Gestion des consommations électriques aux FUNDP de Namur

Les études universitaires demeurent l’espace privilégié de la transmission et de la création du savoir. À Namur, elles sont organisées au sein de six facultés :

• droit;
• médecin;
• philosophie et lettre;
• informatique;
• sciences;
• et sciences économiques, sociales et de gestion.

On y retrouve deux cents professeurs et autant d’assistants, pour quatre mille cinq cents étudiants.

La soixantaine de bâtiments des facultés se situe principalement dans le centre de Namur. Ils représentent actuellement une superficie exploitée d’environ 148 000 m².

Parmi tous les bâtiments, ce sont ceux dédiés à la recherche qui sont, de loin, les plus énergivores.

Les installations techniques, de chauffage et de climatisation comprennent :

• 36 chaufferies avec 50 chaudières,
• 67 groupes de ventilation,
• 234 pompes et circulateurs,
• 23 boilers sur chaudière,
• 30 ascenseurs,
• 37 chambres froides,
• 17 groupes frigorifiques.

Cette étude de cas a été réalisée au tournant de l’année 2000 en se basant sur les consommations des années 90. Aujourd’hui, en 2016, les principes de réduction d’énergie et de coûts mis en œuvre restent d’actualité, mais les prix exposés dans le développement de cette page sont à évaluer de manière critique.

En 2000, la consommation annuelle de mazout était de 1 250 000 équivalents litres, celle d’électricité était de 6 500 000 kWh.

Au début des années 90, la facture annuelle d’électricité pour l’ensemble des FUNDP se monte à plus de 625 000 € par an. Afin de réduire cette facture, Monsieur Guilmin, responsable du département maintenance, projette d’entreprendre une série d’actions sur les consommations électriques.

Fin 1997, en éveillant la sensibilité de quelques personnes à la nécessité de maîtriser les consommations énergétiques, les services techniques initient une démarche qui ne cessera plus de s’amplifier.

Ainsi, à l’initiative des services techniques, dans chaque bâtiment, plusieurs personnes prennent rapidement conscience de l’importance de l’action individuelle dans la diminution des consommations énergétiques.

Fort de ce support venant de quelques utilisateurs, les services techniques entament une campagne beaucoup plus vaste de sensibilisation des occupants et utilisateurs.

Pour s’assurer de leur participation active dans le processus d’économie d’énergie, ces derniers doivent être rassurés par rapport au confort attendu et au bon fonctionnement des équipements.

Le comportement le plus immédiat à faire adopter est l’extinction de l’éclairage en dehors des heures d’occupation des locaux. Affichettes et autocollants font alors leur apparition, avec un slogan simple : “je fais comme chez moi, j’éteins !!”. Plusieurs articles consacrés aux économies d’énergie sont publiés dans le périodique bimestriel des FUNDP. Diverses informations techniques sont envoyées aux responsables de laboratoires ou de départements particulièrement “énergivores”.

Par ces campagnes et grâce aux quelques acteurs déjà sensibilisés, d’une participation polie, l’ensemble des occupants devient actif dans la recherche des gaspillages. Une véritable philosophie d’entreprise naît, grâce à la confiance établie entre les gestionnaires techniques et les utilisateurs des bâtiments. Il est dès ce moment possible de diminuer les températures de consignes et les plages horaires sur le chauffage, sans que n’apparaissent ni chaufferettes d’appoint, ni rouspétances.

Fin 1998, les services techniques s’appuient sur le soutien de tous les utilisateurs et occupants pour proposer une position volontariste en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie au conseil d’administration des FUNDP, qui l’accepte.

Le changement de mentalité se fait alors sentir au niveau des investissements en nouveau matériel. Tout nouvel achat est étudié sous l’angle de la consommation. Par exemple, une série de frigos “classe A” viennent remplacer des appareils moins performants.

Exemple. La bibliothèque universitaire Moretus-Plantin (BUMP) comporte 10 plateaux, dont 3 sont accessibles au public et 7 contiennent les livres archivés. L’éclairage de chacun des 7 plateaux d’entreposage comprend 100 tubes de 36 W. Ces tubes étaient allumés par le passé de 8h00 à 20h00, pour garantir le confort et un climat de sécurité. Le technicien gestionnaire de ce bâtiment a été particulièrement sensible aux actions des services techniques et a, à son tour, entamé diverses actions de sensibilisation pour réduire les consommations. Les discussions ont porté sur la possibilité de couper l’éclairage en dehors des périodes d’utilisation de chaque rayon. Cela s’est traduit par le remplacement des interrupteurs classiques par des minuteries à réarmement qui éteignent automatiquement les lampes après 15 minutes. De 445 000 kWh en 1997, la consommation de la bibliothèque est passée à 395 000 kWh en 1999.

Afin de réduire efficacement les consommations électriques, la première étape est le relevé des consommations par équipement afin d’identifier les gros consommateurs. Dans cette optique, 140 compteurs comptabilisant les consommations d’autant de bâtiments ou de zones d’utilisation sont posés.

Consommateur	Puissance quart-horaire	Ratio de consommation
Éclairage	450 kW	36 %
Chauffage et climatisation	400 kW	32 %
Matériel informatique	200 kW	16 %
Chambres froides et divers autres	200 kW	16 %
Total	1250 kW	100 %

En 1992, la facture électrique est de quelques 642 300 € pour 6 770 000 kWh. Avec une superficie de locaux de 136 400 m², le ratio est de 49,6 kWh/m² an.

Plusieurs opérations de réduction des consommations électriques sont alors lancées. Les premières concernent les appareils d’éclairage et les boilers électriques.

L’impact sur la consommation électrique de ces deux mesures se fait rapidement ressentir puisqu’en 1995, la facture ne correspondait plus qu’à 635 375 €, soit 6 200 000 kWh. Le ratio de consommation était donc retombé à 44,5 kWh/m² an.

Le relighting a été et est réalisé en plusieurs phases. Les objectifs généraux sont la réduction de la consommation électrique et l’amélioration du niveau d’éclairement.

Les services techniques entament une première étape au début des années 90, par le remplacement systématique des équipements d’éclairage (réglettes nues, luminaires laqués blancs, diffuseurs opalins) par des appareils avec nettement meilleur rendement. Ces appareils sont encore équipés de starter et de ballast électromécanique. Ces remplacements se font par opportunité, dès que des travaux sont planifiés dans des locaux. Cela représente une moyenne d’environ 200 équivalents tubes par an.

En 1994-1995, les ballasts électroniques remplacent les ballasts électromécaniques, toujours avec la même intensité dans le programme de remplacement.

Finalement, à partir de 1998, le dimmage des appareils proches des fenêtres en fonction de la luminosité fait son apparition. Le dimmage, c’est-à-dire l’augmentation ou la diminution progressive de la puissance d’éclairage, permet de réduire automatiquement la puissance de l’éclairage lorsque l’éclairage naturel est suffisant. Actuellement, cette campagne se poursuit encore à raison de 700 équivalents tubes par an.

Les temps de retour pour ces appareils oscillent autour de 6-7 ans, en fonction des travaux annexes à réaliser comme le re-plafonnage après travaux.

Les deux objectifs sont atteints, avec de meilleurs niveaux d’éclairement là où c’était nécessaire et des économies d’électricité.

Exemple. À titre d’exemple, les nouveaux appareils de l’auditoire D1 procurent un même niveau d’éclairement, pour une diminution sensible de la consommation : Anciens appareils (lampes T12 “rapid start” de 65 W) : 71 [lampes] x (65 [W] + 17 [W]*) = 5 822 [W] Nouveaux appareils (lampes T8 de 32 W) : 62 [lampes] x (32 [W] + 4 [W]*) = 2 232 [W] Gain : 3 590 [W] Tubes fluos ancienne génération T12 et T12 “rapid start” (38 mm) et tubes fluos nouvelle génération T8 (26 mm) et T5 (16 mm) À la bibliothèque universitaire Moretus Plantin (BUMP), des nouveaux appareils dans la zone d’accueil procurent un niveau d’éclairement 4 fois supérieur aux anciens appareils, pour une économie d’énergie de plus de 750 W. Anciens appareils (lampes T12 de 40 W) : 49 [lampes] x (40 [W] + 10 [W]*) = 2 450 [W] Nouveaux appareils (lampes T5 de 28 W) : 49 [lampes] x (28 [W] + 5 [W]*) = 1 617 [W] Gain : 833 [W] *17, 4, 10 et 5 [W] sont respectivement les pertes dues aux ballasts électromagnétiques dans les anciens appareils et électroniques dans les nouveaux.

Lors de leur installation, les boilers électriques se justifiaient par leur investissement réduit par rapport au coût d’installation d’un système de chauffage centralisé. À l’heure actuelle, au vu du prix de l’énergie, la production d’eau chaude à partir d’une source électrique, directe ou à accumulation, ne se justifie plus.

Les boilers électriques sont dès lors progressivement remplacés par d’autres boilers placés sur des chaudières existantes ou sur de nouvelles chaudières installées spécifiquement à cet effet.

Les bâtiments de logement (résidence des Pères et pédagogie) sont les premiers visés par ces mesures, suivis immédiatement par les bâtiments académiques.

170 kW de résistance électrique furent ainsi remplacés, pour des temps de retour relativement courts, de l’ordre de 2 à 5 ans. De plus, la maintenance se trouve indirectement améliorée : la faible durée de vie des chauffe-eau électriques, la fragilité et la sensibilité à la température des têtes en céramique de la robinetterie, les fuites des groupes de sécurité ne sont maintenant plus de mise avec les boilers sur chaudières.

Les avantages des variateurs de vitesse (convertisseurs de fréquence) sont multiples. D’une part, l’adaptation de la vitesse des moteurs en fonction des besoins réels permet une grande facilité de réglage et de pilotage comparé aux systèmes tout ou rien (ON/OFF). La finesse des réglages est particulièrement intéressante par rapport au sur-dimensionnement que l’on rencontre pour de nombreux circulateurs de boucles de distribution de chauffage. Un deuxième avantage est l’économie réalisée sur les factures d’électricité et sur les factures de chauffage ou de climatisation (le chaud et le froid ne sont plus distribués que lorsque c’est vraiment nécessaire). Notons finalement que le bruit de fonctionnement se trouve considérablement réduit.

En ce qui concerne les moteurs d’entraînement des ascenseurs, l’utilisation de vitesse variable permet d’accélérer et de ralentir progressivement, ce qui réduit très fort les contraintes sur les moteurs et sur les freins et en améliore ainsi grandement la durée de vie.

D’un point de vue financier, il est difficile de chiffrer précisément le temps de retour. D’une part, les économies réalisées par les variateurs de vitesse sont difficilement “isolables” des autres économies et d’autre part les variateurs de vitesse restent actuellement relativement chers. Toutefois, indépendamment du temps de retour, le confort dans le pilotage des installations justifie souvent à lui seul l’investissement.

Le tarif Binôme B appliqué aux FUNDP est composé de trois termes principaux. Le premier est proportionnel à l’énergie consommée par mois (exprimée en kWh). Le deuxième terme est proportionnel à la puissance maximum appelée au cours du mois (exprimée en kW). Enfin, un troisième terme vient s’ajouter aux deux précédents, proportionnel à la puissance maximum appelée au cours des 12 derniers mois (exprimée en kW).

Les diminutions des consommations mentionnées plus haut permettent de réaliser des économies non seulement sur le premier terme de la facture, l’énergie consommée, mais aussi sur les puissances maximums appelées sur le mois et sur l’année. En effet, en diminuant les consommations “permanentes”, on réduit par la même occasion la puissance appelée aux heures de pointe.

Le délestage va plus loin encore en arrêtant ou diminuant aux heures de pointe les charges électriques non immédiatement nécessaires. C’est sur les deuxième et troisième termes de la facture que le délestage va agir.

Le délestage aux FUNDP ne concerne que la cabine principale qui représente plus de 80 % des consommations électriques. Les 4 autres cabines haute tension connectées au réseau de distribution ne sont pas concernées.

En parlant de puissance maximum, il s’agit en réalité de l’énergie maximum consommée sur un quart d’heure, cette puissance est appelée la puissance quart-horaire.

Le principe du délesteur est d’analyser l’évolution de la consommation pendant chaque quart d’heure. Si un risque de dépasser une consigne prédéfinie apparaît, le délesteur va envoyer un ordre d’arrêt ou de diminution de charge à une ou plusieurs machines électriques, de façon à maintenir la puissance quart-horaire en dessous de la consigne. Le choix et les priorités des machines à arrêter est défini à l’avance par le staff technique.

Le relevé des appareils délestables, ceux que l’on peut couper pour quelques minutes sans troubler le confort des utilisateurs, permet une estimation de la puissance qui pourra être coupée ou réduite pour écrêter la pointe quart-horaire. Pour les FUNDP, celle-ci se monte à 100 kW sur les installations de chauffage et 100 kW sur les installations de conditionnement d’air. Compte tenu du fait que les charges de chauffage et de froid ne sont pas simultanées, c’est au total un potentiel d’environ 100 kW délestables qui est ainsi identifié. Les appareils délestables, au nombre de 150 environ, sont les circulateurs secondaires des installations de chauffage, les compresseurs des groupes frigorifiques, les ventilateurs des groupes de ventilation et des groupes de compensation d’air dans les laboratoires et les chauffe-eau électriques encore en fonctionnement.

Le choix pour le délestage est encouragé par l’existence d’une gestion centralisée (GTC) qui pilote déjà 95 % des charges à délester (chauffage et de la climatisation). La GTC assure déjà de façon centralisée la mise en route, la mise en fonctionnement à vitesse réduite ou la mise à l’arrêt des appareils électriques comme les circulateurs des boucles de chauffage ou les ventilateurs des boucles de climatisation. Les investissements pour le délestage s’en trouvent dès lors réduits à la gestion des informations déjà collectées.

L’estimation présentée au conseil d’administration prévoit un temps de retour sur investissement inférieur à 1 an, pour un investissement de 20 000 €. L’accord obtenu sur cette base conduit à l’acquisition du délesteur en février 97 et à sa mise en service en juin 97.

Fonctionnement du délestage

Sur base des consommations des années antérieures, M. Guilmin a fixé des consignes de puissance pour chaque mois. Ces consignes correspondent à la puissance quart-horaire à ne pas dépasser pour chacun des mois, éventuellement adaptée en fonction des nouveaux équipements apparus d’une année à l’autre.

Aucune intervention du staff technique n’est théoriquement nécessaire pendant le fonctionnement du délesteur. Ce dernier mesure la puissance globale consommée aux FUNDP à la cabine haute tension principale et compare la consommation à la consigne fixée par Monsieur Guilmin. Si la consommation risque de dépasser la consigne pour le quart d’heure en cours, le délesteur envoie des ordres de délestage via la GTC à un ou plusieurs groupes d’appareils.

Pour déterminer si la consommation pendant le quart d’heure en cours risque de dépasser la consigne, le délesteur va d’abord analyser l’évolution de la consommation pendant un laps de temps prédéfini, en début de quart d’heure. Le délesteur va ensuite extrapoler l’évolution de la consommation jusqu’à la fin du quart d’heure et calculer la puissance quart-horaire. C’est cette estimation qui sera comparée à la consigne pour déterminer s’il y a lieu de délester ou non. Il est essentiel de spécifier un temps d’analyse de la consommation d’une part suffisamment long pour permettre une évaluation correcte de l’évolution de la consommation, mais suffisamment court d’autre part, pour pouvoir délester aussi tôt que possible et avoir ainsi plus de poids dans le délestage. En effet, si un appareil est délesté suffisamment tôt, il évitera qu’un deuxième appareil ne doive être délesté en fin de quart d’heure.

À partir de l’inventaire des appareils électriques jugés délestables, le staff technique a déterminé 16 groupes d’appareils délestables, classés selon leur localisation, leur importance, leur puissance et le type d’appareil. Le délesteur travaille sur base de ces 16 groupes, c’est à eux que le délesteur envoie, via la GTC, des ordres de délestage ou de relestage et non à des appareils isolés.

Au sein d’un groupe, plusieurs appareils peuvent être en fonctionnement et plusieurs autres à l’arrêt. La GTC centralise l’état de chacun des appareils et détermine si un groupe est délestable ou non. Concrètement, si aucun des appareils électriques du groupe ne fonctionne, il n’est pas délestable.

Lorsque le délesteur doit envoyer un ordre de délestage, il va premièrement identifier quels sont les groupes d’appareils qui sont délestables. Parmi ceux-ci, il va ensuite en sélectionner un ou plusieurs selon des priorités et des contraintes prédéfinies par le staff technique. L’ordre de délester est envoyé à la GTC, qui traduit cet ordre vers tous les appareils du groupe qui sont en fonctionnement.

1. L’état de fonctionnement des appareils électriques (on/Off) est envoyé à la GTC.
   La GTC rassemble ces informations pour chacun des 16 groupes de charge et définit si un groupe est délestable ou non.
2. La GTC envoie la délestabilité de chacun des 16 groupes au délesteur.
3. Un capteur mesure la consommation électrique globale à la cabine haute tension et envoie cette mesure au délesteur.
4. Le délesteur compare la consommation mesurée à la cabine haute tension à la consigne et détermine si il y a un risque de dépasser cette dernière sur le quart d’heure en cours. Si le risque existe, il va sélectionner un ou plusieurs groupes d’appareils électriques selon des priorités pré-établies et définir l’ordre de l’arrêter .
5. Le délesteur envoie l’ordre de délester un ou plusieurs groupe de charge à la GTC .
6. La GTC traduit cet ordre et envoie à son tour un ordre à tous les appareils des groupes à délester pour les mettre à l’arrêt.

Grâce à cet outil, Monsieur Guilmin peut voir à tout instant l’état et l’évolution de la consommation globale aux FUNDP. Si pour une raison quelconque, Monsieur Guilmin ou Monsieur Chausteur, le responsable du chauffage, souhaite intervenir pour empêcher ou forcer la mise à l’arrêt ou la remise en route d’un groupe d’appareils, un contre-ordre au clavier est toujours possible. Finalement, une série de graphiques concernant les consommations passées sont disponibles à tout moment pour analyse.

Certains appareils électriques ne peuvent pas être arrêtés n’importe comment et dans n’importe quel ordre. Dans la mesure où le délesteur n’intervient pas directement sur les appareils, mais seulement à travers la GTC, les séquences d’arrêt des équipements sont respectées. En effet, le protocole d’arrêt appartient à la centrale de gestion et n’a pas été modifié par le délesteur.

Il existe également des systèmes dits auto-adaptatifs, c’est-à-dire qui adaptent automatiquement la consigne en fonction des pointes quart-horaire qui ont déjà eu lieu en cours de mois. La solution manuelle a été préférée par Monsieur Guilmin car les pointes quart-horaires fluctuent considérablement d’un mois à l’autre de l’année. Dans un même mois également, les pointes peuvent varier sensiblement, avec une activité faible au début et qui s’intensifie en cours de mois. Un système auto-adaptatif aurait attribué une consigne sévère en début de mois, pour en arriver à la moduler de jour en jour pendant la seconde moitié du mois. Le risque aurait alors été d’imposer en début de mois des délestages importants et perceptibles par les occupants mais tout à fait inutiles vu les pointes plus élevées en fin de mois.

Quelques résultats chiffrés du délestage

Année	Pointe annuelle moyenne [kW]	Coût moyen mensuel de la pointe [€]	Répartition de la facture	Superficie des bâtiments [m²]
1995	1305	24 425	67 % pointe – 33 % énergie	136 400
1996	1321	24 550	non connu	136 400
1997	1250	20 325	55 % pointe – 45 % énergie	136 400
1998	1242	19 625	46 % pointe – 54 % énergie	148 000
1999	1241	19 225	50 % pointe – 50 % énergie	148 000

Évolution de la facture électrique [en €]

Évolution de la consommation annuelle [en kWh/an] et de la consommation spécifique [en kWh/m².an].

D’une façon générale, l’ensemble des mesures prises pour économiser l’énergie se traduit par une diminution générale des factures, malgré une augmentation des superficies des bâtiments et une augmentation du nombre d’appareils électriques, notamment du matériel informatique.

Nouveau bâtiment des Facultés.

Ainsi, l’augmentation de la pointe annuelle globale suite à la construction de nouveaux bâtiments sur une superficie de 10 000 m² est entièrement compensée par la diminution de la pointe sur d’autres postes énergivores. Le poids respectif de la pointe dans la facture globale a lui aussi atteint un niveau tout à fait raisonnable.

Notons que les divers investissements réalisés ont bénéficié de primes à l’utilisation rationnelle de l’énergie de la part de la région wallonne ou du distributeur d’électricité, pour un montant total d’environ 25 000 €.

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