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: Repérer les situations anormales

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

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

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 ?
  • …

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