Afin d’améliorer l’écobilan des bâtiments anciens, la mise en place de solutions de régulations fines de la ventilation, de la climatisation, du chauffage et de l’éclairage sont des leviers d’action important. Ce projet vise à améliorer significativement l’écobilan en diminuant d’environ 40% la consommation d’énergie nécessaire pour l’éclairage des salles de l’INSA tout en augmentant le confort visuel des usagers. A cet effet, une gestion technique du bâtiment intelligente a été mise en oeuvre au niveau de l’éclairage.
Ce projet a été réalisé lors du premier semestre de 5ème année de formation d’ingénieur en génie électrique par alternance par deux étudiants, Romain Bargeton apprenti chez CONSTELLIUM et Philippe Geyer apprenti chez HAGER, avec l’accord du « Responsable du patrimoine » Monsieur Nahavandi. Les solutions ont été mises en oeuvre sur les éclairages des locaux de la plateforme génie électrique (salle de travaux pratique d’électrotechnique). Le principal objectif fixé par le professeur encadrant le projet, Monsieur Thierry Simon est de réduire la consommation d’énergie liée à l’éclairage de 30 % sans altération du confort des personnes présentes dans les salles. Les étudiants ont pu mettre à profit leurs solides connaissances acquises durant leur cursus notamment dans les domaines de la régulation, des réseaux, de la programmation et de l’électrotechnique à la réalisation du projet.
De nos jours, la sensibilisation à l’environnement est devenue un sujet primordial pour les années futures. Avec les normes en vigueur telles que la RT 2012 et l’arrivée prochaine de la RT 2020 (Compteurs électriques intelligents), la conception de « bâtiments intelligents » est devenue un domaine porteur et plein d’avenir. Les économies en énergie notamment électrique avec l’aide de la « gestion technique des bâtiments » (GTB) et la « gestion technique centralisée » (GTC) sont devenues primordiales pour la pérennité de notre planète. De plus, l’arrivée de nombreux objets connectés (IOT) et les nouveaux protocoles de communication (KNX, Enocean, Oregon…) permettent à la domotique de se démocratiser dans nos foyers notamment pour la gestion de l’éclairage, de la température, des volets roulants…
C’est dans ce contexte, que les étudiants apprentis ingénieurs Romain Bargeton et Philippe Geyer soucieux des démarches écologiques et environnementales ont eu le plaisir de réaliser ce projet de régulation d’éclairage des locaux de l’INSA Strasbourg à l’aide du protocole KNX.
Les principaux objectifs fixés par le responsable du projet Monsieur Thierry Simon étaient de :
• Démontrer les avantages énergétiques et économiques d’une régulation via une campagne de mesure.
• Satisfaire la « Règlementation Thermique 2012 » (RT 2012) qui spécifie devoir toujours avoir 400 lux sur le plan de travail.
• Réaliser une régulation de l’éclairage avec le protocole KNX en prenant en compte la lumière naturelle.
• Proposer différents scénario d’allumage des luminaires : tout allumé à 100 %, mode régulation, tout éteindre…
• Piloter l’éclairage via une page web embarquée accessible à distance à l’aide d’un smartphone ou d’une tablette.
• Permettre un pilotage de lumière en mode manuel en cas de problème sur le réseau.
L’étude et l’utilisation des équipements KNX, protocole figurant parmi les leaders sur le marché de la domotique, correspondaient parfaitement au cursus scolaire des FIP GE. Les étudiants ont pu mettre en pratique la formation théorique, acquise durant le cours de B.R.D (Bus, Réseaux, Domotique) enseignée par Monsieur Thierry Simon, dans un projet à dimension réelle à l’INSA.
Concernant le projet, après une campagne de mesures réalisée sur une période de plusieurs jours selon un temps différents (nuageux, ensoleillé…) en mode régulation, les résultats montrent une économie d’énergie d’environ 41 %. Vous trouverez ci-dessous des chiffres plus détaillés de l’avantage énergétique d’une régulation sur une salle composée de 10 luminaires :
Figure 1 – Bilan énergétique d’une salle composée de 10 luminaires avec ou sans régulation
À l’INSA, le nombre de salles estimées et équipées du protocole KNX est d’environ 100. L’économie annuelle due à une mise en place d’une régulation serait d’environ 5500 € par an.
La mise en place d’un réseau domotique n’a pas seulement pour objectif l’économie d’énergie mais aussi le confort des utilisateurs. Il permet de piloter à distance les installations, tout en minimisant les actions et en centraliser la gestion du système.
Pour mettre en œuvre la régulation, les étudiants ont d’abord réalisé leurs essais sur une salle (L0.12B) isolé du réseau KNX de l’INSA, afin de prendre en main le logiciel de programmation KNX : ETS5. Avec ce logiciel, les différents participants KNX sont associés à des adresses de groupes permettant de réaliser diverses actions comme par exemple : retour de la valeur de luminosité, commande d’éclairage du groupe de luminaire DALI n°9…
Les divers composants KNX programmés et mis en œuvre sont :
• Capteur de présences,
• Sonde de luminosité,
• Un écran tactile de commande et de supervision,
• Des ballasts électroniques DALI.
Ci-dessous le schéma de régulation de l’éclairage :
Figure 2 – Synoptique de régulation d’une salle
Ensuite, les étudiants ont réalisé une supervision accessible à distance via une page web à l’aide d’un API (Automate Programmable Industrielle) de la marque WAGO programmé sous le logiciel Codesys. Avec une carte KNX placée sur le rack, l’automate peut lire et écrire les trames provenant du bus KNX.
Ci-dessous, une photo montrant l’accessibilité de la page web ainsi que l’écran de contrôle :
Figure 3 – Ecrans de pilotage et supervision de l’éclairage
Ci-dessous un exemple d’une page de supervision :
Figure 4 – Exemple d’une page de supervision
Une fois la salle de test opérationnelle, les étudiants se sont lancés dans la réalisation d’une régulation sur une salle (L0.12A) plus grande et connectée au réseau INSA. Ils ont donc rajouté et effectué les câblages de deux détecteurs de présence dans la salle L0.12A afin d’enclencher une régulation automatique.
La mise en place d’un coffret électrique permettant de piloter les deux salles (L0.12B & L0.12A) était nécessaire afin d’implanter les modules de pilotages et de communications :
Figure 5 – Coffret mis en place assurant la communication
• Deux modules KNX/IP,
• Un module KNX/DALI,
• Un module d’alimentation.
La conception et l’étude du projet a permis de mettre en évidence un facteur primordial pour une régulation : la lumière naturelle. En effet, ce facteur est souvent négligé lors de la mise en place d’un projet d’éclairage. En hiver, par temps ensoleillé, l’apport de lumière extérieur est parfois suffisant pour satisfaire les 400 lux de la RT 2012. En cas de manque de lumières sur les tables, la régulation apporte la quantité de lumière artificielle pour assurer un confort pour les personnes présentes. En cas de non régulation, les luminaires sont allumées à 100 % pendant toute la journée sans tenir compte de l’apport de lumière extérieur ce qui engendre un gaspillage d’énergie.