Par Armin Anders, responsable management produits et cofondateur d'EnOcean.

Comment aborder simplement et rapidement les économies d'énergie pour les bâtiments existants ? Le traitement par isolation thermique est souvent lourd et coûteux. Se recentrer vers la gestion des énergies à l'intérieur du bâtiment en utilisant une automatisation à technologie radio sans pile est une piste intéressante. Et ce d'autant plus si la commande sans fil s'effectue « sans fil » et « sans pile », en puisant l'énergie gratuite de l'environnement.

La barre est placée haute pour les objectifs climatiques en Europe : d'ici 2020, il va falloir que les émissions de CO2 baissent, dans l'UE, de 20 %. Les mesures de réhabilitation nécessaires risquent de coûter cher aux propriétaires de bâtiments comme aux locataires. Rien que pour l'isolation nécessaire, il faut compter, pour une maison individuelle que l'on veut isoler aux normes BBC, un minimum de 70 000 euros environ. Et cela n'est pas toujours possible à cause des contraintes d'isolation par l'intérieur, le traitement des ponts thermiques n'est pas possible, …. L'isolation par l'extérieur se heurte aux façades travaillées et classées, aux façades d'immeubles Haussmannien, …

Il ne s'agit pas d'opposer « isolation thermique » à « gestion des énergie », mais de se poser la question : en rénovation et notamment le collectif, pourquoi ne pas intervenir à moindre coût rapidement pour des économies d'énergie immédiate ? Car une mesure efficace et économique pour faire baisser la consommation d'énergie d'un bien immobilier est d'en réhabiliter l'intérieur en travaillant sur le système et équipements. La commande ciblée de consommateurs tels que chauffage, ventilation, climatisation ou éclairage peut permettre à elle seule d'économiser 30 % d'énergie. Ce chiffre est éloquent et montre bien pourquoi l'automatisation intelligente des bâtiments peut apporter avec le moins de contraintes possibles des économies d'énergie rapidement.

Dans ce contexte, les systèmes de commande « sans fil » par radio jouent un rôle primordial. En effet, l'installation des appareils ne nécessite ni de percer des trous dans les murs ni de poser des mètres de câble. Cela évite des travaux de transformation et les contraintes du bruit et de la saleté. En revanche, la plupart des systèmes radio présentent toutefois un inconvénient : ils sont alimentés par pile et requièrent une maintenance. Si, au bout d'un certain temps, la pile ne fournit plus la puissance nécessaire, cela peut entraîner des défaillances ou dégradations des systèmes. En outre, elle doit souvent être retirée à des endroits difficiles d'accès, remplacée puis éliminée avec les déchets spéciaux.

La solution consiste à utiliser un système de commande sans fil, sans pile et absolument exempte d'entretien C'est le cas de la technologie sans pile d'EnOcean. Elle constitue une alternative aux systèmes radio classiques. Comparés à de nombreuses autres technologies radio, les modules EnOcean envoient des télégrammes de données extrêmement courts. Ils requièrent ainsi si peu d'énergie qu'il est possible de la puiser dans l'environnement immédiat – à partir d'un mouvement, de la lumière ou de différences de température. L'énergie ainsi obtenue suffit par exemple pour envoyer un signal radio servant à allumer la lumière ou à réguler la température ambiante.

La technologie radio sans pile fait appel à des convertisseurs d'énergie efficaces, à une électronique économique en électricité et à un protocole radio fiable. Le signal radio utilise des fréquences situées dans les bandes des 868 MHz ou 315 MHz et est donc exploitable dans le monde entier. Les télégrammes de données, ne durant qu'une milliseconde environ, sont répétés deux fois dans l'intervalle de 30 millisecondes en vue d'exclure toute erreur d'émission. L'intervalle temporel est aléatoire. Plusieurs capteurs peuvent ainsi être déclenchés sans problème au même moment et être exploités en parallèle dans un espace très restreint. Chaque module dispose d'un numéro d'identification unique de 32 bits, excluant les recoupements avec d'autres interrupteurs radio. La portée est de 300 mètres en extérieur et jusqu'à 30 mètres à l'intérieur de bâtiments.

En raison de leur fonctionnement exempt d'entretien, les capteurs ou actionneurs peuvent être implantés exactement là où ils fournissent les valeurs de mesure les plus fiables. Les modules radio autoalimentés permettent ainsi la commande intelligente de l'éclairage, des stores, du chauffage ou de la climatisation.

A partir du mouvement d'une simple pression d'un bouton, ou d'un interrupteur, des convertisseurs d'énergie mécaniques peuvent produire l'énergie pour transmettre des signaux sans fil entre des équipements. Un flux magnétique est créé par une bobine aussitôt qu'un mécanisme se met en mouvement comme un ressort crée de l'énergie en l'étirant ou en le compressant.

Gamme de convertisseurs d'énergie ECO 200

Les modules radio sans pile servent de base aux produits les plus divers. Actuellement, plus de 100 entreprises proposent des solutions basées sur cette technologie radio innovante. L'éventail des solutions va des interrupteurs à des poignées de fenêtre intelligentes, en passant par des thermostats d'ambiance à réglage de la température de consigne. Il existe en outre déjà, à l'heure actuelle, des appareils qui peuvent enregistrer les consommations d'électricité, de gaz, d'eau ou de chaleur et les transmettre à un poste centralisé. Ils sont donc également appropriés pour les solutions Smart Metering et Smart Grid. Des contrôleurs Multi Utility relient en tant qu'unité centrale tous les terminaux (compteurs, capteurs, actionneurs) avec une interface distante, qui transmet toutes les données aux fournisseurs d'énergie.

Simultanément, le client reçoit via une autre interface une représentation visuelle de ses consommations et peut donc reconnaître d'un seul coup d'œil les potentiels d'économies d'énergie réalisables.

Tous les produits basés sur la technologie radio sans pile sont interopérables. L'interaction de produits de différents fabricants est réalisable sans problème, que la communication s'effectue via LON, KNX, BACnet, TCP/IP ou Ethernet. Cela est rendu possible par une spécification ouverte mise au point par l'Alliance EnOcean pour les capteurs radio à récolte d'énergie. L'Alliance regroupe des entreprises mondiales relevant des secteurs de l'électronique et du bâtiment, œuvrant à l'établissement de nouvelles solutions d'automatisation pour des projets d'habitat durable.

Dans un réseau où l'intelligence de commande passe par les protocoles filaires classiques, la technologie d'EnOcean constitue le complément pour la connexion sans câble des derniers mètres. En outre, la mise en œuvre de la technologie sans entretien évite le changement de pile, coûteux en temps et en ressources. Elle permet également, du fait de la suppression du câblage, une planification et une répartition spatiale beaucoup plus flexibles, vu que l'on ne requiert aucun nouveau câblage en cas de modifications effectuées après coup. Les composants peuvent s'enlever et se déplacer rapidement et sans problème en cas de rénovations ultérieures. L'efficacité énergétique et le confort sont concrétisables sans travaux complexes dans des bâtiments existants. Il est par exemple possible de rééquiper à moindres frais un bâtiment existant avec des actionneurs et capteurs pour le chauffage, la climatisation ou l'éclairage. Un contrôle-commande central de tous les locaux et de la consommation en énergie est alors possible.

La centrale du plus grand fournisseur dans le domaine des télécommunications en Italie, Telecom Italia, constitue un exemple de mise en œuvre de la technologie innovante. L'entreprise, dont le siège se trouve à Milan, exploite la majorité du réseau de téléphone fixe italien, offrant également des services Internet, et est le principal fournisseur de téléphonie mobile en Italie. Pour rendre l'immeuble de huit étages abritant le siège de la firme plus économique et en augmenter le confort d'utilisation, l'entreprise de télécommunications a décidé de moderniser son ancienne installation de chauffage, de climatisation et de ventilation (CCV) et de la coupler à un système de commande centralisé.

Au cours de la première étape, tous les ventilo-convecteurs existants ont été remplacés et quelque 1 000 anciens appareils ont été éliminés. A la place, il a été installé des ventilo-convecteurs modernes, qui ont été reliés aux contrôleurs d'ambiance de la société Siemens. Cela permet non seulement de piloter automatiquement les ventilo-convecteurs, mais aussi les plafonds réfrigérants et les radiateurs des différents locaux. Ensuite, il a été procédé à l'installation de 200 passerelles LON EnOcean de la société Thermokon, qui ont été reliées au bus LON. Pour terminer, 600 sondes de température ambiante Thermokon avec valeur de consigne et réglage de la vitesse des ventilateurs ont été montées. Les sondes de température ambiante sans pile régulent la température et la ventilation dans les différents locaux. La transmission de l'information au récepteur est alors assurée par la technologie radio EnOcean. Un accumulateur d'énergie à commande solaire assure un fonctionnement sans maintenance. Tous les composants du système sont intégrés dans le système d'automatisation des bâtiments DESIGO. En raison de sa plateforme système ouverte, DESIGO est compatible avec tous les systèmes et composants existants et futurs. Ainsi, il est à la fois possible de continuer d'utiliser des produits existants et d'en intégrer de nouveaux. Un autre avantage réside dans le fait que la totalité de l'installation peut être commandée depuis un PC.

L'installation s'est révélée très simple et les travaux de modernisation n'ont duré que trois mois au total. Simultanément, les travaux ont pu être effectués durant les horaires de travail, sans déranger les employés. Seuls les anciens ventilo-convecteurs ont été remplacés de nuit. Par contre, il a été possible de remplacer durant la journée les commandes dans les différents bureaux, vu qu'aucun câblage n'était nécessaire.

La technologie radio sans pile permet de n'utiliser de l'énergie dans les bâtiments qu'en cas de nécessité réelle. La suppression du câblage et le fonctionnement sans entretien permettent de réaliser des économies conséquentes sans nécessiter d'investissements ni de mesures de transformation d'envergure. Cela présente des avantages évidents pour les propriétaires de bâtiments anciens existants, pour lesquels une réhabilitation énergétique entraînerait, en règle générale, des mesures complexes et des coûts très élevés.

Les potentiels de la technologie radio sans pile pour une commande efficace en énergie des bâtiments sont loin d'être épuisés. Depuis peu, les modules radio peuvent aussi utiliser la chaleur comme fournisseur d'énergie. Les différences de température, au niveau d'un radiateur par exemple, sont alors converties en courant électrique. Cela ouvre un grand nombre de nouvelles possibilités d'application à la technologie radio sans pile. Il est ainsi envisageable d'implanter, sans câble, des répartiteurs de frais de chauffage, des capteurs de température ou des composants de technique de commande partout où on dispose de chaleur.

Par Armin ANDERS
responsable management produits et cofondateur d'EnOcean

Contact : angelika.dester at enocean.com