Infrastructure efficace, garantie dans le temps de la performance énergétique et confort des occupants pourraient être le triptyque basique pour l’obtention d’un Smart Building. Quels sont les moyens et équipements possibles pour mesurer, améliorer, maintenir… ces fondamentaux. Quelques exemples.
Les câbles, véritables systèmes nerveux du Smart Building, sont présents partout, de plusieurs centaines de mètres dans un logement à plusieurs kilomètres pour un immeuble de grande hauteur, mais aussi dans les parkings ou les transports souterrains. Concevoir, vérifier et certifier ceux-ci sont autant de points clés qui peuvent être accompagnés de solutions de test et mesure permettant de garantir le bon fonctionnement d’ensemble de cette infrastructure primordiale, tant en courant faible que courant fort, pour un fonctionnement pertinent et performant du Smart Building.
« Nos équipements sont de plus en plus sollicités pour tester, certifier et dépanner les infrastructures mises en place pour la gestion technique des bâtiments. Les systèmes d’éclairage, de chauffage et ventilation, d’automatisation, de diffusion multimédia et de contrôle d’accès échangeant des informations et certains pouvant être alimentés par le PoE (Power over Ethernet), l’infrastructure réseau est de plus en plus critique et n’est plus seulement réservée à la connectivité des équipements bureautiques (informatique, téléphonie…) et de sécurité (vidéosurveillance…) », explique Éric Meunier, directeur régional Europe du Sud de Fluke Networks.
« Nous avons ainsi une solution baptisée DSX Cable Analyzer pour tester les liaisons cuivre et certifier le câblage à paires torsadées pour l’Ethernet jusqu’à 40 Gbit/s, et tout système de câblage (Cat. 5e, 6, 6A, 8 ou la Classe E, EA et FA et I/II), ce qui facilite et simplifie l’acceptation du système livré. Les logiciels Linkware et LinkwareLive permettent notamment de générer les certificats et rapports, d’effectuer les synthèses des tests des différents sous-projets et de gérer la traçabilité et l’étiquetage des câbles », poursuit l’expert.
Pour le POE, il est possible de tester de façon approfondie pour déterminer rapidement si un problème est occasionné par un câble défectueux ou non connecté, ou bien par une alimentation insuffisante ou par un appareil alimenté/powered device (PD), et l’ingénieur réseau peut analyser la configuration ou les dysfonctionnements potentiels des commutateurs, et par exemple visualiser graphiquement les paires alimentées.
Pour la fibre optique, la certification est possible avec le système CertiFiber Pro, qui dispose d’une interface utilisateur facile et commune avec la solution de certification cuivre et le même logiciel de génération de rapports pour le dépannage et les inspections. Concernant le dépannage et l’inspection des fibres optiques, il y a d’une part la gamme OptiFiber Pro OTDR basée sur la technologie OTDR SmartLoop, qui permet notamment de tester deux fibres optiques au cours d’un seul test, ce qui élimine la nécessité de se rendre à l’autre bout de la connexion pour effectuer des tests, et, d’autre part, la caméra FI-3000 FiberInspector Ultra, qui permet de tester les jonctions de fibres MPO, les cassettes et les câbles de réseau de manière facile et efficace. La conception à appareils photo multiples offre un affichage instantané en direct, et permet de détecter les poussières, par exemple, qui peuvent être source de défaillances intermittentes ou totales de la fibre.
La qualité de l’énergie est un point clé à suivre
Impossible d’évoquer le Smart Building sans s’intéresser à l’énergie fournie et aux pertes significatives et perturbations engendrées notamment par la multiplication des dispositifs dotés d’alimentation à découpage, des systèmes à base d’électroniques de puissance, etc., qui ont pour conséquence la pollution des réseaux par conduction, induction ou rayonnement. Le contrôle régulier de la qualité du réseau électrique du Smart Building n’est pas un must et peut ainsi éviter non seulement les pannes aléatoires, fonctionnements bizarres, arrêts intempestifs, mais aussi prévenir des pertes d’énergie parfois conséquentes.
La norme européenne EN 50160 réglemente la qualité de la tension distribuée par les fournisseurs d’électricité. Pour définir la qualité de cette tension, une campagne de mesure doit être menée sur 7 jours avec un appareil conforme IEC 61000-4-30. Les mesures correspondent aux différents types de perturbations pouvant altérer la tension : creux de tension, coupures de tension, surtensions, variations lentes de la tension, variations de la fréquence réseau, déséquilibre de la tension, harmoniques, variations rapides de la tension, papillotement (flicker).
Une fois les mesures réalisées, les données enregistrées sont analysées par les appareils pour mettre en évidence les dysfonctionnements. Le flicker, par exemple, caractérise des variations de tension qui entraînent notamment des fluctuations sur l’éclairage ou papillotement de la lumière. Les durées d’enregistrement de mesures d’énergie peuvent être conséquentes car, selon les normes en vigueur, le niveau du flicker est exprimé par deux paramètres qui échantillonnent les variations de tension sur des durées de 10 minutes à 2 heures. Mais les enregistrements peuvent s’étendre sur plusieurs semaines, voire mois si nécessaire.
Que cela soit pour Fluke ou Chauvin Arnoux, tous les bilans de puissance nécessaires à l’élaboration d’un diagnostic d’efficacité énergétique sont intégrables dans des rapports complets d’analyse et exploitation des données avec des logiciels ad hoc associés aux appareils.
Calcul du facteur K des transformateurs, paramètres utiles pour analyser les harmoniques mais aussi décomposition des puissances réactives, avec notion de puissance non active (N), de puissance déformante (D), et de puissance réactive (Q1) peuvent également être recueillis, calculés et analysés.
Pour le calcul de puissance et d’énergie consommée, Chauvin Arnoux souligne la grande variété d’unités disponible : kW, Joule, tep nucléaire, tep non nucléaire, BTU, TEP… Pour les appareils Fluke 434-II et Fluke 435-II, les pertes énergétiques peuvent également être monétisées avec un algorithme particulier développé par l’université de Valence et intégré au produit.
En sus, des alarmes sont paramétrables sur événement et les graphiques présentés, multi-sources, sont disponibles sur les appareils sous forme d’ondes et diagramme de Fresnel.
Chauvin Arnoux propose une gamme d’appareils baptisée Qualistar+ et composée de quatre appareils avec des niveaux plus ou moins avancés de fonctionnalités et de types de connectique, mais qui tous proposent de base une analyse pertinente de puissance et de qualité d’énergie et des possibilités d’enregistrement étendues. Fluke adresse ce marché avec deux enregistreurs de qualité d’énergie, les Fluke 1736 et 1738, qui peuvent s’autoalimenter à partir du circuit mesuré et permettre un suivi temps réel de la qualité du réseau électrique et de la consommation d’énergie.
Mesurer le confort des occupants
Le confort, ce n’est pas une simple mesure de température ou de différences de température, ou bien encore une mise en évidence des faiblesses de la structure du bâti.
« Pour mesurer le confort, il s’agit d’aller plus loin que la thermographie, de mettre en évidence différentes malfaçons sources d’inconfort. Sur le neuf, le contrôle de l’étanchéité des parois est un premier pas mais le confort passe d’abord par le maintien de bonnes conditions opérationnelles des débits de ventilation. L’absence de nettoyage, avec de possibles condensations et développements de bactéries, engendre également des perturbations ayant une incidence sur la notion de confort. Ensuite, l’analyse éventuelle de la vitesse de l’air, des courants de convection générés par les points plus froids comme des surfaces vitrées par rapport à des sources de chaleur, sont aussi des éléments clés », explique Philippe Guérin, responsable Grands Comptes, spécialiste Thermographie et HVAC pour Testo France.
Pour analyser le confort dans sa globalité et établir un indice de confort selon les normes en vigueur (ISO 7730) ou bien encore EN 13470, il s’agit d’analyser un ensemble de paramètres d’ambiance, et la mesure de la température de confort doit en principe être « individualisée » sur la base de la position de l’occupant, de son activité et de sa relation avec l’ensemble des parois. Température sèche et température rayonnante, température ambiante et température des parois, vitesse de l’air peuvent être enregistrées simultanément, par exemple. Ensuite, le confort thermique est également influencé par d’autres paramètres dont l’humidité relative, bien sûr, et la teneur en CO2. Une insuffisance de renouvellement d’air peut générer des valeurs de 5 000 ppm en CO2 avec à la clé un inconfort certain, car bien au-delà des valeurs conventionnelles aux environs de 400 à 600, explique l’expert. Enfin, une analyse des conditions lumineuses du poste de travail peut être effectuée également avec le même appareil.
Des sondes sont ainsi positionnées en position assise pour les logements, et au niveau des chevilles, de l’abdomen et de la tête dans un contexte tertiaire. Les durées de mesure se font sur une à deux heures par local, et toutes les mesures effectuées par les sondes filaires ou Bluetooth sont analysées, et les calculs sont produits dans l’appareil conformément à la réglementation. « C’est intéressant car complet et conforme à la norme, et cela permet aussi bien aux artisans de gérer les défauts de ventilation qu’aux bureaux d’études ou à la médecine du travail de vérifier les conditions de confort des occupants et de QAI (qualité de l’air intérieur). Des conseils généraux ou des services techniques de collectivités l’utilisent également pour mesurer le confort dans les classes des établissements. »
Jean-François Moreau
Il n’y a pas que la résistance thermique (R) dans la vie, au sein d’un Smart Building
Le confort thermique est influencé par six paramètres. Les quatre premiers sont environnementaux :
- La température de l’air ambiant : elle renvoie directement aux questions de chauffage et de climatisation, et de maintien d’une température ambiante.
- La température radiative : c’est le lien direct pour l’occupant avec la température des parois ; plus les écarts sont majeurs, plus les sensations d’inconfort sont fortes, car le corps va échanger de façon plus intense en cas d’écart important de la température de paroi. À l’inverse, le rayonnement permet aussi pour les systèmes de chauffage de diriger et de chauffer de manière beaucoup plus locale que le chauffage par l’air. Il est ainsi possible de se concentrer sur « chauffer la personne » ou l’objet plutôt que « chauffer l’ambiance ».
- L’humidité ambiante : nous évacuons en permanence une quantité plus ou moins importante d’eau qui s’évapore d’autant plus facilement que l’air est « sec ». Une humidité en excès peut rendre l’ambiance quasi invivable, le corps n’ayant plus de moyen de refroidissement.
- La vitesse de l’air : nous échangeons de la chaleur également par convection. Plus il y a de mouvement d’air, plus notre corps aura la capacité de se refroidir.
Les deux derniers paramètres sont liés à l’occupant :
- Le niveau d’activité : nous devons évacuer la chaleur produite par notre activité. Si nous n’avons que peu d’activité, une sensation de froid peut être ressentie et le frisson est une contraction musculaire uniquement destinée à produire de la chaleur.
- L’habillement : les vêtements jouent un rôle primordial dans les échanges avec notre environnement.
Les outils les plus célèbres issus des travaux sur le confort et repris notamment dans la norme NF EN ISO 7730 sont le PMV (Predicted Mean Vote) et PPD (Percentage Persons Disatisfied). Ces deux notions statistiques permettent d’estimer le degré de satisfaction des personnes qui se trouveront dans un local.
