Repérer et chiffrer la charge de base nocturne

La puissance appelée en base d’un bâtiment est celle qui subsiste lorsque personne ne travaille. Certaines charges doivent rester en service : chambres froides, salles serveurs, systèmes incendie et de sécurité, protection contre le gel et ventilation nécessaire à la sécurité des locaux. D’autres peuvent être évitées : éclairage laissé allumé, centrales de traitement d’air maintenues en mode occupé par un forçage et appareils en veille. Les erreurs de programmation horaire se corrigent dans la GTB ; les fuites d’air comprimé et l’absence d’asservissement antigel demandent une intervention de maintenance ou de régulation. Ne supprimez une charge qu’après avoir établi qu’elle est évitable.

Analyser les périodes de faible activité

Utilisez des mesures par intervalles de 15 minutes ou moins pour chiffrer la charge nocturne. Les totaux mensuels ne distinguent pas le jour de la nuit. Des mesures toutes les 15 ou 30 minutes ne montrent pas un cycle plus court que l’intervalle : un compresseur qui fonctionne 5 minutes sur 10 apparaît comme une ligne presque plate à la moitié de sa puissance de marche. Pour voir ce cycle, mesurez son circuit à la minute ou plus fréquemment.

Séparez les nuits de semaine, les week-ends, les jours fériés et les événements exceptionnels comme un arrêt ou une intervention nocturne. Comparez des périodes comparables. Convertissez les horodatages en heure locale avant de sélectionner la plage calme. Une sélection en UTC se décale d’une heure aux changements d’heure et peut y inclure le redémarrage matinal.

Pour caractériser le niveau, utilisez des percentiles. L’étude des profils de charge du Lawrence Berkeley National Laboratory prend le 2,5e percentile de la puissance mesurée chaque jour comme charge proche du minimum et le 97,5e comme charge proche de la pointe. N’utilisez pas le minimum absolu : une seule coupure ou perte de données peut le fixer sans rien dire du fonctionnement normal.

Le rapport entre ces charges proches du minimum et de la pointe indique rapidement si le niveau de base mérite une explication. L’étude donne les valeurs médianes des jours ouvrés pour quatre bâtiments de Martinez, en Californie, du printemps à l’automne 2008 :

Le centre pour mineurs et la prison sont occupés en permanence : une charge nocturne élevée y est attendue. Le rapport du bureau A dépasse pourtant les leurs. Un bureau présentant un rapport semblable, sans salle serveurs ni procédé pour l’expliquer, mérite une visite de nuit.

Comparez aussi la forme du profil aux motifs suivants :

Une charge constante de 20 kW et une charge qui oscille entre 0 et 40 kW avec un taux de marche de 50 % consomment la même énergie pendant une nuit, mais orientent vers des équipements différents.

Chiffrer une charge évitable

Ne valorisez que la part dont vous avez démontré le caractère évitable, et non toute la charge nocturne. Calculez les heures à partir de l’occupation réelle, et non d’un simple nombre de nuits.

Prenons un bureau occupé de 07:00 à 19:00 du lundi au vendredi. Il est occupé 60 heures sur les 168 d’une semaine et inoccupé 108 heures, soit 5 616 heures sur 52 semaines. L’Irlande compte dix jours fériés. Si le bureau ferme un jour ouvré pour chacun, ces dix journées ajoutent 120 heures inoccupées. Le total atteint 5 736 heures, soit 65 % de l’année. Le jour qui reste après 52 semaines ajoute encore 12 ou 24 heures selon sa position. Une charge évitable de 8 kW pendant ces heures représente :

8 kW × 5 736 h = 45 888 kWh par an

À 0,25 €/kWh, cela correspond à 11 472 € par an. Ne compter que les nuits de semaine, à raison de 12 heures sur 250 nuits, donne 3 000 heures et 24 000 kWh : près de la moitié de cette consommation serait oubliée.

Appliquez à chaque heure le tarif qui lui correspond. Pour les clients professionnels à comptage par intervalles, les tarifs d’utilisation du réseau d’ESB Networks définissent une période de nuit de 23:00 à 08:00, été comme hiver. Prenons un tarif de nuit pour cette plage et un tarif de jour pour toutes les autres heures, sans tenir compte de la plage de pointe de 17:00 à 19:00. Chaque jour ouvré de notre bureau comprend 8 heures inoccupées en période de nuit et 4 heures hors de cette période, de 19:00 à 23:00. Chaque journée de week-end en comprend respectivement 9 et 15. Chaque jour férié ajoute 1 heure de nuit, de 07:00 à 08:00, et 11 heures de jour. Avec des tarifs supposés de 0,15 €/kWh la nuit et 0,25 €/kWh le jour :

Le calcul au tarif uniforme surestime ici l’économie de 2 421 €, soit 27 %. Le guide du FEMP sur les options tarifaires explique les tarifs selon l’heure d’utilisation. Aucun de ces montants ne comprend les frais fixes, les frais de puissance appelée ni le coût de l’intervention. Le calculateur de coût de l’électricité couvre les autres composantes d’une facture.

Vérifiez l’énergie réactive avant de supprimer une charge nocturne importante. Pour les clients soumis à une puissance maximale, ESB Networks facture un supplément sur les kVArh dépassant un tiers des kWh sur la période de facturation, seuil correspondant à un facteur de puissance d’environ 0,95. Le courant magnétisant des transformateurs et les moteurs peu chargés absorbent de la puissance réactive toute la nuit. Si l’on retire une charge résistive, comme l’éclairage ou le chauffage électrique, les kWh baissent tandis que les kVArh peuvent rester stables : leur rapport augmente.

Pour une charge cyclique, prenez la puissance moyenne sur des plages calmes complètes. N’utilisez ni la puissance nominale ni une pointe isolée. Une plage contenant de nombreux cycles limite l’effet des cycles partiels à ses extrémités : 12 heures contiennent 36 cycles de 20 minutes. Faites la moyenne de plusieurs nuits comparables afin qu’une seule nuit atypique ne détermine pas le résultat.

Remonter jusqu’aux équipements

Partez du profil du bâtiment entier. Ajoutez des compteurs là où ils permettent de départager plusieurs explications : d’abord sur les tableaux principaux, puis sur les circuits du tableau présentant la plus forte charge nocturne. N’additionnez pas la mesure d’un tableau et celles des circuits situés en aval : ce serait compter deux fois la même énergie. La différence entre le tableau et la somme des circuits équipés de compteurs représente la part non mesurée. Le guide du sous-comptage aide à choisir les points.

Si le compteur de facturation est côté moyenne tension d’un transformateur appartenant au site, la mesure nocturne inclut aussi des pertes du transformateur qu’aucun compteur de circuit ne voit. Les pertes à vide existent tant que le transformateur est sous tension. La limite de niveau 2 du règlement (UE) n° 548/2014 pour un nouveau transformateur immergé de 1 000 kVA est de 693 W, soit environ 6 070 kWh par an. Un transformateur plus ancien peut perdre davantage. Les pertes en charge varient comme le carré du courant : à 20 % de charge, elles représentent 4 % de leur valeur à pleine charge, soit 304 W par rapport à la limite de 7 600 W. Incluez ces deux pertes dans l’écart non mesuré ; elles ne constituent pas une panne.

Avant d’utiliser les données d’un nouveau compteur, vérifiez qu’aucune phase n’affiche une puissance négative anormale. Un capteur de courant monté à l’envers soustrait sa mesure du total et peut masquer une charge nocturne. Le guide des puissances négatives montre comment le repérer.

Commencez par ces questions :

• La puissance appelée baisse-t-elle lorsque le personnel de nettoyage ou la dernière équipe quitte les lieux ?
• Les horaires de ventilation et de chauffage correspondent-ils à l’occupation réelle, jours fériés compris ?
• Le chauffage ou la climatisation fonctionnent-ils pendant un arrêt ?
• Un forçage manuel est-il resté actif après la maintenance ?
• La veille provient-elle de nombreux petits appareils ou d’un seul circuit ?

Lors de la visite nocturne, inspectez les centrales de traitement d’air, le chauffage et la protection antigel sans asservissement à la température extérieure, la production d’eau chaude en continu et le réseau d’air comprimé.

Sur un site utilisant l’air comprimé, la charge nocturne du compresseur permet d’estimer les fuites. Tous les équipements consommateurs d’air étant arrêtés, le compresseur ne se charge et ne se décharge que pour compenser l’air perdu. La fiche sur les fuites du DOE et du Compressed Air Challenge calcule la part de la capacité du compresseur perdue :

Fuites (%) = (T × 100) / (T + t)

T est la durée moyenne en charge et t la durée moyenne à vide, toutes deux en minutes. Le profil de puissance d’un compteur posé sur le circuit du compresseur permet de les déterminer. Avec 3 minutes en charge et 9 minutes à vide, les fuites représentent 25 % de sa capacité. La fiche indique moins de 10 % pour une installation bien entretenue, 20 % pour une installation typique mal entretenue et jusqu’à 30 % pour une installation en mauvais état. Elle recommande ce contrôle chaque trimestre.

Une corrélation avec un horaire ou un événement indique où chercher. Avant de proposer une modification, identifiez l’équipement et la raison de son fonctionnement. Certaines charges nocturnes sont intentionnelles : chambre froide maintenant les produits à température, chauffage protégeant du gel un local de pompes incendie ou salle serveurs hébergeant un service.

Vérifier le changement

Avant l’intervention, consignez l’horaire, l’état de l’équipement, la température extérieure ou la production, et la période de mesure. Convenez du changement avec la personne responsable de l’équipement.

Mesurez l’économie au tableau ou sur le circuit concerné, plutôt qu’au compteur principal qui agrège tous les autres changements du bâtiment. Il s’agit de l’option B, isolement de l’amélioration avec mesure de tous les paramètres, dans les directives de mesure et vérification du FEMP. Elles demandent une période couvrant toute la gamme des conditions de fonctionnement. Pour un changement d’horaire nocturne, nous retenons au moins quatre semaines comparables avant et après, soit environ 20 nuits de semaine et 8 journées de week-end pour chaque période. Pour le chauffage ou l’antigel, corrigez l’effet de la météo à l’aide des degrés-jours de chauffage, ou comparez seulement des nuits de température extérieure similaire.

Comparez des journées entières, pas seulement les nuits. Une consigne nocturne plus basse peut entraîner une remise en température plus intense et une pointe matinale plus élevée. Si l’énergie de nuit diminue de 40 kWh mais que celle du réchauffage de 06:00 à 09:00 augmente de 15 kWh, l’économie nette est de 25 kWh par jour. La pointe du matin peut aussi accroître une composante de puissance de la facture. Le guide de mesure des économies explique la différence entre évolution brute et économie ajustée.

Passer de l’étude à la surveillance

Définissez une plage attendue pour chaque période calme et documentez l’horaire sur lequel elle repose. Calculez la puissance moyenne sur cette période pour chacune des 20 dernières nuits de semaine comparables, soit quatre semaines. Fixez la limite supérieure au maximum de ces valeurs majoré d’une marge, par exemple 10 %. Ce maximum correspond à la limite observée du fonctionnement normal et la marge accepte une nuit légèrement différente. Élargissez-la pour une charge sensible à la météo.

Cette méthode a une faiblesse : une seule nuit défaillante parmi les 20 relève le seuil jusqu’à sa sortie de la fenêtre. Excluez les nuits où une panne est connue avant de calculer. Définissez une plage distincte pour les week-ends. Recalculez après chaque changement approuvé, faute de quoi une charge qui remonte lentement à son ancien niveau peut rester dans l’ancienne plage.

Si la charge nocturne sort de sa plage, adressez une alerte à une personne désignée. L’alerte doit indiquer le circuit, la puissance mesurée en kW, la plage attendue et la période. Le seul total du bâtiment ne dit pas quoi vérifier.

Mesure et alertes avec ZEM et Edge

Les moniteurs d’électricité ZEM mesurent les tableaux et circuits qui composent la charge nocturne. Un ZEM transmet ses mesures par Zigbee ; aucun nouveau câble de données ne doit donc revenir au tableau. Un électricien qualifié installe ses capteurs de courant et sa prise de référence de tension. Il lui faut aussi une alimentation auxiliaire de 85 à 480 V CA.

Une Gateway exécutant Edge conserve l’historique des intervalles sur site et le représente par circuit. Une règle d’automatisation Edge fondée sur la puissance d’un circuit peut déclencher une alerte et envoyer un courriel. Vous pouvez limiter la règle à une plage traversant minuit, par exemple de 19:00 à 07:00 certains jours. Edge évalue la plage selon l’heure locale de la Gateway : elle reste alignée sur l’horaire au changement d’heure. Réglez le délai de déclenchement au-delà d’un cycle normal de la charge pour qu’un seul démarrage du compresseur ne provoque pas d’alerte. Une règle distincte de qualité des données signale les mesures devenues périmées, afin qu’un compteur muet ne soit pas pris pour une charge stable.