes :

  • La production
    • Négociable,
    • Tarif ouvert à la concurrence
  • le transport (GRT) et la distribution (GRD)
    • Fixes,
    • Mais diffèrent d’un lieu à l’autre.
    • Les tarifs applicables sont approuvés par la CREG
  • et les redevances, les taxes 
    • Comprends les prélèvements régionaux et fédéraux.
      • Redevance régionale Art. 26 : finance la politique URE régionale.
      • Redevance voirie régionale
      • Obligation de service public : finance l’éclairage public communal et les tarifs réduits pour les clients protégés
      • Cotisation fédérale : finance notamment la CREG
    • Pour les personnes assujetties : la TVA (21% en 2019)

La facturation basse tension

Cette tarification s’applique, comme l’indique son nom, aux clients raccordés au réseau BT (basse tension). C’est le cas de la plupart des bâtiments résidentiels et tertiaires de petite et moyenne dimension avec une puissance inférieure à 56 kVA. Dans ce cas, la facturation est annuelle mais une provision mensuelle est demandée par le fournisseur d’énergie.

La Facturation haute tension

On passera sous ce régime de tarification lorsque la puissance des installations dépasse les 56kVA ou qu’une cabine HT (haute tension) est présente sur site.

Dans certain cas, la cabine n’est pas directement sur site mais une connexion alimente directement le site à partir d’une cabine haute tension proche.

Dans ce cas, le relevé des consommations et la facturation est mensuelle ou trimestrielle.

 

 

stockage logistique energie+
Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Stockage logistique

Stockage logistique

Définition

Un stockage logistique est l’ensemble des systèmes spatial, mobilier, technique et/ou organisationnel permettant à un processus ou une activité de ne pas s’effectuer en flux tendu grâce à l’ajout d’un stockage tampon à l’interface de plusieurs processus.

Sans cela, le produit qui passe par la ligne de production A devrait directement être envoyé sur la ligne de production B sous peine de bloquer la ligne de production A. Ceci imposerait un fonctionnement continu des deux lignes pour assurer le bon fonctionnement de l’ensemble.

Le stockage logistique permet au processus A de fonctionner même si le processus B ne suit pas derrière en stockant les produits entre les processus A et B. À l’inverse, si le processus A doit être arrêté, le processus B peut continuer en puisant dans le stock à l’interface de lignes A et B.

La présence d’un tel stockage permet une plus grande flexibilité dans la gestion énergétique et logistique. Les processus pouvant dès lors être lancés indépendamment aux moments opportuns sans impacter la performance globale de la production.

Le stockage logistique se fait partout et tout le temps, que ce soit votre vendeur de sandwich qui prépare à la chaine des clubs jambon fromage le matin et profite d’un large frigo comme stockage logistique ou encore votre postier qui utilise votre boîte aux lettres pour ne pas avoir à attendre votre venue pour effectuer sa tâche.

Avec la nécessité croissante de flexibilité électrique : la planification des activités consommatrice d’énergie et le stockage logistique entre la consommation énergétique et l’utilisation du service énergétique devrait tendre à se généraliser.

Demain, qui sait, peut-être que notre café du matin sera préparé la nuit quand l’électricité est propre et abondante puis stocké dans des ballons de café chaud pour être savouré toute la journée !

Fuel switching
Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Changement de vecteur énergétique ou Fuel-Switching

Changement de vecteur énergétique ou Fuel-Switching

Le changement de vecteur énergétique représente un levier important de flexibilité électrique pour un certain nombre d’industrie. Par exemple, si, dans votre entreprise, vous utilisez un sécheur, celui-ci peut fonctionner grâce à de la chaleur issue de gaz naturel combinée au courant d’air provenant de ventilateurs électriques. Le pouvoir séchant dépendant de la combinaison chaleur asséchante + débit d’air, le gestionnaire peut, à la demande et pour un même pouvoir séchant, faire varier cette combinaison :

  • Si l’électricité est abondante et peu chère, il pourra faire tourner les ventilateurs à pleine puissance et réduire la puissance thermique pour une consommation de gaz naturel moindre.
  • À l’inverse, si l’électricité manque et coûte cher, il aura tout intérêt à réduire au minimum la puissance des ventilateurs et compenser en augmentant la puissance des bruleurs au gaz.

Cette technique présente l’avantage de n’avoir aucun impact sur l’organisation de l’entreprise et la gestion des processus. Elle est également automatisable et donc peu contraignante au quotidien. En revanche, elle nécessite un processus adapté et un système technique redondant et capable de réaliser cette modulation ou ce basculement entre différents vecteurs. Il faudra néanmoins évaluer le bilan environnemental final d’une telle redondance des systèmes. De plus, l’utilisation d’énergies fossiles dans le cadre d’une volonté de décarbonisation de nos sociétés à l’horizon 2050 doit faire l’objet d’un regard critique.

Cette logique peut, par exemple, être transposée, avec ses qualités et ses défauts précités, au chauffage tertiaire que nous pourrions imaginer combiné et/ou switchable entre une chaudière à gaz et une pompe à chaleur.

planification des charges
Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

(Re)Planification des charges

(Re)Planification des charges

Les entreprises disposant d’activités ou de processus pouvant être interchangés ou disposant d’un stockage logistique le permettant ont la possibilité d’adapter la planification de leurs processus consommateurs d’électricité pour optimiser leur facture (en cas de tarification ¼ horaire) et participer à l’équilibre des charges sur le réseau.

re planification des charges

Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Effacement énergétique

Effacement énergétique

Source : Enerdigit, opérateur d’effacement.

Définition

L’effacement énergétique consiste, pour un utilisateur du réseau (dans une plus forte mesure les industries), à réduire sa consommation en fonction de l’offre énergétique.

Ceci se traduit par la mise en sous-régime ou hors tension d’un équipement et/ou d’une activité en réponse à une baisse de la production énergétique. La baisse de régime ou l’extinction de l’équipement est effectuée :

  • Indirectement, via un message (e-mail, appel, sms) envoyé à l’entreprise détaillant le délai, la durée et la puissance à réduire. L’entreprise agissant ensuite en fonction de ces instructions,
  • Directement, à distance pour le gestionnaire du réseau par l’intermédiaire d’un boitier installé sur site permettant de moduler la consommation d’un ou plusieurs équipements.

Cette source de flexibilité sur le réseau, contrairement aux autres, ne demande que peu de moyens techniques et financiers. Elle peut même baisser la facture et être source de recettes supplémentaires pour les entreprises participantes.

Le système NextFlex permet à votre entreprise de prendre part à la flexibilisation du réseau !

En Belgique, le potentiel de charges flexibles a été estimé à 1,56 GW (2013).

Pour avoir quelques références en Belgique (2017) :

  • la puissance installée est de ± 22 GW
  • la puissance pic demandée en hiver est de l’ordre de 13 à 14 GW
  • la puissance moyenne demandée est de 9 à 10 GW.

Ce potentiel de charge flexible est réparti comme suit :

schéma de l'éffacement énergétique en Belgique

Potentiel de charges flexibles en Belgique (SOURCE : SIA Partners, 2013)

Nous pourrions donc flexibiliser jusqu’à 15 % de notre demande !

Tous secteurs confondus, l’installation de compteurs intelligents (permettant une tarification variable de quarts d’heures en quarts d’heure) devrait rendre techniquement possible d’inciter les consommateurs d’énergie à s’adapter à la disponibilité énergétique du moment.

Le développement concomitant des technologies de la communication dans le secteur de l’énergie (smartgrid) et dans le secteur du bâtiment (smartbuilding) ouvre un potentiel important pour mobiliser cette flexibilité.

Plus un réseau sera flexible, plus il pourra faire la part belle aux énergies renouvelables et réduire le risque de black-out.

Les 3 types de réserves en cas de déviation de la fréquence du réseau

La réserve primaire

Lorsque la fréquence du réseau commence à dévier des 50 Hz habituels de 100 mHz à 200 mHz soit 0,002 % à 0,004 % ELIA active la réserve primaire pour rétablir l’équilibre sur le réseau et écarter tout risque de black-out. Ce service est ouvert à tout qui :

  • Dispose d’un fréquencemètre,
  • Est disponible en permanence
  • Peut proposer seul ou par regroupement plus d’1MW
    • Pendant 15 minutes,
    • En moins de 30 secondes
    • Dont déjà la moitié en 15 secondes
    • Pouvant être réglé automatiquement

Les grands types de contrats sont au nombre de 3 en fonction de votre capacité à consommer ou fournir de l’électricité à la demande. La rémunération est liée à la mise à disposition à l’année et non à la fréquence de l’activation de votre effet levier. Ces contrats sont :

  • Le contrat « UP »
    • Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant d’alléger la demande du réseau en effaçant une partie définie de sa consommation ou fournissant de l’électricité.
    • Rémunéré à hauteur de ± 16 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition.
  • Le contrat « DOWN »
    • Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant de doper la demande du réseau en cas de surproduction (comme un évènement climatique imprévu) ou de surestimation de la demande dans les prévisions en étant capable d’augmenter sa consommation ou diminuer la fourniture sur le réseau. Les entreprises métallurgiques sont par exemple d’excellents clients grâce à leurs énormes résistances électriques.
    • Rémunéré à hauteur de ± 60 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition
  • Le contrat symétrique (UP & DOWN) 100 mHz ou 200 mHz :
    • Ce contrat est passé avec les clients qui disposent de flexibilité permettant à la demande :
      • De doper la demande et/ou de fournir moins d’énergie au réseau.
      • De réduire la consommation et/ou de fournir plus d’énergie au réseau.
    • En fonction du type (100 mHz ou 200 mHz), la rémunération peut aller de ± 150 000 € à plus de 300 000 € (2019) par an et par MW mis à disposition dans les deux sens (up et down).
    • Ce type de contrat est généralement passé avec des centrales thermiques.

La réserve secondaire

Lorsque la fréquence du réseau commence à dévier des 50 Hz habituels encore plus sévèrement, ELIA active la réserve secondaire pour rétablir l’équilibre sur le réseau et écarter tout risque de black-out. Ce service est activé en cas de problème majeur et exceptionnel et rencontre les mêmes exigences que la réserve primaire à la différence que cette réserve peut éventuellement être un peu plus lente au démarrage.

La réserve tertiaire

Contrairement aux deux premières, la réserve tertiaire ne vise qu’à réduire la pression sur le réseau :

  • Soit par injection par client sur le réseau,
  • Soit par réduction du prélèvement du client.

La mise en action de ces puissances n’a lieu qu’en cas de déséquilibre important. Pour cette raison, ce n’est pas un rééquilibrage automatique mais manuel (ELIA prend la décision, ce n’est pas automatique ; puis le client est mis au courant et agit) tandis que pour les réserves primaires et secondaires cette gestion est complètement automatisée. Ce service est ouvert via des enchères mensuelles pour les candidats qui :

  • Sont disponibles en permanence pour activer à la demande d’ELIA minimum 1 MW,
  • Peuvent mobiliser 50 % de leur puissance en moins de 7 minutes et 30 secondes et la totalité en moins de 15 minutes.

Les grands types de contrats sont au nombre de 2 en fonction de la fréquence et la durée pendant laquelle cette puissance peut être mobilisée :

  • Contrat Standard :
    • Jusqu’à 8 heures par jour, 365 jours par an.
      • Les 8 h pouvant être utilisées librement en une fois ou par petites périodes fréquentes
    • La rémunération est liée à la mise à la puissance et au nombre d’activations.
      • ± 3 600 €/MWdisponible/mois + rémunération par activation.
  • Contrat Flex :
    • Jusqu’à 2 heures par jour, 365 jours par an.
      • Maximum 8 périodes d’activation par jour.
    • La rémunération est liée à la mise à la puissance et au nombre d’activations.
      • ± 2300 €/MWdisponible/mois + rémunération par activation.
Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Flexibilité électique – généralité

Flexibilité électique - généralité

Définition

La flexibilité électrique d’un réseau qualifie son aptitude à s’équilibrer facilement, rapidement et intensément, à la demande.

La flexibilité d’un réseau trouve 4 origines combinables :

  • La flexibilité de l’offre
    • Le nucléaire est stable et très peu flexible
    • Les énergies renouvelables sont variables, intermittentes et peu flexibles (possibilité néanmoins d’une flexibilité à la baisse pour l’éolien)
    • Les centrales TGV sont une source importante mais couteuse et polluante de flexibilité de l’offre
  • Le stockage d’électricité 
    • Permet, idéalement en dernier recours, d’absorber les déphasages/décalages entre la production et la consommation par des moyens techniques, souvent couteux et parfois avec un impact environnemental sensible.
  • La flexibilité du réseau
    • La présence d’un maillage et d’interconnexions entre les régions d’Europe (et d’ailleurs) permet de mutualiser les forces de chaque réseau et du déphasage des consommations entre les différentes régions (Merci aux hollandais de diner à 17h30 et aux espagnols d’attendre 22h00 J Mais aussi aux deux heures de décalage horaire entre le Royaume-Uni et la Finlande !).
  • La flexibilité de la demande :
    • Il s’agit ici de la capacité des utilisateurs du réseau (et, dans une plus forte mesure, des industries) à adapter leur profil de consommation électrique en fonction de l’offre énergétique (et donc de son prix ¼ horaire). Cette adaptation peut se concrétiser de plusieurs manières, selon la stratégie adoptable. On parlera de :
      • effacement énergétique ou Load shedding lorsqu’il s’agit de mettre en sous-régime ou hors tension un équipement et/ou une activité en réponse à une baisse de la production énergétique. Dans ce cas, l’activité ou le processus est réduit ou non-réalisé.
      • déplacement des charges ou « Load shifting» quand il s’agit de reporter une charge (activé ou processus consommateur d’électricité) pour éviter que celle-ci ne tombe en plein pic tarifaire. Dans ce cas, l’activité est réalisée mais plus tard.
      • re-planification des charges ou « Load Scheduling». il s’agit alors de prévoir et d’adapter le planning des charges (activités ou processus) pour que les grosses consommations aient lieux aux moments où l’électricité est abondante (et donc aux prix les plus bas dans le contexte d’une tarification ¼ horaire). Dans ce cas, l’ensemble des activités et processus sont réalisés mais leur ordre est défini par les prix de l’énergie.
      • changement de vecteur énergétique ou « fuel-switching». Il s’agit la plupart du temps de changer de vecteur énergétique en fonctions du prix de l’électricité. Ceci demande des activités et/ou des process’ permettant un fonctionnement avec divers vecteurs énergétiques.
    • Cette source de flexibilité sur le réseau, contrairement aux autres, ne demande que peu de moyens techniques et financiers. Elle peut même baisser la facture et être source de recettes supplémentaires pour les entreprises participantes.
    • Son développement permet d’éviter le recours à d’autres sources de flexibilité polluantes.
    • Le système NextFlex permet à votre entreprise de prendre part à la flexibilisation du réseau !

Plus un réseau sera flexible, plus il pourra faire la part belle aux énergies renouvelables et réduire le risque de black-out.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Stockage d’électricité – généralité

Stockage d'électricité - généralité

Définition

Un système de stockage électrique est un dispositif technique permettant de convertir une production électrique sous une forme stockable (électrochimique, chimique, mécanique, thermique, …), de l’accumuler puis de la restituer, sous forme d’électricité ou d’une autre énergie finale utile (thermique, chimique, …).

L’électricité ne peut pas être stockée en tant que telle, elle doit nécessairement être convertie.

Dans un monde où la part de la production électrique intermittente, saisonnière et imprévisible croît et augmente le risque de désynchronisation avec les consommations, le stockage permet de rendre le système plus flexible en absorbant les éventuels déphasages entre production et consommation d’énergie.

Le stockage sert principalement de buffer (tampon) et permet de faciliter la gestion et l’intégration des énergies renouvelables tant sur le réseau que dans les bâtiments en offrant une certaine autonomie lorsque le vent et le soleil sont absents.

Les dispositifs de stockage sont caractérisés par :

  • Leur capacité (exprimée en Wh, kWh, MWh, TWh, …),
  • Leur puissance de charge et de décharge (exprimée en W, kW, MW, TW, …),
  • Leur réactivité : le délai nécessaire pour fournir la puissance demandée (exprimé en secondes, minutes ou en heures),
  • Leur densité énergétique (exprimée en Wh/m³, kWh/m³, MWh/m³, TWh/m³, …),
  • Leur capacité à retenir l’énergie stockée dans le temps (autodécharge),
  • Le rendement de conversion (en %).

L’enjeu du stockage à l’échelle du réseau

Depuis le boum des énergies renouvelables en 2010, la question du stockage est sur toutes les lèvres, mais pourquoi ?

Jusqu’il y a peu, les centrales nucléaires offraient une base relativement constante et inflexible de production électrique mais la production d’un complément d’énergie par nos centrales fossiles flexibles activées et modulées au besoin permettait de « coller » à la demande et assurer l’équilibre du réseau. Dans ce paradigme, la production est totalement maitrisée et facilement synchronisable avec la demande (la consommation).

De manière schématique, le profil classique de demande (et donc de la production) au fil d’une journée type en semaine ressemble à ceci :

graphe stockage

De manière plus précise, le nucléaire puissant mais peu réactif, peu flexible assure classiquement une certaine « base constante de production » et les énergies fossiles plus réactives et plus souples s’ajustent et se modulent en continu pour équilibrer le réseau.

Dans ce principe, plus la puissance demandée est élevée, plus les énergies fossiles sont sollicitées. En priorité, ce sont les centrales récentes et performantes qui sont démarrées mais plus la demande est élevée, plus ce sont, in fine, de vieilles centrales polluantes qui devront être mises en route.

Ce sont donc principalement le pic du matin mais aussi et surtout celui du soir qui ont un bilan environnemental exponentiellement désastreux en appelant autant de puissance.

Si nous pouvions baisser la puissance maximale de ±15%, ce sont plus de 40% des émissions qui seraient épargnées !

À quantité journalière d’énergie produite égale, la pollution serait donc bien moindre si nous pouvions la produire à puissance constante.

Qui dit puissance installée réduite dit également moins de centrales et donc une possibilité d’entretien, d’évolution et d’investissement plus dense sur ces centrales restantes et ainsi un meilleur rendement.

Mais, comme la consommation finale des utilisateurs du réseau n’est pas constante, il faudrait que, pendant les creux de consommation, nous puissions stocker le surplus de production pour l’utiliser plus tard et compenser la réduction de puissance des centrales durant les pics journaliers.

graphe stockage énergie en Belgique

graphe du stockage énergie en Belgique

Par exemple, en Belgique, du stockage gravitaire (STEP) est réalisé à cette fin à Coo-Trois-ponts (5GWh mobilisables jusqu’à 6 cycles par jour).

barrage de Coo

ENGIE –ELECTRABEL ©

Mais, comme nous l’évoquions en introduction, une nouvelle donnée est en train de changer la donne à grande vitesse. Vous vous en doutez, il s’agit des énergies renouvelables !

Les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire ont la particularité d’être des énergies peu prédictibles à long terme et intermittentes, cela implique que le gestionnaire du réseau est dépendant de la variabilité de l’ensoleillement et du vent dans son offre d’électricité alors même qu’il doit assurer le parfait équilibre du réseau. Ceci a pour conséquence d’augmenter la volatilité des prix de l’électricité et nécessite de trouver de nouvelles sources de flexibilités sur le réseau.

En réalité, toutes les sources d’énergies sont stockées avant d’être utilisées pour répondre à la demande, que ce soit le bois dans votre abri, l’essence dans votre réservoir, le gaz dans vos tuyaux et même les barres d’uranium dans les centrales. Le défi avec le vent et le soleil, pour ne citer qu’eux, c’est qu’ils ne sont pas directement stockables en tant que tels aussi facilement qu’un combustible.

En Europe, tant que la portion de renouvelable intermittent dans le mix électrique est maintenue sous un seuil communément admis d’environ 30%((https://www.aps.org/policy/reports/popa-reports/upload/integratingelec.pdf))((Sandrine Selosse, Sabine Garabedian, Olivia Ricci, Nadia Maïzi. The renewable energy revolution of Reunion island. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Elsevier, 2018, 89, pp.99-105. ff10.1016/j.rser.2018.03.013ff. ffhal-01740511f))((https://www.elia.be/~/media/files/Elia/About-Elia/Studies/20171114_ELIA_4584_AdequacyScenario.pdf)), le gestionnaire est capable d’assurer la stabilité du réseau et l’équilibre avec la demande en compensant avec le fossile. En cas de surplus d’énergies pouvant survenir vers midi quand la demande est faible et que les panneaux fournissent le maximum de leur énergie, comme les centrales nucléaires ne peuvent-être arrêtées et redémarrées d’une minute à l’autre, le gestionnaire va pouvoir trouver une issue grâce aux STEP ou en se déchargeant, par exemple, en activant l’éclairage public. Mais ceci fonctionne uniquement tant que la part de renouvelable est contenue (<30%).

Or, pour 2018, nous recensions ±19% d’énergie renouvelable sur le réseau électrique belge ! Et, heureusement, ce chiffre va croissant. Ce qui devrait nous mener à dépasser le seuil des 30% à l’horizon 2030.

graphe stockage

Source : Données extraites des bilans régionaux SPW DGO4 (Wallonie), Bruxelles Environnement, VITO (Flandre), Eurostat (Belgique) pour les années passées

N’hésitez pas à consultez l’observatoire des énergies renouvelable de l’Apere pour des données mises à jour régulièrement ! Ou encore Energymap.org pour observer en temps réel l’origine de la production électrique.

Pour que le gestionnaire de réseau puisse garder la main sur l’équilibre du réseau quand la part d’énergie intermittente augmente, une des solutions consiste à utiliser des moyens de stockage pour :

  • S’assurer de récolter toute la production : ne pas la gaspiller en éclairant l’espace public de jour en cas de surplus,
  • Pouvoir profiter de cette énergie stockée les jours et les heures où le vent ou le soleil fait défaut et éviter de devoir demander plus de puissance aux centrales fossiles.
  • Augmenter l’interconnexion des réseaux au niveau de l’Europe pour amortir et lisser l’intermittence du renouvelable grâce à une échelle géographique élargie et moins dépendante de phénomènes locaux.

En complément des moyens de stockage : la flexibilité électrique accrue de la demande (par l’effacement ou le déplacement des charges) permettra de ne plus uniquement tenter d’aligner l’offre à la demande mais également d’adapter notre consommation à la quantité d’énergie disponible.

L’enjeu du stockage à l’échelle du bâtiment

La règlementation Européenne et les enjeux énergétiques, climatiques et environnementaux incitent les entreprises, les institutions et les particuliers à rejoindre l’effort et devenir eux aussi producteur d’énergie renouvelable.

Pour contribuer à l’équilibre et l’allègement du réseau, chaque bâtiment devra gagner en autonomie énergétique et autoconsommer le maximum de l’énergie qu’il produit. La Wallonie travaille d’ailleurs sur le statut de prosommateur pour inciter fiscalement à l’autoconsommation.

Or, pour maximaliser le taux d’autoconsommation dans un bâtiment, il faut soit :

  • Adapter sa consommation à la disponibilité intermittente d’énergie autoproduite. Ceci implique une refonte complète des comportements, une souplesse dans ses activités et une attention de chaque instant ce qui sera rarement possible dans un monde où l’organisation, la performance et la vitesse prime.
  • Disposer d’un système qui pourra accumuler l’énergie produite hors des heures d’utilisation dans une batterie, un ballon d’eau chaude, sous forme d’H2, … que nous pourrons ensuite mobiliser en temps utile.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Impact environnemental des éoliennes >500 kW

Impact environnemental des éoliennes >500 kW

Selon le rapport du GIEC (2014), l’impact environnemental de l’énergie éolienne serait l’un des plus soutenables avec aujourd’hui ± 10 gr de CO2équivalent/kWh

À titre comparatif, voici quelques chiffres du GIEC (2014) :
Source d’énergie Impact en gr de CO2 équivalents par kWh
Parcs éoliens 11
Panneaux solaires 27 (20-25 selon d’autres sources plus récentes)
Centrale à gaz  490
Centrale au charbon  820 (+Particules fines)
Nucléaire 12  (+Risque de catastrophe nucléaire)

La plus grande éolienne mesure 187 m de diamètre (2017) et des projets jusqu’à 220 m de diamètre sont en projet en 2019 (une éolienne Haliade-X qui sera installée à Rotterdam)((https://www.ouest-france.fr/pays-de-la-loire/saint-nazaire-44600/eolien-ge-acheve-ses-deux-rotors-geants-saint-nazaire-6394349)). Cela représente une quantité gigantesque de fondations en béton armé en plus des 100+ tonnes de métaux nécessaires juste pour construire les pales de l’éolienne ! Néanmoins une éolienne de cette envergure peut alimenter des milliers de ménages en électricité pendant 25 ans et plus, alors quel bilan ?

impact éolienne

Selon la littérature récente((Inderscience Publishers. « Wind turbine payback: Environmental lifecycle assessment of 2-megawatt wind turbines. » ScienceDaily. ScienceDaily, 16 June 2014. <www.sciencedaily.com/releases/2014/06/140616093317.htm>.)), le retour énergétique et environnemental serait inférieur ou égal à seulement 6 à 12 mois ! Globalement, plus une éolienne sera grande et/ou exposée au vent, plus son retour énergétique, environnemental mais aussi économique sera court.

En règle générale, en fonction de ses dimensions, une éolienne produira 15 à 50 fois plus d’énergie qu’elle n’en aura consommée sur son cycle de vie (de la fabrication ± 80 %, au recyclage (± 10 %), en passant par les entretiens ± 10 %).

Si un repowering est toujours possible, un jour viendra, après 20 à 30 ans, où il faudra songer à démonter l’éolienne et la recycler. Sur base d’une étude danoise((Elsam Engineering, « Life Cycle Assessment of offshore and onshore sited wind farms », Fredericia (Danemark), March 2004)) souvent citée en référence, il apparait que plus de 90-95 % de la masse composant une éolienne (hors fondation) est recyclable. Les études plus pessimistes descendent jusqu’à 80 % mais elles prennent en réalité compte des fondations qui ne seraient recyclées/réutilisées qu’à hauteur de 60-65 % pour le béton et 0% pour les sables et les graviers(( Andersen, P. D., Bonou, A., Beauson, J., & Brøndsted, P. (2014). Recycling of wind turbines. In H. Hvidtfeldt Larsen, & L. Sønderberg Petersen (Eds.), DTU International Energy Report 2014: Wind energy — drivers and barriers for higher shares of wind in the global power generation mix (pp. 91-97). Technical University of Denmark (DTU).)). Dans certains cas, les fondations (responsables de 15-20% de l’impact pour les éoliennes onshore et 30-35 % de l’impact des éoliennes offshore) pourront resservir de base à une nouvelle éolienne !

Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Impact envrironnemental des panneaux photovoltaïques

Impact envrironnemental des panneaux photovoltaïques

La fabrication des panneaux photovoltaïques a un impact environnemental non négligeable : fabrication à haute température du verre et du silicium, transport longue distance, quelques milligrammes de « terres rares », … Cela doit-il nous inquiéter ?

panneaux photovoltaiques impact

Selon un article de la revue « nature » [Re-assessment of net energy production and greenhouse gas emissions avoidance after 40 years of photovoltaics development], Atse Louwen, Wilfried G. J. H. M. van Sark , André P. C. Faaij & Ruud E. I. Schropp ; Nature Communications volume7, Article number: 13728 (2016)] , entre les années 80’ et aujourd’hui, l’empreinte des panneaux solaires n’a cessé de baisser passant de :

  • ±400gr à moins de ±25gr de CO2équivalent/kWh pour les panneaux monocristallins
  • ±140gr à moins de ±20gr de CO2équivalent/kWh pour les panneaux polycristallins !
À titre comparatif, voici quelques chiffres du GIEC (2014) :
Source d’énergie Impact en gr de CO2 équivalents par kWh
Parcs éoliens 11
Panneaux solaires 27 (20-25 selon d’autres sources plus récentes)
Centrale à gaz  490
Centrale au charbon  820 (+Particules fines)
Nucléaire 12  (+Risque de catastrophe nucléaire)

Dans le même temps, les rendements de production, la recyclabilité et le déploiement des panneaux n’ont cessés de croître permettant aux PV d’assurer un retour environnemental en moins de 4 à 5 ans sous nos latitudes pour les études les plus prudentes. Un retour sur 2 à 3 ans peut également être trouvé chez les auteurs dont les hypothèses sont plus favorables. Cette durée devrait continuer à se raccourcir dans les années à venir alors qu’en parallèle la durée de vie des panneaux modernes – conventionnellement définie à 20 ans – devrait s’étendre à 30 ans et + dans les années à venir.

Moyennant l’acceptation d’une baisse de rendement (de l’ordre de 20% après 20-25 ans), certaines entreprises garantissent leurs systèmes pour « toute la durée de vie de votre maison » ! Dans un futur proche, les panneaux solaires pourraient donc même survivre à votre maison !

Néanmoins, rien n’est éternel. En ce qui concerne la fin de vie des panneaux, on estime en 2019 qu’avec les techniques actuelles, entre 90 et 95% des composants des panneaux peuvent être recyclées((Selon le rapport de l’agence internationale de l’énergie : INTERNATIONAL ENERGY AGENCY PHOTOVOLTAIC POWER SYSTEMS PROGRAM, End-of-Life Management of Photovoltaic Panels: Trends in PV Module Recycling Technologies IEA PVPS Task12, Subtask 1, Recycling Report IEA-PVPS T12-10:2018, January 2018, ISBN 978-3-906042-61-9)) (l’énergie nécessaire au recyclage étant prise en compte dans le calcul du retour énergétique). Ensuite, partant du constat que, pour la Belgique, l’installation de panneaux a réellement commencé à décoller vers 2009 avec un pic vers 2011 (Apere), nous pouvons estimer que le début du recyclage à grande échelle ne devrait pas se manifester avant ±2030, ce qui nous laisse encore quelques années pour améliorer la valorisation des panneaux en fin de vie.

On pourrait aussi légitimement se demander ce qu’il en est des panneaux plus anciens dont la fabrication était jadis jusqu’à 8 fois plus impactante qu’en 2016 ? Avec un calcul rapide, on peut se rendre compte que ces premiers modèles de panneaux proposaient un retour environnemental sur 20 à 40 ans alors même que leur durée de vie tourne autour des 20 ans. Ces premières versions de panneaux ont donc un bilan neutre ou négatif sur l’environnement !

Rassurez-vous néanmoins, malgré des débuts mitigés et une explosion énergivore de la quantité de panneaux produits, toujours selon cette étude, les balances nettes cumulées depuis les débuts du PV, sont passées en positif récemment, entre 2011 et 2018 (selon les hypothèses). Et ce tant pour le CO2 évité par rapport au CO2 produit que pour l’énergie primaire produite par rapport à celle consommée pour la fabrication, l’entretien et le recyclage.

L’investissement environnemental de départ nécessaire pour qu’une technologie voit le jour et atteigne une certaine maturité est donc derrière nous et le PV a de beaux jours exponentiellement positifs devant lui !

grpahe panneaux photovoltaique impact

Re-assessment of net energy production and greenhouse gas emissions avoidance after 40 years of photovoltaics development, Nature 2016. [Les hypothèses bleues et jaunes correspondent respectivement à une hypothèse de rendement des panneaux produits progressant dans le temps et une hypothèse de rendement stagnant et bas des panneaux]

Pour conclure, rappelons qu’il vaudra toujours mieux chercher à se passer d’énergie (isolation, systèmes passifs, …) que de la produire de manière renouvelable. Un bilan « net », même « positif » implique toujours une balance entre des effets désirables mais également des impacts négatifs. Si, mathématiquement, on peut soustraire l’un de l’autre, dans la réalité les effets néfastes de la conception, de l’entretien et du recyclage ne disparaissent pas par la production d’énergie fusse-t-elle photovoltaïque. Ces effets positifs et négatifs se juxtaposent plus qu’ils ne s’annulent.

protocole de communication
Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Principaux protocoles et leurs caractéristiques

protocole de communication

Présentation

Les protocoles les plus populaires dans le smartbuilding sont :

  • Le KNX (Multi-supports, Multi-techniques, normalisé)
  • Le BACNet (Multi-technique, normalisé)
  • Le Protocole Dali (dédié à l’éclairage, non normalisé mais DALI2 arrive)
  • Modbus (Dérivé du BACNet : HVAC & contrôle de l’éclairage)
  • MBus (Compteurs intelligents)

D’autres protocoles sont utilisés couramment dans le bâtiment, dont notamment :

  • Wi-Fi,
  • Bluetooth,
  • Zigbee,
  • Z-Wave,
  • EnOcean,
  • Thread,
  • Opentherm
  Protocole Réseau Domaine Portée (m) Consommation Interopérabilité Normalisé Commentaire
Wi-Fi 2,4Ghz ou 5Ghz Polyvalent 10-250 Très élevée Oui OUI Gros débits de données
Bluetooth 2,4Ghz Polyvalent 5-125* faible Oui Facilité de configuration
Zigbee 2,4Ghz Polyvalent 20-50* Très faible Oui Max 65000 appareils
Z-Wave 868Mhz Polyvalent 20-50* Très faible Oui Max 232 appareils, plus stable que Zigbee,
EnOcean Ondes Remote control 30-60 nulle*** Oui Zéro énergie
Thread Ondes Polyvalent 40*
KNX Câbles / CPL / Ondes / Ethernet Polyvalent 350-700 Oui Oui
BACnet Câbles et dernièrement ondes radio (BACnet over Zigbee) Polyvalent 350-700 Oui Standard international normalisé très lent mais plus rapide en version IP.
Dali Câbles Éclairage 500 Non, DALI-2 le sera
Modbus Câbles HVAC, parfois éclairage 1200 Lent, dérivé du BACnet
Opentherm Câbles ou ondes Chauffage Refroidissement /
W-Mbus Ondes (LoRa**) Compteurs Sans-fil : 1000-5000

 

 Très faible Bonne
*Maillage possible permettant aux appareils de jouer le rôle de nœuds pour étendre la portée du réseau.

**Réseau sans fil étendu à longue portée.

*** Bouton piézoélectrique qui fournit l’énergie nécessaire à l’envoie de l’information.

KNX

knx dans passerelle de communication

Le KNX, également appelé KONNEX, est né sur les cendres des protocoles EHS, EIB et Bâtibus avec la volonté de favoriser la standardisation et l’interopérabilité dans les Smartbuildings grâce à un protocole normé et ouvert.

Il s’agit d’un protocole de communication commun à différents équipements tant au niveau de l’éclairage comme les boutons-poussoirs, les détecteurs de présence, … qu’au niveau HVAC  comme les vannes motorisées, les moteurs de protection solaire, …

Il s’agit d’un protocole qui peut être véhiculé sur plusieurs supports : sans-fil, par bus terrain, par courant porteur en ligne ou par câble Ethernet.

Le Protocole KNX est développé en partenariat fort avec le BACNET mais veille également à l’interopérabilité de son protocole avec les autres protocoles comme le DALI ou le Modbus pour ne citer que les principaux.

En 2016, les spécifications KNX sont devenues gratuites.

Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.

Bacnet

bacnet dans passerelle de communication

Le Bacnet est un protocole de communication international et normalisé très répandu. Le Bacnet est plus lent que le KNX mais profite également d’un large champ d’application (bien qu’il soit principalement orienté HVAC).

Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.

Protocole Dali

dali dans protocole de communication

Rien à voir avec Salvador ! DALI est un protocole de communication dédié exclusivement à la gestion d’éclairage.

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) est une interface standard développée et soutenue par différents grands constructeurs de ballasts électroniques. DALI permet de gérer, commander et réguler numériquement une installation d’éclairage par l’intermédiaire d’un bus de communication deux fils communément appelé « ligne DALI ».

Fini, en théorie, les soucis de compatibilité d’équipement !

En effet, quels que soient les composants de l’installation d’éclairage :

  • un détecteur de présence,
  • une cellule photo électrique,
  • un bouton poussoir,
  • un interrupteur gradable à mémoire,
  • un ballast électronique,
  • …

et pour autant qu’ils possèdent l’appellation DALI, toutes marques confondues, ils sont capables de communiquer entre eux via la ligne DALI.

Mais qu’apporte exactement DALI ?

> Une gestion flexible de l’éclairage par :

  • un adressage individuel des ballasts électroniques, et par conséquent des luminaires,
  • la facilité de découper les espaces en zones indépendantes,
  • la simplicité de programmation, de modification de programmation sans devoir intervenir physiquement sur l’installation.

> Un confort et une simplicité :

  • de mise à disposition de multiples scénarios de commande et de gestion pour l’utilisateur et le gestionnaire technique,
  • de mise en œuvre pour le maître d’œuvre.

Modbus

modbus dans protocole de communication

Le protocole Modbus est un protocole de communication dérivé du BACnet faisant partie du domaine public. Le protocole peut utiliser l’Ethernet ou des bus terrain comme support physique (RS232, RS485 par exemple).

Ce protocole date des années 1979 et ne permet pas à plusieurs appareils d’émettre en même temps sur une branche. Le protocole fonctionne selon le principe du maitre-esclave : l’esclave n’ayant la « parole » que lorsque l’équipement maitre le demande.

Les dernières informations techniques en date peuvent être trouvées sur leur site.

M-Bus

Le M–Bus est un bus de terrain pour l’acquisition de données de consommation de compteurs d’électricité, de compteurs de chaleur, de compteurs de gaz, …

 

Author Image Posted By : Gregory Leonard 25 Nov, 2019

Protocole de communication

Protocole de communication

Définition

Un protocole de communication est un ensemble de règles et de codes de langage qui définissent comment se déroule la communication entre un émetteur et un récepteur.

Rôle

Pour qu’un bâtiment intelligent puisse fonctionner, il faut que tous les sous-systèmes puissent communiquer entre eux et se comprennent. Pour se faire, il faut un réseau physique (des câbles) ou sans fil (émetteur, ondes, récepteur) pour acheminer l’information mais il faut aussi que ces informations soient émises dans un langage bien codifié pour qu’elles puissent être reçues et interprétées par les autres appareils du réseau.

Le rôle du protocole est donc de régir la manière dont l’émetteur et le récepteur vont échanger des informations et donner une signification commune aux données brutes qu’ils s’échangent.

Fonctionnement général

Les systèmes doivent donc parler un langage commun mais aussi connaitre quelques codes simples d’émission et de réception des données. C’est par l’utilisation d’un protocole que l’on cadre et définit cela. En plus d’un langage commun, le protocole fixe notamment :

  • La manière d’indiquer qu’un appareil est prêt à recevoir de l’information,
  • Le contexte de la communication (update, action à réaliser, demande d’un état, …)
  • La façon de s’assurer que le message a bien été reçu et compris,
  • Les procédures en cas d’anomalies ou de ruptures de la communication,
  • La procédure de fin de communication.

Pour expliquer le fonctionnement, l’analogie de l’appel téléphonique est souvent utilisée car là aussi, un protocole codifie la communication et permet la compréhension mutuelle :

  • Le récepteur indique qu’il est prêt à recevoir (le récepteur décroche et dit « Allô ») ;
  • L’émetteur situe la communication dans son contexte (« Je suis Sergio. Je t’appelle pour la raison suivante … ») ;
  • Par exemple, l’émetteur commande une action et identifie un éventuel destinataire final (« Peux-tu prévenir la Reine Mathilde que … ») ;
  • Le récepteur s’assure d’avoir bien compris le message (« Peux-tu me répéter le nom ? ») ;
  • Les procédures en cas d’erreur sont mises en place (« Je te rappelle si je n’arrive pas à la joindre. ») ;
  • Les parties se mettent d’accord sur la fin de la communication (« Au revoir. »).

Mais la communication ci-dessus a aussi implicitement enclenché d’autres actions avec d’autres protocoles : une autre couche de communication :

  • Quand l’interlocuteur de Sergio préviendra la Reine Mathilde, celui-ci utilisera un autre protocole de communication, adapté à sa réceptrice couronnée.
  • Aussi, avant même de dire « Allô », les téléphones ont dû communiquer entre eux (tonalité, sonnerie, …) pour ouvrir la ligne selon un protocole qui leur est propre.

Au final, ce sont autant de protocoles, parfois différents, superposés ou en chaînes qui peuvent être utilisés dans la cadre d’une simple requête.

Pour faire le lien entre deux protocoles différents, l’utilisation de ponts ou passerelles est nécessaire.

 L’enjeu de l’Interopérabilité

Pour qu’un smartbuilding fonctionne de manière optimale, l’interopérabilité des systèmes est primordiale.

L’interopérabilité des protocoles et des systèmes ne s’annonce pas être une chose facile dans la dynamique actuelle poussant à la création « d’environnements dédiés » pour chaque produit ou famille de produits pour des raisons purement économiques et de marketing.

Il faudra éviter autant que possible la fragmentation des protocoles. Mais, heureusement, la Commission électrotechnique internationale (IEC en anglais) veille à assurer la sécurité et l’interopérabilité des systèmes.

L’autre enjeu est celui de la normalisation des protocoles. Certains protocoles très courants comme le DALI n’est pas normé (heureusement, le DALI-2 devrait bientôt voir le jour et sera normé).

Il reste que les protocoles de communication les plus populaires sont encore nombreux mais bien souvent interopérables. Ouf !

Author Image Posted By : Gregory Leonard 20 Nov, 2019

Supports de communication dans le bâtiment

Supports de communication dans le bâtiment

Les « bus terrain » (les câbles)

Les bus informatiques sont des éléments câblés portant l’information dans le bâtiment. Dès les débuts de la GTC et jusqu’à aujourd’hui c’est dans la plupart des cas via ce type de support que les informations des systèmes techniques sont transportées.

support de communication

L’utilisation de câbles plutôt que d’ondes radios pour la communication possède plusieurs avantages. Le réseau :

  • Est stable, robuste, sans perte de connexion,
  • Durable dans le temps,
  • Peut traverser les murs, même épais,
  • Frais de maintenance réduits,
  • Ne peut-être infiltré à distance.
  • Généralement plus véloce que les réseaux sans-fil.
  • Aucune suspicion d’impact sur la santé, contrairement aux ondes (favorise l’acceptation).

Mais également certains désavantages :

  • Coût jusqu’à 5-15% plus cher qu’un réseau déployé par ondes radio((En 2019, dans la majorité des cas, selon les intégrateurs que nous avons pu consulter.)).
  • Complexité de mise en place, demande d’être méticuleux et organisé pour ne pas s’y perdre, notamment en cas de travaux de rénovation.
  • Peuvent prendre de la place,
  • Inesthétiques.

Par défaut, ce sont des câbles qui sont utilisés dans la majorité des cas, tandis que les ondes radios sont utilisés pour répondre à des exceptions pour lesquelles du câblage ne serait pas adapté : télécommande mobile, appel infirmier,  considérations esthétiques et techniques (par exemple : pour éviter de traverser une paroi en verre dans une salle de réunion sans espace technique), …

Dans certains cas, pour des questions de cybersécurité et de protection de données, l’utilisation de câblage est rendue obligatoire. Les systèmes anti-intrusion sont ainsi obligatoirement câblés. Dans un avenir proche, le raccordement des caméras de sécurité devra également être réalisé en filaire.

Déjà actuellement, les caméras, souvent nombreuses et de haute résolution représentent des flux de données considérables plus facilement gérable en filaire.

Les ondes radio

onde radio

 

Les ondes radios sont utilisés par des protocoles de communication comme le zigbee, le Wifi, le bluetooth. Les réseaux sans-fils présentent plusieurs avantages :

  • Celui, majeur, de permettre aux appareils d’être libres de tout fils et donc mobiles ou portables (bouton poussoir d’éclairage EnOcean, télérelevé de comptage, appel infirmier, télécommandes…)
  • Réduction de l’impact visuel et du nombre de percements.
  • Simplifier et réduire le nombre de branchements (points de contacts) lorsqu’un grand nombre d’appareils sont circonscrits dans un espace relativement restreint (portiques d’entré,…).
  • Généralement moins cher à mettre en œuvre.

Mais, également, certains désavantages :

  • le réseau est plus facilement soumis à des perturbations,
  • Le coût de maintenance est plus élevé,
  • Les suspicions d’impact des ondes sur la santé peuvent constituer un frein à l’acceptation,
  • Le réseau créé autour des points d’émissions pourrait ne pas être circonscrit à l’enceinte physique du bâtiment et, donc, mettre à mal la cybersécurité du bâtiment. Quand bien même le réseau serait borné à l’enceinte du bâtiment, il sera plus facile d’accéder de l’intérieur à un réseau sans fil diffusé dans l’espace qu’à un réseau câblé moins accessible.
  • Débit pouvant-être plus faible que les réseaux câblés.

Le courant porteur en ligne (CPL)

Dans certains cas, généralement dans le cadre domestique, le réseau électrique en place pourra servir d’infrastructure de support à la communication. Ce support a l’avantage de préexister et permet donc le déploiement d’un réseau à moindre coût.

Le principe est simple, on émet des hautes fréquences (ondes courtes) sur le réseau de courant électrique, ces ondes vont se superposer aux basses fréquences du courant alternatif. En bout de course, les récepteurs situés sur le réseau vont décoder le signal en soustrayant les fréquences liées au courant électrique alternatif de manière à retrouver le signal émis.

courant continu

Ce type de support a cependant certaines limites :

  • Le câblage électrique est conçu pour les basses fréquences à haute énergie (l’électricité circule à une fréquence de 50Hz dans nos contrées tandis que le CPL utilise des hautes fréquences à faible énergie au-delà de 9kHz). De ce fait, les gaines ne sont généralement pas blindées ce qui augmente le risque de brouillages et d’interférences.
  • Certains éléments du réseau comme les onduleurs peuvent couper les hautes fréquences,
  • Une panne de courant empêche le fonctionnement de la communication dans la plupart des cas,
  • Si l’intensité électrique du réseau varie fortement, le signal devient plus difficilement lisible et la communication s’en trouve gênée.
Author Image Posted By : Gregory Leonard 20 Nov, 2019

Internet des objets (IOT : Internet Of Things)

Internet des objets (IOT : Internet Of Things)

Si nos bâtiments, au sens de leurs systèmes techniques, deviennent intelligents, il en va de même de pratiquement tous nos objets du quotidien pour lesquels il existe en variante dite « smart » : montres connectées, ampoules, frigo, matelas, aspirateurs, tondeuses à gazon, balances, réveils, radios, télévisions, serrures, gamelles du chien, compteurs, pots de fleur, caméras, enceintes à reconnaissances vocales, etc…

internet des objets

Cette explosion récente du « smart » dans tous les domaines et l’avènement de plateformes ouvertes (applications, logiciels, …) qui rendent possibles l’interopérabilité entre un très grand nombre de ces objets ont permis de lier tous ces composants, a priori sans points communs, pour donner la possibilité aux utilisateurs de les faire interagir au sein d’un grand écosystème.

Ce n’est pas clair pour vous ? Voyez plutôt : Si vous possédez, à tout hasard, une ampoule connectée et une poubelle connectée, il est possible pour vous de paramétrer les choses suivantes en quelques clics :

Si nous sommes un jeudi ET qu’il est 19h00 ET que la poubelle n’est pas vide,

ALORS Allumer la lumière de la cuisine en rouge ET recevoir une notification sur le smartphone disant « sortir les poubelles ».

Ou encore si vous possédez une sonde de qualité de l’air (CO/CO2/Humidité), des ampoules connectées et une enceinte connectée :

Si CO supérieur à 500 ppm,

ALORS allumer toutes les lumières en rouge ET allumer les enceintes à 100 % ET faire sonner le téléphone ET envoyer un sms « help » au voisin

Les objets peuvent-être utilisés d’un grand nombre de manières que ce soit pour des économies d’énergie, plus de commodité, de confort ou encore pour sa sécurité.

C’est donc cet ensemble d’objets physiques (une poubelle, une ampoule, une enceinte, une sonde CO) ou virtuels (une horloge en ligne, la météo, …) connectés directement ou indirectement (via des passerelles de connexion) à un même réseau et pouvant interagir entre eux qu’on appelle l’internet des objets ou IOT.

L’Union internationale des télécommunications((Dans sa note de recommandation UIT-T Y.2060 URL : https://www.itu.int/rec/dologin_pub.asp?lang=e&id=T-REC-Y.2060-201206-I!!PDF-F&type=items)) en donne la définition suivante : « infrastructure mondiale pour la société de l’information, qui permet de disposer de services évolués en interconnectant des objets (physiques ou virtuels) grâce aux technologies de l’information et de la communication interopérables existantes ou en évolution ».

D’après la note de recommandation UIT-T Y.2060

Avec cette interconnexion galopante et le développement des technologies de la communication, les frontières entre l’utilisateur, les « wearables », les objets connectés et les systèmes techniques s’amenuisent et ces différentes échelles s’intègrent, s’assimilent mutuellement.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 20 Nov, 2019

SmartBuilding : définition

SmartBuilding : définition

Définition

Un bâtiment intelligent ou « Smartbuilding » est un bâtiment qui cherche à répondre aux enjeux généraux de confort, de bien-être, de sécurité et de performance énergétique et environnementale par l’exploitation des technologies liées au monde numérique.
Architecture et Climat – Janvier 2019

Intelligence artificielle dans le smartbuilding

Pour chacun de ces enjeux, le Smartbuilding poursuit 4 objectifs majeurs :

  • La flexibilité énergétique,
  • La commodité et l’ergonomie,
  • L’optimisation et l’efficacité,
  • La maintenance et la prévention des pannes.

Le bâtiment intelligent cherche à atteindre ces 4 objectifs pour chacun des enjeux en faisant communiquer et coopérer les systèmes du bâtiment entre eux tout en incluant l’occupant.

Le bâtiment, désormais smart, dispose ainsi de nouveaux outils numériques pour (s’)informer, contrôler, prévoir, optimiser et simplifier la gestion du bâtiment.

Le Building Performance Institute Europe [BPIE] ajoute qu’un bâtiment intelligent :

  • « Conduit à une décarbonisation plus rapide des systèmes énergétiques par l’utilisation du stockage d’énergie et l’amélioration de la flexibilité de la demande énergétique ;
  • Habilite et responsabilise ses usagers et occupants en leur offrant le contrôle des flux d’énergie ;
  • Reconnait et réagit aux besoins des occupants et des usagers en termes de confort, de santé, de qualité de l’air intérieur, de sécurité mais aussi d’exigences pratiques. « 

Mais cette « surcouche SMART » présente également des risques et de nouveaux défis pour le secteur du bâtiment. Principalement, ces risques sont : l’échec de la symbiose avec les occupants, la cybersécurité, l’obsolescence des équipements, le surcoût économique et environnemental à rentabiliser (voir plus loin).

Quelle différence avec la GTC ?

Le smartbuilding se différencie de la GTC (Gestion Technique Centralisée) :

  • par son champ d’application plus large, allant bien au-delà de la HVAC en intégrant d’autres systèmes (accès, ascenseur, renouvelable, sécurité, …)
  • Par son niveau d’interaction plus élevé et plus complexe entre les différentes techniques. Ceci permet à la HVAC, l’éclairage, les protections solaires, le contrôle d’accès,… de fonctionner de concert pour améliorer le confort et la performance du bâtiment.
  • par sa philosophie et son caractère beaucoup plus flexible et ouvert. Ces qualités se manifestent vers l’utilisateur qui dispose désormais d’interface conviviales pour configurer ses systèmes à souhait mais également entres les différents systèmes techniques. Dans un Smartbuilding, les éléments ne sont liés entre eux que par un réseau et de la programmation : un détecteur ou un interrupteur n’est pas structurellement relié à une lampe plutôt qu’à une autre. La manière dont les différents éléments d’un smartbuilding interagissent entre eux est désormais flexible et modifiable à souhait.

GTC dans smartBuilding

Finalement, alors que le « cerveau » de la GTC est centralisé dans un centre de gestion, celui d’un Smartbuilding est réparti entre les différents systèmes et est présent à plusieurs échelles dans chaque sous-système.

Par exemple, chaque ampoule embarque un logiciel métier mais c’est également le cas de la passerelle qui gère les interactions entre les interrupteurs, les ampoules et le réseau. Un cloud peut également intervenir sur la gestion du système et constituer une source de service supplémentaire. Cette configuration décentralisée et parfois distribuée de la gestion améliore la résilience des systèmes.

Quels sont les systèmes intégrés dans le bâtiment intelligent ?

Concrètement, grâce à l’interopérabilité et à la standardisation lente mais croissante des protocoles de communication, les Smartbuildings sont capables de monitorer, analyser et faire coopérer une variété de systèmes techniques de plus en plus large. La seule limite étant la créativité du concepteur et/ou de l’intégrateur pour répondre aux besoins de l’occupant.

La liste des sous-systèmes pouvant coopérer au sein d’un smart building est sans limite. Nous citerons donc à titre non exhaustif les systèmes principaux les plus souvent intégrés que sont :

  • Le système de raccordement au réseau et les compteurs intelligents,
  • Le système de production de chaleur,
  • Le système de refroidissement,
  • Le système de production d’ECS,
  • Le système de ventilation,
  • Le système de production et d’intégration d’énergie renouvelable,
  • Le système de stockage d’énergie,
  • Le système d’éclairage,
  • La motorisation des parties mobiles de l’enveloppe (stores, fenêtres motorisées…),
  • Le système de protection incendie,
  • Le système de gestion des eaux,
  • Les ascenseurs,
  • Le système d’accès et de sécurité,
  • La recharge et l’intégration des véhicules électriques,
  • Le monitoring et le contrôle du bâtiment,
  • Les appareils électroménagers.

Mais aussi, pourquoi pas : la détection de fuites, les livraisons, les déchets (poubelles connectées), l’inventaire, l’agenda partagé (peut coopérer avec les systèmes des salles de réunion, etc…), l’arrosage automatique, …

Gadget ou vraiment « smart » ?

Dans la vie de tous les jours, qu’est-ce qu’un bâtiment intelligent, qu’a-t-il de vraiment smart ?

Gadget : Objet, appareil, dispositif, projet etc…, qui séduit par son caractère nouveau et original, mais qui n’est pas d’une grande utilité.

Smart : Se dit d’un bien dont la maintenance ou le fonctionnement sont assurés par un dispositif automatisé capable de se substituer, pour certaines opérations, à l’intelligence humaine.

LAROUSSE – 2018

Si le concept et l’imaginaire qui entoure le smartbuilding peut sembler un peu « geek » ou gadget au premier abord, la différence entre un bâtiment « non-smart » des années 60’ et un bâtiment intelligent correspond à peu près à la différence qu’on peut retrouver entre un tracteur « full manuel » des années 60 et une voiture hybride semi-autonome d’aujourd’hui !

Le tracteur est composé d’une série d’éléments (phares, moteur, direction, freins…) actionnés et régulés indépendamment par des commandes individuelles, directes et manuelles.

tracteur dans la catégorie smartbuilding

 

À contrario, et même si nous y sommes habitués et que nous ne le remarquons peut-être plus, nos voitures actuelles sont en réalité des « smartcars » avec tout ce que cela comporte d’aspects positifs, ou pas.

voiture du futur

Rendez-vous compte : la voiture hybride choisi seule si c’est le moteur électrique ou thermique qui doit être utilisé en fonction de l’état de la batterie, du réservoir, de la vitesse et du type de conduite ; la voiture ne se déverrouille que lorsque la clé se trouve à proximité, la lumière intérieure s’allume à l’ouverture de la porte ; les phares s’allument automatiquement quand la nuit tombe ; les vitesses passent automatiquement et de manière adaptée à notre conduite du moment ; le volume de la musique baisse lorsque le GPS s’exprime, l’alarme pour la ceinture sonne dès que le siège détecte la présence d’un passager non ceinturé ; le moteur s’éteint au feu rouge, etc…

Tiens, tiens, … entre notre tracteur et notre voiture dernier cri, tout ne serait-il pas devenu interconnecté via un réseau d’information et partiellement automatisé pour faciliter la vie à bord, améliorer le confort, la sécurité et économiser de l’énergie ?

Dans le secteur automobile comme dans le bâtiment, pour être réellement smart, il est important de trouver le bon équilibre entre automatisation et suggestion en fournissant de l’information exploitable par l’utilisateur (entretien à venir, limitation de vitesse, pression des pneus, bouchons, présence d’un obstacle, …) lui suggérant telle ou telle action.

Ainsi, nous ne sommes pas à l’abri de certaines fonctions « gadget » mais, dans leur ensemble, les bâtiments intelligents le sont vraiment et ont un impact mesurable sur l’efficacité énergétique, le confort, le bien-être, la santé et la sécurité des occupants((Vincent Bonneau & Tiana Ramahandry, I. a.-A. (2017, 10). Commission Européenne. (E. Union, Éd.) Consulté le 06 2019, sur https://ec.europa.eu: https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/dem/monitor/sites/default/files/DTM_Smart%20building%20-%20energy%20efficiency%20v1.pdf)).

Dans la littérature, nous pouvons observer des réductions de consommation des bâtiments allant de 5-15% pour la HVAC et jusqu’à 60% pour l’éclairage((Vincent Bonneau & Tiana Ramahandry, I. a.-A. (2017, 10). Commission Européenne. (E. Union, Éd.) Consulté le 06 2019, sur https://ec.europa.eu: https://ec.europa.eu/growth/tools-databases/dem/monitor/sites/default/files/DTM_Smart%20building%20-%20energy%20efficiency%20v1.pdf)) en fonction du niveau (très variable) d’intelligence, d’automatisation et d’intégration des systèmes.

Pour conclure, tout n’est évidemment pas mauvais ou inutile dans le smartbuilding mais, comme dans les autres secteurs, il vaudra toujours mieux privilégier les alternatives passives et la sobriété énergétique, plutôt que consommer de manière « Smart ».

vélo dans la catégorie smartBuiling

Quels sont les risques liés au smartbuilding ?

Les risques inhérents à la mise en œuvre sont au nombre de 4 :

  • Risque d’échec de la symbiose avec les occupants,
  • Risque de faille informatique, cybersécurité,
  • Risque d’obsolescence des équipements et softwares,
  • Risque de surcoût économique et environnemental non rentabilisé.

Échec de la symbiose avec les occupants :

Si le projet va trop loin dans l’automatisation, l’optimisation et la prédiction tout en réduisant les possibilités de déroger et d’interagir avec les systèmes, alors l’occupant perd la maitrise de son bâtiment. Il pourrait se retrouver sans levier d’action et ne plus comprendre pourquoi en plein hiver les stores se ferment au premier rayon de soleil alors que lui, en plein « blue monday », est à la recherche de Vitamine D !

domotique

 

Il faudra à tout prix éviter ce décalage entre d’un côté, une sombre optimisation énergético-économique opérée par une machine et de l’autre, les envies et besoins impulsifs éminemment humains des occupants. Pour éviter ce clash, la « machine » devra fait preuve de transparence, flexibilité, interactivité et convivialité !

Plus généralement, pour qu’un projet de smartbuilding soit positivement adopté par les utilisateurs, celui-ci devra répondre de façon proche et avec tact aux besoins de ces derniers. Pour donner toutes ses chances au projet de Smartbuilding, le concepteur et l’intégrateur (qui sont parfois une même entité) devraient être impliqués dans le projet et échanger avec les occupants et les acteurs de la construction (Architecte, entrepreneur, électricien, …) dès les premières esquisses puis tout au long du projet.

C’est notamment lors de ces discussions que les « fourchettes » d’action (borner le chauffage entre 16°C et 22°C par exemple) et que les limites de la paramétrisation laissées à l’occupant via les diverses interfaces sont définies. À l’issue de ces discussions, un équilibre devra être trouvé entre, d’une part :

  • garantir la robustesse du système et éviter que l’occupant puisse toucher à trop d’éléments techniques, ce qui risque d’engendrer des dysfonctions
  • et, d’autre part, lui permettre d’ajuster, de déroger sur suffisamment de paramètres pour qu’il conserve le contrôle et la maitrise de son bâtiment.

Risque de faille informatique, la cybersécurité

numérique dans la catégorie smartbuiling

L’autre risque qui survient quant on mandate des machines pour prendre des décisions à notre place et qu’on les interconnecte entre elles est celui de la cybersécurité : « Et si quelqu’un s’infiltre et prend les commandes de mon bâtiment ? Ou pire, s’il utilise la connection d’une ampoule comme passerelle pour s’infiltrer sur mon serveur d’entreprise et voler mes données ? »

Bien que les inquiétudes soient légitimes, bien que la vigilence soit de mise, il n’y a pas de raison de s’en inquiéter irrationnelement ou, en tous cas, plus que nous le faisons déjà avec notre réseau Wifi, notre smartphone, mots de passes ou nos clés d’appartement.

Étant donné qu’aucun système de sécurité n’est fiable à 100%, que ce soit les serrures de votre bâtiment ou son alarme, la bonne pratique en matière de (cyber)sécurité est d’agir proportionnellement. Cela commence en évaluant la valeur des données et/ou des biens que renferme le bâtiment pour définir un niveau de sécurité adapté à atteindre et l’appliquer partout : à son smartbuilding, au réseau wifi, aux serrures physiques du bâtiment, aux mots de passes des adresses mail, …

Par analogie : « Installer une porte blindée ne sert à rien si la fenêtre reste ouverte. »

Il faut donc prendre la question de la cybersécurtié au sérieux et faire réaliser un audit pour définir le niveau de protection à atteindre mais également garder à l’esprit que d’importants progrès en la matière sont réalisés jour après jour et que les cas de cyberattaques directement liées à une faille d’un Smartbuilding sont relativement rares. Si les données que renferment le bâtiment ont de la valeur, il est toujours possible d’étanchéifier le réseau « smartbuilding » du/des réseaux qui renferment des données sensibles.

Si, au départ, le cloud avait une place importante dans le smartbuilding, suite à la révélation de certaines failles informatiques conséquentes, il est de moins en moins utilisé. Aujourd’hui, le remote controling du smartbuilding est réalisé par réseau privé virtuel ou VPN. Sans entrer dans les détails, un VPN fonctionne comme un tunnel temporaire et étanche qui permet de se connecter directement à distance à un ordinateur situé dans le bâtiment. Contrairement au Cloud qui « discute » tout le temps avec le bâtiment, ici un tunnel n’est ouvert qu’en cas de besoin et l’ensemble se déconnecte quand il n’y a plus d’échanges.

Le risque d’obsolescence des équipements et des softwares.

Les premiers smartbuilding sont relativement récents de sorte que les retours sont peu nombreux et ne permettent pas de déterminer avec certitude si ces bâtiments feront face à un phénomène d’obsolescence ou non. Néanmoins, quelques éléments de réponses peuvent être apportés.

Tout d’abord, l’interopérabilité et la structure du réseau « plug and play » décentralisé ou parfois distribué des systèmes du smartbuilding est un gage de résilience et donc de durabilité. Dans ces systèmes peu hiérarchisés et non-linéaires, chaque élément ou presque peut-être remplacé ou retiré individuellement. D’autres éléments peuvent éventuellement être ajoutés. C’est un système évolutif, ce qui facilite grandement les réparations, adaptations, remplacements.

cnetralisé et décentralisé

Cependant, qui dit systèmes évolutifs, dit également systèmes qu’on aura envie de faire évoluer. La tentation de compléter son système avec des équipements « gadgets » superflus ou par la nouvelle version de l’un ou l’autre équipement peut indirectement être source de gaspillage et d’obsolescence.

Si la GTC appartient progressivement au passé, celle-ci avait la qualité de pouvoir accompagner un bâtiment plus de 15 ans sans modification ou encombre majeure.

Quand nous observons les durées de vies couramment observées des softwares, objets connectés et autres tablettes, nous pouvons légitimement douter de la pérennité de l’ensemble des composants du smartbuilding.

  • >30-50 ans pour un bâtiment,
  • >15-20 ans pour un équipement de technique,
  • ±8-10 ans pour un objet connecté,
  • ±4-6 ans pour un système d’exploitation
  • Et ±2-4 ans pour une application

Risque de voir le surcout économique et environnemental non rentabilisé sur la durée de vie

La Smartbuilding poursuit, entre autres, un objectif d’efficacité environnementale et de rationalisation de la consommation d’énergie. Le Maitre d’ouvrage cherche de surcroit à réaliser des économies en réduisant la consommation et l’empreinte environnementale de son bâtiment.

Le premier risque d’un smartbuilding est d’observer une optimisation énergétique et une baisse de la facture énergétique insuffisamment conséquente pour compenser le surcoût « smart » lors de la construction du bâtiment.

graphe sur le smartbuilding

Ensuite, comme les nombreuses sondes, équipements, puissances de calcul, … sont sous-tension et communiquent 24h/24, 7j/7, ils engendrent une consommation d’électricité non négligeable. Ces équipements supplémentaires ont également une empreinte en énergie grise liée à leur fabrication dont il faut tenir compte. Le second risque serait que cet « investissement environnemental supplémentaire » ne soit pas au moins compensé par l’économie et la rationalisation énergétique que ces équipements génèrent au cours de leurs vies.

On estime qu’en 2025 les objets connectés auront une consommation équivalente à un pays comme le Canada.

Basé sur les chiffres de l’AIE (Agence Internationale de l’Énergie) – 2013

Le « smart » : un progrès (in)contournable ?

Un faisceau d’incitants directs et indirects comme le « SRI », l’intégration croissante du renouvelable, l’encouragement à l’autoconsommation, le choix européen d’orienter la mobilité vers l’électrique, des attentes et des normes de confort et de commodité croissantes vont pousser chaque jour un peu plus à « smartiser » nos bâtiments.

Si la volonté est de se doter des dernières technologies pour profiter des fonctionnalités et services les plus à la pointe, alors le Smart et l’interconnexion deviendront incontournables.

L’automatisation de certaines tâches et l’optimisation du bâtiment nous permet alors de multiplier les fonctionnalités, les services, rationnaliser la consommation d’énergie et améliorer le confort tout en nous soulageant d’une partie de la gestion et de la programmation.

Néanmoins, nous observons également combien la course au progrès se fait régulièrement au détriment du bon sens et de la maitrise de son environnement. C’est pourquoi nous pensons qu’il nous revient, au cas par cas, de définir si un tel progrès est de nature à répondre à un besoin réel ou non. Plutôt que d’offrir des solutions à un problème qui n’existe pas, le smartbuilding se devra de répondre sur-mesure aux besoins et aux attentes propres à chaque groupe d’occupant.

D’un point de vue uniquement énergétique, si nous devions positionner l’intégration du « smart » dans une stratégie de conception telle que la trias-energetica, elle trouverait assurément sa place en queue de peloton :

  • lorsque les besoins sont réduits au maximum rationnel (Optimisation de l’enveloppe, des comportements…),
  • que la plus grande part possible des besoins est couverte par des énergies renouvelables,
  • et que le complément (fossile) est produit avec le meilleur rendement possible

Alors seulement, comme dernier effort, le smartbuilding devrait être envisagé et intégré au bâti de manière à rationnaliser toujours plus les besoins, optimiser l’autoconsommation, perfectionner le confort et améliorer l’efficacité et la gestion énergétique.

Il serait hautement souhaitable que l’utilisation de cette force de calcul puisse, paradoxalement (?), se mettre au service des solutions Low-Tech et passives en les rendant plus autonomes et intelligentes de manière à les rendre aussi efficaces que certains systèmes actifs complexes, lourds et consommateurs d’énergie.

En effet, des éléments architecturaux « basiques » comme les fenêtres ouvrantes ou les volets sont des composants formidablement simples et efficaces pour refroidir ou ventiler un bâtiment. Leur unique « défaut » réside éventuellement dans leur mauvaise utilisation : faute d’information et de capacité d’anticipation de l’occupant mais également dans l’impossibilité d’être actionné en dehors des horaires d’occupation.

Avec un peu d’IA et quelques sondes simples, l’utilisateur peut, par exemple, être informé anticipativement par une simple diode LED de l’intérêt ou non d’actionner tel ou tel dispositif de manière à adapter et optimiser son utilisation des ouvrants.

Dans certains cas judicieux, pour aller plus loin, ces éléments peuvent être connectés et motorisés de sorte que, lorsque l’utilisateur est absent, le smartbuilding pourra prendre le relais et actionner ces systèmes simples avec très peu de moyens techniques et énergétiques.

Architecture et Climat  – Janvier 2019

Author Image Posted By : Gregory Leonard 20 Nov, 2019

Intelligence artificielle (IA) appliquée aux bâtiments

Intelligence artificielle (IA) appliquée aux bâtiments

Aujourd’hui, l’intelligence artificielle (IA) s’immisce partout, jusque dans nos bâtiments… Mais au-delà du mythe, de la crainte ou encore du fantasme, qu’est-ce que réellement l’intelligence artificielle et quel rapport entretient-elle avec les bâtiments ? De quoi s’agit-il ?

L’intelligence artificielle regroupe l’ensemble des technologies (les programmes, codes, machines, techniques…) capable de reproduire un ersatz d’intelligence. Il s’agit donc pour ces outils, programmes ou techniques de simuler des processus cognitifs, parfois plus vite qu’un humain, parfois de façon originale. Néanmoins, l’intelligence artificielle ne peut naître d’elle-même ou apprendre d’elle-même sans supervision humaine. L’IA n’a pas de « volonté » ou de « conscience », il ne s’agit que d’une chaine de petits calculs et algorithmes relativement « simples » qui, combinés bout à bout et itérés, permettent d’accomplir des processus cognitifs complexes (reconnaitre des caractères, convertir une voix en texte, …). Ce haut niveau de complexité peut parfois semer le trouble et faire croire « qu’il y a quelqu’un là de-dedans » mais il n’en est rien !

Les limites d’une intelligence informatique supervisée

Si, du côté du matériel (le « hardware »), les « machines de calcul » atteignent des sommets (augmentation des puissances, cloudcomputing, …), la limite la plus forte se situe dans la formalisation, la programmation des tâches : comment expliquer à une machine qu’elle doit effectuer une tâche déterminée ?

C’est en effet une chose d’avoir de la puissance et une endurance à toute épreuve mais si on ne sait pas qu’il faut mettre un pied devant l’autre pour courir, toute cette puissance ne sert à rien. Ainsi, la programmation informatique des tâches est aussi ardue que la logique d’une machine est éloignée de celle d’un humain : une machine a plus de facilité à énumérer des nombres premiers qu’à reconnaitre un chat ou, simplement, marcher. Pour une machine tout est mathématique et logique, rien n’est « inné », tout doit rentrer dans des cases.

Aussi, jusqu’à présent, aucune machine n’apprend par elle-même à partir de rien. Systématiquement, l’humain doit spécifier les paramètres à prendre en compte, les règles du jeu et l’objectif à atteindre.

La performance de la machine dépend donc de ses composants mais surtout de la capacité de l’humain à en tirer parti et savoir « expliquer » (programmer) les règles du jeu de manière efficace et, le cas échéant, à fournir des données en quantité et qualité suffisante pour que la machine puisse les analyser et s’optimiser pour répondre au mieux aux objectifs. La machine peut donc s’entrainer ou optimiser un processus, parfois à des niveaux de complexité très élevés mais ne peut pas, à l’origine, faire preuve d’intelligence ou d’initiative pure par elle-même.

Si nous observons en bref le fonctionnement d’un thermostat « dernier cri » dit « smart » ou « intelligent », on se rend compte que ce n’est pas un génie. Il s’agit d’une machine à qui on a expliqué (programmé) que, pendant son exploitation, elle allait devoir optimiser sa manière d’agir sur la chaudière en fonction d’une série de paramètres (température extérieure, ensoleillement, température intérieure, …) de manière à ce que la température mesurée des espaces intérieurs réponde au mieux aux attentes planifiées de l’occupant.

Cette machine enregistre les différents paramètres qu’elle mesure et adapte son fonctionnement logique si elle manque son objectif (selon un processus d’itération préprogrammé par le concepteur). En effet, si le nouveau thermostat « intelligent » que vous avez depuis 3 jours déclenche par défaut la chaudière 30 minutes avant le réveil de l’occupant pour atteindre 20°C à 7h du matin, il va arriver un jour où les températures extérieures vont baisser et où la pièce aura besoin de bien plus de 30 minutes pour chauffer. Ce jour-là, la machine va se tromper et atteindre la température de consigne en retard mais surtout elle va le mémoriser et tenir compte de son erreur. Ainsi, si elle est bien programmée, elle « se souviendra », la prochaine fois qu’il fera aussi froid, qu’elle n’y était pas parvenue et elle lancera la chaudière un peu plus tôt et ainsi de suite. Au fil du temps, des erreurs et des corrections, le thermostat perfectionnera son algorithme pour répondre au mieux à sa mission. Plus le programmeur aura fait intervenir des paramètres dans l’algorithme plus la machine pourra se perfectionner et corriger son calcul au fil du temps.

Dans tous les cas, la machine restera limitée par son hardware (le nombre et la qualité de ses capteurs) mais aussi et surtout par la qualité de sa programmation. En effet, il ne faudrait pas que le jour où vous oubliez une fenêtre ouverte toute la nuit avec pour effet de biaiser le comportement de la relance de votre chauffage, le thermostat se dérègle et désapprenne tout. Seul un programmeur intelligent qui aurait anticipé ce genre de cas pourra permettre au thermostat de comprendre que ce matin-là était anormal et qu’il ne doit pas en tenir compte pour la suite.

Quelle place dans le bâtiment ?

Le numérique, les technologies de la communication et l’IA, prennent une place de plus en plus importante grâce aux évolutions dans les domaines des TICs (technologies de l’information et de la communication), de l’informatique, de l’électronique, … Avec l’automatisation croissante, ces progrès ont permis l’introduction dans nos bâtiments de systèmes techniques plus complexes et finement régulés sans pour autant augmenter proportionnellement la difficulté de la gestion quotidienne pour les occupants.

Ainsi, les systèmes du bâtiment ont pu devenir de plus en plus nombreux, interconnectés, perfectionnés et complexes individuellement. Cette complexité est en voie de s’accroitre dans les prochaines années avec l’intégration croissante des énergies renouvelables et la mise en réseau lente mais progressive des systèmes entre eux de sorte qu’il y aura encore une augmentation considérable du nombre de prise de mesures, de décisions et d’actions à automatiser et optimiser pour réguler tous ces systèmes en continu de manière optimale et coordonnée.

L’intégration de ces technologies dans ce qu’on appelle désormais un « smartbuilding » représente une opportunité unique d’amélioration de la performance énergétique et du confort dans les bâtiments.

Author Image Posted By : Gregory Leonard 15 Nov, 2019

Les dossiers thématiques : Le QZEN

Les dossiers thématiques : Le QZEN

Connaitre les tenants et aboutissants de la nouvelle exigence QZEN, anticiper en communiquant autour de cette exigence afin d’aiguiller les acteurs du secteur de manière appropriée, tels sont les objectifs de cette page thématique consacrée au QZEN.

Dans cette optique, nous nous sommes concentrés sur la compréhension du QZEN : C’est quoi le QZEN ? Évolution ou révolution ? QZEN= renouvelable ?

Ensuite, l’accent a été mis sur la conception énergétique des bâtiments « Quasi Zéro Énergie » : Quelle approche de conception pour le QZEN ?

Finalement, nous avons poursuivi la mise à jour du contenu sur les énergies renouvelables, le stockage énergétique dans le bâtiment et les réseaux intelligents.

Qu’est-ce que le QZEN ?

Quelle approche de conception pour le QZEN ?

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Choisir le compresseur de la machine frigorifique [Climatisation]

Choisir le compresseur de la machine frigorifique [Climatisation]

Choix du type de compresseur

Il existe de nombreuses technologies de conception des compresseurs.

Techniques

 Pour découvrir ces diverses technologies, cliquez ici !

Pour aider à la sélection, il est possible de les regrouper par « familles » et d’en tirer leurs propriétés communes.

On distingue les compresseurs par le mode de compression :

  • Le compresseur volumétrique, où la compression du fluide frigorigène se fait par réduction du volume de la chambre de compression. Il existe des compresseurs à piston, à vis, à spirales (compresseurs scroll) et des compresseurs rotatifs.
  • Le compresseur centrifuge, où la compression du fluide est créée par la force centrifuge générée par une roue à aubes. On parle de turbocompresseur.

On les distingue également par l’association moteur-compresseur :

  • Le compresseur ouvert, où le moteur est dissocié du compresseur et raccordé par un manchon ou une courroie. L’accès aux différents éléments est possible pour réparation et la vitesse de rotation est modifiable en changeant la poulie du moteur. Mais ces deux avantages (fort théoriques…) ne compensent pas le défaut majeur de l’existence d’un joint d’étanchéité rotatif à la traversée du carter par l’arbre. Ce joint, qui doit être lubrifié pour assurer l’étanchéité, est source de fuites… inacceptables aujourd’hui dans un contexte « zéro-fuite ».
  • Le compresseur hermétique, où moteur et compresseur sont enfermés dans une même enveloppe. Le joint tournant disparaît et avec lui le risque de fuite. Mais des contraintes nouvelles apparaissent, dont le fait que le refroidissement du moteur est réalisé par le fluide frigorigène lui-même. Cet échauffement est préjudiciable au cycle frigorifique puisque la température à l’aspiration du compresseur augmente. De plus, si le moteur vient à griller, c’est l’ensemble du circuit frigorifique qui sera pollué : un nettoyage complet du circuit doit être réalisé si l’on veut éviter de nouveaux ennuis. En cas de problème, il n’est plus possible de réparer… Dès lors, un organe de sécurité contre la surchauffe (Klixon) est incorporé. Grâce à cette sécurité thermique, montée dans les enroulements du moteur ou sur ces derniers, l’alimentation électrique sera coupée lors d’une surchauffe du moteur.Le compresseur hermétique est couramment utilisé pour les petites et moyennes puissances : climatiseurs, armoires de climatisation, pompes à chaleur, …
  • Le compresseur semi-hermétique, qui réalise un compromis entre les deux produits précédents. Il tente de bénéficier des avantages du groupe ouvert (accès aux mécanismes) et du groupe hermétique (limitation des fuites). Mais l’étanchéité reste imparfaite (nombre de joints non négligeable) et le prix est sensiblement plus élevé que pour le compresseur hermétique.Le compresseur semi-hermétique est utilisé pour les moyennes puissances.

Critères énergétiques de sélection parmi les différents types de compresseur

Tous les compresseurs ne présentent pas une performance égale. Cette performance peut être mesurée via le COP de la machine frigorifique dans laquelle ils seront insérés. Le tableau ci-dessous (valeurs recommandées par le standard ARI) permet d’apprécier globalement la performance que l’on peut attendre des différents types de compresseurs :

Type d’équipement

 COP min. recommandé (kWr/kWe)

Groupes de production d’eau glacée à pistons

A refroidissement par air

– Jusqu’à 100 kWr
– Supérieur à 100 kWr

A refroidissement par eau

– jusqu’à 10 kWr
– Supérieur à 10 kWr

  

 

3,0
3,0

 

3,7
4,0
Groupes de production d’eau glacée à vis

A refroidissement par air

A refroidissement par eau

– jusqu’à 800 kWr
– Supérieur à 800 kWr

  

4,5

 

4,6
5,0

Groupes de production d’eau glacée centrifuges

A refroidissement par air

– jusqu’à 800 kWr
– Supérieur à 800 kWr

A refroidissement par eau

– jusqu’à 800 kWr
– Supérieur à 800 kWr

 3,8
3,84,5
4,7

Conditions standard ARI 550/590-98. Exemple : pour groupes de production d’eau glacée, température départ eau glacée = 6,7°C ; température entrée condenseur à eau = 29,4°C / à air = 35,0°C.

Comment choisir ?

Globalement, la tendance actuelle est :

  • à l’abandon des machines à mouvement alternatif (compresseur à piston),
  • au développement des machines tournantes, à came rotative, à spirale rotative (scroll) ou à vis.


Le compresseur à vis …


… et la vis en question !

Compresseur scroll.

Les avantages portent :

  • sur une réduction des pièces mécaniques en mouvement (suppression des clapets) et donc une plus grande fiabilité,
  • un rendement volumétrique d’un compresseur assez bon grâce à l’absence d’espaces morts, comme dans les compresseurs à pistons,
  • une meilleure modulation de puissance,
  • une plus grande longévité,
  • un niveau sonore nettement plus favorable (moins de vibrations), surtout pour les appareils hermétiques,
  • une moindre sensibilité aux entrées de fluide frigorigène liquide (« coups de liquide » destructeurs des compresseurs à pistons),
  • un coût de maintenance également plus faible, puisque le risque de panne est diminué.

Pas de secret : leur coût d’achat est encore plus élevé…

On choisira des compresseurs hermétiques ou semi-hermétiques pour atteindre l’objectif zéro-fuite de fluide frigorigène, objectif qui sera un jour obligatoire au niveau réglementaire.

La puissance frigorifique à atteindre constitue un critère de choix de départ, mais la sélection d’un compresseur demande une vue globale sur les typologies disponibles en fonction de la puissance frigorifique et sur le mode de régulation de puissance. Un camion peut être très performant, mais s’il est trop puissant, il n’atteint pas la performance de 2 camionnettes…

Dans le tableau synthèse de sélection, on trouvera les deux critères rassemblés.

Critères énergétiques de sélection du compresseur lui-même

Pour les compresseurs à vis comme pour les compresseurs scroll, le risque est de sélectionner un compresseur dont le taux de compression est trop élevé : le compresseur travaillera « pour rien » puisque le fluide frigorigène sera trop comprimé puis se détendra au travers de l’orifice de refoulement jusqu’à atteindre la pression de condensation.

La pression de condensation est liée au régime de fonctionnement du condenseur de l’installation. Il importe que la pression interne de refoulement soit la plus proche possible de la pression de condensation.

Le concepteur choisira un « rapport de volume interne » (cela correspond au taux de compression, mais exprimé sous forme d’un rapport entre les volumes à l’entrée et à la sortie du compresseur) approprié au cas d’utilisation et pour lequel le compresseur exige la plus faible puissance d’entraînement possible.

Pour les cas où les conditions de pression de fonctionnement varient fortement, on a mis au point le compresseur à vis à rapport de volume interne variable. Le taux de compression s’adapte automatiquement au rapport de pression utile en fonction des paramètres de température de condensation et de température d’évaporation.

Cette technique optimalise le rendement énergétique tant à pleine charge, qu’à charge partielle.

L’insertion d’un économiseur (ou « superfeed » ou « suralimentation »)

Le fonctionnement technique de l’économiseur dépasse la portée de nos propos, mais le principe de base consiste à injecter une quantité de fluide frigorigène supplémentaire dans le compresseur, à une pression intermédiaire entre la pression de condensation et d’aspiration.

La puissance frigorifique en est nettement améliorée alors que la puissance absorbée n’augmente que légèrement.

On rencontre différentes modalités d’application de ce principe dans trois technologies de compresseur :

  • Dans les compresseurs à vis, où un orifice est prévu dans la paroi du stator pour injecter du fluide juste après la phase d’aspiration.
  • Dans les compresseurs rotatifs à palettes multiples, où une augmentation de 10 % de la puissance absorbée, génère de 20 à 30 % de la puissance frigorifique, suivant le régime de fonctionnement.
  • Dans les compresseurs centrifuges, où ce système est prévu par certains constructeurs lorsque le compresseur comporte deux roues. Les gaz supplémentaires sont injectés à l’entrée de la deuxième roue où ils se mélangent aux gaz refoulés de la première roue. Même si la puissance absorbée augmente, le coefficient de performance en est accru. On cite par exemple un COP accru de 6 % pour une température d’évaporation de 0°C et une température de condensation de 40°C.

Refroidisseur de liquide à compresseur centrifuge de 3 900 kW.

Prévoir dès le départ la mesure du COP de l’installation :

Pour la bonne gestion future d’une grosse installation, on peut imaginer de placer un compteur d’énergie sur l’eau glacée et un compteur électrique sur le compresseur (coût de l’ordre de 5 000 Euros). Il sera alors possible d’imposer un COP moyen annuel minimum à la société de maintenance… en laissant celle-ci se débrouiller pour y arriver. Un remboursement de la différence peut être prévu comme pénalité en cas de non-respect.

Choix de la technique de régulation de puissance

La puissance de la machine frigorifique a été dimensionnée pour répondre aux conditions de fonctionnement extrêmes (période de canicule), sans compter les surdimensionnements liés aux incertitudes d’occupation.

La première économie consiste à évaluer au plus près la puissance frigorifique nécessaire car la machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes. Chaque palier de diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne ! Pour vérifier les ordres de grandeur dans un cahier des charges, un ratio (très approximatif !) de 100 W/m² peut situer les besoins d’un bureau. La puissance totale du bâtiment ainsi trouvée sera multipliée par 2/3 pour tenir compte de la non-simultanéité des besoins.

Ensuite, il faut choisir une régulation qui lui permette de répondre à des besoins généralement beaucoup plus faibles que la valeur nominale et fluctuant dans le temps.

Diverses techniques de régulation sont possibles :

  • la régulation par « tout ou rien » (marche/arrêt ou pump-down),
  • la régulation progressive de la pression d’évaporation,
  • la régulation par « étages »,
  • la régulation par cascades (ou « centrales »),
  • la régulation par variation de vitesse ou « INVERTER »,
  • la mise hors-service de cylindres,
  • le by-pass des vapeurs refoulement-aspiration,
  • l’obturation de l’orifice d’aspiration,
  • la régulation par injection des gaz chauds,
  • la régulation « par tiroir » des compresseurs à vis,
  • la prérotation du fluide frigorigène dans les turbocompresseurs.

Les investissements dans une régulation performante sont très rentables. Le supplément de prix demandé par l’installation de plusieurs unités en cascade (centrale) ou d’unités avec un réglage fin de la production (turbocompresseurs et compresseurs à vis avec régulation de l’aspiration) est rapidement compensé par les économies d’énergie réalisées. Un surcroît d’investissement de 10 à 15 % génère de 20 à 30 % d’économie d’énergie.

Le découpage de la puissance

Classiquement, la solution consiste à répartir la puissance :

  • soit en choisissant un compresseur à plusieurs étages (= plusieurs cylindres ou plusieurs pistons),
  • soit en créant une cascade entre plusieurs compresseurs (= compresseurs en centrales).

Le choix d’un compresseur à plusieurs étages est réservé aux machines frigorifiques utilisées en congélation. Suite à la très basse température de l’évaporateur, la différence des pressions à vaincre par le compresseur est fort élevée. Il est alors très utile de décomposer la compression en deux étapes : c’est le rôle du compresseur bi-étagé. On choisit également ce système lorsque la température de refoulement des gaz comprimés devient trop élevée : c’est par exemple le cas de l’ammoniac.

Par contre, en climatisation, un montage en parallèle de plusieurs machines (montage « en centrale ») est simple et fiable puisque les machines restent indépendantes.

Compresseurs alternatifs
montés en tandem.

La variation progressive de la puissance est énergétiquement favorable puisqu’aucune machine n’est dégradée dans son fonctionnement.

Bien sûr, le coût d’investissement est plus élevé que si l’on utilisait une seule grosse machine, mais imaginerait-on d’installer une grosse chaudière sans prévoir une cascade pour reprendre les faibles besoins de la mi-saison ?

Un découpage de la puissance en étages est recommandé, tout particulièrement lorsque les variations de charge sont importantes.

Il en résultera :

  • Un gain sur les kWh (énergie) :
    • car le « petit » compresseur alimentera un condenseur surdimensionné pour ses besoins, d’où une pression de condensation plus basse,
    • car le rendement du moteur du compresseur sera amélioré.
  • Une longévité accrue de l’installation par un fonctionnement plus régulier.
  • Une sécurité d’exploitation.
  • Un gain sur la pointe 1/4 horaire en kW (puissance), facturée par la société distributrice.

En général, on établit les enclenchements en cascade sur base de l’évolution de la température de retour de la boucle d’eau glacée, température qui constitue une image des besoins du bâtiment. Le tout est temporisé de telle sorte que les compresseurs ne s’enclenchent pas tous les uns à la suite des autres.

Une bonne solution peut être également de réguler en fonction de la température du ballon-tampon, lorsqu’il est existant.

Pourquoi un ballon tampon ? Un compresseur ne peut démarrer et s’arrêter trop fréquemment sous peine de s’échauffer. Pour prolonger la durée de vie du matériel en diminuant le nombre de démarrages, le constructeur prévoit un « anti-court cycle », c’est-à-dire la temporisation du redémarrage si l’installation vient de s’arrêter. La présence du ballon tampon amplifie l’inertie thermique de l’installation, prolonge la durée de fonctionnement du compresseur, améliore le rendement du compresseur et supprime le risque qu’il soit bloqué par l’anti-court cycle.

On dimensionne un ballon tampon de telle sorte que son stockage corresponde à 5 à 10 minutes de la consommation en eau.

La variation de vitesse du compresseur

C’est une autre solution avantageuse en plein développement : soit un moteur d’entraînement à deux vitesses, soit un entraînement à vitesse variable. Cette dernière technique est sans aucun doute à recommander actuellement. Le régime de vitesse s’adapte à la puissance de réfrigération souhaitée. Par exemple, un variateur de fréquence génère une tension dont la fréquence varie entre 20 et 60 Hz. S’il s’agit d’un moteur prévu pour fonctionner à 1 500 tours à 50 Hz, il tournera entre 600 et 1 800 tours/min selon les besoins.

Pourquoi la limitation à 20 Hz ? Un défaut de lubrification du compresseur peut apparaître à basse vitesse, mais les constructeurs améliorent les systèmes régulièrement et trouvent des solutions.

Cette technique de variation de puissance par la variation de vitesse du compresseur (encore appelée INVERTER) entraîne :

  • un confort élevé (bonne stabilité de la température à l’évaporateur car régulation de la pression à l’aspiration du compresseur),
  • un rendement énergétique supérieur aux autres techniques de régulation de puissance, car on ne détruit pas le rendement volumétrique, on givre moins (en chambre frigorifique), on limite les dépassements de consigne de régulation propres aux systèmes de régulation tout ou rien (liés au différentiel de régulation),
  • une réduction du bruit et des vibrations,
  • un cos phi élevé (entre 0,95 et 0,98), ce qui permet d’éviter des pénalités ou le placement de condensateurs de compensation.

Audit

 Pour comprendre la facture électrique, cliquez ici !

Réseau électrique

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Le supplément de coût (si un compresseur coûte 100, sa version avec variateur de vitesse tournera entre 150 et 180) sera rapidement amorti par l’économie d’exploitation. Il ne sera plus nécessaire de prévoir un démarrage « étoile-triangle » puisqu’un démarrage « en douceur » est réalisé par le variateur.

A priori, les différents types de compresseurs peuvent être équipés de cette technique (exceptés les petits compresseurs hermétiques), mais s’il s’agit de greffer un variateur sur un matériel existant, une consultation préalable du fabricant sera bienvenue (risque de défaut de lubrification).

Cette technique est également intéressante pour les compresseurs à vis (énergétiquement plus efficace que la régulation par tiroir), mais des troubles de lubrification et un échauffement du moteur peuvent apparaître à vitesse réduite.

La mise à l’arrêt de cylindres

Méthode assez répandue parmi les techniques de découpage de la puissance, il est possible de jouer avec la mise hors-service des cylindres (ce qui peut s’adapter sur une installation existante).

Avantage : pour éviter les pointes de courant de démarrage, il est possible de démarrer à vide le compresseur.

Inconvénients :

  • Ce réglage est énergétiquement moins favorable; les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 %, par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.
  • La variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance).
  • L’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

L’obturation de l’orifice d’aspiration

À cet égard, le réglage par un étranglement dans la conduite d’aspiration n’est pas meilleur. On modifie alors la puissance de réfrigération en agissant sur le débit du réfrigérant.

L’injection des gaz chauds

Quant au réglage de la puissance du compresseur par injection des gaz chauds dans l’évaporateur ou à l’entrée du compresseur, il faut le qualifier de « pur anéantissement d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, ils provoquent un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système aberrant hors service dans les installations existantes.

C’est le compresseur qui travaille sur lui-même. On pourrait tenter l’image suivante : une pompe remonte de l’eau de la cave vers le rez-de-chaussée. Si l’eau vient à manquer, on risque de faire caviter la pompe. Aussi, on décider de redescendre de l’eau vers la cave, de réinjecter de l’eau supplémentaire à l’entrée de la pompe. Ainsi, on est sûr que le débit de la pompe restera suffisant !

Attention à l’injection de gaz chauds rencontrée en climatisation sur des groupes avec un compresseur n’ayant pas de système interne de régulation de puissance, utilisé sur des petits chillers et des systèmes à détente directe (roof-top, par exemple) : c’est absolument à proscrire.

(A ne pas confondre avec le dégivrage par injection de gaz chauds, qui est par contre une technique très efficace de dégivrage).

Tableau synthèse de sélection

L’importance d’une mesure préalable !

La mise en place d’une régulation performante demande de connaître la puissance effective nécessaire en fonction des saisons. Aussi, si le choix d’un compresseur doit être fait en vue du remplacement d’une machine existante, on placera un simple compteur horaire sur l’alimentation électrique du compresseur actuel pour ainsi connaître son temps de fonctionnement et donc la puissance moyenne demandée. Cela permettra de mieux choisir la nouvelle machine frigorifique.

Si l’installation doit vaincre les apports d’une machine spécifique à enclenchement discontinu, la puissance moyenne peut être trompeuse : à certains moments, c’est la puissance totale qui est demandée, et zéro le reste du temps… Idéalement, on enregistrera la puissance demandée, en relevant en parallèle la source des apports thermiques.
Type de compresseur Plages de puissance
(kW frigorifiques)		 Régulation adaptée
Compresseur rotatif 10 W maximum
(climatiseurs individuels,
petits refroidisseurs d’eau)
  • Variation de la vitesse de rotation
  • Régulation admission gaz à l’aspiration
  • La tendance est d’associer deux ou plusieurs compresseurs sur une même machine

(*)
Compresseur scroll de 3 à 40 kW par compresseur
(mais possibilité de puissance supérieure par mise en parallèle de compresseurs)		 Modulation de puissance optimale, par variation de la vitesse de rotation ou par mise en « centrale »
Compresseur à piston
Ouvert quelques dizaines de kW à plus de 1 000 kW Étanchéité aux fluides frigorigènes insuffisante aujourd’hui
Semi-hermétique de quelques dizaines de kW à quelques centaines de kW
  • Un compresseur à plusieurs étages
    ou plusieurs compresseurs en cascade (« centrale »)
  • Variation de la vitesse de rotation
Hermétique de quelques kW à plusieurs dizaines de kW Régulation type « marche/arrêt » commandée par thermostat d’ambiance ou sur circuit d’eau.

Tendance actuelle : plusieurs compresseurs en cascade (« centrale »)
Compresseur à vis de (20) 100 à 1 200 kW Excellente fiabilité et longévité

Modulation de puissance par « tiroirs » très souple, de 100 à 10 %, avec une très faible dégradation du COP par la régulation « par tiroirs », du moins au-dessus de 50 % de la puissance.
Compresseur centrifuge (ou turbo-compresseur) de (600) 1 000 à 4 000 kW Modulation de puissance optimale limitée à 35 %, par prérotation du fluide frigorigène à l’entrée de la roue.

(**)

(*) pour les compresseurs rotatifs, la modulation de puissance s’opère par modification du débit de fluide frigorigène, soit en faisant varier la vitesse de rotation du compresseur, soit en régulant l’admission des gaz à l’aspiration. Le rendement énergétique est sensiblement conservé à charge partielle, ce qui constitue un avantage important. Pour la même raison que pour les compresseurs à pistons, la tendance est d’associer deux ou plusieurs compresseurs sur une même machine.

(**) Pour les turbocompresseurs,

  • La variation de la vitesse de rotation ne peut se faire que sur une plage limitée et avec une diminution de rendement du compresseur. Concrètement, la variation de vitesse par moteur asynchrones triphasés est encore onéreuse, aussi la régulation par variation de vitesse n’est envisagée que lorsque le turbo compresseur est entraîné par une turbine à vapeur.
  • La régulation par modification des pressions du cycle est parfois rencontrée (augmentation de la pression de condensation par augmentation de la température au condenseur, et diminution de la température à l’évaporation en créant une perte de charge à l’aide d’un volet). cette technique est désastreuse sur le plan énergétique. Tout autant que la régulation par injection de gaz chauds à l’aspiration.
Remarque.
Choisir un compresseur performant, c’est bien. Le placer dans un environnement favorable, c’est mieux. En pratique, on sera très attentif aux assembliers qui proposent
« un échangeur + un compresseur + un échangeur ». L’ensemble forme une machine frigorifique, certes, mais les pertes de charge liées aux échangeurs sont parfois très élevées pour le compresseur, ce qui augmente fortement sa consommation !On choisira de préférence une installation globale, montée d’usine et dont le fabricant garantit la performance globale.

Critères acoustiques

En local technique

C’est le compresseur qui génère le plus de bruit, il est donc toujours préférable de le placer en local technique lorsque l’on dispose d’un espace suffisant, tandis que le condenseur refroidi par air est placé en terrasse. Cette solution est la plus adaptée en ce qui concerne la diminution des nuisances sonores vers l’extérieur du bâtiment.

Lorsque les compresseurs sont placés en local technique, ils masquent tous les bruits de détente ou de circulation interne des fluides dans la machine. Pour diminuer les nuisances acoustiques du compresseur, il faut mettre en place les dispositifs suivants :

  • Mettre un capot acoustique sur la machine.
  • Prévoir une dalle flottante équipée d’isolateurs à ressorts.
  • Placer des plots en élastomère entre la machine et la dalle flottante.

Si le groupe évaporateur/compresseur est implanté au-dessus de locaux occupés, on peut placer un matelas de laine de verre entre la dalle flottante et le socle de propreté de la machine.

N.B. : la suspension anti-vibratile des compresseurs peut ne pas être suffisamment efficace car les compresseurs sont reliés aux autres éléments de façon rigide. Ainsi, on utilisera des manchettes souples pour relier l’évaporateur aux canalisations du réseau hydraulique.

En terrasse

Si on ne dispose pas d’un local de service, évaporateur, compresseurs et condenseur seront placés en terrasse. Mais, sur le plan acoustique, ce type de disposition est toujours à éviter.

Dans tous les cas, il faudra éloigner au maximum les compresseurs de tous les plaignants potentiels.

Remarquons que l’éloignement de la machine impose des longueurs de canalisations plus importantes, ce qui peut avoir une influence sur le dimensionnement des équipements (collecteurs, pompes, …) et augmenter le coût de l’installation.

Il faudra éviter de placer les compresseurs à proximité de parois qui pourraient augmenter sa directivité vers une zone sensible. Au contraire, il faudra envisager de placer la machine de façon à la cacher derrière un obstacle. Ainsi, en terrasse, on pourra placer la machine derrière la cabine d’ascenseur ou profiter de la présence de l’armoire électrique de la machine, par exemple.

Remarque.

Si la réduction des nuisances acoustiques est un critère important, le placement d’un variateur de vitesse sur le compresseur (qui se justifie déjà pour des raisons énergétiques) est incontournable.

Certains variateurs peuvent être paramétrés pour « sauter » la(les) gamme(s) de fréquence qui génère(nt) des vibrations du compresseur (fréquences de résonance de la machine). Simplement, il ne s’arrête pas sur ces fréquences critiques.

À titre d’exemple, voici quelques niveaux sonores donnés par un fabricant de groupes refroidisseurs de liquide (pression sonore mesurée à 10 m en champ libre en dBA).

– machines équipées de compresseur scroll hermétique :

Puissance comprise entre 17 et 35 kW : 43 dBA
Puissance comprise entre 38 et 100 kW : 55 dBA
Puissance comprise entre 101 et 200 kW : 61 dBA
Puissance comprise entre 201 et 245 kW : 65 dBA

– machines équipées de compresseur à piston semi-hermétique :

Puissance comprise entre 245 et 540 kW : 57 dBA
Puissance comprise entre 541 et 740 kW : 60 dBA

– machines équipées de compresseur à vis :

Puissance comprise entre 280 et 600 kW : 68 dBA
Puissance comprise entre 601 et 1215 kW : 71 dBA
Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Juin, 2019

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Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Juin, 2019

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Author Image Posted By : Gregory Leonard 3 Juin, 2019

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Author Image Posted By : Sylvie Rouche 9 Mai, 2019

Géothermie [Le chauffage – PAC]

Principe

À l’état naturel, le sous-sol garde une température constante de l’ordre de 10 … 12 °C à partir d’une profondeur d’une dizaine de m.

On peut donc logiquement imaginer que celui-ci puisse servir de source naturelle de froid. Il suffirait qu’un réseau véhiculant un fluide caloporteur le parcoure pour produire de l’eau à température adéquate pour refroidir un bâtiment.

On appelle cela du « géocooling ».

De même, une température de 10 .. 12 °C plus élevée et plus stable que la température extérieure hivernale est une température intéressante pour servir de source froide à une pompe à chaleur, en l’occurrence sol/eau, pour chauffer le bâtiment en hiver.

On parle alors de « géothermie ».

Refroidissement en été et chauffage en hiver vont d’ailleurs souvent de pair. En effet, si en été on extrait du « froid » du sol, ce dernier se réchauffe progressivement. Si cette opération se répète d’année en année, sans autre perturbation, le sol verra sa température moyenne augmenter jusqu’à ne plus être exploitable.

Dès lors pour éviter ce phénomène, il s’agit de régénérer le sol chaque hiver en extrayant la chaleur accumulée en été grâce à une pompe à chaleur.

On parle alors de « STOCKAGE GEOTHERMIQUE » : la chaleur du bâtiment est transférée dans le sol en été quand elle est gênante pour être utilisée en hiver quand elle est nécessaire.

Technologie des sondes géothermiques

Les systèmes fermés et ouverts

On parle de système fermé si un fluide caloporteur circule dans le sol dans un circuit fermé.

On retrouve principalement 3 types de systèmes fermés : les forages ou sondes géothermiques, les pieux géothermiques et les nappes horizontales.

3 types d’échangeur géothermique : les pieux, les sondes et les nappes.

Source : Rehau.

On parle de système ouvert lorsque c’est l’eau de la nappe phréatique ou du lit d’une rivière qui est pompée pour échanger sa chaleur avec le bâtiment et réintroduite en aval du sens d’écoulement souterrain.

Forages géothermiques

Dans ce cas les « échangeurs géothermiques » ou « sondes géothermiques » sont pour la plupart constitués de forages verticaux (diam 150 mm) d’une profondeur de 50 à 400 m (souvent 100 .. 150 m). Chaque forage contient des conduites, le plus souvent en polyéthylène (DN 32) disposées en double U et enrobées d’un coulis de ciment/bentonite (le « grout ») assurant la protection mécanique tout en permettant une certaine souplesse indispensable pour résister aux mouvements de sol.

Source : REHAU.

L’ensemble des forages forme ainsi un champ de sondes espacées entre elles de 6 à 10 m, pour limiter les interférences thermiques. Les sondes sont raccordées entre elles via des collecteurs, en série ou en parallèle ou un mix des deux.

Le champ de sondes peut être disposé à côté du bâtiment ou même sous le bâtiment (par exemple en ville).

Variantes : Sondes coaxiales en acier

Les forages géothermiques présentent une série de contraintes comme :

  • la nécessité d’espace pour effectuer les forages;
  • la gestion du forage au travers de couches de sous-sol parfois hétérogènes;
  • la nécessité de maximiser l’échange de chaleur tout en garantissant la tenue mécanique des sondes,
  •  …

Cela conduit les fabricants à proposer des alternatives aux sondes traditionnelles en « double U ».

Il existe ainsi des sondes coaxiales : l’eau en provenance du bâtiment circule dans la périphérie de la sonde et revient par le cœur pour délivrer son énergie au bâtiment.

Exemple de sonde coaxiale en PE : le fabricant annonce que les performances d’une sonde de dimension 63 mm / 40 mm
correspondent à une sonde géothermique double U de dia. 32 mm.

Source : www.hakagerodur.ch

Pour encore augmenter l’échange thermique avec le sol les sondes peuvent être réalisées en acier (avec protection cathodique) ou en inox, sans enrobage : le tube périphérique est en métal et le tube intérieur en PE.

L’augmentation du transfert de chaleur, permet alors réduire le nombre de forages et la longueur des sondes. Ainsi des tests de réponse thermique montrent qu’en moyenne, les sondes coaxiales en inox ont une résistance thermique 2 fois moindre qu’une sonde avec doubles U en PE. Cela permettrait une puissance d’extraction de 10 à 20 % supérieure.

Exemple de sondes en acier, à visser (longueur de 3 m).

Source : Thermo-pieux.

Exemple de sonde en inox introduite par forage ou « vibro-fonçage ».  La profondeur peut atteindre une centaine de mètres.

Source : geo-green.

La technologie des sondes coaxiales ouvre la porte à des installations avec des forages en étoile au départ d’un point d’entrée unique dans des lieux où l’accès pour des forages parallèles espacés n’est pas possible (par exemple, une cour intérieure dans un site existant).

 

Forages en « étoile » : on parle dans la littérature de « racines géothermiques ».

Pieux géothermiques

Une alternative aux forages consiste à intégrer les échangeurs géothermiques aux pieux de structure d’un bâtiment. Cela se justifie parce que ceux-ci sont souvent nécessaires dans des sous-sols humides, sous-sols favorables aussi à la géothermie.

On justifie cette technique par un souci de rationaliser les techniques en les combinant. Cependant, la pratique ne prouve pas que les coûts soient inférieurs par rapport à des installations distinctes. La mise en œuvre des pieux se complique également. La gestion de l’installation doit également interdire que les pieux de fondation ne gèlent en mode de chauffage hivernal.

 

Exemples de réalisation : La crèche de l’île aux oiseaux, ville de Mons : 16 pieux géothermiques de 10 m.

La crèche de l’ile aux oiseaux de Mons.

Aéroport de Zurich : 350 pieux géothermiques de 30 m de profondeur.

Nappes horizontales

La géothermie se décline également sous la forme de nappes de tuyaux déployés horizontalement à faible profondeur (0,6 à 1,2 m).

Le système est peu applicable dans le secteur tertiaire. En effet,

  • Il demande une surface de terrain très importante : de 28 à 100 m²/kW de puissance de chauffage nécessaire.
  • En hiver, elle peut conduire à un refroidissement excessif du sol préjudiciable à la végétation.
  • L’utilisation en refroidissement n’est guère possible, la température du sol étant fortement soumise à l’environnement extérieur.

Alternative pour les bâtiments de taille réduite : les sondes de faible profondeur.

Pour les petits projets, pour lesquels un forage n’est pas autorisé et où les systèmes horizontaux ne disposent pas de surface suffisante, certains fabricants proposent des sondes de petite taille constituées d’un échangeur spiralé. Ce système permet notamment de limiter l’influence que peut avoir la géothermie sur la couche de sol où se développe la végétation.

Source : SANA FONDATIONS sprl.

Cas particulier : le puits canadien

Le puits canadien ou puits provençal constitue une forme de géothermie puisque l’air neuf de ventilation est prétraité (chauffé ou refroidi) par son passage dans le sol.

Techniques

  Pour en savoir plus sur le puits canadien.

Schémas de principe

Traditionnellement, on retrouve 2 types de schéma de principe, selon que le froid est produit par échange direct avec le sol soit par la pompe à chaleur réversible utilisant le sol comme source chaude. Une troisième configuration se retrouve lorsqu’on puise directement l’eau de la nappe phréatique.

Free cooling direct

En été : le froid est produit par échange direct avec le sol et distribué via un échangeur vers les unités terminales. Le géocooling est ainsi mis en œuvre moyennant uniquement la consommation de pompes. Si on compare cette consommation à l’énergie frigorifique produite, on calcule un ESEER équivalent du système de l’ordre de …12…, voire plus en fonction des dimensionnements des équipements. Souvent une machine de production de froid vient en appoint pour satisfaire les demandes de pointes ou pour alimenter des utilisateurs demandant des températures d’eau plus basses (comme les groupes de traitement d’air).

En hiver, le sol sert de source froide à une pompe à chaleur sol/eau. Le coefficient de performance saisonnier obtenu varie entre 4,5 et 5,5. Une chaudière est utilisée en appoint pour couvrir les pointes de puissance par grands froids. Généralement, le système est dimensionné pour que la PAC couvre environ 70 % du besoin de chaud grâce à environ 30 % de la puissance totale nécessaire.

Recharge du sol par pompe à chaleur réversible

La pompe à chaleur sol/eau est réversible. En été, elle fonctionne comme un groupe de production d’eau glacée en utilisant le sol pour évacuer la chaleur de son condenseur régénérant ainsi ce dernier.

L’avantage d’un tel système est de mieux gérer la recharge du sol et peut-être de pouvoir se passer d’un groupe de froid d’appoint et d’un échangeur intermédiaire. L’investissement est donc moindre.

En contrepartie, alors que l’on peut toujours parler de stockage géothermique, il ne s’agit plus réellement de géocooling naturel puisqu’il est nécessaire de faire fonctionner une machine thermodynamique pour extraire le « froid » du sol. Le bilan énergétique global est donc moins favorable.

Systèmes ouverts

Si la nappe phréatique se situe près de la surface du sol, on peut envisager de puiser directement l’eau dans cette dernière plutôt que de la parcourir avec un échangeur et un fluide caloporteur. On parle de système ouvert. Dans ce cas, l’eau de la nappe sert par l’intermédiaire d’un échangeur :

  • En mode chauffage, de source froide à une pompe à chaleur.
  • En mode refroidissement, de source de froid directe pour une boucle d’eau.

L’eau puisée est ensuite réinjectée dans la nappe à une certaine distance créant ainsi 2 zones dans la nappe phréatique à températures différentes, l’eau passant de l’une à l’autre en fonction de la saison :

  • En hiver une zone se refroidit par l’eau réinjectée après échange avec la pompe à chaleur.
  • En été l’eau est pompée en sens inverse de cette zone et réinjectée plus chaude dans la zone de puisage hivernal.

Étant donné les mouvements dans les nappes phréatiques et en fonction de la distance entre les zones chaude et froide, l’influence d’un éventuel déséquilibre entre les besoins de chauffage et de refroidissement est nettement moindre dans le cas d’un système ouvert par rapport à un système fermé.

En outre, il est également possible de produire du chaud et du froid en même temps dans le bâtiment. En effet, si nécessaire, l’eau pompée de la nappe peut être dirigée à la fois vers la pompe à chaleur et vers l’échangeur de géocooling ou vers un échangeur commun entre les productions de chaud et de froid.

Exemples d’installations

Le schéma ci-dessous est proposé par un constructeur allemand. Il permet le chauffage par pompe à chaleur, le refroidissement libre par un échangeur vers les sondes géothermiques, éventuellement assisté par le fonctionnement réversible de la pompe à chaleur.

Le schéma ci-après, plus complet, permet un fonctionnement mixte en mi-saison : une chaudière alimente la zone périphérique en chaleur, alors que simultanément, la zone centrale est refroidie par l’échangeur dans le sol via la pompe à chaleur. Attention cependant à la destruction d’énergie qui pénalise l’intérêt énergétique de ce système.

Unités terminales associées

Les performances de la pompe à chaleur et du géocooling sont fortement dépendantes du régime de température des unités terminales :

Plus la température de l’eau de distribution est basse en saison de chauffe (température max de l’ordre 50 .. 55 °C), meilleur sera le rendement de la PAC et plus elle est élevée en été (température min de l’ordre de 15 .. 17 °C) plus grande sera la quantité d’énergie extractible directement du sol.

On doit donc choisir des unités terminales compatibles avec ces températures :

  • Plafonds refroidissants ou ilots rayonnants
    • avantages : peu d’inertie thermique et donc rendement de régulation élevé, contrôle facile de la température ambiante, réversible chaud/froid;
    • inconvénients : puissance plus limitée (plafonds).

Exemple d’îlot rayonnant.

(Source : Interalu).

  • Dalles actives
    • avantages : stockage de nuit et donc limitation de la puissance à installer;
    • inconvénients : inertie thermique importante et donc contrôle difficile de la température et rendement de régulation dégradé. Peu de flexibilité spatiale et difficulté d’utilisation en chauffage (nécessité d’un second système). Absence de faux plafond (gestion des techniques et de l’acoustique).

Étude d’un projet de géothermie

Un projet de géothermie consiste à mettre en corrélation le comportement thermique du bâtiment et celui du sous-sol. Tout cela se passe de façon dynamique : les besoins varient, le sol se charge, se décharge, échange avec son voisinage tout cela sur une échelle de temps quotidienne, mais aussi saisonnière. Cela justifie l’utilisation d’outils de simulation thermique dynamique prenant en compte la variabilité des besoins, des échanges et l’inertie du système.

Étapes de l’étude d’un projet de géothermie :

  • Définir les besoins par simulations dynamiques en évaluant différentes variantes de manière à trouver le bon équilibre entre le besoin de chaud et de refroidissement du bâtiment (niveau d’isolation, type de vitrage, protections solaires, …).

Besoins simulés de chauffage et de refroidissement d’un bâtiment, h par h ou 1/4h par 1/4 h.

  • Connaître la nature du sol par études géologique et hydrogéologique pour préévaluer les caractéristiques physiques et thermiques du sous-sol et pour évaluer les éventuels risques liés aux forages (présence de nappes phréatiques, de couche argileuse,  de quartzites, …). Cela permet de prédéfinir la pertinence et la configuration des forages (par exemple, leur longueur minimale et maximale en fonction des couches de sous-sol susceptibles d’être rencontrées).

Pour exemple, voici quelques données moyennes :

Caractéristiques du sol Puissance spécifique d »extraction
Sur 1 800 heures de fonctionnement Sur 2 400 heures de fonctionnement
Valeurs indicatives générales
Sous-sol de mauvaise qualité (sédiment sec) (λ < 1,5 W/m²K) 25 W/m 20 W/m
Sous-sol rocheux normal  et sédiment  saturé en eau (λ < 1,5 – 3.0 W/m²K) 60 W/m 50 W/m
Roche compacte à conductibilité  thermique élevée (λ < 3,0 W/m²K) 84 W/m84 W/m 70 W/m
Minéraux respectif
Gravier et sable secs < 25 W/m <20 W/m
Gravier et sable aquifères 65 – 80 55 – 65 W/m W/m
Dans le cas de fort courant des eaux souterraines dans le gravier ou le sable et d’installations uniques 80 – 100 80 – 100 W/m
Argile et glaise humides 35 – 50 W/m W/m 30 – 40 W/m
Calcaire (massif) 55 – 70 W/m 45 – 60 W/m
Grès 65 – 80 W/m 55 – 65 W/m
Roche magmatique acide (par ex. granit) 65 – 85 W/m 55 – 70 W/m
Roche magmatique basique (par ex. basalte) 40 – 65 W/m 35 – 55 W/m
Gneiss 70 – 85 W/m 60 – 70 W/m

Puissances traditionnelles extractibles.

Source Rehau.

  • Effectuer un test de réponse thermique (« TRT »). Il s’agit de réaliser un forage en taille réelle et de le soumettre à une sollicitation thermique pour pouvoir calculer la conductibilité et la capacité thermique du sol et la résistance thermique des sondes, en moyenne sur toute la longueur de la sonde. Cette sonde test pourra ensuite être valorisée dans le champ de sondes final.

Source : Group Verbeke.

  • Dimensionner le champ de sondes au moyen d’un logiciel de simulation dynamique du sous-sol : simulation du comportement du sol compte tenu des besoins du bâtiment (heure par heure) et des caractéristiques  thermiques des sondes prévues et du sol (définies par le TRT) ; optimalisation de la puissance de la PAC, du nombre et de la profondeur des sondes en s’assurant de l’équilibre à long terme de la température du sol.

Dimensionnement de l’échangeur de sol

Pour le dimensionnement des collecteurs de sol, des réfrigérateurs de plaques de fond ou de réservoirs de fondations, il est possible de consulter la DIN ISO EN 13370 « Transmission de chaleur par le procédé de calcul terrestre ».

L’objet de cette norme est l’examen du transfert de la chaleur en tenant compte des paramètres (tuyaux, isolation, masse géométrique du bâtiment, etc.) et de la conduite d’exploitation. La ligne directrice VDI 4640 « Utilisation thermique du sous-sol » convient pour l’évaluation du rendement (puissance) d’un chauffage. De plus, elle fournit des indices de planification concernant les permissions et les conditions additionnelles liées à l’environnement, mais (à notre connaissance en octobre 2003) elle n’aurait pas encore été adaptée sous l’aspect « été » du réfrigérateur.

D’après la norme DIN ISO EN 13370 (traduction non officielle !), les tableaux suivants donnent une vue d’ensemble sur les capacités d’extraction des collecteurs de chaleur et des sondes géothermiques (capacité des pompes de chaleur jusqu’à max. 30 kW) :

>  S’il s’agit de collecteurs situés à côté du bâtiment (en W/m²) :

Puissance d’extraction thermique en W/m²
Sous-sol Exploitation 1 800 h / saison Exploitation 2 400 h / saison
Sol sec, non cohérent 10 8
Humide, cohérent 20…30 16…24
Sable, gravier, imbibés d’eau 40 32

>  S’il s’agit de sondes géothermiques (en W/m courant) :

Puissance d’extraction thermique en W/m²
Sous-sol Exploitation 1 800 h / saison Exploitation 2 400 h / saison
Sédiments secs et peu conducteurs (Lambda < 1,5 W/m.K) 25 20
Roche, sédiments imbibés d’eau
(Lambda > 1,5 … 3 W/m.K)		 60 50
Roche dure très conductrice
(Lambda > 3 W/m.K)		 84 70

L’adaptation des calculs détaillés est de plus indiquée dans les cas suivants :

  • Modification des heures de services des pompes à chaleur par rapport aux hypothèses de base;
  • plus grande nécessité de chaleur pour la préparation d’eau chaude;
  • effet régénérateur du sol suite à un apport de chaleur par réfrigération de locaux ou à un rechargement thermique solaire;
  • grande influence des eaux souterraines (nappe phréatique).

Les valeurs de référence pour les capacités d’extraction de chaleur en hiver ne sont pas directement applicables à l’activité en été. Différentes causes sont à la base des écarts entre les capacités d’extraction et d’incorporation :

  • Lors du fonctionnement en hiver, une couche de glace se forme autour de la sonde ou des tuyaux, et influence favorablement la transmission thermique par conduction. En été, le sol peut au contraire sécher davantage, ce qui est défavorable.
  • Les couches terrestres proches du sol sont soumises à de si fortes influences climatiques qu’il faudrait parler non pas d’éléments de construction thermiques, mais plutôt d’éléments de construction solaires thermiques dans le cas de collecteurs de terre classiques non bâtis.

Pour l’évaluation de la capacité de sondes géothermiques et de pieux d’énergie dans le processus de réfrigération, un constructeur conseille :

  • Vu les raisons énoncées précédemment, de mettre les capacités d’incorporation (été) égales à 70 % des capacités d’extraction de chaleur énoncées dans la VDI 4640.
  • De valoriser si possible l’existence d’une nappe souterraine, qui suite à l’humidification des couches terrestres en dessous des fondations, améliore la conductibilité thermique. Il en résultera également des capacités de réfrigération plus constantes.
  • Une distance de pose entre les tuyaux ne dépassant pas 15 cm.
  • Des phases de régénération (suite à l’arrêt du système en journée ou suite à une réduction de la nécessité de froid (journées fraîches d’été)) qui améliorent la capacité de rendement.

Aspect réglementaire lié à la réalisation du projet

(Rédaction : 2014)

En région wallonne

En Wallonie, tout projet de réalisation de puits destiné à la géothermie doit faire l’objet d’un permis unique : Permis d’environnement (installations classées, conditions intégrales et sectorielles) + Permis d’urbanisme.

Selon l’Arrêté du Gouvernement wallon du 4/7/2002, annexe I, les systèmes géothermiques fermés sont classés dans la rubrique 45.12.01 : « Forage et équipement de puits destinés au stockage des déchets nucléaires ou destinés à recevoir des sondes géothermiques », classe de permis 2.

D’autres rubriques existent pour classer les systèmes ouverts en fonction des techniques de puisage et de rejet d’eau souterraine utilisé.

Les forages d’essais (TRT) et de l’installation définitive doivent faire l’objet d’une demande de permis propre comprenant :

  • Le formulaire général de demande de permis d’environnement et de permis unique – Annexe I.
  • Le formulaire relatif aux forages – Annexe XVIII (rubrique 45.12.01) ou le formulaire relatif aux prises d’eau – Annexe III (rubrique 41.00.03.02).

Le formulaire XVIII doit notamment comprendre :

  • Une coupe géologique probable du puits avec profondeur estimée de la nappe aquifère;
  • la description des méthodes de forage et les équipements du puits avec coupe technique;
  • un rapport technique sur la nature de la nappe aquifère éventuelle;
  • un plan de situation des puits.

Chronologiquement, étant donné les délais d’obtention, il est souvent difficile d’attendre les résultats du TRT et le dimensionnement final du champ de sondes avant l’introduction de la demande de permis pour ce dernier. De même, étant donné que le choix de l’enveloppe du bâtiment et l’équilibre géothermique sont intimement liés, il apparaît difficile de dissocier chronologiquement les demandes de permis pour le bâtiment neuf, le TRT et le champ de sondes. Dans ces différents cas, la pratique veut que les permis soient introduits en parallèle en mentionnant les hypothèses de prédimensionnement effectués.

En région bruxelloise

Il n’existe actuellement pas de législation spécifique à la géothermie en RBC. Les systèmes géothermiques sont néanmoins presque toujours composés d’installations classées soumises à déclaration ou à permis d’environnement.

Dans le cas de systèmes géothermiques fermés, les installations classées concernées sont les suivantes :

  • Pompe à chaleur < 10 kWelec  et < 3 kg de substance appauvrissant la couche d’ozone : Installation non classé et donc non soumise à autorisation (rubrique 132).
  • Pompe à chaleur > 10 kWelec mais < 100 kWelec  ou > 3  kg de substance appauvrissant la couche d’ozone : Installation classée de classe 3 et donc soumise à déclaration (rubrique 132).
  • Pompe à chaleur > 100 kWelec : Installation classée de classe 2 et donc soumise à Permis d’Environnement (rubrique 132).
  • Pompes électriques > à 100 kVA (rubrique 55).

Les forages ne sont, eux, pas classés.

Dans le cas de systèmes géothermiques ouverts, les captages d’eau souterraine sont des installations classées de classe 2 ou de classe 1B (rubrique 62) et sont donc soumis à Permis d’Environnement. En plus comme pour les captages d’eau « classiques », les systèmes géothermiques ouverts sont soumis à une « autorisation de pompage » de la part de l’IBGE.

De plus la réglementation urbanistique (COBAT) stipule que les forages géothermiques sont soumis à rapport d’incidence. Il semblerait donc que les systèmes géothermiques sont soumis à Permis d’Urbanisme (PU). Dans la pratique, il semblerait néanmoins que les systèmes géothermiques ne fassent pas l’objet d’une demande de PU à part entière. Il est donc conseillé de se renseigner auprès du service urbanisme de la commune concernée pour savoir si un PU est nécessaire.

La demande de permis d’environnement doit comprendre une série de renseignements.

Pour les systèmes géothermiques fermés (sondes verticales) :

  • Le cadre du projet de géothermique (industrie, tertiaire, logements collectifs, privés, ….
  • Le profil géologique et hydrogéologique de la zone où sont prévus les forages (et plus particulièrement déterminer les aquifères qui seront traversés par les forages) :
    • soit sur base du profil géologique et hydrogéologique obtenu à partir d’un forage réalisé sur le site (ou à proximité immédiate du site);
    • soit, en l’absence de forage, sur base des données cartographiques – carte géologique, géotechnique de Bruxelles, …- , via la base de données DOV (Databank Ondergrond Vlaanderen) ou via consultation des archives du service géologique de Belgique.

Il y a lieu de motiver la profondeur des sondes envisagée sur base de ce profil.

  • La technique de forage prévue pour le placement des sondes.
  • La description technique de l’installation géothermique :
    • puissance électrique de la pompe à chaleur (PAC) et rendement;
    • nombre de puits ou forage prévus + nombre de sondes verticales prévues;
    • profondeur des sondes;
    • type de sondes (simple boucle en U, double boucle en U, coaxiale, autre);
    • type de matériaux utilisés pour les sondes et les différentes connexions;
    • systèmes prévus pour isoler les sondes (ou les groupes de sondes) en cas de fuite (vannes d’isolement, …);
    • fluide caloporteur prévu dans les sondes;
    • surface prévue pour l’implantation des sondes (et surface disponible si différente);
    • matériaux de remplissage sont prévus pour le scellement des trous de forages (espace interstitiel).
    •  …
  • Le plan reprenant de manière claire l’emplacement des installations (PAC et champ de sondes).
  • La description détaillée (schéma de fonctionnement y compris le mode opératoire de la régulation) du système HVAC complet du bâtiment et l’intégration de l’installation de géothermie dans cet ensemble.
  • L’évaluation des besoins énergétiques :
    • la demande en chaud du bâtiment (kWh/an);
    • la demande en froid du bâtiment (kWh/an);
    • la puissance de pointe en chaud du bâtiment (kW);
    • la puissance de pointe en froid du bâtiment (kW);
    • l’énergie (chaud) soutirée au sol (kWh/an);
    • l’énergie (froid) soutirée au sol (kWh/an);
    • % de la demande en chaud couvert par la géothermie;
    • % de la demande en froid couvert par la géothermie.

Dans la mesure du possible, un (des) graphique(s) (histogramme) reprenant les besoins mensuels du bâtiment en froid et en chaud sur un an et distinguant la part produite par la géothermie de la part produite par les systèmes complémentaires (système de production de chaud et froid classiques) sera fourni.

  • Dans le cas ou un test de réponse thermique (TRT) a été réalisé : les conclusions du test.
  • La comparaison du gain énergétique du système proposé par rapport à l’utilisation d’une chaudière à condensation (réduction d’énergie primaire (%)).
  • L’évaluation du déséquilibre thermique du sous-sol et l’évolution de la performance de la PAC sur 20 ans en tenant compte de ce déséquilibre thermique.
  • Quant au rapport d’incidences, il doit également évaluer les nuisances et impacts environnementaux liés au système géothermique ainsi que les mesures prises pour éviter, supprimer ou réduire les nuisances répertoriées.  (Ex : test de mise sous pression des bouclages, mise en place d’un système de détection de fuites, étanchéité des puits,…).

Pour les systèmes géothermiques ouverts :

  • Le type de système géothermique prévu : captage/réinjection réversible (stockage chaud froid) ou captage réinjection non réversible.
  • La description technique de l’installation géothermique :
    • nombre de puits de pompage et de réinjection prévus ;
    • profondeur des puits (+ facteurs ayant servi à la détermination de la profondeur) ;
    • zone de filtre (crépine) ;
    • distance séparant les puits de captage et de réinjection ;
    • type de compteurs et nombre de compteurs prévus (+ emplacement) ;
    • puissance électrique de la pompe à chaleur (PAC) et son rendement ;
    • liquide utilisé dans le circuit secondaire ;
    • type d’échangeur – circuit primaire / circuit secondaire (double parois, simple paroi, …) ;
    • Éventuel système de détection de fuite dans le circuit secondaire.
    • plan reprenant l’emplacement de la PAC, des différents puits de captage et de réinjection.
  • La description détaillée (schéma de fonctionnement y compris le mode opératoire de la régulation) du système HVAC complet du bâtiment et l’intégration de l’installation de géothermie dans cet ensemble.
  • Le profil géologique et hydrogéologique des zones de captage et de réinjection (et plus particulièrement déterminer l’aquifère ou les aquifères qui seront traversés par les forages) :
    • soit sur base du profil géologique et hydrogéologique obtenu à partir d’un forage réalisé sur le site (ou à proximité immédiate du site);
    • soit, en l’absence de forage, sur base des données cartographiques – carte géologique, géotechnique de Bruxelles, …- , via la base de données DOV (Databank Ondergrond Vlaanderen) ou via consultation des archives du service géologique de Belgique.
  • Le débit maximum capté (m³/h, m³/j), le volume total capté par an ou par saison (m³) et si la totalité de l’eau captée est réinjectée dans la nappe. Si l’eau souterraine est utilisée à d’autres fins que la géothermie, il y a également lieu de préciser les utilisations alternatives et le débit capté (m³/j).
  • La température de réinjection maximale prévue.
  • Le dossier doit comporter une évaluation de :
    • la demande en chaud du bâtiment (kWh/an);
    • (la demande en froid du bâtiment (kWh/an)), si utilisation des puits pour refroidir;
    • la puissance de pointe en chaud du bâtiment (kW);
    • (la puissance de pointe en froid du bâtiment (kW)) → Si utilisation des puits pour refroidir;
    • l’énergie (chaud) soutirée de la nappe (kWh/an);
    • (l’énergie (froid) soutirée de la nappe (kWh/an)), si utilisation des puits pour refroidir;
    • % de la demande en chaud couvert par la géothermie;
    • (% de la demande en froid couvert par la géothermie), si utilisation des puits pour refroidir.
  • Le gain énergétique du système proposé par rapport à l’utilisation d’une chaudière à condensation  (réduction d’énergie primaire (%)) doit également être évalué.
  • Le rapport d’incidence doit évaluer le déséquilibre thermique de l’aquifère  et l’évolution de la performance de la PAC sur 20 ans en tenant compte du déséquilibre thermique.
  • Le rapport d’incidence doit évaluer la possibilité technique de mettre en place le système géothermique sur le site.
  • Le rapport d’incidence doit enfin évaluer l’impact et les nuisances du système géothermique et notamment :
    • l’impact éventuel du projet sur des captages voisins (impact hydraulique);
    • l’impact éventuel du projet sur la stabilité des constructions voisine;
    • le risque d’inondation au niveau des puits de réinjection et des constructions voisine;
    • l’impact thermique éventuel du système sur les eaux souterraines.
  • Ainsi que les mesures particulières de protection du sol et des eaux souterraines prévues (Rehaussement du puits, étanchéité des puits de forages, mesures prévues pour éviter la connexion éventuelle d’aquifères différents, mesures prévues pour éviter une contamination de l’eau pompée et réinjectée dans la nappe (type d’échangeur utilisé, système de détection de fuite, surpression du circuit secondaire (eau pompée) par rapport au circuit primaire (de la PAC), …)).

Découvrez cet exemple de géothermie et géo-cooling dans un centre de formation.

noeud constructif - energie plus Belgique
Author Image Posted By : Sylvie Rouche 7 Mai, 2019

Traiter les nœuds constructifs en rénovation

Traiter les nœuds constructifs en rénovation

Généralités

Lorsqu’on construit un bâtiment neuf bien isolé, il est important de réaliser des nœuds constructifs thermiquement acceptables (PEB-conformes) en assurant la continuité de la couche isolante, en interposant des éléments isolants, ou en prolongeant au maximum le chemin que la chaleur doit parcourir avant d’atteindre l’extérieur.

En rénovation, le renforcement de l’isolation thermique des parois accentue l’impact relatif des déperditions par les nœuds constructifs s’ils ne sont pas traités. Dans ce cas, rendre les nœuds constructifs thermiquement performants peut se révéler difficile. La difficulté dépendra essentiellement de la méthode d’isolation a posteriori choisie :

Author Image Posted By : Sylvie Rouche 11 Avr, 2019

Nœuds constructifs dans le cadre d’une transformation

Comment éviter les ponts thermiques dans l’enveloppe d’une école rénovée ?

L’école de Bütgenbach après les travaux.
L’école de Bütgenbach après les travaux (Source MATRICIEL).

Une école à Bütgenbach a été complètement transformée entre 2013 et 2015. Les travaux ont été réalisés dans le cadre de l’action Bâtiment Exemplaire en Wallonie. Toutes les mesures raisonnables ont été prises pour rendre ce bâtiment le plus performant possible en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie.

L’enveloppe a donc été particulièrement bien isolée. Les techniques d’isolation d’un bâtiment existant sont souvent complexes et les raccords entre les parois délicats à réaliser. Comment ces nœuds constructifs ont-ils été conçus pour réduire les risques de ponts thermiques

Introduction

En 2013, il a été décidé de rénover une partie des bâtiments de l’école de Bütgenbach devenus vétustes et d’y adjoindre une salle de sport. Un des bâtiments existants sera, quant à lui, transformé en ferme didactique. Le projet a été confié au bureau des architectes associés Damien Franzen, Olivier Henz, Eddy Wertzet Madeline Demoustier– FHW.

A l’école communale fondamentale existante, a été intégrée une école spéciale d’un village voisin.
La Région germanophone de Belgique a en effet décidé de mettre ainsi en pratique la pédagogie d’inclusion des enfants handicapés. Terminée, l’école accueillera 350 enfants.

Le maître de l’ouvrage a la volonté que les bâtiments neufs et rénovés répondent au standard passif, c’est-à-dire que le besoin en chauffage soit inférieur à 15 kWh/m².an et que l’étanchéité à l’air atteigne un niveau n50 ≤ 0.6 vol/h. Pour cela, il est indispensable d’isoler thermiquement les parois extérieures et de rendre celles-ci le plus étanche possible à l’air. Si pour les bâtiments neufs cela ne pose généralement pas de problème, c’est par contre beaucoup plus difficile en rénovation à cause de la nécessité d’adapter les solutions techniques à la configuration des éléments existants conservés notamment à l’endroit des raccords et liaisons.

Le bâtiment

L’organisation intérieure des locaux a été complètement revue pour que les classes anciennement orientées vers la cour de récréation bruyante soient réorientées vers d’autres directions.

Un nouveau volume annexe, situé entre la cours de récréation et les deux bâtiments principaux, liaisonne ces deux ci tout en donnant accès aux différents locaux.
Une nouvelle salle de sport est construite de l’autre côté de la cours de récréation de manière à former avec les bâtiments de classes un U autour de la cour de récréation.

Les locaux ont également été adaptés pour répondre à certaines exigences liées aux caractéristiques d’une école spéciale dans le domaine thérapeutique (kinésithérapie, ergothérapie, logopédie, …)

Plan du bâtiment, situation existante.
Situation existante.

A : Cour de récréation

  1. Bâtiment de classes à transformer
  2. Bâtiment de classes à transformer
  3. Bâtiment RTG à transformer en ferme didactique
  4. Bâtiment RTG à démolir
  5. Restaurant à conserver
  6. Centre PMS à conserver
Avant les travaux – la cour de récréation et les bâtiments 1 et 2.
Avant les travaux – la cour de récréation et les bâtiments 1 et 2 (source : FHW)
Avant les travaux – le bâtiment 3 (RTG), future ferme didactique. (source : FHW)
Maquette du projet (source arch. FHW).

A : Cour de récréation

  1. Bâtiment de classes transformé
  2. Bâtiment de classes transformé
  3. S : Nouvelle salle de sport
  4. L : Nouvelle liaison entre les bâtiments de classes

La ferme didactique n’est pas visible

Plan du rez-de-chaussée.
  • En bleu : Existant transformé
  • En rouge : Parties neuves

Les différents modes d’isolation prévus

Les techniques d’isolation ont dû être adaptées à chaque cas particulier. Etant donné qu’il s’agit d’une rénovation comprenant des bâtiments existants de types différents et des parties totalement neuves, le nombre de solutions adoptées est très élevé. Ainsi, on compte 13 compositions de toitures différentes, 18 compositions de murs et 8 compositions de planchers inférieurs.

Nous allons seulement en étudier une partie, les plus significatives en surface. Dans tous les cas, les performances atteintes en matière d’isolation sont très élevées.

1. Isolation par l’extérieur de façade existante à l’aide de 30 cm de mousse de polystyrène expansé recouverte d’un crépi (850 m²)

Schéma explicatif sur l'isolation par l’extérieur couverte d’un crépi.
Isolation par l’extérieur couverte d’un crépi.
  1. Mur existant
  2. 30 cm de mousse de polystyrène (EPS)
  3. Crépi
Copie d'écran du calcul du coefficient de transmission thermique U (logiciel PEB).
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.
Photo de la façade existante avant travaux.
Façade existante.
Photo de la mise en place de l'isolation.
30 cm de mousse de polystyrène expansé (EPS).
Photo de la mise en place du crépi.
Crépissage.
Photo de la façade terminée.
La façade terminée.

2. Isolation par l’extérieur de façade existante à l’aide de 16 cm de mousse de polyuréthane en deux couches croisées dans des structures en bois recouvertes d’un bardage en ardoises artificielles (530 m²)

Schéma explicatif de l'Isolation par l’extérieur avec bardage.
Isolation par l’extérieur couverte d’un bardage.
  1. Mur existant
  2. Montants 60 x 100
  3. 10 cm de mousse de polyuréthane entre montants en bois
  4. 6 cm de mousse de polyuréthane en continu
  5. Lattage vertical 24 x 48
  6. Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en ardoises artificielles
Copie d'écran du calcul du coefficient de transmission thermique U (logiciel PEB).
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.
Photo de la façade existante avant travaux.
La façade existante.
Photo de la façade existante durant les travaux.
La façade durant les travaux.
Photo de la façade façade isolée terminée.
La façade isolée terminée.

3. Isolation par l’extérieur de façade existante par placement d’une contre-paroi à ossature bois remplie de 36 ou 40 cm de flocons de cellulose qui ferme également les baies existantes non conservées. (200 m²)

Schéma explicatif du mur rideau à ossature bois.
Mur rideau à ossature bois.
  1. Panneau intérieur en OSB
  2. Montants d’ossature en bois 360 mm en forme de I
  3. 36 cm de cellulose insufflée entre montants en bois
  4. Panneau extérieur en OSB
  5. Lattage vertical 24 x 48
  6. Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en ardoises artificielles

Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.

Photo de la façade existante avant travaux.
La façade avant les travaux.
Photo de la pose des caissons.
La pose des caissons.
Photo de la façade isolée terminée.
La façade isolée terminée.

4. Isolation par l’extérieur de nouvelle façade en pré-mur de béton de la salle de sport à l’aide de 20 cm de mousse de polyuréthane en deux couches croisées dans des structures en bois recouvertes d’un bardage en plaques de fibre-ciment (400 m²)

Schéma explicatif sur l'isolation par l’extérieur avec bardage.
Isolation par l’extérieur couverte d’un bardage.
  1. Nouveau mur en béton coulé entre pré-murs
  2. Montants 60 x 100
  3. 10 cm de mousse d polyuréthane entre montants en bois
  4. 10 cm de mousse de polyuréthane en continu
  5. Lattage vertical 24 x 48
  6. Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en panneau fibro-ciment
Copie d'écran du calcul du coefficient de transmission thermique U (logiciel PEB).
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.
Photo des pré-murs de la salle de sport.
Pré-murs de la salle de sport.

5. Isolation de plancher existant des combles par 50 cm de flocons de cellulose (950 m²) ou par 50 cm de mousse de polyuréthane projetée (1050 m²)

Schéma explicatif sur l'isolation du plancher des combles.
Isolation sur le plancher des combles.
  1. 50 cm de mousse de polyuréthane projetée ou de flocons de cellulose
    • a Plancher des combles existant en béton armé
    • b Entraits de charpente existante avec plaques de plâtres
  2. Faux-plafond acoustique

Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB (cas de gauche).

Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB (Cas de droite).

6. Nouvelle toiture plate sur la salle de sport comprenant deux couches isolantes 18 cm de mousse résolique en toiture chaude et 18 cm de flocons de cellulose sous le support en panneau de bois (450 m²)

Schéma explicatif sur l'isolation de la nouvelle toiture plate du hall de sport.
Isolation de la nouvelle toiture plate du hall de sport.
  1. Lestage gravier 5 cm
  2. Etanchéité souple EPDM
  3. 18 cm de mousse résolique
  4. Panneau support en OSB
  5. Gitage entre poutres en bois lamellé collé
  6. 18 cm de cellulose insufflée entre gites
  7. Freine vapeur à µ variable
  8. Lattage
  9. Plafond
  10. Poutre en bois lamellé collé

Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.

Photo du plafond de la salle de sport.
Plafond de la salle de sport.

Comment ont été réalisés les raccords des surfaces isolées avec les éléments contigus ?

Voici quelques détails techniques qui montrent que le principe de continuité de la couche isolante a été respecté. Tous ces nœuds constructifs sont PEB conformes et sont pris en compte dans l’augmentation forfaire de trois points du niveau K.

Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et un châssis existant conservé

  1. Enlèvement du seuil en pierre existant
  2. Pose d’un nouveau seuil en aluminium avec isolant sous-jacent en contact avec le châssis conservé
  3. Isolation du mur existant par l’extérieur
  4. Crépis sur l’isolant

Raccord châssis existant avec nouvel isolant crépi – vue en coupe (source Arch. FHW).

Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et un nouveau châssis

  1. Enlèvement du châssis existant
  2. Pose d’un nouveau châssis en contact avec le nouvel isolant
  3. Isolation du mur existant par l’extérieur
  4. Crépis sur l’isolant
  5. Ragréage du plafonnage intérieur et pose de l’étanchéité à l’air

Raccord nouveau châssis avec nouvel isolant crépi –vue en coupe (source Arch. FHW).

Angle de murs isolés par l’extérieur avec bardage et descente d’eau pluviale encastrée

  1. Enlèvement du parement en pierre naturelle
  2. Pose d’une première ossature en bois d’une épaisseur de 10 cm
  3. Pose de l’isolant en mousse de polyuréthane entre les montants en bois
  4. Pose d’une deuxième couche continue de 6 cm de mousse de polyuréthane sauf à l’endroit de la descente d’eau pluviale
  5. Contrelattes fixées à travers la deuxième couche d’isolant aux montants de la première couche
  6. Lattage horizontal fixé aux contrelattes
  7. Bardage en ardoises artificielles

Angle isolé par l’extérieur avec bardage et descente d’eau pluviale encastrée – vue en plan (source Arch. FHW).

Raccord de mur isolé par l’extérieur avec un nouveau châssis

  1. Enlèvement du châssis existant
  2. Enlèvement du parement en pierre naturelle
  3. Pose du nouveau châssis en contact avec les ossatures isolantes
  4. Isolation du mur existant par pose de mousse de polyuréthane entre montants en bois
  5. Pose d’une deuxième couche continue de 6 cm de mousse de polyuréthane
  6. Contrelattes fixées à travers la deuxième couche d’isolant aux montants de la première couche
  7. Lattage horizontal fixé aux contrelattes
  8. Bardage en ardoises artificielles
  9. Ragréage du plafonnage intérieur et pose de l’étanchéité à l’air

Raccord nouveau châssis avec nouvel isolant sous bardage – vue en plan (source Arch. FHW).

Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et la toiture en pente existante

  1. Enlèvement de la gouttière existante
  2. Fixation d’une nouvelle échelle de corniche sous la corniche en béton existante
  3. Pose d’un nouveau support pour couverture en zinc en bas de versant
  4. Pose de la nouvelle couverture en zinc en bas de versant
  5. Pose d’une nouvelle gouttière en zinc
  6. Pose d’isolant dans la nouvelle échelle de corniche et sous la nouvelle couverture en zinc
  7. Raccord de l’isolant sous corniche avec le nouvel isolant à crépir de la façade
  8. Pose d’une plaque en fibro-ciment pour parachèvement du dessous de la corniche
  9. Pose de 50 cm d’isolant sur le plancher des combles avec remontée le long de la poutre de rive
  10. Remplissage d’isolant entre l’ancienne corniche en béton et la sous-toiture existante.

Raccord toiture existante avec façade existante – vue en coupe (source Arch. FHW).

Raccord entre une nouvelle façade à ossature bois et un nouveau châssis coulissant avancé

  1. Enlèvement du châssis existant et du seuil en pierre
  2. Enlèvement du parement en pierre naturelle
  3. Pose de la nouvelle façade légère en caissons bois préfabriqués
  4. Pose d’isolant entre les caissons et la structure en béton
  5. Pose du nouveau châssis coulissant avec son seuil à l’avant de la nouvelle façade
  6. Finitions intérieures y compris étanchéité à l’air
  7. Pose du bardage avec les lattages devant les caissons

Raccord façade à ossature bois avec châssis avancé – vue en coupe (source Arch. FHW).

Raccord entre une nouvelle façade à ossature bois et un nouveau châssis en retrait

  1. Enlèvement du châssis existant et du seuil en pierre
  2. Enlèvement du parement en pierre naturelle
  3. Pose de la nouvelle façade légère en caissons bois préfabriqués
  4. Pose d’isolant entre les caissons et la structure en béton
  5. Pose du nouveau châssis coulissant avec son seuil à l’avant de la nouvelle façade
  6. Finitions intérieures y compris étanchéité à l’air
  7. Pose du bardage avec les lattages devant les caissons
  8. Pose d’une plaque de finition sous le linteau de la façade légère

Raccord façade à ossature bois avec châssis en retrait – vue en coupe (source Arch. FHW).

Raccord entre la nouvelle toiture plate et la nouvelle façade du hall de sport

Ces deux éléments étant neufs la continuité de la couche isolante ne pose pas de problème.

Raccord entre la toiture plate et la façade du hall de sport (source Arch. FHW).

Informations complémentaires

Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par les auteurs du projet, les architectes associés Damien Franzen, Olivier Henz, Eddy Wertz et Madeline Demoustier (FHW) dans le cadre du concours Bâtiment exemplaire Wallonie.

Nous avons également consulté l’expert nommé par la Région wallonne pour vérifier les travaux : MATRIciel. Notre interlocuteur fut Monsieur Thomas Leclercq.

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