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Auteur : les anciens

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12/03/09, par Julien

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Style css des tableaux : Thibaud

Juin 2009 : mise en page et liens internes, Sylvie.

Gestion manuelle des équipements

Un premier niveau dans la gestion des équipements électriques est la commande manuelle ou la simple gestion par horloge.
La première étape est de définir les équipements que l’on souhaite pouvoir couper de façon autonome.
Il s’agit des équipements qui restent systématiquement en fonctionnement en période d’inoccupation :

  • l’éclairage,
  • les équipements raccordés sur des prises (bureautique, éclairages individuels, chaufferettes, …),
  • les équipements de ventilation, …

Ensuite, il faut donner aux utilisateurs les outils de commande nécessaires. Cela signifie que ces équipements devront se trouver sur des circuits propres.
Le principal poste sur lequel il convient d’agir est l’installation d’éclairage.
Il faut prévoir au stade de l’avant-projet le mode de câblage des luminaires de manière à pouvoir effectuer une gestion en fonction de l’éclairage naturel et une gestion en fonction de l’occupation.
La gestion manuelle de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel n’est faisable que s’il est possible d’éteindre séparément les rangées de luminaires en fonction de leur éloignement des fenêtres. On peut aussi, par exemple, raccorder un luminaire sur trois dans les couloirs pour assurer un éclairage de veille ou d’entretien. Ou encore répartir les commandes au sein d’un plateau paysager.
Une réflexion semblable peut se faire pour tous les équipements qui pourraient être délestés de façon centralisée.

Gérer

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Pratiquement, réaliser des circuits d’alimentation séparés avec un minimum de câblage peut se faire en utilisant des câbles à 4 fils (3 phases et 1 terre) plutôt que des câbles à 3 fils. Cela permet de réaliser 2 circuits avec un même câble et un surcoût modéré.

De plus l’utilisation de connecteurs électriques rapides permet de diminuer les coûts d’installation et de permettre une réaffectation rapide des équipements en fonction des besoins.

Connexion rapide d’un luminaire.

Exemple.

Au Centre Hospitalier Régional de Mouscron, le Responsable technique, a constaté que la majeure partie de la consommation de nuit du bâtiment était imputable aux différents équipements, laissés en fonctionnement (équipements de bureautique, chaufferettes, …).

Pour résoudre ce problème, il instaura lors de la rénovation des installations électriques vétustes, que le circuit « prises » soit scindé en deux :

  • un circuit équipé de prises blanches qui, raccordé à une horloge, est automatiquement coupé durant la nuit;
  • un circuit équipé de prises rouges qui, lui, reste alimenté en permanence et qui permet au personnel de raccorder les équipements vitaux qui ne peuvent être coupés (recharge d’une batterie, fonctionnement d’un programme informatique, …).

Dans le même ordre d’idée, la commande de l’éclairage des locaux de consultation a été rapatriée vers une commande unique qui permet au gardiennage d’éteindre de façon centralisée tous les luminaires restés en fonctionnement. En parallèle, les circuits d’éclairage des couloirs permettent le maintien d’un éclairage minimum durant la nuit.

Gestion autonome de certains équipements

Il est également possible de gérer indépendamment différents équipements au moyen de systèmes qui leur sont propres :

  • En bureautique, de plus en plus d’équipements (ordinateurs, photocopieurs, …) possèdent des modes de mise en veille qui diminuent fortement leur consommation lorsqu’ils ne sont pas utilisés.
  • En éclairage, également, les fabricants ont développé des systèmes de gestion, en fonction de la présence et en fonction de l’éclairage naturel, qui agissent directement sur les ballasts électroniques. Ces systèmes peuvent même être indépendants pour chaque luminaire.
  • Il existe en ventilation des bouches intégrant un détecteur de présence.

Une telle gestion équipement par équipement doit évidemment s’étudier au cas par cas. Par exemple, la détection de présence sur l’éclairage d’un bureau ne semble pas adéquate puisqu’elle n’est sensible qu’aux mouvements qui risquent d’être trop faible dans un travail de bureau.

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Pour en savoir plus sur la gestion de la bureautique, cliquez ici !

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Lorsque la gestion des équipements se fait par un système extérieur comme ce peut être le cas pour les protections solaires ou l’éclairage, on risque de démultiplier les systèmes de gestions différents et séparés sans possibilité de supervision globale et surtout en démultipliant les câblages dans le bâtiment.

Gestion centralisée

La gestion centralisée des équipements électriques répond à plusieurs objectifs :

  • Gérer de façon centralisée les horaires de fonctionnement des équipements de manière à limiter au maximum les temps de fonctionnement tout en permettant des dérogations.
  • Suivre le comportement des équipements de manière à détecter les dérives et à adapter les paramètres de réglage.

Prenons un exemple pour situer l’importance d’une gestion centralisée : dans un des nouveaux bâtiments de la Région wallonne (30 000 m²), on enregistre une puissance résiduelle de nuit de plus de 50 kW sur les circuits « prises » non gérés, alors que des équipements de bureau modernes ont été installés !
Il existe deux méthodes pour gérer le fonctionnement des équipements de façon centralisée :

  • l’une, ne comprenant que des équipements traditionnels (câblage de puissance, contacteurs, …) gérés au niveau du tableau électrique par un automate programmable,
  • l’autre, utilisant des équipements adressables, raccordés par un bus de communication qui véhicule les informations nécessaires à la gestion.

Gestion par automate programmable

Études de cas

Cette philosophie a été appliquée dans les bâtiments de l’administration régionale wallonne, notamment aux Moulins de Beez.

Toute la gestion est centralisée dans le tableau électrique (par exemple, 1 par plateau). Celui-ci gère l’installation, principalement au moyen de contacteurs disposés également dans le tableau. De là, partent les circuits électriques traditionnels vers les commandes (interrupteurs, boutons poussoirs) et les équipements (prises, luminaires, …). Avec un tel système, il est pratiquement impossible avec un coût de câblage modéré de gérer les installations local par local. Seule une gestion par plateau (par tableau électrique) est possible.
Il est, en outre, possible de raccorder les différents automates ensemble, par un bus de communication et donc de paramétrer l’entièreté d’un bâtiment de façon centralisée.

Exemple : Gestion des équipements aux Moulins de Beez

Schéma de gestion des Moulins de Beez : un automate par étage (TE = tableau électrique de l’étage) est supervisé par un automate principal qui permet la gestion de l’ensemble de l’installation.

Automate principal disposé dans le TGBT.

Automate secondaire disposé dans le tableau électrique d’étage.

Cas particulier de la gestion de l’éclairage des bureaux individuels :

  1. Interrupteurs dans chaque bureau.
  2. Contacteurs situés dans le tableau électrique et commandés par l’automate et les boutons relance « bureau ».

L’éclairage des bureaux est commandé via des contacteurs.

Le matin, en fonction d’un horaire programmé, l’automate ferme ceux-ci. À partir de ce moment, l’éclairage peut être allumé via les interrupteurs locaux.

Le soir, l’automate ouvre les contacteurs et coupe ainsi les équipements encore allumés. L’extinction des luminaires n’est pas immédiatement totale. Il y a tout d’abord un préavis d’extinction : le premier signal éteint uniquement les rangées de luminaires côté façade. Après un temps réglable, un deuxième signal éteint la deuxième rangée. Après chaque extinction, il est possible pour l’utilisateur de relancer complètement l’installation à partir d’un bouton poussoir situé dans le couloir. Celui-ci réenclenche les contacteurs. Il dispose alors d’un temps d’éclairage complet réglable avant que le cycle d’extinction ne recommence.

Cette solution demande une réflexion assez complexe sur la configuration que doit avoir le réseau. De plus, elle fournit une solution qui est figée. Elle ne peut donc s’adapter facilement à une modification de l’affectation des locaux. De même, une correction des commandes en fonction du comportement des utilisateurs face au système est difficile.

Gestion par bus de communication

Cette solution est la solution d’avenir. Elle consiste à parcourir le bâtiment avec un bus de communication.
Le principe est le suivant :

  • Un bus de communication (paire torsadée) parcourt tout le bâtiment.
  • Tous les équipements et systèmes de commande sont raccordés au bus via des boîtes de dérivation.
  • Tous les équipements et systèmes de commande sont adressables. Il n’y a plus de liaison de puissance entre eux. Les interrupteurs ne sont plus des éléments qui ouvrent physiquement un circuit électrique, mais des éléments qui envoient des informations sur le bus de communication qui seront traitées par le système de gestion. Chaque équipement possède un code qui permet au système de gestion de lui définir son rôle. Par exemple, on programme dans le système de gestion que l’interrupteur « xx » commande le luminaire « yy ». Une simple modification de la programmation permet de changer son affectation et de le faire commander le luminaire « zz ».
  • Les luminaires sont alimentés par un circuit de puissance et un module de communication avec le bus. Il existe également une série d’équipements adressables permettant de commander les autres équipements (circuits prises, HVAC, protections solaires, …).
  • Le bus de communication peut également accueillir une série d’équipements de régulation (sonde de température, d’ensoleillement, d’éclairement, …) qui lui permet de réaliser une régulation intégrée de tous les équipements. Par exemple, on peut faire interagir la commande des protections solaires et de l’HVAC.
Exemple.

Schéma de câblage d’un plateau de bureaux commandé par bus de communication.En fonction de la position des cloisons, une simple reprogrammation permet de dédier un interrupteur à d’autres luminaires, sans recâblage. On peut également remplacer un interrupteur par un dimmer, en gardant le même support de commande ou encore rebrancher sur le bus une sonde de présence, une sonde d’éclairement, une horloge, ….

Le bus parcourant les interrupteurs peut être disposé en faux plancher, ce qui permet plus facilement de rajouter des commandes où on veut (il est toujours plus délicat de rouvrir un faux plafond) et de les raccorder au bus.

Module de commande faisant l’interface entre la commande et par exemple 2 luminaires et une protection solaire.

On obtient ainsi un système de gestion complet, extrêmement flexible (modifications par simple réadressage des équipements) et ne demandant pas d’automate programmable. Le câblage de puissance est fortement simplifié mais il faut rajouter un câble bus qui parcourt tout le bâtiment.
Le surcoût d’une installation gérée par bus provient principalement des donneurs d’ordre (interrupteurs, boutons-poussoirs, …) communicants (actuellement un interrupteur traditionnel coûte environ 8,75 €, tandis qu’un interrupteur communicant coûte environ 62,5 €).
En lui-même le coût du bus n’est pas élevé (0,4 €/m). Une installation peut donc être évolutive.
L’essentiel est d’avoir prévu au départ un bus qui parcourt l’entièreté du bâtiment. Ceci peut se concevoir avec un surcoût de câblage très modéré par rapport à une installation traditionnelle.
Nous pensons que c’est un minimum à prévoir dans tout nouveau bâtiment !
Plusieurs degrés de sophistication sont possibles.
Une solution intermédiaire entre le câblage traditionnel et la gestion totale par bus, consiste à exploiter dès le départ le bus au moyen d’une installation de base, permettant un degré de flexibilité déjà important tout en utilisant des donneurs d’ordre traditionnels.
Il existe en effet des boitiers communicants pouvant se raccorder à des boutons poussoirs traditionnels. Ils permettent les mêmes possibilités d’adressage que tout autre système communicant (on peut définir quel bouton-poussoir commande quel luminaire). La seule différence est que l’on ne sait travailler qu’en tout ou rien au niveau de la commande.

Le coût de cette solution est nettement moindre que pour le système communicant complet puisqu’un boîtier permettant de relayer 4 boutons-poussoirs coûte environ 57,5 €, soit 15 € par point de commande au lieu de 62,5 €.

Boitier de raccordement de 4 boutons-poussoirs on-off.

Si on désire pouvoir dans la suite améliorer les possibilités de gestion, par exemple en plaçant dans certains locaux des dimmers, on peut prévoir dans le câblage un câble « bus » en attente au côté de la liaison entre le boitier et les boutons-poussoirs (en pointillé sur le schéma ci-dessus). On peut alors brancher un dimmer sur le bus en lieu et place du bouton-poussoir, sans aucun recâblage mais en connectant le bus en attente sur l’alimentation bus du boitier.

LON bus ou EIB bus ?

Actuellement, deux systèmes standards de gestion par bus de terrain semblent se développer « LON » et « EIB » (il existe d’autres types de bus mais « LON » et « EIB » semblent être les deux systèmes standardisés appelés à se développer dans le futur).
On peut résumer les avantages et inconvénients (actuels car cela évolue) comme suit :

  • Le système LON est actuellement plus développé en ce qui concerne la gestion des installations d’HVAC, tandis que EIB est plus spécialisé dans les applications électriques.
  • Dans le système EIB, tous les éléments sont directement compatibles, sans aucune programmation, tandis que la mise en commun de matériels certifiés « LON » de marques différentes demande une certaine programmation.

Idéalement, un système de gestion complet du bâtiment devrait comprendre les deux systèmes, communicant entre eux au moyen d’un système de supervision.
Cela constitue, cependant une installation de gestion conséquente. Ainsi, pour ne pas consentir dès le départ un investissement important, tout en se donnant la possibilité d’évoluer vers une gestion de plus en plus fine du bâtiment, il faut dès le départ prévoir un câblage minimum : un réseau EIB peut parcourir l’ensemble des plateaux (comme vu ci-dessus) et un câblage LON peut être placé en attente dans les gaines techniques verticales, de manière à pouvoir facilement créer une extension de la gestion vers les équipements climatiques locaux.

Suivi des consommations

Le suivi des consommations des différents postes consommateurs est un outil de gestion important pour optimaliser la facture électrique.
La facture mensuelle permet un suivi global et déjà de détecter des anomalies de fonctionnement, notamment par rapport aux prévisions qui auraient pu être faites.

Pour estimer la consommation future d’un bâtiment, cliquez ici !

Cependant, pour affiner le diagnostic, une connaissance plus précise du fonctionnement de chaque poste consommateur est nécessaire.
Par exemple, on peut détecter sur la facture mensuelle une consommation en heures creuses anormale. Pour circonscrire la cause, il faudra vraisemblablement un comptage séparé des principaux types de consommateur.
De même, une gestion efficace de la pointe 1/4 horaire, demande un enregistrement de la charge totale de l’établissement mais également des principaux consommateurs. Dans le cas contraire, il devient difficile de cerner les éléments responsables et donc d’envisager un délestage efficace.

Compteurs disposés dans le tableau électrique (Moulin de Beez).

Cette gestion n’est possible que si le réseau électrique de départ a été conçu de manière adéquate et permet un suivi séparé des consommateurs. Il ne s’agit évidemment pas de disposer d’un circuit par équipement. On peut imaginer, au départ du TGBT, un circuit par grand poste :

  • l’éclairage,
  • la cuisine,
  • les équipements HVAC (séparer le chaud du froid),
  • les prises équipement (bureautique, …),
  • autres …

Idéalement, on pourrait, dans le cadre d’une gestion technique centralisée, équiper, dès le départ, chaque circuit d’un compteur avec enregistrement de charge. Cela permettrait un suivi en temps réel, permettant de corriger immédiatement toute dérive, ou simplement d’adapter les paramètres de réglage (horaires de fonctionnement de l’HVAC, de l’éclairage, …).
Sans aller jusqu’à ce degré d’équipement, la configuration minimum du réseau doit rendre possible, par un découpage judicieux des circuits, une analyse plus précise de la consommation globale du bâtiment.

Quelques réflexes URE

Voici quelques « flashs » ou « réflexes » qu’il faut avoir lorsque l’on réalise une installation électrique :

  • Prévoir un précâblage bus de manière à faire évoluer le bâtiment vers une gestion de plus en plus fine sans complication de câblage dans un bâtiment existant.
  • Prévoir des alimentations séparées et un comptage des grands postes consommateurs et des gros équipements.
  • Prévoir dans la distribution électrique et la commande la possibilité d’adapter les horaires de fonctionnement des équipements à l’occupation.
  • Installer des systèmes de variation de vitesse sur les moteurs (ventilateurs, pompes).
  • Prévoir des ballasts électroniques dimmables sur tous les luminaires placés en façade, de manière à pouvoir éventuellement les équiper d’une régulation en fonction de l’éclairement naturel sans intervention sur le luminaire et donc sans coût supplémentaire.