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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Category Archives: Energie & Consommations

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer une consommation réactive anormale

Repérer une consommation réactive anormale

En régime de tarification Haute Tension, une consommation réactive trop élevée entraîne l’application d’une pénalité financière par le distributeur. Le seuil est fixé par la valeur du cos phi qui doit rester > 0,9. Cette valeur est indiquée sur chaque facture mensuelle, dans le coin inférieur gauche.

Le placement d’une batterie de condensateurs de compensation s’impose alors, sans autre forme de calcul !

Production électrique 

Pour en savoir plus sur le choix d’une batterie de condensateurs.

En effet, la pénalité est telle que l’investissement dans le placement des condensateurs sera amorti en moins d’un an…
Le relevé de l’évolution annuelle du cos phi fournit des indications complémentaires :

  • Sur l’origine des consommations réactives.
    Exemple : l’éclairage est plus important en hiver qu’en été tandis que les moteurs sont généralement d’usage plus permanent. Une augmentation de la consommation réactive en hiver pourra être imputée à l’éclairage (lecture des kVARh sur les factures mensuelles).
  • Sur une anomalie de fonctionnement de la batterie de condensateurs déjà installée.
    Attention : depuis quelques années, le distributeur place des compteurs qui relèvent aussi bien le réactif inductif que le réactif capacitif, et c’est la somme des deux valeurs qui entrera dans le calcul de la pénalité. Dès lors, si vous avez placé jadis une batterie de condensateurs fixes, et que celle-ci est probablement surdimensionnée par rapport aux besoins en heures creuses (la nuit, le week-end, …), vos condensateurs pomperont plus de courant réactif que nécessaire (autrement dit, la correction est trop forte). Avec les nouveaux compteurs, vous êtes pénalisé. Le placement d’une batterie automatique (avec une régulation qui adapte le nombre de condensateurs en jeu aux besoins) est alors impératif.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Évaluer les consommations d’un local de bureau

Évaluer les consommations d'un local de bureau

Note : la consommation d’un immeuble de bureaux est très variable, surtout selon son niveau d’équipement intérieur. Les chiffres donnés ci-dessous sont approximatifs mais donnent une vue moyenne de l’origine des consommations. Si les valeurs choisies sont discutables, la consommation totale par m² est conforme à la consommation moyenne des bâtiments construits récemment.

L’hiver s’arrête par 11°C extérieur

Le « volume-type » d’un occupant

Schéma "volume-type" d'un occupant - 01.

Un occupant dispose en moyenne de 10 m² dans un immeuble de bureaux.

Schéma "volume-type" d'un occupant - 02.

Suite à une hauteur moyenne sous plafond de 3 m, il vit dans un volume de 30 m³.

Schéma "volume-type" d'un occupant - 03.

Pour assurer la qualité hygiénique de l’air respiré par l’occupant, 30 m³ d’air neuf lui sont apportés chaque heure.

Le bilan thermique d’une journée par 11° extérieur

Partons d’une journée où il fait 11°C à l’extérieur, en moyenne jour-nuit. La température intérieure moyenne est de 20°C (21°C en journée et 19°C la nuit).

Quelles seront les déperditions du local ?

Schéma "volume-type" d'un occupant - 04.

Supposons le local situé sous la toiture. Il faut chauffer l’air de ventilation, et vaincre les pertes de chaleur par la fenêtre et par les parois (delta moyen de T° de 9 K) :

  • La puissance de chauffe liée à la ventilation sera de 92 W
  • Les déperditions de chaleur liées aux parois seront de 117 W

(On a supposé ici que les échanges avec les autres locaux adjacents sont nuls, parce qu’ils sont à même température que le local lui-même).
Soit une demande de chaleur totale de 209 Watts x 24 heures = 5 kWh.

Quels sont les apports thermiques ?

L’éclairage, l’ordinateur et l’occupant lui-même génèrent 350 W mais durant 8 heures, soit un apport journalier de 350 Watts x 8 heures = 2,8 kWh.

Un apport solaire moyen hivernal de 0,7 kWh/m².jour, ce sont 2,2 kWh de chaleur qui entreront par les vitrages.

On constate qu’il y a équilibre entre les apports et les pertes. Le système de chauffage pourra s’arrêter.

Schéma équilibre entre les apports et les pertes.

On en conclut :
  • La température d’équilibre du local sera de 11° extérieur.
  • Les 200 jours de l’année où il fait plus froid, du chauffage devra être apporté.
  • Les 165 jours de l’année où il fait plus chaud, un rafraîchissement devra être trouvé.

Mais des surchauffes peuvent apparaître dès 6°C extérieur

Dans le paragraphe précédent, l’équilibre est établi entre 8 heures d’apports et 24 heures de pertes de chaleur. Cela suppose une bonne inertie thermique du local, pour stocker les apports puis les redistribuer sur 24 heures, et lisser ainsi les pointes de chaleur.

En réalité, dès 6° extérieur, l’équilibre instantané des puissances apparaît : l’occupant apporte par son activité 350 Watts… qui compensent tout juste les 350 Watts de déperditions. Si le local dispose de tapis pleins, de faux-plafonds, de cloisons légères, … le moindre rayon de soleil entraînera une surchauffe intérieure.

Deux considérations peuvent encore diminuer la température d’équilibre :

  • Si la ventilation est coupée la nuit, le bâtiment ne pourra plus se décharger de ses apports de chaleur.
  • Pire, si l’air de ventilation est apporté par un réseau d’air pulsé, le groupe de traitement d’air l’aura préchauffé à 21°C pour le confort de pulsion dans l’ambiance. Mais il ne jouera plus son rôle de refroidisseur…

Quel est le bilan hivernal ?

Analysons les entrées et les sorties de chaleur durant les 200 jours où la température est inférieure à 11°C.

La température moyenne extérieure équivalente est alors de 5,4°C (sur base d’une année type moyenne à Uccle).

La consommation de chauffage du local (chauffage de l’air neuf compris) est donnée par :

23 W/K x 200 j x 24 h/j x (20 – 5,4) K / 1 000 Wh/kWh = 1 612 kWh

Durant cette période, les apports solaires moyens par les 4 m² de vitrages seront de 448 kWh.

Les apports internes liés à la présence et à l’activité de l’occupant seront de 400 kWh.

La demande finale de chauffage est donc estimée à :

1 612 – 440 – 400 = 772 kWh, soit 77 kWh/m²

En admettant un rendement d’exploitation de 80 % de l’installation de chauffage, on obtient une consommation annuelle de : 77 / 0,8 = 96 kWh/m², soit environ 10 litres de fuel au m².

Quel est le bilan estival ?

Hypothèses

Le bilan estival est plus complexe, parce qu’il est fortement dépendant de l’inertie du bâtiment et de sa capacité à se « décharger » la nuit de la chaleur accumulée pendant la journée. Nous allons prendre ici 2 options simplificatrices (rappelons que nous cherchons ici une vue d’ensemble globale) :

  • Les échanges thermiques par les parois opaques en été sont jugés négligeables dans une première approximation, vu la bonne isolation et le faible écart de température entre intérieur et extérieur. De plus, sur l’ensemble de l’été, les échanges positifs et négatifs se compensent partiellement, notamment suite à l’effet du soleil sur les parois opaques.
  • Le besoin de rafraîchissement de l’air de ventilation lorsque celui-ci dépasse 24°C est également jugé négligeable puisque la température extérieure dépasse 24°C uniquement durant 130 heures par an, et avec un très petit delta T°.

Résultats des estimations

Le système de refroidissement doit évacuer durant les 165 jours « d’été » :

  • 330 kWh de chaleur interne produite par l’occupant et son activité,
  • 581 kWh de chaleur apportée par le soleil.

Un léger rafraîchissement est apporté par l’air neuf lorsqu’il est pulsé dans le local et que celui-ci est en demande de refroidissement. L’air extérieur est donc rafraîchissant lorsqu’il est entre 11 et 23°C. Cela génère un apport de froid de 73 kWh/an.
Le bilan d’été total s’établit :

330 + 581 – 73 = 838 kWh/an

Ou encore une demande de refroidissement de 84 kWh/m².

Si une installation de réfrigération est installée, un COP de 3 peut être choisi (auxiliaires compris) et la consommation électrique liée au refroidissement est alors estimée à :

84 kWh/m² / 3 = 28 kWh/m²

Remarques.

  • Traditionnellement, on sait que la puissance frigorifique installée est de l’ordre de 100 W/m². À noter que la règle de bonne pratique se vérifie : consommation frigorifique = 800 heures x puissance installée.
  • Si des stores sont placés, la consommation liée aux apports solaires peut diminuer des 2/3. La consommation descend alors à 22 kWh/m² et la puissance installée descend à 80 W/m².
  • À noter enfin que l’air de ventilation hygiénique apporte peu de chose pour refroidir le local. Si l’air est 10 K plus froid que l’ambiance, on aura : 0,34 Wh/m³.K x 10 K x 30 m³/h / 10 m² = 10 W/m².

Quelle est la consommation de l’éclairage et de la bureautique ?

Éclairage

120 Watts x 8 h/j x 365 j/an x 5j / 7j / 1 000 Wh/kWh = 250 kWh, soit 25 kWh/m².an

L’éclairage est ici supposé allumé 8 heures par jour, été comme hiver.

Bureautique

150 Watts x 8 h/j x 365 j/an x 5j / 7j / 1 000 Wh/kWh = 313 kWh, soit 31 kWh/m²An

Ces deux consommations sont donc chacune du même ordre de grandeur que celle de la machine frigorifique !

Quelle est la consommation des pompes et ventilateurs ?

Pompes de transport d’eau de chauffage d’eau glacée

Une consommation forfaitaire de l’ordre de 4 kWh/m²an est généralement rencontrée.

Transport de l’air neuf de ventilation

On peut tabler sur 1,4 kWh par m³/h transporté durant les 2 500 heures d’une année.

Pour assurer les 30 m³/h à l’occupant, 42 kWh/an ou encore 4,2 kWh/m²an seront nécessaires.

Conditionnement d’air du type « tout air » à débit constant

Ce débit sera calculé sur base de la puissance maximale, donc sur base de la puissance frigorifique d’été de 100 W/m². L’occupant demande donc 1 000 Watts de refroidissement pour ses 10 m². Le débit d’air nécessaire pour refroidir son ambiance, partant de l’idée que l’on pulse un air 10 K plus froid que l’ambiance, est donné par :

1 000 W / (0,34 Wh/m³.K x 10 K) = 294 m³/h

À noter que le taux de brassage de l’air est alors de 294 m³/h / 30 m³ = 10 !

Tout le volume d’air de l’occupant est brassé 10 fois par heure. Les ventilateurs de pulsion et d’extraction (pour assurer le chaud et le froid) auront une consommation totale de :

294 m³/h x 1,8 kWh/(m³/h) = 529 kWh, soit 53 kWh/m² !!

(La valeur de 1,8 kWh par m³/h transporté durant les 2 500 heures d’une année est choisie plus élevée qu’en ventilation pour tenir compte des pertes de charge liées à la présence des batteries de chauffe et de refroidissement).

Une telle consommation est probablement ramenée de plus de moitié si l’on travaille « à débit variable ».

Conditionnement d’air par ventilo-convecteurs

Le ventilateur du ventilo-convecteur aura une puissance de l’ordre de 80 W, soit 0,08 kW. S’il fonctionne 80 % des 2 500 heures de travail annuelles, on obtient :

0,8 x 0,08 kW x 2 500 h/an = 160 kWh/an

Mais l’appareil est capable de gérer un volume double de celui de l’occupant. Dès lors, cette consommation doit être rapportée sur 20 m², soit 8 kWh/m²an

Conditionnement d’air par plafonds froids et radiateurs

La consommation des pompes qui transportent l’eau glacée est augmentée, probablement de 50 %.

La consommation des ventilo-convecteurs disparaît. mais une consommation plus insidieuse apparaît : celle liée à la déshumidification de l’air neuf pour éviter le risque de condensation, voire de son post-chauffage pour éviter de pulser un air trop froid dans les locaux. L’évaluation dépasse le cadre de la présente approximation.

Refroidissement par free cooling mécanique

De l’air extérieur frais est pulsé dans les locaux durant la nuit. On suppose que l’installation est enclenchée lorsque l’air extérieur est en moyenne 10°C plus froid que l’ambiance. Les 838 kWh d’apport de chaleur doivent être évacués par :

838 kWh / (0,34 Wh/m³.K x 10 K) x 1 000 Wh/kWh = 246 470 m³

Si l’installation est réalisée sur base de 4 renouvellements horaires, le débit d’air sera de 4 x 30 = 120 m³/h.

Le nombre d’heures de fonctionnement sera de :

246.470 m³ / 120 m³/h = 2 054 heures

L’installation devra fonctionner 2 054 heures sur 165 jours de fonctionnement en mode refroidissement, soit 12,5 h par jour en moyenne.

La consommation liée aux ventilateurs sera de

120 m³/h x 1.8 kWh/(m³/h) x 2 054 h / 2 500 h = 177 kWh, soit 18 kWh/m².

Si les 28 kWh/m² de la machine frigorifique ne sont plus nécessaires, une bonne part de l’économie est mangée par les ventilateurs eux-mêmes.

Remarque : il n’est pas certain qu’un tel écart de température soit disponible durant autant d’heures.

(Le coefficient 1.8 kWh/(m³/h) a été choisi parce qu’en pratique une batterie de refroidissement est souvent greffée sur le circuit de pulsion afin de vaincre les températures les plus élevées).

Quelle est la consommation de l’humidification de l’air neuf ?

Si l’on assure une humidification minimale pour atteindre 21° et 45 % HR en sortie de batterie de chauffage de l’air neuf hygiénique, la quantité d’eau à fournir est annuellement de 5 000 gramme /(m³/h) transporté. L’énergie de vaporisation de l’eau est de 0,694 Wh/gramme d’eau.

30 m³/h x 0,694 Wh/gr x 5 000 gr/(m³/h) x (5/7) / 1 000 Wh/kWh = 74 kWh/an, soit 7 kWh/m²an

Synthèse des consommations

Sur base des hypothèses suivantes

  • L’énergie thermique revient à 6,22 c€/kWh environ (sur base de 0,622 €/litre fuel).
  • L’énergie électrique génère une consommation primaire 2,8 fois plus élevée, suite au rendement moyen de 38 % des centrales électriques.
  • Son prix de revient est de l’ordre de 16 c€/kWh, pointe de puissance comprise.

On obtient le bilan suivant pour le poste de travail dans cette situation type :

Puissance [W/m²] Consommation [kWh/m²] Énergie primaire
[kWh/m²]		 Coût
[€/m²]

Chauffage
(local + air neuf)

 70 96 96 6,0

Refroidissement

 100 28 78 4,5

Humidification

 – 7 20 1,1

Transport des fluides

– (si « tout air »)
– si « air + eau »

 – (53)
12		 (148)
34		 (8,5)
2,0

Éclairage

 12 25 70 4,0

Bureautique

 15 31 87 5,0
– – – –

TOTAL

 – 201 [kWh/m²] 385 [kWh/m²] 22,6 [€/m²]

Note : la consommation de chauffage peut, en moyenne, être nettement inférieure. En effet, les 4 m² de vitrages associés à l’occupant génèrent des déperditions plus élevées que la moyenne. Un m² de couloir ne génère, par exemple, aucune consommation de chauffage !

Conclusions

Si l’on ajoute les consommations diverses (ascenseurs, cafétéria, eau chaude sanitaire, .), on obtient le bilan annuel simplifié suivant pour le gestionnaire :

  • 7 à 10 litres de fuel (ou 7 à 10 m³ de gaz) et 120 kWh électrique au m²
  • un coût global de 25 €/m²an

Dans un immeuble construit aujourd’hui, l’énergie représente donc 250 € par an et par occupant.

En première approximation, on peut retenir que ce coût se réparti en :

  • 1/5ème pour le chauffage des locaux et de l’air neuf hygiénique,
  • 1/5ème pour le refroidissement des locaux,
  • 1/5ème pour l’éclairage,
  • 1/5ème pour la bureautique,
  • 1/5ème pour les auxiliaires (pompes et ventilateurs) et équipements divers.

Et si l’on revenait au « bon vieux temps » ?

Et si l’on revenait au temps où les bâtiments n’étaient pas ou peu isolés et où la climatisation n’existait pas grâce à la fraîcheur des vieilles pierres ?

Il suffit de reprendre la consommation moyenne de chauffage des bâtiments administratifs en Wallonie (source – Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable) :

chauffage : 173 kWh/m²

Le coût du chauffage est presque doublé, avec le confort en moins !! Le supplément de consommation en chauffage anéantit l’économie faite par l’absence de refroidissement.

De plus, le poste « refroidissement » du bâtiment, on peut facilement le réduire par une conception adéquate du bâtiment (protection solaire) et de l’installation de climatisation (refroidissement naturel intégré à la climatisation).

Quelle est la justification des chiffres utilisés ?

Déperditions de chaleur par les parois

Imaginons la portion de façade et la portion de toiture qui entourent l’espace (cette déperdition par la toiture est prise à titre d’exemple; une autre paroi mitoyenne aurait pu être prise).

Une isolation de 8 cm est placée dans les parois et un vitrage à basse émissivité est installé.

Les déperditions de chaleur liées aux parois seront de :

  • Pour le vitrage : 4 m² x 1,9 W/m².K = 7,6 W/K
  • Pour le mur : 3,5 m² x 0,4 W/m².K = 1,4 W/K
  • Pour la toiture : 10 m² x 0,4 W/m².K = 4 W/K

soit un total de 13 W/K.

Toutes les autres déperditions sont annulées puisque les locaux voisins sont supposés être chauffés à la même température.
On en déduit les valeurs utilisées plus haut :

  • Pour une température extérieure de 11°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – 11) K = 130 Watts.
  • Pour une température extérieure de 6°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – 6) K = 200 Watts.
  • Pour une température extérieure de – 10°C et une température intérieure de 21°C, la déperdition totale sera de 13 W/K X (21 – (- 10)) K = 400 Watts.

Déperditions de chaleur par ventilation

Pour assurer la qualité de l’air, 30 m³ d’air neuf hygiénique sont apportés chaque heure à l’occupant par le système de ventilation. Le volume d’air utile est donc renouvelé entièrement chaque heure.

La puissance de chauffe liée à la ventilation sera de :

0,34 Wh/m³.K x 30 m³/h = 10 Watts/K

Puisque la capacité thermique de l’air est de 0,34 Wh/m³.K.

Autrement dit, pour une température intérieure de 21°C, on déduit une puissance de chauffage par ventilation de 310 Watts par – 10°C de température extérieure, 150 Watts par + 6°C, et 100 Watts par + 11°C.

Par contre, un léger rafraîchissement est apporté par l’air neuf extérieur lorsqu’il est entre 11 et 23°C. Cela se produit 3 681 heures par an.

En tenant compte que si l’air est à une température inférieure à 15°C, il est d’abord réchauffé à 15°C (pour une question de confort), la température moyenne de l’air est de 16,5°C.

Cela génère un apport de froid de :

0,34 Wh/m³.K x 30 m³/h x (23° – 16,5°)  x 3 681 h x 10/24 x 5/7 = 73 kWh/an

Apports solaires par les vitrages

Les apports solaires hivernaux moyens (toutes façades confondues) traversant un double vitrage vertical sont de 0,7 kWh/jour.m².

soit un apport journalier moyen de :

0,7 kWh/jour.m² x 4 m² x 0,8 = 2,24 kWh/jour

Le coefficient 0,8 est un coefficient qui tient compte de la présence des châssis.

Le bilan des apports solaires pour l’hiver est donc de :

2,24 kWh/jour x 200 jours = 448 kWh/hiver

De même, la chaleur solaire moyenne estivale (toutes façades confondues) traversant un double vitrage vertical est de 1,1 kWh/jour.m², soit un total sur les 165 jours de l’été de :

1,1 kWh/j.m² x 165 j x 4 m² x 0,8 = 581 kWh/été

Apports internes du local

Établissons les apports internes du local :

  • L’occupant dégage de la chaleur sensible : 80 W.
  • Il est équipé d’un ordinateur : 150 W.
  • Il est éclairé : 12 W/m² x 10 m² = 120 W.

Soit un total de 350 Watts, ou 0,35 kW.

Le bilan des apports internes pour l’hiver est donc de :

0,35 kW x 8 h/jour x 200 jour x 5 j / 7 j = 400 kWh

De même, durant les 165 jours « d’été », la chaleur interne est donnée par :

165 j x 5j/7j x 8 h/j x 0,350 kW = 330 kWh/an

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer l’origine des consommations [Electrique]

Repérer l'origine des consommations

Simulation de sa propre consommation

Calculs

 Vous pouvez accéder à un programme conçu pour simuler la consommation électrique d’un bâtiment neuf ou existant.

Il s’applique particulièrement aux bâtiments de type bureaux ou écoles (un outil permettant de simuler la consommation électrique d’un hôpital est en cours de développement au sein de l’Ademe en France).

Sur base de caractéristiques propres au bâtiment (nombre d’occupants, nombre de repas cuisinés en interne, …), il estime la consommation énergétique annuelle (en kWh/an) et la pointe quart-horaire par grand poste consommateur et pour l’entièreté du bâtiment.

En modifiant directement certaines données du programme, il est déjà possible d’en estimer l’impact d’une amélioration.

Par exemple : que peut-on gagner en modifiant les horaires de fonctionnement ? Ou quel est l’impact sur la pointe quart-horaire si on arrête l’extraction sanitaire de 11 à 12 h ? …

Ratios moyens par secteur d’activité

Des ratios de consommation de diverses provenances sont disponibles dans la littérature.

Il faut être attentif au fait que certains comparent la consommation de chaque usage à la consommation électrique totale du bâtiment, d’autres se réfèrent à la consommation énergétique globale (électricité + combustible).

Source : Laborélec

Le plus gros consommateur électrique du secteur tertiaire est l’éclairage. Il représente environ 40 % de la consommation totale d’électricité de l’entièreté du secteur (tous types d’activité confondus), soit, pour la Belgique, environ 5 700 GWh/an.

Une amélioration de 1 % du rendement des installations d’éclairage signifierait une économie de 5,7 millions € et permettrait d’éviter, chaque année, 20 500 tonnes d’émissions de CO2, 62 tonnes de SO2, 46 tonnes de NOx et 5 tonnes de suie.

Source : AICVF

D’après l’AICVF (Association française des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid), les chiffres suivants sont rencontrés :

Pourcentage de la consommation énergétique totale [%]
– Chauffage et climatisation Eau chaude sanitaire Cuisson Éclairage Autres

Bureaux

 60 8 1 14 17

Écoles

 81 6 4 6 3

Établissements de soin

 65 11 5 10 9

Hôtels et restaurants

 48 13 25 7 7
– Eau chaude sanitaire
[kWh/chamb.an]		 Cuisson
[kWh/repas]		 Éclairage
[kWh/m².an]

Bureaux

 – – 40

Écoles

 – – 10

Établissements de soin

 – 1,5 30

Hôtels et restaurants

 1 500 1 .. 1,5
(en collectif)
2,5 .. 5
(à la carte)		 27

Source : STEM

Les ratios suivants sont issus d’une étude réalisée par le département STEM de l’Université USSIA d’Antwerpen : »De energievraag en de besparingmogelijkheen in de tertiaire sector in België 1992-2003″. Cette étude fut publié par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable dans le recueil « Consommation énergétique dans le secteur tertiaire en Belgique » pour le compte d’Eurostat (1998).

Répartition des consommations électriques par usage en Belgique [%]
Éclairage Traitement d’air Refrigération Pompes de circulation Chauffage
Eau chaude sanitaire 		Autres

Hôtels et restaurants

 40,7 11,2 16,9 5,5 3,4 22,2

Établissements de soin

 37,4 32,3 7,8 5,8 3,6 13,1

Écoles

 59,1 19,7 1 9,8 3,3 7,1

Services aux personnes

 68,5 4,5 6,5 3,4 3,7 13,4

Bureaux et administrations

 47,2 19,3 1 4,5 3,9 24,1

Commerces

 39,8 19,9 23,5 5,5 5,1 6,2

Total secteur tertiaire

 45,8 18,7 11 5,3 4,2 15,0

Source : ICEDD

Périodiquement, l’ICEDD réalise un bilan énergétique de la Wallonie pour le compte du SPW. Les ratios ci-dessous sont ceux de 2012 et présentent la répartition de la consommation d’électricité du secteur tertiaire par usage.

Répartition des consommations électriques par usage en Wallonie [%]
Éclairage Chauffage et eau chaude
 Conditionnement d’air Pompes et ventilateur de circulation Froid Autres

Commerce

 39 4 11 6 16 24

Transport communication

 24 4 10 9 0 53

Banques assurances services aux entreprises

 35 2 13 15 0 35

Enseignement

 61 2 9 9 4 15

Soins santé

 32 1 8 6 0 53

Culture et sport

 23 4 9 8 0 55
Autres services 23 4 9 8 0 55
Administration 35 2 13 15 0 35
Divers 54 0 0 0 0 46

Total secteur tertiaire

 40 3 9 7,5 6,5 34

Découvrez cet exemple de gestion des consommations électriques aux FUNDP de Namur.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer un surdimensionnement du transformateur

Repérer un surdimensionnement du transformateur

Les pertes à vide ou pertes « fer »

Une installation Haute tension dispose généralement de sa propre cabine de transformation, pour passer de 12 000 Volts à 400 Volts.
Le transformateur présente cependant des pertes

  • Des « pertes fer » : ce sont les pertes à vide de l’appareil, pertes qui subsistent en permanence quelle que soit la consommation réelle du bâtiment. On peut comparer ceci à la consommation au ralenti d’un véhicule, … véhicule en fonctionnement permanent !
  • Des « pertes cuivre » : ce sont les pertes en charge du transfo, pertes dans les fils proportionnelles au carré du courant appelé (effet Joule).
Exemple.
Le catalogue d’un fournisseur fournit les données suivantes pour l’évaluation des pertes d’un transfo 500 kVA :

  • pertes fer = 1 150 W,
  • pertes cuivre à pleine charge = 6 000 W.

Supposons le transformateur chargé en réalité à 300 kW, les pertes fer sont constantes mais les pertes cuivre sont proportionnelles au carré du courant appelé. Les pertes totales sont estimées à :

  • sous cos phi = 0,7  : pertes totales = 1 150 + 6 000 x
    [(300/0,7)/500]² = 5 588 W,
  • sous cos phi = 0,9  : pertes totales = 1 150 + 6 000 x
    [(300/0,9)/500]² = 3 816 W.

Explication : les pertes cuivre évoluent en fonction du carré des courants (Ieffectif / Inominal)², donc du carré des puissances apparentes (UIeffectif / UInominal)² puisque la tension est constante. Or, si la puissance active est de 300 kW, la puissance apparente est de 300 / cos phi, soit 300 / 0,7 kVA.

Il suffit de multiplier cette puissance par les 8 760 heures de l’année pour évaluer le coût énergétique (non négligeable !) de ces pertes…

Au vu de cet exemple, il est important en exploitation de bien maîtriser le cos phi (par une batterie de condensateurs par exemple) et en conception de choisir du matériel de qualité qui minimise les différentes pertes telles que la qualité du noyau magnétique (matériau et montage des tôles, …) et des enroulements, le système de refroidissement, la configuration de la logette du transformateur, …

Suppression d’un des transformateurs installés

Si deux transformateurs alimentent votre installation, il est possible que l’un des deux puisse, seul, répondre à la demande. Dans ce cas, il suffira de rassembler les départs sur le premier et ce sont les pertes à vide du deuxième qui seront totalement annulées !

Il suffit, pour se faire une idée du surdimensionnement, de comparer :

La puissance apparente des transformateurs (kVA)
et
la puissance quart-horaire maximale de la facture (kW) / Cos phi.
Exemple.

Deux bâtiments voisins de l’administration régionale wallonne sont raccordés à partir d’une même cabine HT. Celle-ci abrite deux transformateurs de 500 kVA alimentant chacun un bâtiment.

Or les factures montrent que les puissances maximales absorbées par les deux bâtiments ensemble ne dépassent jamais 260 kW.

Raccordement actuel de chaque bâtiment via son propre transformateur et son propre compteur.

Projet de raccordement des deux bâtiments via le même transformateur.

Dans ce cas, le raccordement des deux bâtiments sur un transformateur entraînerait une économie de 1 850 €/an, grâce à :

  • la suppression des pertes à vide d’un des transformateurs;
  • la suppression de la redevance de comptage d’un des bâtiments;
  • la diminution du coût des consommations. En effet, le coût du kW et du kWh est proportionnel à un coefficient D qui décroît lorsque la pointe 1/4 horaire augmente;
  • la diminution des pointes cumulées car les pointes des deux bâtiments ne sont jamais exactement synchrones.

Hélas, il n’est pas possible d’amortir le coût du remplacement du transformateur par la réduction des pertes !…

Cependant, à l’occasion d’un renouvellement du transformateur, on peut réévaluer les besoins réels de puissance et réajuster le tir.

Concevoir

 Pour connaître : les critères de choix d’un nouveau transformateur.
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Situer sa consommation combustible par rapport au secteur

Situer sa consommation combustible par rapport au secteur

Établir les ratios de consommation d’un bâtiment

Remarque préalable :
Avant de comparer sa consommation d’un bâtiment par rapport au secteur, il est intéressant de la normaliser, c’est-à-dire de la rendre indépendante des conditions climatiques. Pour ce faire :

  • Soit, on dispose de valeurs établies sur plusieurs années et leur moyenne sera plus ou moins fidèle de la consommation d’une année type moyenne (bien que depuis 1996, les hivers ont été nettement plus doux que la moyenne),
  • Soit, on ne dispose que de la consommation sur une seule année et il faut la ramener à une année climatique moyenne.

Gérer

 Pour en savoir plus sur les relevés et la normalisation d’une consommation par la méthode des degrés-jours.

Ensuite, il est possible d’en tirer les ratios énergétiques :

Relever le coût total des consommations de combustibles : C € / an
Relever le total annuel des kWh consommés : Q kWh / an
Déterminer la surface de référence des locaux :
(il s’agit de la surface brute de plancher, mesurée par l’extérieur des murs, cages d’escaliers et couloir compris.
Si la surface nette du plancher est connue, on peut la majorer de 10 %. Les chaufferies et garages sont exclus du calcul).		 S m²
Ratio financier : C / S [€ / m² x an]
Ratio de consommation : Q / S [kWh / m² x an]

Remarque.

Suivant le secteur d’activité, il peut être intéressant d’établir les ratios par unité représentative de l’activité : consommation par occupant, par élève, par lit, par repas, …

Mesures

 Pour en savoir plus sur la mesure d’une consommation de fuel.

Comparer aux moyennes dans différents secteurs

Comparer les consommations de différents bâtiments et donner des valeurs moyennes de consommation se révèle très complexe. En effet, la consommation d’un bâtiment dépend de nombreux facteurs. Outre les qualités de son enveloppe (isolation, surface et qualité de vitrages, orientation, etc.), la consommation dépend fortement de l’usage du bâtiment (son affectation, ses horaires de fonctionnement, le taux de présence dans le bâtiment, l’équipement bureautique,…) ainsi que des systèmes techniques installés (chauffage, ventilation, climatisation, production d’eau chaude).

On trouve néanmoins dans la littérature des valeurs moyennes ou des intervalles de consommation au m² pour différents types de bâtiments. Pour obtenir des consommations spécifiques (/m², /lit, /élève, …) et l’évolution de ces consommations sur les cinq dernières années, cliquez sur :

Remarque : Les valeurs de la littérature doivent être utilisées avec précaution. Pour chacune d’elles, il convient de se poser les questions suivantes :

  • De quel type de consommation parle-t-on? S’agit-il d’une demande thermique brute, d’une consommation tenant compte des rendements des équipements, d’une consommation d’énergie « primaire » (çàd que les consommations électriques sont comptabilisées sur base des consommations d’énergie générées à l’entrée de la centrale électrique, soit environ 2,5 X plus) ?
  • Quelles consommations particulières sont incluses dans la valeur? La consommation des auxiliaires tels que pompes, ventilateurs, etc. est-elle comprise? Les équipements accessoires du bâtiment tels que les ascenseurs sont-ils compris?
  • Quelle est la surface de référence? S’agit-il d’une surface brute « hors tout », d’une surface nette, ou d’une surface occupée? Reprend-elle ou non les garages, les couloirs, les sanitaires,… ?
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer une puissance de pointe « quart-horaire » trop élevée

Repérer une puissance de pointe "quart-horaire" trop élevée

Diagramme des charges montrant l’évolution de la pointe quart-horaire.

L’enclenchement simultané des groupes frigorifiques de 9h 15 à 9h 45 a provoqué une pointe de 196 kW qui, pour le tarif « binôme A-force motrice », se chiffre par un supplément du terme de puissance de l’ordre de 1690 €..

La durée d’utilisation mensuelle

Un premier indicateur nécessaire pour évaluer l’intérêt de réduire la pointe est le rapport U exprimé ci-après par :

durée d’utilisation U (h) = consommation (kWhHP) / pointe quart horaire (kW)

Remarque :

Il s’agit donc bien du rapport entre les kWh en Heures Pleines et les kW de pointe quart horaire. À ce titre, il se distingue du coefficient d’utilisation repris dans le bas de la facture électrique mensuelle, sous l’appellation « UTILISATION USAGES GÉNÉRAUX », qui regroupe les kWh en Heures Pleines (jour de semaine) et les kWh en Heures Creuses (nuit + week-end).

Pour un mois de consommation donné, le tableau ci-dessous fournit le prix d’achat du kWh moyen (pointe comprise) en fonction de ce rapport U :

On peut y remarquer l’importance de la pointe quart-horaire dans le coût du kWh : le prix du kW de pointe est  moins élevé si U est grand, c’est-à-dire si le profil d’utilisation est assez régulier.

Au maximum, la durée d’utilisation est égale à 315 heures, soit le nombre total d’Heures Pleines par mois. Dans ce cas, le diagramme des charges est plat, la pointe est égale à la puissance moyenne.

D’autre part, pour une durée d’utilisation inférieure à 70 heures environ, on atteint le prix plafond où l’effet de pointe est plafonné. À ce moment, la facture est basée sur le nombre de kWh consommés (la pointe n’intervient pratiquement plus).

Si bien que lorsque le U est inférieur à 80 heures (pointe très élevée), les efforts à consentir pour étaler la demande risquent d’être peu récompensés financièrement : le prix plafond restera d’application tant que U ne dépassera pas 120 heures…

Exemple :

Un home pour enfants ou pour personnes âgées, avec une préparation des repas «tout électrique». La pointe de 11 heures sera très importante par rapport au restant de la journée, surtout en été.

Sur base d’une tarification dans le cadre d’un marché libéralisé, au-delà de 80 heures et en deçà de 200 heures d’utilisation mensuelle, une gestion de la pointe est à envisager.

Gérer

 Installer une gestion de la pointe quart horaire.

Le ratio W/m²

Il est possible de rapporter la pointe ¼ horaire maximale à la surface du bâtiment (surface totale, y compris parking, couloirs, sanitaires, cuisine, …) et de la comparer à celle donnée par une enquête au sein des immeubles de bureaux de la Région Wallonne :  le ratio oscille entre 7 et 20 W/m².

Pointes quart-horaires maximum dans les bâtiments de la Région Wallonne.

Remarques

  • Ces valeurs sont données à titre indicatif puisqu’elles correspondent à un parc de bâtiments particulier. Par exemple, aucun de ces bâtiments n’est climatisé. De plus, la surface de référence est une surface brute qui inclut les garages.
  • La valeur de 7 W/m² est réalisée dans un bâtiment nouveau où, dès la construction, l’effort a été placé en matière de limitation des puissances installées (dimming de l’éclairage, délestage automatique, …). Pour plus d’informations sur ce bâtiment, on peut contacter Monsieur Claude Rappe du Service de l’Énergie de la Région Wallonne (081/321 569).

Enregistrement de la charge

On peut affiner le diagnostic en réalisant un enregistrement de la charge électrique du bâtiment.

Cela se réalise en branchant un data-logger, soit directement sur le compteur (nouveaux compteurs à impulsion), soit via un lecteur optique.

Lecteur optique disposé sur un compteur à disque.

Les distributeurs électriques, de même que l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable peuvent réaliser de tels enregistrements, sur simple demande.

Diagramme de charge avant et après gestion de la pointe.

L’enregistrement doit se faire sur une période représentative, idéalement 1 mois, de manière à comprendre correctement le mode de consommation de l’établissement : est-ce qu’une pointe se présente tous les jours à la même heure ? est-ce que la pointe n’apparaît qu’une fois par semaine ou encore par mois ?

Il s’agit ensuite de comprendre l’origine de la pointe. Si on connait bien ses équipements et leur horaire de fonctionnement, on peut intuitivement découvrir les « coupables ».

Calculs

 Pour estimer le poids de chacun de vos équipements dans la pointe 1/4 horaire.

Dans le cas contraire, il faudra effectuer, en parallèle de l’enregistrement de charge au niveau du compteur général, un enregistrement sur le circuit alimentant les plus gros consommateurs, par exemple au moyen de pinces ampèremétriques. Cela est souvent révélateur. C’est ainsi que l’on remarquera que des équipements fonctionnent inutilement en même temps et à l’insu de tous.

Concevoir

 Remarquons que, dans un nouveau réseau électrique, le placement de compteurs fixes supervisés par une gestion centralisée permet de repérer presque en direct les dysfonctionnements de consommation et facilite grandement le diagnostic.

Pour en savoir plus sur la conception et la gestion d’un nouveau réseau électrique.

Découvrez cet exemple de gestion de la pointe quart-horaire au Centre Hospitalier Universitaire de Charleroi.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale

Évaluer la situation

La facture fournit la consommation en « Heures Creuses  (kWh HC), c’est-à-dire la consommation des appareils branchés :

  • 9 h par jour ouvrable du lundi au vendredi (horaire variable selon les régions mais généralement de 22 h à 7 h),
  • 24 h/24 les samedis, dimanches et jours fériés légaux.

À titre de comparaison, dans les immeubles de bureau de la Région Wallonne (non climatisés), la consommation HC représente 23 % des kWh consommés et 10 % du coût de la facture.

Cette consommation doit pouvoir être interprétée en listant la puissance des équipements en fonctionnement (éclairage de nuit, circulateur de chauffage, réfrigérateurs, eau chaude sanitaire, …) et en leur attribuant une durée de fonctionnement. Le produit doit fournir les kWh HC de la facture.

Ce type d’analyse révèle généralement des surprises, riches d’économies énergétiques et financières !

Équipement Puissance Heures de nuit en semaine Heures de week-end Énergie consommée
Circulateur 0,3 kW 5 x 9 h 2 x 24 h 27,9 kWh / semaine
Éclairage extérieur 2 kW 5 x 9 h 2 x 10 h 130 kWh / semaine
… … … … …

On sera aidé dans cette tâche par :

1° La réalisation de mesures sur certains équipements :
2° Le compteur général de l’installation, si on peut mesurer un à un les départs des circuits en jouant avec les disjoncteurs des tableaux divisionnaires.
3° Le placement de compteurs de passage sur les principales lignes.

(On notera que ce type de compteur constituera également un outil de motivation dans le cadre d’une future sensibilisation des occupants d’un bâtiment. Ainsi, la motivation d’une « équipe cuisine » passe par la possibilité de leur communiquer l’évolution de la consommation de la cuisine).
4° Les valeurs standards de consommation électrique des équipements en :
5° La visite du bâtiment en dehors des heures de fonctionnement normales (en soirée, un samedi, …). OK, il faut être vâââchement mordu par l’énergie mais on en découvre des équipements en fonctionnement pour rien !!!!

Où agir ? : quelques pistes…

Plusieurs postes consommateurs peuvent être envisagés. Les éléments suivants peuvent donner des pistes de solution :

Éclairage :
Ventilation :
  • arrêt des extracteurs sanitaires ?
  • arrêt de la ventilation des locaux non utilisés ?
  • arrêt de la ventilation des garages ?
  • utilisation d’un interrupteur horaire ?

Interrupteur horaire.

  • fonctionnement par détecteur de présence ?
  • fonctionnement à deux vitesses ?
  • regroupement des locaux utilisés la nuit ?
  • …
Bureautique :
  • double circuit électrique ?Prises rouges pour l’équipement qui doit rester en fonctionnement, prises blanches pour tous les autres équipements : c’est la solution adoptée à l’hôpital de Mouscron. Chaque rénovation de local entraîne la mise en place de ce système : une coupure horaire automatique est prévue sur le réseau « blanc », seuls les prises « rouges » continuent à alimenter les équipements à fonctionnement continu.

 
Eau Chaude Sanitaire :
  • arrêt du circulateur de la boucle d’ECS ? (peut-on admettre un temps d’attente avant d’obtenir de l’eau chaude la nuit ?)
  • …
Chauffage :
  • arrêt du circulateur de chauffage ? (risque de gel ?)

  • placement de chaudières autorisant une coupure totale durant la nuit et le week-end et d’une régulation avec maintien hors gel ?
  • …
Climatisation :
  • arrêt de la climatisation la nuit ou le week-end ?
  • fonctionnement avec taux de renouvellement d’air réduit ou avec recyclage de l’air à 100 % ?
  • fonctionnement enclenché par détecteur de présence ?
  • …
Réfrigération :
  • arrêt de certains équipements (le réfrigérateur de bureau qui ne contient que des éléments non périssables (ex.boissons) ou le distributeur de boissons peuvent-ils être arrêté le week-end ?)
  • si les besoins sont réduits la nuit, la régulation met-elle certains compresseurs à l’arrêt ?
  • …
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Repérer les situations anormales

La facture permet de repérer certaines anomalies :

Analyse

Solutions

Repérer une consommation réactive anormale
(fortement pénalisée par le distributeur).

Placer des condensateurs afin de réduire la consommation réactive.

Repérer une puissance 1/4 horaire trop importante.

Lisser la pointe 1/4 horaire par délestage, peak-shaving.

Repérer une consommation de nuit ou de week-end anormale.

Placer des horloges afin de diminuer les consommations électriques de nuit

Repérer un surdimensionnement du transformateur installé.

 Changer de puissance lors du remplacement du transformateur.

Faire fonctionner un seul transformateur s’il y en a 2 afin de réduire les pertes à vide.

Repérer l’intérêt d’une modification du régime de tarification.

Changer de tarif.
Enregistrer le diagramme de charge.

Analyser les consommations sur le terrain.

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