Etude des Consommations Electriques et Mesures de Températures dans les bureaux d AMOES

Etude des Consommations Electriques et Mesures de Températures dans les bureaux d AMOES 22/04/2011 AMOES Vincent Laniesse

- SOMMAIRE - 1. Objectifs... 2 2. Description des bureaux... 2 3. Métrologie mise en œuvre... 3 4.1 Les mesures électriques... 3 4.2 Les mesures de température... 4 4. Traitement des données... 5 4.1 Données électriques... 5 4.2 Données des températures... 5 5. Résultats des mesures électriques... 6 5.1 Consommations totales... 6 5.2 Consommations du poste «éclairage»... 8 5.3 Consommations du poste «Volets»... 10 5.4 Consommations du poste «Ventilation»... 11 5.5 Consommations du poste «Informatique»... 12 5.6 Consommations du poste «Cuisine»... 14 6. Résultats des mesures de température... 15 6.1 Mesures... 15 6.2 Conclusions... 17 7. Préconisations... 18 Version 1.3 du 22 Avril 2011 Auteur : Vincent LANIESSE Page 1

1. Objectifs Une campagne de mesure a été menée afin de déterminer toutes les consommations électriques au sein des locaux de la société AMOES. L'objectif de la campagne est de comparer la consommation totale par rapport à la moyenne des consommations dans des bâtiments de bureaux en France, et surtout de vérifier qu'elle est bien inférieure au moins quatre fois à cette moyenne, conformément à l'objectif national "Facteur 4". Dans tous les cas, on étudiera la faisabilité d'engager des actions visant à diminuer encore davantage la consommation. 2. Description des bureaux Les bureaux de la société AMOES, sont situés à Asnières-sur-Seine, dans les Hauts-de-Seine. Leur surface totale est de 96m². Durant la campagne de mesures, entre 7 et 8 personnes étaient présentes à plein temps dans les bureaux. Différents termes sont employés dans le rapport, expliqués en détail ci-après : La veille : C est la part de consommation d un appareil / départ alors qu il n est pas utilisé. Marche : C est la part de consommation d un appareil / départ alors qu il est utilisé. Arrêt : C est la part de non-consommation d un appareil / départ. Période «occupation» : C est la période définie de 8h à 20h pendant laquelle sont présents les salariés en semaine. Période «inoccupation» : C est toute la période inverse d occupation, c est-à-dire de 20h à 8h en semaine, et sur toute la plage horaire en week-end. Période «semaine» : Ce sont les jours de la semaine, du lundi au vendredi. Période «week-end» : Ce sont les jours du week-end, samedi et dimanche. Page 2

3. Métrologie mise en œuvre La campagne de mesures électriques s est déroulée du Mardi 15 Février 2011 au Dimanche 27 Mars 2011, soit 41 jours au total. Le changement d heure effectif dans la nuit du Samedi 26 Mars au Dimanche 27 Mars n a pas été pris en compte, car la campagne de mesures s est terminée ce jour là. En ce qui concerne la campagne de mesures des températures, elle s est déroulée du Mardi 15 Février 2011 au Dimanche 03 Avril 2011. Le changement d heure a cette fois-ci bien été appliqué aux résultats, même s il n est pas perturbateur dans notre cas. 4.1 Les mesures électriques Les mesures électriques ont été effectuées à l aide d un système multivoies (MULTIVOIES d Omégawatt). Ce dernier permet la mesure électrique simultanée de plusieurs départs en tableau. Il se compose de 3 éléments: o Le concentrateur, qui permet d effectuer une prise de tension et de communiquer par infrarouge avec le palm o Un palm permettant la programmation et l enregistrement des mesures sur l ensemble. o Les modules, chacun équipés de pinces ampère-métriques permettant la mesure du courant Les pinces ampère-métriques sont associées à un compteur électronique autonome à mémoire qui enregistre la consommation au pas de temps de 10 minutes. Ce dispositif de type «datalogger» stocke les informations pendant toute la durée de la campagne de mesure. La précision des mesures est de 2%. La photo ci-contre montre le câblage réalisé sur le tableau électrique. Page 3

Les postes mesurés concernent : L éclairage : o Secrétariat + couloir o Bureau du fond [1] + Bureau des stagiaires o Cuisine + WC + Local imprimante o Bureau du directeur o Salle de réunion Les volets électriques (nombre de fenêtres) : o Salle de réunion + Cuisine (3) o Secrétariat + Stagiaires (2) o Bureau du fond + Bureau du directeur (4 dont une double) La CTA Les prises de courants (PC) Informatique : o Bureau du directeur o Salle de réunion + moteurs de régulation de la ventilation o Secrétariat + Stagiaires o Bureau de Vincent & Samuel o Bureau de Florence & Jonathan & prises du fond o Local Imprimante + Serveur Les prises de courant (PC) de la cuisine 4.2 Les mesures de température Les températures intérieures ont été mesurées et enregistrées au pas de temps de 10 minutes via des capteurs autonomes (voir photo ci-dessous) placés dans les bureaux à 1m du sol, aux endroits suivants : 1 dans le bureau du directeur sur le rebord de la fenêtre 1 dans l open-space sur l étagère proche de la cloison avec le secrétariat 1 dans la salle de réunion sur l étagère proche de la porte d entrée [1] Le «fond» désigne l extrémité de l open-space. Cela correspond à la surface murale qui fait l angle du bâtiment et qui donne sur le carrefour. Page 4

Le schéma ci-dessous indique la localisation des capteurs au sein de bureaux. 4. Traitement des données 4.1 Données électriques Toutes les données récoltées ont été placées dans un fichier de données permettant un traitement aisé des informations. Il contient toutes les informations de la campagne de mesure (tension, puissance moyenne relevée sur le pas de temps, numéro de voie ).A partir de là, on calcule ensuite pour chaque jour type et chaque heure la puissance moyenne appelée pendant la période de mesure pour chaque départ. On dénombre deux jours types, qui sont identifiés par «semaine» et «week-end» correspondant respectivement aux jours ouvrés et non-ouvrés. Ils ont comme référence la moyenne journalière par jour type, calculée sur l ensemble de la période. Les données ayant été enregistrées sur une durée inférieure à un an, les valeurs de puissance sont extrapolées pour obtenir une consommation annuelle proportionnellement au nombre de jours. Cette méthode simplifiée ne permet pas de tenir compte d une variation saisonnière de l éclairage mais permet une estimation de la fourchette haute des consommations. 4.2 Données des températures Le traitement est le même que pour les données électriques. Les températures sont moyennées sur une heure. On s intéressera à 2 périodes types: la période d occupation qui correspond aux heures de bureaux de 8h à 20h en semaine la période d inoccupation qui correspond à tout le reste du temps, y compris les week-ends. Page 5

5. Résultats des mesures électriques 5.1 Consommations totales La puissance maximale appelée sur la période est de 2.6 kw. La consommation totale sur toute la période est de 170 kwh, soit environ 131 kwh sur 1 mois. Si on extrapole cette valeur à l année comme expliqué précédemment, on peut estimer la consommation annuelle à 1 597 kwh. Ces valeurs sont cohérentes avec la valeur de 1 533 kwh relevée au compteur l an dernier entre Février 2010 et Mars 2011 et valident l hypothèse de la fourchette haute de consommation 2. En supposant une consommation annuelle moyenne de 1 597 kwh, on obtient une consommation surfacique de 16,6 kwh/m².an ou de 52,6 kwhep/m².an avec un coefficient de conversion de l énergie égal à 3,17. Comparons ces valeurs à celle du bâtiment de l INEED, livré en 2006 et qui était en 2009, le bâtiment de bureaux le moins consommateur de France : 17,5 kwh/(m².an) en énergie finale. Rappelons aussi la consommation moyenne des bâtiments de bureaux 3 : 35 et 100 kwh/(m 2.an). La consommation totale électrique des bureaux d AMOES est inférieure à celle de l INEED et à 4 fois la consommation moyenne des bureaux en France. La «Figure 1 : Consommation électrique du 15/02 au 27/03 2011» nous montre la consommation globale sur toute la période étudiée (moyennées à la journée). La «Figure 2 : Puissance électrique appelée du 15/02 au 27/03 2011» indique le tracé de la puissance appelée à tout instant sur toute la période étudiée. Observation de la consommation électrique du 15/02 au 27/03 2011 Consommation globale par jour Conso Elec (kwh/jour) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Journée d inauguration Figure 1 : Consommation électrique du 15/02 au 27/03 2011 2 1533 kwh sur 14 mois relevés soit environ 1300 kwh annuels 3 Source : www.energieplus-lesite.be Page 6

Etude des Consommations Electriques et Mesures de Températures dans les bureaux d AMOES Puissance électrique appelée du 15/02 au 27/03 2011 Puissance max appelée : 2,6 kw Puissance (W) 3 000 Puissance appelée (W)) Journée d inauguration : 2,5 kw 2 500 2 000 1 500 1 000 500 0 Talon de puissance : 38W Figure 2 : Puissance électrique appelée du 15/02 au 27/03 2011 La puissance maximale appelée est de 2,6kW. Le talon de puissance observé en permanence atteint 38W. La consommation moyenne journalière est de 5.4 kwh en semaine. Le week-end on observe une consommation de veille de 0.9 kwh/jour. On notera la consommation exceptionnelle du Lundi 28 Février lors de la journée d inauguration de presque 9 kwh ce jour là. La «Figure 3 : Répartition des consommations» représentée ci-dessous, indique la répartition de la consommation en fonction des différents postes étudiés. Elle est identique à la répartition des coûts. Répartition des consommations d'électricité sur l'ensemble de la période Eclairage Volets CTA PC Cuisine PC Info Consommation sur la période : 170 kwh 21 kwh 12% 13 kwh 8% 9% 87 kwh 51% 15 kwh 20% 34 kwh Figure 3 : Répartition des consommations L informatique représente 51% de la consommation d électricité, viennent ensuite la cuisine, puis l éclairage. Ce poste avec 12% de la consommation totale n est pas donc pas un problème prioritaire. Les volets électriques en revanche ont une part de 8% alors qu ils ne sont utilisés que deux fois par jour. Page 7

Si l on s intéresse maintenant à la répartition de la consommation entre les différents états «en occupation» et «hors occupation», on s aperçoit qu un tiers des consommations ont lieu en dehors de la période d occupation des bureaux. S il est normal que cette valeur ne soit pas nulle car certains appareils doivent fonctionner pendant cette période : régulation de chauffage, réfrigérateur, la part qu elle représente est trop élevée. L évolution d un jour type est calculée sur la moyenne totale des jours ouvrés et non-ouvrés de l ensemble de la période. La «Figure 4 : Courbe de charge - Total» nous montre la puissance moyenne horaire (en W) appelée au fil de la journée. Courbe de charge sur une journée - Total Puissance moyenne (W) 700 600 500 400 300 200 100 0 Total en week end Total en semaine Figure 4 : Courbe de charge - Total Remarques : les bureaux sont occupés de 8h00 à 20h00 en moyenne le pic de puissance a lieu à 13h, heure du repas en fin de journée, la hausse en fin de journée correspond à l allumage des luminaires puisque l éclairement naturel baisse Les paragraphes suivants présentent les résultats des mesures des différents postes instrumentés. 5.2 Consommations du poste «éclairage» La consommation totale du poste «éclairage» est de 20.6 kwh, soit 1.91 kwh/m².an pour une puissance maximale appelée de 521 W. Page 8

Courbe de charge sur une journée - Eclairage Puissance moyenne (W) 140 120 100 80 60 40 20 0 Eclairage en week end Eclairage en semaine Figure 5 : Courbe de charge - Eclairage On remarquera que l éclairage est utilisé de façon pertinente : Le niveau de l éclairage correspond au niveau d éclairement naturel observé à cette période de l année (Février-Mars) : le lever du soleil a lieu entre 7 et 8h et l éclairement naturel généralement satisfaisant. L éclairage des bureaux est modéré. En revanche, le coucher du soleil ayant lieu vers 18h, l éclairement artificiel augmente à partir de 17h. Les appels de puissance ont lieu pendant les heures de fonctionnement des bureaux entre 8h et 20h à quelques exceptions plus tard le soir ou les week-ends. La consommation moyenne hebdomadaire de l éclairage baisse entre la première semaine de février et la dernière de mars (voir «Figure 6 : Evolution de l élément Eclairage»). Cela s explique par un temps plus ensoleillé et l augmentation de la durée du jour et du nombre d heures d ensoleillement. Evolution de la consommation électrique de l'éclairage par semaine Eclairage en semaine kwh/semaine 6 5 4 3 2 1 0 Figure 6 : Evolution de l élément Eclairage Entre le mois de février et le mois de mars, la consommation hebdomadaire a été divisée par un facteur 4,5. Page 9

5.3 Consommations du poste «Volets» La consommation totale du poste «volets» est de 12.7 kwh, soit 1.18 kwh/m².an pour une puissance maximale appelée de 45 W. Courbe de charge sur une journée type- Volets Puissance appelée (W) 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Volets en semaine Volets en week end Figure 7 : Courbe de charges - Volets On relève une puissance de veille de l ordre de 13 W, soit 1.44 W par volet et une puissance maximale appelée au moment de monter les volets de 45 W (5W de moins lors de la descente). La consommation des volets est constante et égale à 315 Wh par jour. La consommation en veille représente 96% de la consommation totale! Répartition de la consommation - Volets Veille 4% Marche 96% Figure 8 : Veille des Volets Page 10

5.4 Consommations du poste «Ventilation» La consommation totale du poste «Ventilation» est de 15 kwh pour une puissance maximale appelée de 190 W. Le fonctionnement de la CTA n est pas automatisé ainsi certains jours la CTA n a fonctionné que 2h ou 3h, contre 8h ou 10h habituellement ou au contraire elle a fonctionné pendant 24h. La journée du 28 Février, jour de l inauguration, on relève un pic de fonctionnement avec une puissance maximale appelée de 190 W. Si l on exclut ces jours particuliers, la courbe de charge sur une journée type est la suivante : Courbe de charge sur une journée - CTA CTA en week end CTA en semaine Puissance moyenne (W) 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Figure 9 : Courbe de charges Ventilation Remarques : La puissance de veille est de l ordre de 8 W, contre une puissance appelée en fonctionnement de 34 W. En période d occupation, la consommation est de 0,2 Wh/m3 (avec un débit de 200m3/h). Les bureaux sont occupés environ 30% de temps sur une semaine (5 jours de 10h) or la CTA est en fonctionnement 52% du temps. La consommation de veille représente 48% de la consommation totale de la CTA. Page 11

Répartition des consommations - Ventilation 52% 48% Veille Marche Figure 10 : Veille de la ventilation 5.5 Consommations du poste «Informatique» La consommation totale du poste «Informatique» est de 86.7 kwh, soit 8.04 kwh/m².an pour une puissance maximale appelée de 1 478 W. Courbe de charge sur une journée - Informatique Puissance moyenne (W) 300 250 200 150 100 50 0 PC Info en week end PC Info en semaine Figure 11 : Courbe de charge - Informatique On remarque le creux de 13h, qui correspond à la pause déjeuner du personnel et la puissance constante entre 10h et 18h horaires pendant lesquels tous les salariés sont présents. On en déduit une puissance moyenne de 30W par ordinateur portable. Il est ici très difficile de déterminer le taux de fonctionnement de veille des ordinateurs. Il aurait fallut pour cela avoir une mesure précise dédiée à chaque ordinateur. La «Figure 12 : Répartition de l'informatique» indique la répartition de la consommation des éléments informatique (ordinateurs portables, serveur, imprimantes et toutes les prises de courant sur les postes de travail). Page 12

Etude des Consommations Electriques et Mesures de Températures dans les bureaux d AMOES Répartition des consommations d'électricité sur les PC Info sur l'ensemble de la période Bureautique Serveur + Imprimante Salle de réunion + Regule ventilation 6% 34% 60% Figure 12 : Répartition de l'informatique La part de la bureautique est normale étant donné que cela concerne tous les ordinateurs, écrans, lampes de bureau, imprimante locale. On remarque une part importante du poste «serveur + Imprimante». Cela correspond au local informatique où est entreposé le serveur avec l imprimante principale. Cette consommation est importante et surtout due à un appareil indéterminé qui reste branché 7jours sur 7. La «Figure 13 : Répartition des postes de travail» indique la répartition des consommations du poste bureautique précédent par poste de travail. Répartition des consommations de chaque poste de travail Conso période : 53 kwh PC Bureau Damien PC Secrétariat + Stage PC Vincent + Samuel 24% PC Flo+Jo+Fond 11% 43% 22% Figure 13 : Répartition des postes de travail Elle reflète bien la répartition du nombre de postes de travail : - 1 personne sur le poste «Bureau Damien» - 2 personnes sur le poste «Vincent & Samuel» - 2 personnes sur le poste «Florence & Jonathan & Fond» - 3 personnes en moyenne sur le poste «Secrétariat & Stagiaires» Page 13

La consommation moyenne d un poste de travail est de 155 Wh/pers/jr sur l ensemble de la période. 5.6 Consommations du poste «Cuisine» La consommation totale du poste «Informatique» est de 33.6 kwh, soit 3.12 kwh/m².an pour une puissance maximale appelée de 2 258 W. Courbe de charge sur une journée - Cuisine Puissance moyenne (W) 400 350 300 250 200 150 100 50 0 PC Cuisine en week end PC Cuisine en semaine Figure 14 : Courbe de charge - Cuisine La cuisine est équipée : - D un réfrigérateur de 100 L, d une plaque électrique de 1700 W, d un micro-onde, d une cafetière et d une bouilloire électrique. Les 2 pics de consommation ont lieu le matin vers 9h, pour faire du café/thé où lors de l ouverture répétée du réfrigérateur et entre 12h et 14h lors de la pause déjeuner. Ces pics sont plus ou moins importants selon les jours. La puissance moyenne horaire maximale appelée est de 1.3 kw. La veille de la cuisine est importante, «Figure 15 : Veille de la cuisine», à cause du réfrigérateur, qui bien entendu reste allumé jour et nuit. Page 14

Répartition des consommations- Cuisine Arret Veille Marche 1% 29% 70% Figure 15 : Veille de la cuisine 6. Résultats des mesures de température 6.1 Mesures Les bureaux d AMOES sont chauffés par 4 radiateurs placés dans les pièces principales : le bureau du directeur, le secrétariat, la salle de réunion et l open-space. Chaque radiateur est régulé par une sonde de température qui commande un moteur électrothermique tout ou rien placé sur le radiateur. La consigne de chauffage est de 19 C en période d occupation et de 16 C la nuit et les weekends. Courbes de fréquences cumulées de la température moyenne globale Open-Space Bureau du directeur Salle de réunion 26 24 22 20 18 16 14 Figure 16 : Températures relevées au cours de la période Page 15

Le tableau suivant récapitule les températures minimales, maximales et moyennes observées. Température Inoccupation Occupation Moyenne 18.7 C 19.9 C Minimale 16.5 C 17.5 C Maximale 21.4 C 22.6 C Valeurs moyennes des températures Le graphique de la «Figure 17 : Température moyennes par jourerreur! Source du renvoi introuvable.» présente les fréquences cumulées des températures observées sur la période de mesures. Courbes de fréquences cumulées de la température moyenne globale 23.0 22.0 Occupation Consigne 19 C la semaine Inoccupation Consigne 16 C le week-end Température C 21.0 20.0 19.0 18.0 17.0 16.0 15.0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Figure 17 : Température moyennes par jour En période d occupation : La température moyenne est de 19,9 C. Les dépassements de consigne ont lieu 85% du temps. La surchauffe est modérée puisque la température maximale moyenne observée vaut 22,6 C. Ils sont dus principalement aux apports internes. La température minimale moyenne est de 17.5 C. Cette valeur inférieure à la température de consigne est probablement due au système de gestion automatique de la relance par la régulation. L ouverture de la vanne est commandée et adaptée en fonction de la température extérieure et de la température de consigne. Les commandes sont mémorisées. Plus l installation est ancienne meilleure sera le fonctionnement. Page 16

En période d inoccupation : La température minimale moyenne vaut 16,5 C. Ceci signifie que le chauffage n a quasiment jamais fonctionné la nuit ou les weekends en février/mars. Seul le bureau du directeur est tombé en dessous de 16 C pendant 1% du temps. La «Erreur! Source du renvoi introuvable. montre l écart de température entre le bureau du directeur et la salle de réunion avec l open-space. Ce dernier est pris comme référence. Courbes de fréquences cumulées de la température moyenne par rapport à l'open-space en période d'occupation dt Salle de réunion dt Bureau du directeur 3.00 2.00 1.00 0.00 0% -1.00 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% -2.00-3.00-4.00-5.00 Figure 18 : Différence de température avec l Open-Space : Période d occupation Des fluctuations de température sont observées dans le bureau du directeur. 2 raisons à cela : Le capteur est positionné sur la fenêtre orientée sud. Le bureau du directeur est probablement plus froid que les autres puisque la porte qui le sépare du local CTA n est pas étanche à l air et que ce local et hors de l enveloppe chauffée. La salle de réunion ne bénéficie d aucun apport interne ci ce n est pendant les réunions ou la pause déjeuner. Il est donc normal que les températures observées soient plus basses que celle de l open-space. Néanmoins le nombre d heures où la température est inférieure à la température de consigne parait élevé : 40% du temps en occupation. Peut être dû à la position de la sonde sur la fenêtre? 6.2 Conclusions Pendant la période de mesures, en février mars : La température de consigne est dépassée 85% du temps en occupation. La température maximale moyenne (de l ensemble des bureaux) observée est de 22,6 C. La température minimale moyenne est de 16,5 C. Les radiateurs ne se sont donc pas mis en route la nuit et les weekends. La gestion de la relance n est pas encore tout au fait point après xxx mois de fonctionnement: 15% du temps les températures sont au-dessous de la température de consigne en occupation. Page 17

La position de la sonde ou du capteur de température sur la fenêtre n est pas judicieuse. Ils devraient être placés au centre de la pièce. 7. Préconisations La consommation électrique des bureaux d AMOES est de 16,6 kwh/(m 2.an), dont la moitié concerne la bureautique. Pour référence, la consommation moyenne des bureaux en France est très variable 4 : de 18 à 100 kwh/(m 2.an). AMOES est dans la fourchette basse de cette moyenne et compte donc parmi les bureaux que l on peut qualifier de très économes. Le tableau ci-dessous indique les mesures à prendre pour réduire encore davantage ces consommations ainsi que les économies qui en découleraient. Préconisation Economie Puissance souscrite Changement de la puissance d abonnement à 3 kva Baisse du prix de l abonnement. Eclairage Informatique Eteindre les luminaires quand l éclairement naturel est suffisant Vérifier le fonctionnement du luminaire avec gradateur, le réparer si besoin Configurer les postes de travail pour mettre en place une mise en veille prolongée Pour cela il faut aller dans les propriétés d affichage de l ordinateur (généralement clique droit sur le bureau puis propriétés). Dans l onglet Ecran de veille, puis Gestion de l alimentation, tous les paramètres sont programmables. On peut donc configurer son ordinateur pour que la mise en veille soit automatique au bout de 5min ou 10min d inactivité. Eteindre la multiprise en période d inoccupation. Même éteints, les transformateurs des ordinateurs consomment de l électricité! Eteindre complètement le dispositif lors des périodes d inoccupation Automatiser la mise en route Pour cela il faut installer une horloge programmable dans l armoire électrique. CTA 27% d économie sur la CTA 2.4% d économie sur la facture Volets Eteindre complètement le dispositif lors des périodes d inoccupation 57% d économie sur les Volets 4.6% d économie sur la facture 4 17,7 pour les bureaux de l INEED, le bâtiment le moins consommateur de France Page 18

Pour cela il faut installer une horloge programmable dans l armoire électrique (voir ci-dessus). Cuisine Régler la température intérieure du réfrigérateur sur 5 C et nettoyer la grille arrière Optimiser la cuisson en utilisant des accessoires adaptés (casseroles, couvercles), et en profitant de la chaleur de la plaque après extinction. L application de toutes ces préconisations très simples permettrait de réduire la consommation électrique des bureaux d AMOES de 7% pour obtenir une consommation en énergie primaire de 48.9 kwh ep /(m².an). Page 19