KNX au service de Smart Grid

Un projet mené à bien chez ABB Suisse SA, au Centre de Recherches de Baden-Dättwil, démontre que cet échange d’informations fonctionne d’ores et déjà avec la technologie KNX actuelle.

Parmi les tâches principales de la gestion technique du bâtiment figure de façon accrue la maîtrise de la transparence et de l’efficacité. Cette maîtrise prévaut sur le confort et la sécurité. L’efficacité énergétique est une notion d’avenir ; une réduction de la consommation étant synonyme de baisse des coûts.

La diversification de la production d’énergie, grâce aux énergies renouvelables et au développement de réseaux de distribution intelligents, dénommés Smarts Grids, nécessite une communication directe entre les utilisateurs et le réseau de production afin d’assurer la bonne stabilité de ce dernier. Ceci implique, pour l’utilisateur, la nécessité de réagir de façon optimale et appropriée aux contingences du réseau. Par exemple, faire fonctionner la machine à laver uniquement en cas de disponibilité de grandes quantités d’électricité solaire. Le projet Smart Grid du Centre de Recherches ABB à Baden-Dättwil en réalise la démonstration.

Projet de recherche innovant

Le projet a été lancé en 2009 par le Fonds d’Innovation ABB afin d’une part, de prouver que la technologie KNX actuelle est parfaitement en mesure de répondre aux exigences des futurs Smart Grid et d’autre part, de développer de nouveaux axes de recherche. Les objectifs du projet s’inscrivent dans la réalisation pratique d’une véritable plateforme Smart Grid, ainsi que dans la recherche orientée autour du thème de la gestion de l’énergie impliquant producteurs et utilisateurs.

Ce projet englobe un ensemble de bâtiments existants, une installation photovoltaïque, des accumulateurs, deux véhicules électriques, ainsi que la simulation des réseaux haute et moyenne tension. En raison du caractère de vitrine du projet et des objectifs de recherche fixés, le choix des produits utilisés se porte exclusivement sur des appareils disponibles couramment.

Mesures des flux d’énergie

C’est ainsi qu’une aile du Centre de Recherches a subi une rénovation technique. Elle est équipée aujourd’hui avec les produits ABB de gestion technique du bâtiment les plus récents. Les anciens luminaires ont fait place  à des lampes gradables et de haute efficacité énergétique. De plus, chaque prise de courant est commandée par un actuateur énergétique. De ce fait, les besoins en énergie de chaque prise peuvent être consignés et observés. En outre, un compteur électrique mis en réseau avec KNX a été posé dans les autres ailes du bâtiment. Tous les flux d’énergie saisis sont transmis à une nouvelle plateforme hardware et software pour y être enregistrés

Eclairage des bureaux plus efficace

L’éclairage rénové est piloté intégralement au moyen de DALI. La communication entre les lampes et le système de bus KNX est assurée par une passerelle DALI de ABB. Chaque bureau est équipé de 2 groupes d’éclairage régulés en fonction de l’éclairage naturel. Leur luminosité est réglée à 500 Lux. Ils sont associés à un détecteur de présence monté au plafond et qui en assure la gestion. Lorsqu’un occupant modifie manuellement le niveau de luminosité au moyen du poussoir local KNX Sidus, il désactive la régulation automatique de la lumière jusqu’à la commutation suivante. Si toutefois le détecteur de présence ne repère pas d’occupant pendant 15 minutes, l’éclairage sera coupé automatiquement. Si cette personne retourne dans son bureau dans un intervalle de 30 minutes, l’éclairage se remettra au niveau fixé manuellement. Dans le cas contraire, l’éclairage retourne en mode de régulation à lumière constante.

Eclairage intelligent des couloirs

L’éclairage des couloirs est également géré par des détecteurs de présence. Lors des jours ouvrables, à partir de 7 heures et après détection de la première personne, l’éclairage est activé en mode de fonctionnement continu avec 80% de puissance. Si au courant de la journée, aucun passage n’est détecté durant une période de 5 minutes, l’éclairage est réduit à une valeur de 10%. En soirée, à partir de 19 heures et pendant le week-end, l’éclairage répond à la demande avec une temporisation de 15 minutes. Par ailleurs, un ComfortPanel central permet l’accès à cette installation d’éclairage, en offrant la possibilité de l’enclencher manuellement à 100% ou de le couper entièrement.

Economiser de l’énergie de chauffage

Le poussoir Sidus KNX destiné à gérer l’éclairage est aussi capable de mesurer et de réguler la température ambiante. La valeur présente de la température est visible sur l’écran d’affichage de l’appareil. La gestion de la température est effectuée par une vanne de régulation KNX placée sur le radiateur en lieu et place d’une vanne conventionnelle. Une régulation de ce type apporte plus de précision qu’un robinet thermostatique et présente l’avantage d’un confort accru nettement perçu par les employés.  Les contacts d’ouverture des fenêtres qui ont été montés lors des travaux de rénovation sont intégrés dans l’algorithme de régulation. Du fait de leur mise en réseau, ils permettent de diminuer la puissance de chauffage lors de l’ouverture des fenêtres. Ceci évite un gaspillage inutile d’énergie.

Ce nouveau type de gestion tout confort de la température ambiante donne accès à des possibilités de régulation en fonction des tranches horaires ou en relation avec l’éclairage. En cas de confirmation de l’occupation du bureau par le détecteur de présence, la valeur de référence de la température est de 21° C. Pendant la nuit, à partir de 22 heures, de même que les dimanche et jours fériés, la valeur de consigne est ramenée à 17°C. En mode stand-by et systématiquement à partir de 4 heures du matin, la température se stabilisera à 19°C. Dans le passé, du fait de l’absence de système intelligent, la température était réglée de manière constante. De nombreuses vannes étaient grippées, montrant de ce fait, qu’elles n’ont pas été utilisées.  On peut supposer que la régulation individuelle de la température s’effectuait en ouvrant les fenêtres. Le système de régulation avancé mis en place et basé sur KNX, autorise un fonctionnement conforme aux exigences actuelles et respectueux des ressources disponibles.

Transformation de la commande des stores

Il va de soi que la commande de stores électrique existante a été remplacée par un système de gestion intelligent ABB, mis en réseau avec KNX. Dorénavant, un pyranomètre disposé sur la toiture mesure la puissance totale du rayonnement solaire, tandis qu’une centrale météo commande les stores en fonction de la position du soleil. Si l’un des employés souhaite modifier manuellement leur position, il se servira du poussoir local Sidus KNX. Dans ce cas et ceci est primordial, le mode automatique de l’installation est mis hors service, après confirmation de la présence par le détecteur concerné. C’est l’utilisateur, et non une technologie maîtresse, qui décide des conditions ambiantes de son bureau. De plus, des LED de couleur différente facilitent la prise en compte des possibilités d’intervention individuelle. La LED rouge intégrée dans la bascule de chaque poussoir indiquera, le cas échéant, que  les stores ne peuvent être manipulés en raison de conditions météorologiques défavorables ou de travaux d’entretien de l’installation.

Présentation impressionnante des fonctionnalités

Afin de disposer d’un outil performant de présentation du haut niveau technique de l’installation et des fonctionnalités Smart-Grid associées, il est possible de faire passer le système en mode de démonstration. Ceci indépendamment de la consommation usuelle d’énergie et des besoins instantanés. Dans ce cas, un ComfortPanel sert à déclencher manuellement les différents scénarios de délestage à partir d’une page protégée par un mot de passe. Ce panneau servira, en outre, à la visualisation directe du résultat de l’opération. Le visiteur intéressé remarquera, par ailleurs, immanquablement l’affichage en temps réel de la production d’électricité des panneaux photovoltaïques montés sur la toiture du bâtiment. 

Définition de 3 scénarios Smart-Grid

Le démonstrateur dispose de 3 scénarios consignés dans le système. Ceux-ci sont activables manuellement à la demande.

• Le scénario P1 amène à réduire l’intensité de l’éclairage des couloirs à un strict minimum, de façon à diminuer la consommation d’énergie. Cela a pour effet de désactiver 90 % des luminaires et de suspendre la régulation à lumière constante. Le résultat de cette manœuvre est visible immédiatement sur le compteur de consommation qui offre une possibilité de visualisation des données en temps réel. Le potentiel d’économie d’énergie est ainsi identifiable en un clin d’œil.
• Le scénario P2 a été programmé de façon à couper l’alimentation des prises de courant pour les machines à café, les distributeurs d’eau et les réfrigérateurs. Dans ce cas également, on met en évidence la différence de consommation nette induite par ces appareils. Dans la pratique, ces appareils doivent évidemment être raccordés à une prise de courant adéquate. Il est par ailleurs impératif que le système connaisse leur potentiel d’économie d’énergie tout en considérant que la durée de mise hors service doit être courte.
• Le scénario P3 prévoit l’extinction de toutes les sources d’éclairage dans les bureaux dont les détecteurs de présence indiquent qu’ils ne sont pas occupés. En outre, tous les luminaires dont le fonctionnement ne représente pas une nécessité sont mis hors service, tel l’éclairage du coin repas ou autres zones communes.

Tout ceci a un caractère futuriste. Cette application met néanmoins des possibilités concrètes d’économie d’énergie en évidence, telles qu’elles sont réalisables avec des produits disponibles aujourd’hui. Il existe un énorme potentiel de nouvelles idées. Il est par ailleurs possible de tester les points critiques. C’est ainsi que les responsables réfléchissent à la façon de gérer des ordinateurs portables, moniteurs ou stations de recharge en fonction des besoins de délestage.

Encadré concernant le centre de recherches ABB

Les objectifs du centre de recherche ABB à Baden-Dätwill sont régis par des trends mondiaux tels que l’accroissement des besoins en énergie et les besoins en matière de produits et systèmes à haute efficacité énergétique. 150 scientifiques originaires de 30 pays effectuent des recherches sur un site comprenant 20 bâtiments. Les axes principaux de recherche concernent l’électronique de puissance, les techniques de commutation et d’isolation, et de manière recrudescente, la distribution et le transport intelligents de l’électricité.