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Auteur : les anciens

Mars 2009 : Thibaud

Notes :

  • antidote appliqué. Thibaud
  • Style css des tableaux : Thibaud

Juin 2009 : mise en page et liens internes, Sylvie

Consommation et appel de puissance des ascenseurs

L’étude ci-dessous des consommations et des appels de puissances s’inspire largement du manuel RAVEL de l’Office fédéral des questions conjoncturelles en Suisse (L’électricité à bon escient : « Ce qu’il faut savoir en matière URE »).

1. Consommation des ascenseurs

Généralité

Les ascenseurs du parc existant nécessitent une puissance installée importante qui peut être évaluée assez facilement.
La consommation, quant à elle, reste modeste dans le sens où les personnes et les charges dans la cabine moins la charge du contre-poids (si existant) ne constituent pas en soi une perte d’énergie. En effet, aux pertes près, l’énergie consommée par le transport des personnes à la montée est restituée (énergie potentielle) lors de la descente. L’énergie réellement perdue est composée :

  • des pertes par frottement,
  • des pertes de ventilation,
  • des pertes thermiques dans les moteurs,

Par rapport aux anciens systèmes d’ascenseur, la consommation actuelle a été réduite d’un facteur 2 environ pour les bâtiments du tertiaire au point que les consommations des équipements auxiliaires tels que les moteurs de porte, les ventilations des armoires de commandes et de régulation, … et l’éclairage de la cabine, prennent une place prépondérante dans la consommation énergétique des ascenseurs.
Quant à la consommation énergétique de la motorisation d’un ascenseur, elle est très complexe à établir car elle dépend de nombreux facteurs dont les principaux sont :

  • la charge de la cabine (fonction du nombre de personnes),
  • le profil de vitesse (accélération, palier de vitesse constante, décélération, freinage, …),
  • le nombre de course,
  • le système de motorisation,
  • les pertes mécaniques dans la gaine,

Consommation de la motorisation en fonction du nombre de courses et influence de l’éclairage

Des données statistiques du nombre de courses en fonction du type d’immeuble peuvent aider à cibler son influence sur les consommations énergétiques. Le tableau ci-dessous montre l’influence du type de bâtiment sur le nombre de courses journalières :

Type d’immeuble Nombre de course par jour Moyenne
bureau 600 à 1 800 1 200
Hébergement 600 à 2 000 1 300
Hôpital 500 à 1 800 1 150
Bâtiment public 500 à 1 500 1 000
Exemple.

Cet exemple illustre de manière simplifiée l’influence du nombre de courses sur les consommations énergétiques.

Sachant que la durée moyenne d’une course d’ascenseur est de l’ordre de 10 secondes, on se rend compte que pour un ascenseur peu utilisé la consommation due à la motorisation de l’ascenseur intervient très peu dans le bilan énergétique par rapport à une source de consommation permanente comme la ventilation de l’armoire de commande.

Soit un ascenseur pour personnes à mobilité réduite de bâtiment public. Il effectue 100 courses par jour.

On a :

nbre d’heure de trajet par an = nbre de course x temps d’une course x nbre jour annuels

nbre d’heure de trajet par an = 100 [course/j] x (10 [s/course] / 3 600 [s/h]) x 365 [j/an]

nbre d’heures de trajet par an = 101  [h/an]

Ce calcul simple montre que 1 [W] utilisé pour faire tourner le ventilateur de l’armoire de commande agit 86 fois plus (8 760 [h/an] / 101 [h/an]) sur la consommation électrique que 1 [W] nécessaire pour faire tourner la motorisation.

À l’inverse, un ascenseur pour le personnel d’un hôpital effectuant 1 800 courses par jour, fonctionne 1 825 [h/an]; ce qui signifie que 1 [W] servant à faire tourner le même ventilateur agit seulement 5 fois plus sur la consommation électrique que 1 [W] de puissance pour la motorisation.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

  • ascenseur existant de 450 [kg],
  • 6 arrêts,
  • vitesse de 1 [m/s],
  • éclairage permanent de 2 x 40 [W],
  • nombre de courses annuel de 60 216,
  • motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Les consommations ont été extrapolées pour des nombres de courses plus important correspondant à des immeubles plus fréquentés comme ceux du secteur tertiaire.

Motorisation à 2 vitesses + éclairage permanent.

La courbe présentée dans le graphe ci-dessus montre que la consommation annuelle d’un ascenseur est proportionnelle au nombre de courses effectué par la cabine de l’ascenseur.

Au même titre que le nombre de course, le système de motorisation joue naturellement un rôle prépondérant dans la consommation énergétique. Cependant, on oublie souvent de parler de l’éclairage de la cabine de l’ascenseur qui, dans certains cas, peut représenter la majeure partie de la dépense énergétique. Dans le cas concret d’une motorisation récente (motorisation commandé en puissance par un variateur de fréquence par exemple), si la gestion de l’éclairage n’est pas prise en compte, la facture énergétique se résume pratiquement à :

  • un poste réduit pour la commande et la motorisation,
  • un poste important pour l’éclairage allumé en permanence.

On entend parfois que « par mesure de sécurité, l’éclairage d’une cabine d’ascenseur doit être permanent ». Il n’en est rien ! Les techniques modernes d’éclairage (détecteur de présence, horloge hebdomadaire, …) permettent de gérer efficacement et en toute sécurité les luminaires de la cabine.

Exemple.

Cette étude a été réalisée pour un immeuble de logements de 48 personnes, équipé d’un ascenseur avec les caractéristiques suivantes :

  • ascenseur existant de 450 [kg],
  • 6 arrêts,
  • vitesse de 1 [m/s],
  • éclairage permanent de 2 x 40 [W],
  • nombre de courses annuelles de 60 216,
  • motorisation à deux vitesses de 6 [kW].

Pour prendre un cas standard, les consommations ont été extrapolées pour un ascenseur de 630 [kg] beaucoup plus courant.

Différentes motorisations ont été comparées :

  • Une motorisation à traction à deux vitesses de 6 [kW] à commande à relais.
  • Une motorisation de 6 [kW] commandée en puissance par un variateur de vitesse.
  • Une motorisation hydraulique.

Chaque type de motorisation est combinée avec une gestion d’éclairage permanente ou ne s’allumant que lorsque la cabine effectue une course; soit 5 cas différents.

Les différentes courbes montrent que :

  • Les ascenseurs hydrauliques sont gourmands en énergie (sans compter les appels de puissance importants et le surdimensionnement nécessaire de l’installation).
  • Le variateur de vitesse commandant un moteur équivalent de 6 [kW] est une solution intéressante (on divise par 2 les consommations par rapport à la configuration initiale).
  • L’éclairage de la cabine devient importante lorsque les consommations de la motorisation diminuent.

Le graphe suivant montre l’évolution des consommations en fonction du type de motorisation et de l’option prise pour la gestion de l’éclairage de la cabine :

On peut aussi mettre en évidence l’importance que prend la gestion ou non gestion de l’éclairage de la cabine par rapport à la motorisation.

De ce qui précède, on voit tout de suite que les ascenseurs hydrauliques sont des gros consommateurs d’énergie par rapport aux ascenseurs modernes à traction équipés d’un variateur de vitesse sans réducteur.

2. Rendements des motorisations

Un bon indicateur pour appréhender la consommation électrique des motorisations est de situer approximativement leurs rendements. Pour pouvoir comparer les rendements énergétiques des motorisations d’ascenseur, un bon départ consiste à différencier principalement les types :

  • d’ascenseur,
  • de motorisation composée d’une commande de vitesse, d’un moteur électrique, d’un réducteur ou pas et d’un treuil.

Types d’ascenseur

Deux types d’ascenseur dominent le marché. Ils sont repris ci-dessous :

Les ascenseurs hydrauliques, utilisés pour déplacer verticalement des charges lourdes sur des faibles distances. Ce sont des consommateurs importants d’énergie électrique et les courants de démarrage élevés altèrent la pointe quart-horaire. En effet, ce type d’ascenseur n’étant pas doté d’un contre-poids, l’effort de mise en pression de l’huile par la pompe pour déplacer verticalement la charge, est élevé.

Les ascenseurs à traction à câbles dominant de loin le marché du secteur tertiaire. Ce type d’ascenseur est moins gourmand en énergie pour la simple raison qu’il est équipé d’un contre-poids réduisant la charge que doit mettre en mouvement la motorisation. Une règle de bonne pratique veut que la charge du contre-poids soit de 50 % celle de l’ensemble cabine-câble-charge utilisateurs.

Types de réducteur

Plusieurs types de motorisation sont installés sur les ascenseurs. On entend par motorisation le couplage mécanique :

  • d’un moteur électrique (avec sa commande et sa régulation),
  • et d’un système d’entraînement mécanique de la cabine.

Parmi les systèmes d’entraînement mécanique de traction classique on retrouve les équipements suivants :

La pompe hydraulique nécessite de prendre des précautions particulières par rapport à la ventilation de la salle des machines. En effet, l’échauffement de l’huile est important durant son retour au passage de la vanne contrôlant la course retour (lorsque la cabine d’ascenseur descend) nécessitant l’évacuation :

  • des calories (radiateur de déperdition),
  • des vapeurs d’huile (dispositif de ventilation du local).

À noter que dans ce type d’installation, la perte d’huile est loin d’être négligeable et doit être compensée lors d’un contrôle régulier. Cette perte se chiffre (vidange comprise), pour certains ascenseurs, à des dizaines voire des centaines de litres par an.

Le réducteur à vis sans fin possède un rendement moyen, pour les installations les plus récentes, de l’ordre de 60 à 65 %. Ce type de motorisation est encore très présent dans les bâtiments tertiaires. On le reconnaît facilement sachant que l’axe de rotation du treuil est perpendiculaire à l’axe de rotation du moteur électrique d’entraînement (gain de place dans le local des machines).

Le réducteur à treuil planétaire offre des rendements de l’ordre de 97 à 98 % permettant de diminuer la puissance du moteur et, par conséquent, les consommations d’énergie. On en trouve malgré tout peu au niveau des ascenseurs; par contre, ce système est souvent utilisé dans la conception des escaliers mécaniques.

Le système sans réducteur (« gearless »), à attaque directe, est une technique assez récente qui a vu le jour lorsque les variateurs de fréquence ont fait leur apparition. Le rendement est de 100 % puisqu’il n’y a pas d’équipement intermédiaire entre le moteur d’entraînement et le treuil.

Types de moteur électrique

Les moteurs électriques interviennent aussi dans la consommation de la motorisation puisque qu’ils ont, comme tout équipement, un rendement.
Les moteurs électriques peuvent être de différents types :

Les moteurs à courant continu sont des moteurs dont les rendements avoisinent les 95 %. On les distingue des autres moteurs couramment utilisés dans les ascenseurs, par la présence des balais et des collecteurs bien visibles.

Le moteur à courant alternatif asynchrone, de part sa robustesse et sa simplicité, est un moteur très utilisé. Son rendement est de l’ordre de 90 % et permet de ne pas trop altérer la consommation de l’ensemble de la motorisation.

Au même titre que le moteur asynchrone, le rendement du moteur synchrone avoisine les 90 % et plus, sachant que pour des rotors à aimant permanent les pertes sont plus faibles.

Types de commande et de régulation de vitesse

Les commandes et les régulations de vitesses des moteurs électriques génèrent aussi des pertes influençant le rendement énergétique.
Dans les ascenseurs, les moteurs électriques à courant continu sont commandés et régulés par :

  • des groupes Ward-Lénard,
  • des variateurs de vitesse électronique,

Par contre, les moteurs à courant alternatif peuvent être commandés et régulés en vitesse par :

  • des commandes à deux vitesses,
  • des variateurs de fréquences.

Un système appelé groupe Ward – Léonard permettait de démarrer et de faire varier la vitesse de rotation du moteur dans une large plage. La nécessité de faire tourner en permanence le moteur asynchrone et la génératrice (perte à vide non négligeable), l’entretien et l’encombrement important, a entraîné sa disparition au profit des variateurs de vitesse statiques couplés électriquement avec le moteur à courant continu uniquement.

Les variateurs de vitesse se présentent comme les sauveurs des rendements énergétiques de la motorisation des ascenseurs. En effet, leur rendement est élevé (> 90 %). Il peuvent, sous certaines conditions, renvoyer de l’énergie sur le réseau; ce qui permet au système de motorisation de dépasser momentanément les 100 % de rendement. Les variateurs de vitesse peuvent alimenter :

  • les moteurs à courant continu en faisant varier la tension de sortie,
  • les moteurs à courant alternatif (la grande tendance) en agissant sur la fréquence et sur la tension.

Les démarreurs à deux vitesses commandent plutôt les moteurs à courant alternatif à double enroulement statorique. A proprement parler, les démarreurs à deux vitesses n’ont pas la capacité de réguler la vitesse des moteurs.

Conclusions

On voit tout de suite qu’en repérant le type d’ascenseur et de motorisation, il est possible d’évaluer intuitivement la qualité énergétique de l’installation. Le tableau suivant donne des indications de rendement global de motorisation..

Type de motorisation classique Rendement
Commande et régulation Moteur électrique Réducteur Roue rendement global
Groupe ward-léonard variateur de vitesse moteur dc moteur asynchrone moteur synchrone Vis sans fin Planétaire « gearless »
motorisation dc Ward-Léonard +vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 0,29
motorisation dc + variateur de vitesse + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,52
motorisation asynch à 2 vitesses + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,55
motorisation async à variateur de vitesse + vis sans fin 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,5
motorisation asynch à variateur de vitesse + planétaire 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,75
motorisation synch à variateur de vitesse + gearless 0,5 > 0,9 0,95 0,9 > 0,9 0,65 0,98 1 0,95 > 0,77

La notion de rendement global permet donc de comparer un système de motorisation par rapport à un autre et naturellement d’évaluer l’intérêt d’une modernisation.
Le graphique suivant traduit le tableau des rendements globaux en fonction du type de motorisation :

Exemple.

Un constructeur d’ascenseur annonce un rendement de 0,78 pour une motorisation composée d’un variateur de fréquence et d’un gearless; ce qui permet :

  • Lors d’une amélioration, de sérieusement réduire les consommations électriques.
  • Lors d’une conception nouvelle, de réduire le dimensionnement de l’installation (câbles électriques, équipement électrotechnique, moteur, …) et de prévoir un budget « consommation » moins élevé.

3. Mesure des consommations de la motorisation

Une analyse des consommations peut être réalisée au moyen d’un analyseur d’énergie à mémoire. À l’heure actuelle, ce type d’appareillage est performant et peut donner en plus des indications intéressantes comme :

  • La valeur du facteur de puissance (cos φ) pour s’assurer qu’il ne soit pas trop mauvais. Une valeur inférieure à 0,9 est pénalisante au niveau de la facture électrique ou sollicite la batterie de condensateurs (ce qui constitue une perte en soi).
  • L’équilibrage des phases (courant égaux dans les trois phases. Un circuit déséquilibré trahit un mauvais état de santé du moteur électrique).

Pour situer une consommation électrique représentative d’un bâtiment tertiaire, l’échantillon type est au minimum d’une semaine. En effet, le trafic hebdomadaire peut être considéré comme reproductible au cours des semaines et proportionnel à la fréquentation du bâtiment.
Si l’on veut établir une consommation annuelle, on peut extrapoler avec prudence la consommation moyenne hebdomadaire par rapport au nombre de semaines ouvrables.

Exemple.

Le CADDET (Centre for the Analysis and Dissémination of Demonstrated Energy Technologies) rapporte qu’une analyse comparative de la consommation d’une motorisation classique par rapport à une motorisation innovante d’un constructeur pendant 3 mois a permis de mettre en évidence des différences importantes au niveau du bilan énergétique annuel.

Le tableau suivant résume cette analyse :

Type de motorisation
Paramètres Hydraulique Traction classique Gearless
Vitesse de déplacement de la cabine [m/s] 0,63 1 1
Charge de l’ascenseur [kg] 630 630 630
Puissance du moteur électrique [kW] 11 5,5 3,3
Calibre de la protection moteur [A] 50 35 16
Quantité d’huile nécessaire [litres/an] 200 3,5
poids de la motorisation [kg] 650 430 230
Niveau acoustique [dB] 65-70 65-75 50-55
Nombre de courses pour 3 mois 27 444
Consommation électrique pour 3 mois [kWh/3 mois] 958 447
L’économie d’énergie est importante (de l’ordre de 53 %)

4. Évaluation du courant de démarrage

À ce niveau-ci, on s’intéresse au courant nominal et de démarrage qui, d’une part caractérise les types de motorisation en permettant un point de comparaison sur l’aspect « appel de puissance », et d’autre part donne des renseignements utiles concernant l’état de santé de la motorisation.
L’évaluation de la pointe de démarrage peut être effectuée au moyen d’une pince ampèremétrique par exemple sur les phases du moteur ou au niveau du départ de puissance dans le tableau de l’ascenseur sans toucher au câblage de puissance de la motorisation.

Les pinces ampèremétriques modernes peuvent depuis longtemps à la fois mesurer :

  • des courants alternatifs,
  • des pics de courant comme le courant de démarrage,

Mesures ponctuelles

Des mesures de courant de démarrage au niveau des phases de la motorisation permettent de :

  • vérifier que le circuit électrique de la motorisation est un circuit équilibré. L’inverse signifie une dégradation des bobinages du moteur ou du circuit puissance du variateur de vitesse,
  • évaluer si le courant de démarrage est dans des limites acceptables,
  • se rendre compte que, décidément, ces vieux ascenseurs consomment vraiment trop !

Valeurs moyennes des courants nominaux et de démarrage

Les comparaisons des courants nominaux et de démarrage sont consignées dans le tableau suivant :

Type d’ascenseur Courant nominal Courant de démarrage
Ascenseur à traction à deux vitesses In 2,5 à 3,5 In
Ascenseur hydraulique classique 3 In 6 à 15 In
Ascenseur à traction avec variateur de fréquence 0,8 In 1,6 In

Valeurs des courants de démarrage de différentes motorisations.

Ce tableau montre bien l’intérêt surtout des commandes de vitesse par variateur de fréquence. Le courant de démarrage des ascenseurs hydrauliques est de loin plus important que celui des ascenseurs à traction; c’est dû, entre autre, à l’absence de contre-poids dans les installations courantes hydrauliques.
La question vient tout de suite à l’esprit : pourquoi ne pas mettre de contre-poids aux ascenseurs hydrauliques ? Cela existe, c’est vrai, mais en plaçant un contre-poids, l’ascenseur hydraulique perd de son intérêt qui est la compacité de la gaine d’ascenseur et l’absence de suspension à son sommet.

Chute de tension en ligne

Le courant de démarrage des ascenseurs perturbe le réseau électrique interne et externe au bâtiment si celui-ci n’est pas bien dimensionné. La perturbation se matérialise par des chutes de tension en ligne (perturbation de l’électronique, de l’informatique, …). Les producteurs d’électricité en Allemagne et en Suisse prescrivent, eux, des chutes de tension admissibles (en % de la tension nominale) en fonction du nombre de démarrages par heure des ascenseurs.
Le tableau suivant illustre ces prescriptions :

Nombre de démarrages Chute de tension admissible [% de la tension nominale]
Allmagne Suisse
30 3,5
45 1,5
60 1,4
120 2,3
180 2,0
240 1,9

Ces prescriptions sont exigeantes dans le sens où seules les installations à variation de fréquences y arrivent.

5. Évaluation de l’appel de puissance

Comparaison des consommations en fonction du mode de démarrage

La pointe quart-horaire est influencée par l’appel de puissance :

  • au démarrage,
  • pendant la phase à vitesse constante.

On a souvent le sentiment que la puissance d’appel au démarrage influence prioritairement la pointe quart-horaire. Mais on oublie de dire que cet appel de puissance important au démarrage ne dure que peu de temps. Dans quelle proportion ?
Pour éclaircir les idées, prenons l’exemple simple suivant où l’on compare un démarrage classique direct et un démarrage avec variateur de fréquence.

Exemple.

Soit une installation d’ascenseur classique dont les données principales simplifiées, pour une charge utile de 630 [kg], sont :

  • le démarrage est direct (courant de démarrage Id = 3 x courant nominal In),
  • temps moyen d’une course tc = 10 [s],
  • temps moyen d’arrêt ta= 20 [s],
  • temps de démarrage td = 1 [s],
  • puissance du moteur Pa = 5,5 [kW],
  • tension d’alimentation Uc = 380 [V].

Deux profils de courbes de démarrage sont possibles suivant la présence ou non d’un convertisseur de fréquence :

Courbes de démarrage.

1° – Cas du moteur classique

Adoptons les hypothèses simplificatrices suivantes :

  • Le profil du courant du démarrage direct est de forme carrée (l’énergie consommée pendant le démarrage sera plus importante qu’en réalité).
  • On se situe durant les heures de pointe où la cabine d’ascenseur effectue des courses d’un étage en continu et pendant un quart d’heure.
  • Les temps de démarrage, quelle que soit la motorisation, sont identiques.
  • La courbe de puissance en fonction du temps suit le même profil que celle du courant de la figure ci-dessus.

Profil de course en démarrage direct.

Le calcul de la puissance de pointe quart-horaire revient à diviser l’énergie consommée pendant 15 minutes de fonctionnement par un temps de 15 min.

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

Ed = Pa x 3 x  td / 3 600 = 5 500 [W] x 3 x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 4,6 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

Ec = Pa x  tc / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] / 3 600 [s/h] = 13,7 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

Et = 30 x (Ed + Ec + Ea)= 30 x (4,6 + 13,7 + 0) = 549 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

pqh = Et / (1/4 h)  = 549 [Wh] / 0,25 [h] = 2 196 [W]

2° – Cas du moteur commandé par un variateur de fréquence

Le profil simplifié de la puissance absorbée par le variateur de fréquence évolue comme l’indique la figure suivante :

Profil de course en démarrage progressif .

Soit le calcul suivant :

> L’énergie consommée à chaque démarrage est :

Ed‘ = Pa / 2  x  td / 3 600 = 11 000 [W] / 2  x 1 [s] / 3 600 [s/h] = 1,52 [Wh]

> L’énergie consommée pendant le reste de la course à vitesse constante est :

Ec‘ = Pa x  tc / 3 600 = 5 500 [W] x 9 [s] x 0,8  / 3 600 [s/h] = 11,0 [Wh]

> L’énergie consommée pendant 15 minutes (soit 30 courses) est :

Et‘ = 30 x (Ed + Ec + Ea) = 30 x (1,52 + 11,0 + 0) = 376 [Wh/15 min]

> Dans ce cas, la pointe quart-horaire est de :

pqh‘ = Et’ / (1/4 h)  = 376 [Wh] / 0,25 [h] = 1 502 [W]

3° – Comparaison

On constate que la pointe quart-horaire et l’énergie consommée est réduite de :

1 – (Et‘/Et) = 1 – (1 502 / 2 196) = 0,32 ou 32 %

Remarque : en réalité, la réduction est moindre par le fait que le profil de l’appel de puissance de démarrage, dans le cas du démarrage direct, est sur-évaluée.

L’appel de puissance au démarrage influence donc non seulement :

  • le dimensionnement de l’installation (calibre des fusibles, section des câbles, chute de tension admissible, …),
  • mais aussi la pointe quart-horaire et la consommation énergétique.

Appel de puissance et facture énergétique d’un ascenseur

Reprenons notre exemple simplifié ci-dessus pour évaluer l’impact de la consommation de l’ascenseur sur la facture énergétique. Cette facture est en général établie sur un mois. Elle reprend 2 postes :

  • la consommation en kWh, avec un prix moyen de l’énergie est de l’ordre de 0,16 [€/kWh],
  • la pointe quart-horaire mensuelle, qui représente l’appel moyen de puissance durant le quart d’heure le plus élevé du mois, avec un prix moyen de l’ordre de 10 €/kW TVAC… attention, la majorité de ce coût est intégrée, pour ne pas dire cachée…, dans le poste « distribution et transport » !!! (Pour plus d’info sur la tarification, cliquez ici !).
Exemple.

Soit le même ascenseur que dans l’exemple précédent dont les résultats sont indiqués dans ce tableau.

Type de démarrage Pointe quart-horaire [W] Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Direct 2 196 549
Progressif par variateur de fréquence 1 502 376

Sur base d’une courbe de débit, on adopte un profil « idéalisé » et très simplifié du trafic dans un immeuble de bureaux.

Profil réel du débit en fonction des heures de la journée et profil simplifié.

On en déduit le profil de puissance appelée :

Profil simplifié de pointe quart-horaire journalière.

Les données sont consignées dans le tableau ci-dessous, avec les hypothèses suivantes :

  • Pendant les heures « normales », la consommation est réduite de moitié (nombre de courses divisé par deux).
  • En dehors des périodes d’occupation de l’immeuble, on néglige les quelques courses qui pourraient s’effectuer pour satisfaire les utilisateurs faisant des heures supplémentaires.
Énergie consommée par quart d’heure [Wh]
Type de démarrage Pointe quart-horaire [W] Période d’affluence Période normale
Direct 2 196 549 274
Progressif par variateur de fréquence 1 502 376 188

Ce profil se répète tous les jours ouvrables de la semaine pendant un mois; soit de l’ordre de 20 jours par mois. Dès lors :

> L’énergie consommée pendant les heures d’affluence est :

Ehp = Equart d’heure_hp [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 549 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 3 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois] 

> L’énergie consommée pendant les heures normales est :

Ehn = Equart d’heure_hn [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehn = 274 [Wh] x 4 [quart d’heure / heure] x 6 [heure/jour] x 20 [jour/mois]

Ehp = 131 760 [Wh/mois] ou 132 [kWh/mois]

> L’énergie consommée sur le mois est :

Etot = Ehp + Ehn = 132 + 132 = 264 [kWh/mois] 

> Le coût de l’énergie consommée sur le mois est :

CEmensuel = Etot x CEunitaire = 264 [kWh/mois] x 0,16 [€/kWh] = 42 [€/mois] 

Imaginons à présent que la période d’affluence se produise au moment où le bâtiment enregistre sa pointe de puissance maximale du mois (ce qui est fort probable).

> Le coût de la pointe quart-horaire mensuelle est :

CPmensuel = pqh x CPunitaire = 2,196 [kW/mois] x 10 [€/kW] = 22 [€/mois] 

> L’impact de la pointe quart-horaire sur la facture de l’ascenseur est :

CPmensuel / CEmensuel = 22 / (22 + 42) = 0,34 ou 34 % !

Le calcul pour un ascenseur à démarrage progressif (variateur de fréquence) s’effectue de la même manière. Les résultats de ce calcul sont consignés dans le tableau ci-dessous.

Coût de la pointe quart-horaire [€/mois.asc] Coût de l’energie consommée [€/mois.asc] Coût total de la facture énergétique [€/mois.asc] réduction
Type de démarrage
Direct 22 29 51
Progressif par variateur de fréquence 15 20 35 – 31 %

Dans l’exemple ci-dessus, on constate donc que la pointe-quart horaire génère 34 % de la facture électrique et que le variateur de fréquence diminue, dans ce cas-ci, la facture énergétique de l’ordre de 31 [%].
Dans la réalité, la réduction de la facture doit être moins importante sachant que :

  • Le démarrage direct peut être plus court que le démarrage progressif (moins d’1 seconde par exemple).
  • Les courses risquent d’être plus longues (l’impact de la consommation énergétique et de la composante pointe quart-horaire de démarrage diminue).

Influence du trafic

Comme on l’a vu précédemment, la consommation énergétique est, entre autres, proportionnelle au nombre de courses effectuées par les ascenseurs.
La mesure du trafic par des analyseurs spécifiques, permet de se rendre compte du nombre de courses effectuées par jour et par semaine pour établir le profil du débit de transport.

Débit de transport

Un paramètre important pour évaluer le trafic des ascenseurs est le « pourcentage de la population totale du bâtiment transportée pendant 5 minutes en période de pointe » ou le débit. Ce paramètre représente en quelque sortes, la capacité de pointe d’un ascenseur. Le tableau ci-dessous exprime ce pourcentage en fonction du type de bâtiment :

Type de bâtiment Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes (%)
Bureau, hôpital, école, … 12-15
Résidentiel 5-8
Hébergement 10-15

Le graphe suivant exprime un profil typique de fonctionnement des ascenseurs dans un bâtiment tertiaire.

Les résultats de la mesure permettent de savoir si les ascenseurs sont saturés ou pas en comparant les valeurs mesurées par rapport aux moyennes établies pour différents bâtiments tertiaires.

Saturation du trafic

Si la mesure de débit montre que les ascenseurs sont saturés, il est nécessaire de comprendre pourquoi.
Cette saturation peut être due :

  • À une mauvaise utilisation des ascenseurs. On rencontre ce genre de problèmes dans les bâtiments tertiaires à forte fréquentation (comme dans les hôpitaux). En soi le dimensionnement est bon, mais le comportement des utilisateurs perturbe le trafic au point, à certains moments, de le saturer et d’augmenter par ailleurs les consommations d’électricité.
  • À un mauvais réglage des vitesses d’ouverture des portes palières, du profil de vitesse, … À ce niveau, seul un réglage du service de maintenance des ascenseurs peut améliorer la situation tout en préservant le confort des utilisateurs.
  • À une capacité trop faible des ascenseurs en place. A ce moment, il est nécessaire d’envisager des frais d’investissement, soit dans une gestion de trafic plus performante, soit dans un nouvel ascenseur.

Type de gestion de trafic

Généralement, on rencontre dans les bâtiments tertiaires différents systèmes qui gèrent le trafic des ascenseurs.
Du plus simple au plus sophistiqué, on parle de gestion :

  • à manœuvre à blocage,
  • à manœuvre collective de descente,
  • à manœuvre collective complète,
  • à manœuvre de destination.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic, cliquez ici !

La détermination du type de gestion permet, en première approche, d’évaluer la performance énergétique de l’installation sans rien mesurer. Par exemple, dans les deux cas étudiés au niveau des types de gestion de trafic :

  • La manœuvre à blocage est deux fois plus énergivore que la manœuvre collective de descente
  • La manœuvre collective de descente est aussi deux fois plus énergivore que la manœuvre collective complète.

Une manière simple de déterminer le type de gestion de trafic réside simplement dans l’observation de l’affichage palier des destinations par rapport à la prise en compte de sa propre commande :

Un ascenseur à manœuvre à blocage (MB) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier à chaque étage et d’un clavier de commandes de destinations dans la cabine. Le contrôleur MB n’accepte qu’un seul appel ou une commande à la fois; la commande de destination dans la cabine étant prioritaire. Un nouvel appel d’étage à partir du bouton d’appel de palier n’est accepté que lorsque la course précédente est terminée. Le bouton d’appel de palier n’est alllumé que lorsque le contrôleur MB a enregistré sa demande et s’éteint dès que la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Un ascenseur à manœuvre collective de descente (MCD) est équipé d’un seul bouton d’appel de palier et de deux indicateurs (de montée et de descente) à chaque étage. Un clavier de commande de destination est présent dans la cabine. Le contrôleur MCD enregistre tous les appels et/ou commandes à la fois. Durant la montée, la cabine dessert toutes les destinations commandées dans la cabine et s’arrête à l’étage correspondant à la commande de destination la plus élevée. Durant la descente, la cabine s’arrête au plus proche appel d’étage et dessert tous les appels d’étage et les commandes de destinations pour la descente enregistrées par le contrôleur MCD. Les boutons d’appel sont allumés à tous les paliers où l’appel d’étage a été accepté et s’éteignent lorsque la cabine se présente à l’étage concerné par l’appel.

Un ascenseur à manœuvre collective complète (MCC)

2019-06-05T14:34:38+00:0025 septembre, 2007|Évaluer l'efficacité énergétique de l'installation|

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