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Pilotage de l'énergie « On Demand »

Par Denis BAZIN - Responsable Produits Hydrauliques Belimo France - Octobre 2019

LA PROBLEMATIQUE

plans tablette ingénieur

Réduire drastiquement l'empreinte carbone de l'activité humaine est désormais un impératif d'autant plus crucial pour nous que notre secteur, le bâtiment, représente à lui seul 45% de la consommation mondiale d'énergie. L'évolution du cadre réglementaire (RT 2012, RE 2020, décret tertiaire, DPEB, Ecodesign, Labels, certifications…) renforce les exigences de conception dans ce but.

Les installations de CVC sont plus élaborées et par conséquent de plus en plus complexes à concevoir, réaliser, mettre en service, piloter et exploiter.

Elles mixent de multiples sortes de générateurs (chaudières, PAC, groupe de froid, TFP, solaire, réseaux urbains, …) pour produire, selon les besoins, la période et l'efficacité des sources, la juste puissance la moins énergivore. Tout au long de la distribution et jusqu'à l'émission, on chasse le moindre watt.

L'investissement dans ces systèmes performants pèse sur le coût d'un bâtiment.
Pour toutes ces raisons, les exigences techniques sont fortes :

  • Grande capacité à moduler pour ne produire et délivrer que la juste puissance
  • Performance de régulation afin de délivrer le juste confort là où il est attendu
  • Monitoring et maîtrise de l'énergie consommée, produite, délivrée pour assurer la performance énergétique tout au long de la vie du bâtiment.

A ce cahier des charges viennent s'ajouter de nouvelles contraintes :

  • Pour garantir le retour sur investissement, les maîtres d'ouvrage souhaitent que les bâtiments répondent aux exigences des normes actuelles mais aussi futures.
  • Les composants de l'installation doivent devenir des acteurs intelligents de la nouvelle smart chaîne et s'interfacer au-delà même du périmètre du bâtiment dans lequel ils sont installés.

     

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

vannes dynamiques

Pour réussir ce challenge, l'hydraulique du CVC a adopté le débit variable, source importante d'amélioration de la performance énergétique. Ce changement de paradigme impose l'utilisation de vannes dynamiques, indépendantes des variations de pression différentielle, pour la régulation et l'équilibrage des réseaux.

De nombreux industriels ont développé des vannes couramment nommées PICV (Pressure Independent Control Valve) combinées, basées sur un même principe mécanique de maintien de la pression différentielle constante autour d'une vanne de régulation.
Ces vannes assurent la stabilité des boucles de régulation ainsi que l'équilibrage dynamique. Elles permettent d'atteindre un confort et une performance énergétique de bon niveau.

Ce niveau de performance, aujourd'hui banalisé, n'est plus suffisant. On attend d'une vanne de régulation qu'elle intègre beaucoup plus de fonctionnalités, d'autodiagnostic, de pilotage décentralisé, de monitoring des performances…

1 - Production de diagnostics, de son propre fonctionnement mais aussi de l'installation

diagnostics

Capacité à s'auto-diagnostiquer mais également à analyser son environnement, à produire des alertes localement et à distance. La vanne devient un maillon de la chaîne de surveillance de l'installation conduisant à une maintenance plus efficace et moins coûteuse.
Elle participe ainsi à la réduction de l'impact du bâtiment sur l'environnement tout au long de son cycle de vie.

2 - Auto-adaptation afin de garantir la performance énergétique maximale à chaque instant

graphique Auto-adaptation

Intelligence autonome permettant, indépendamment du système central de régulation de l'installation, de maximiser localement la performance énergétique.
Livraison de la juste quantité d'énergie à une zone du bâtiment sur base de la mesure locale du delta-T et réduction du débit. La gestion d'un delta-T minimum est un excellent moyen d'éviter les sur-débits engendrant des surconsommations. Ce phénomène courant est connu sous le nom de "Low Delta-T syndrome".
Cette solution est d'autant plus efficiente que son intégration à l'actionneur évite de surcharger les réseaux de communication avec des données qui peuvent être traitées localement.
La vanne prend une nouvelle dimension dans le triptyque capteur-actionneur-régulateur.

3- Pilotage local de l'énergie "on demand"

Pilotage local de l'énergie

Livraison de la juste quantité d'énergie au bon moment.
Simple à décrire, beaucoup moins à réaliser. Combien d'installations doivent démarrer plusieurs heures avant l'arrivée des occupants pour tenter d'assurer leur confort au moment souhaité ? Pour combien d'entre elles, les abaissements de nuit ont même été supprimés ? Les systèmes de régulation les plus performants ne peuvent compenser une hydraulique défaillante.

Au-delà de la stabilité dynamique des boucles de régulation, la mesure précise des besoins énergétiques aux points clef de régulation (Générateurs, CTA, antennes, départs régulés, …) offre des possibilités de monitoring dynamique des installations. La vanne bi-fonction PICV et mesure d'énergie devient pilote.
Les débitmètres ultrasoniques qu'elles utilisent ont démontré précision (≤ 2%) et fiabilité dans cet exercice. Pour être fiables en toute circonstance, certains intègrent même la mesure de température et de taux de glycol et compensent leurs effets.

4 - Communication et symbiose bidirectionnelle avec son environnement : bus, système GTB, supervision, applications cloud, smart grid, ...

protocoles

Les bâtiments performants s'appuient la plupart du temps sur un système de GTB et/ou supervision. La capacité des actionneurs à dialoguer efficacement et directement avec tous les systèmes évite l'ajout de passerelles qui surchargent et complexifient l'architecture du réseau de communication.

Ces systèmes utilisent des protocoles et des supports de communication diverses, parfois non définis lors du choix des vannes qui doivent donc rester compatibles avec les principaux standards en vigueur.

Ces mêmes systèmes, tendent à se déporter hors du bâtiment et à se dématérialiser. Des "applications" gèrent le CVC, comme plus largement le confort, la sécurité, la maintenance. Des services tierces apparaissent basés sur l'analyse de données stockées à distance, dans un "Cloud".
Les actionneurs du CVC, par définition en lien avec l'action locale, constituent la meilleure source de collecte des données nécessaires au bon fonctionnement de ces applications. Ils doivent également pouvoir recevoir des consignes produites par ces systèmes.
Il est possible de développer des passerelles (API) pour échanger de l'information entre 2 systèmes cloud.

Connexion au cloud


5 - Stockage et production à la demande de données pertinentes

Stockage et production de données

Même si le stockage de données à distance (cloud) se développe, il paraît pertinent de limiter la remontée d'information au strict nécessaire. Le risque de saturer les réseaux locaux, d'encombrer les bases de données centrales avec une abondance de données inutiles et rendant complexe leur exploitation est grand.

Pour de multiples raisons, le stockage dans l'actionneur de données est une alternative efficace :

  • Simplicité d'accès à l'information
  • Alimentation du système d'autodiagnostic
  • Maintenance efficace même en l'absence de système de GTB

Les systèmes embarqués permettent de stocker de nombreuses données sur des périodes longues (> 1an).

6 - Évolutivité permettant d'atteindre les niveaux de performances exigés tout au long du cycle de vie du bâtiment

Évolutivité

A l'instar des smartphones et pour éviter une obsolescence trop rapide, l'intelligence des actionneurs doit être régulièrement et facilement mise à jour.

Cette opération désormais cruciale permet de maintenir à niveau ou de faire évoluer les fonctionnalités originelles afin de garantir l'atteinte des performances attendues pendant toute la durée de vie de l'équipement.

Elle offre également la possibilité d'ajouter de nouvelles fonctionnalités qui garantiront la compatibilité ascendante de la vanne avec l'évolution de son environnement : réglementation, besoins de confort, standards de communication, modes de régulation…

Cette capacité garantit aux maîtres d'ouvrage le maintien à niveau du bâtiment dans un contexte normatif en constante évolution.

La connexion à internet des équipements est le moyen le plus simple pour assurer simplement des mises à jour automatiques.
 

La solution, Belimo Energy valve TM

Qualités Energy Valve

Il y a 10 ans, lorsque BELIMO a développé la première Energy Valve, nous étions loin d'imaginer qu'elle révolutionnerait le marché et deviendrait ce standard reconnu. Mais nous avions l'intuition que son potentiel était immense, c'est pourquoi nous l'avons doté de capacités d'évolution sans pareil. L'expérience acquise au fil des ans par nos équipes techniques et commerciales associée aux échanges avec des professionnels fortement impliqués ont permis d'élargir le champ des possibles :

  • Applications : batteries de CTA, départs régulés, réseaux avec sous-stations, réseaux industriels, …
  • Nouveaux modèles : Firmware v3, Energy Valve ΔP, Energy Valve 3 voies, …

Grâce à cette dynamique, Belimo Energy Valve™ reste unique par son aptitude à répondre aux besoins de pilotage énergétique actuels et futurs. De nouveaux défis nous attendent, inter connexion avec les smart grid, big data, nouveaux types de générateurs, … l'Energy Valve est prête à vous accompagner pour tous les relever.

Cette vanne est née des questions soulevées par de nombreux acteurs du génie climatique dans le monde. Leur implication constructive dans la recherche d'amélioration de la performance énergétique des bâtiments et le fruit de leurs expériences partagées avec nos ingénieurs nous ont permis et nous permettront de construire des produits encore plus efficients.



Je tiens à remercier plus particulièrement Christophe COUILLET et Jean-Marc PLISKA pour leur inspiration à la rédaction de cet article et pour continuer à nous challenger au quotidien.

BELIMO

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