4 Cas d’étude : une école élémentaire à Nancy
4.2 Capteurs et mesures
Ce paragraphe présente un inventaire des mesures effectuées sur le bâtiment et des capteurs installés.
Les sondes de température utilisées sont celles installées sur site. Elles sont au nombre de 11 et servent à la régulation des convecteurs des différentes zones du bâtiment. Dans cette installation, une sonde peut piloter jusqu’à trois pièces du bâtiment. Il est supposé que les pièces groupées par zones ont un comportement thermique similaire.
L’intensité du courant des systèmes de chauffage est mesurée à l’aide de pinces ampérométriques. Chaque phase (triphasé) est suivie sur deux armoires électriques (le bâtiment dispose de deux transformateurs), il y a donc 6 pinces installées dans le bâtiment. Le tableau 2 présente les capteurs
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utilisés pour l’obtention des mesures et les incertitudes associées.Nom du capteur : Nombre installés
dans le bâtiment Valeur mesurée
Incertitude de la mesure Capteur à résistance CTN (coefficient de température négative) 11 Température (°C) ±0.1°C de 0 à 70°C ±0.4°C de -20 à 0°C
Pince ampérométrique 6 Intensité (A) ±1% de la mesure et
±0.1 A Tableau 2 : présentation des capteurs utilisés et des incertitudes associées
Toutes les mesures sont enregistrées au pas de temps de 10 minutes par une GTB2 et envoyées sur un serveur via le réseau GSM3. L’enregistrement des mesures s’effectue jusqu’au dixième, ce qui est cohérent avec la précision des capteurs.
La consommation correspondant aux prises électriques n’a pas pu être mesurée par manque de temps. Il a donc fallu trouver une autre méthode pour approcher le profil d’occupation. Dans une école primaire, la majorité des occupants sont les élèves, et ils ont des horaires très précis qui permettent de proposer un scénario d’occupation réaliste. De plus, une mesure de la consommation d’eau permet de vérifier les jours où le bâtiment est occupé. Le scénario proposé est présenté figure 4, le bâtiment est occupé de 8h30 à 16h30 tous les jours de la semaine sauf le mercredi, avec une pause déjeuner (où le bâtiment est vide) de 12 h à 14 h. De plus, le bâtiment est totalement vide en période de vacances scolaires (validé par la mesure de consommation d’eau).
2 Gestion Technique du Bâtiment, elle supervise l’ensemble des équipements (programmation des réduits, consignes, alarmes)
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Figure 4 : Inventaire des données mesurées sur site (en noir) et des données issues de Météo-France (en bleu), exemple sur deux semaines en hiverThomas Berthou
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La figure 4 propose un aperçu global des données disponibles, ce sont ces deux semaines de données qui seront utilisées pour l’apprentissage du modèle dans la section suivante. Plusieurs remarques peuvent être faites suite à leur observation :- Les consignes de température sont fixées à 21°C en semaine de 4 h à 17h30 (sauf le mercredi). En période de réduit, elles sont fixées à 17°C. L’heure de relance et la température de réduit sont adaptées par le chef de site en fonction du climat (prise en compte des semaines très froides) de manière à garantir au maximum le confort des occupants.
- Les différences entre la température extérieure mesurée sur site et les données issues de Météo-France sont importantes. En effet, la sonde installée sur site est située dans un couloir extérieur, entre deux bâtiments chauffés. Cela a pour conséquence de lisser la mesure et de surestimer la température extérieure.
- La ventilation et le chauffage par les CTA fonctionnent de pair. De fait, la ventilation fonctionne en dehors des périodes d’occupation. Il n’est pas possible de réduire les plages de fonctionnement, car il se peut qu’il y ait des occupants en dehors de la période (8h- 17h30). Dans la configuration actuelle, le chauffage par les CTA s’effectue uniquement entre 4 h et 17h30. En dehors de cette période, les besoins de chauffage sont assurés exclusivement par les convecteurs.
- Le flux solaire global horizontal obtenu par modèle comporte des erreurs de grande amplitude. Comme il a été expliqué dans le chapitre 2, le modèle est peu performant lorsque le ciel est couvert (gains solaires faibles). Par contre, il est performant lorsque le ciel est dégagé (gains solaires élevés). Les deux semaines présentées correspondent à une période très nuageuse (nébulosité à 8 octas plusieurs journées consécutives).
- Les mesures de la puissance de chauffage font apparaitre des variations rapides. Ceci provient du mode de contrôle on-off des convecteurs. En effet, le nombre de convecteurs dans le bâtiment (40 environ) n’est pas suffisant pour lisser totalement la courbe de charge. La courbe de la figure 4 présente la somme des puissances électrique des CTA et des convecteurs.
- Certaines mesures de température intérieure (en gris) ont un profil éloigné de la moyenne (température de référence sur la figure 4). Ce sont des zones de passage de type hall d’entrée et couloir pour lesquelles il y a peu de gains internes et des infiltrations d’air importantes. Ce phénomène est présenté dans la figure 5. La moyenne des températures intérieures est calculée en pondérant chaque valeur mesurée par la surface de la zone quelle
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représente.La dynamique de température est modélisée avec un seul nœud d’air, c’est pourquoi il est essentiel de vérifier que toutes les zones du bâtiment ont des comportements thermiques sensiblement identiques. La figure 5 présente les données des 11 capteurs de température sur une semaine en hiver, hors vacances scolaires. La dispersion des mesures est importante, mais les dynamiques lors des montées en température et les réduits de nuit sont proches. Le hall d’entrée (capteur 10 sur le plan) a un comportement différent des autres zones, ceci pour 3 raisons :
- La surface d’échange avec l’extérieur est importante - Il y a peu de convecteurs dans cette zone
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Figure 5 : Profils de température intérieure dans les différentes zones, une semaine en hiverThomas Berthou