Guide de projet: Audit énergétique: Appareils enfichables The Gaia Project 270 Rookwood Avenue Fredericton, NB E3B 2M2 1 (877) 442 4136 www.thegaiaproject.ca contact@thegaiaproject.ca
Audit énergétique : Appareils enfichables Un guide permettant de réaliser un inventaire des appareils enfichables dans un édifice et de réaliser un suivi des améliorations avec votre classe, dans le cadre d un plan de viabilité. Tous droits réservés 2011 The Gaia Project. Dernière mise à jour le 24 janvier 2011. Toute reproduction des documents de The Gaia Project, à des fins commerciales, est strictement interdite sans l'obtention préalable d'une permission sous forme écrite. The Gaia Project est un organisme à but non lucratif qui se consacre à fournir des expériences d'apprentissage par projet sur les thèmes de l'énergie, l'environnement et l'ingénierie viable. Nous avons développé des projets, offert du développement professionnel, ainsi que du support technique et de l'appui continu aux enseignant(e)s et élèves durant leurs démarches de projet. Nos projets visent à respecter trois principes clés, symbolisant notre devise d'environnementalisme réaliste. 1. Prise de décisions appuyées par des données Nous voulons que les élèves expliquent et quantifient l'effet de chacune de leurs décisions adoptées tout au long du processus menant à une solution finale. 2. Évaluation économique Nous voulons que les élèves puissent évaluer la rentabilité des solutions proposées et être en mesure d'optimiser les projets sous des budgets limités. 3. Évaluation de l impact environnemental et du cycle de vie Nous voulons que les élèves adoptent une approche holistique dans le cadre des projets en observant le cycle vital complet des solutions, c'est à dire du berceau au tombeau, plutôt que de se limiter à la phase d'utilisation, et prendre conscience que la réduction des émissions de gaz à effet de serre n'est pas le seul problème environnemental en jeu. Pour de plus amples informations, veuillez visiter le www.thegaiaproject.ca The Gaia Project 270 Rookwood Avenue Fredericton, NB E3B 2M2 Canada 1 (877) 442 4136 contact@thegaiaproject.ca Ce guide a été préparé grâce à l appui de: Ministère de l environnement La Fondation McCain Irving Oil La Fondation R. Howard Webster Dillon Consulting Airfire Telephone and Data Stantec TD Waterhouse Contribution sur la page couverture Plugged In image de Sandra Marek sous la licence Creative Commons BY ND 2.0
Appareils enfichables Les appareils enfichables représentent l'ensemble des appareils qui sont branchés sur des prises murales standards. Plusieurs de ces appareils sont petits et insignifiants, mais ils représentent la source de consommation d'énergie la plus grandissante dans nos demeures à mesure que nous y ajoutons de la technologie additionnelle. Discussion avec vos élèves Demandez aux élèves de regarder autour d'eux, dans la salle de classe, et de déterminer combien d'appareils y sont branchés? Demandez leur s'ils ont une idée combien de pouvoir électrique utilise un appareil typique tel qu'un écran SMARTboard ou un ordinateur portable. Parmi les types d'appareils électriques se retrouvant dans la pièce, lesquels n'y étaient possiblement pas 5 ans passés? Inventaire des appareils Établir un inventaire des appareils enfichables est une première et importante étape dans l'évaluation de la consommation d'énergie. Cet inventaire porte simplement sur l'ensemble des appareils, leur localisation et leur consommation moyenne d'électricité. Il existe une distinction importante ici, celle entre la Puissance et l'énergie. La puissance est mesurée en Watts (Joules par seconde) et représente le taux auquel l'énergie électrique est convertie pour réaliser un travail. L'énergie, quant à elle, est mesurée en Watt heures, ou plus familièrement, en Kilowatt heures et représente le taux auquel l'électricité est utilisée. À la maison, par exemple, les gens sont facturés en fonction du nombre de Kilowattheures consommés par leur domicile au cours d'un mois donné. Réaliser un inventaire est aussi simple que de compter le nombre d'appareils enfichables en utilisation dans un édifice. Il n'est pas nécessaire d'analyser chacune des charges individuellement par exemple, il peut y avoir plusieurs ordinateurs identiques dans une pièce. Un exemple de cet inventaire est présenté au Tableau 1. Tableau 1: Inventaire des appareils enfichables Pièce Appareil Quantité Salle 1 Ordinateur (HP1234) 4 Ordinateur (HP5678) 3 SMARTboard 1 Ressources Essentielles Audit énergétique: The Gaia Project http://www.thegaiaproject.ca/projects/ sustainability planning/energy Plan de viabilité: The Gaia Project http://www.thegaiaproject.ca/projects/ sustainability planning Ressources Additionnelles Puissance Électrique http://en.wikipedia.org/wiki/puissance (physique) Kilowatt Heure http://en.wikipedia.org/wiki/kilowatt heure 1 Audit énergétique: Appareils enfichables
The Gaia Project 2 Déterminer la puissance requise La plupart des appareils électriques portent une étiquette indiquant les spécifications se rapportant au produit. Ceci inclura habituellement des valeurs telles que les voltage le courant et la puissance. Un exemple est présenté à la Figure 1. Figure 1: Exemple d'étiquette sur un appareil Un problème est que ces étiquettes sont habituellement écrites en fonction des conditions d'opération maximales, donc ne considèrent souvent pas le facteur de puissance, et pour cette raison ne devraient généralement pas être utilisés comme référence. Plusieurs appareils sont munis de modes d'opération multiples. Une photocopieuse par exemple aura: Réchauffement Numérisation Impression Stand by Mode veille De son côté, un réfrigérateur aura généralement deux modes principaux: Compresseur en marche Compresseur arrêté Chacun de ces modes auront des besoins en puissance différents. La puissance requise par ces appareils éclectiques peut être déterminée de différentes façons. Il faut se rappeler qu'il n,est pas essentiel d'analyser chacune des charges électriques un tableau SMARTboard a probablement les mêmes propriétés qu'une autre (en assumant qu'elles sont du même modèle). Compteur Watts Up? La façon la plus efficace de déterminer le niveau de puissance d'un appareil électrique est d'utiliser le compteur Watts Up?. On peut brancher l'appareil en question sur ce compteur et, en observant les divers mode d'opération de l'appareil, on peut lire la puissance approximative (en Watts) sur l'écran du compteur ou encore télécharger les données sur un ordinateur après enregistrement par l'appareil. On peut maintenant retourner au Tableau 1 pour y inclure l'information additionnelle et obtenir ce qu'on retrouve à la fin du présent document [Tableau 2]. Il peut s'avérer difficile d'analyser chacun des modes d'opération d'un appareil, et parfois il se peut que ça ne soit pas même nécessaire. Par exemple, des appareils qui fonctionnent pendant 24 heures par jour, sur une base constante, peuvent avoir différents modes d'opération, mais puisque ces modes ne sont pas dépendant de l'utilisateur, il n'est pas nécessaire d'en connaître les détails. On peut plutôt déterminer la puissance moyenne. Par exemple, une machine distributrice ou un réfrigérateur peut être branché sur un compteur Watts Up? et laissé en opération pendant une semaine. Les données peuvent ensuite être analysées et la consommation moyenne d'électricité peut ainsi être obtenu.
On peut voir un exemple de ces résultats au Tableau 3 [voir à la fin du présent document]. Compteur à pinces AC/DC Ce n'est pas tous les appareils que nous pouvons analyser à l'aide du compteur Watts Up?. Plusieurs appareils plus larges sont branchés directement sur une tension de 220V, ou à partir de prises de courant différentes. Ces appareils possèdent souvent leur propre disjoncteur à l'intérieur de tableau de contrôle des circuits (panneau électrique), et il se peut qu'il soit possible (manipulation non recommandée pour les élèves!) de déterminer la valeur du courant qui traverse l'appareil. Alternativement, on peut utiliser une rallonge électrique compatible avec 220V et retirer les couches d'isolants qui recouvrent les fils de l'autre extrémité afin de les exposer (en les gardant toutefois isolés les uns des autres individuellement), puis raccorder le compteur AC/DC à un seul conducteur. Facteur de puissance Plusieurs appareils électriques contiennent des puissances réactives qui réagissent en réponse à la quantité de courant traversant l'appareil. Contrairement aux appareils enfichables, des puissances résistantes (telles que le chauffage et l'éclairage) ne réagissent pas au courant qui les traverse. Les puissances réactives contiennent des condensateurs et des inducteurs, tel que dans les moteurs où on retrouve de l'interférence entre des champs magnétiques et électriques. Dans ces puissances réactives, l'énergie est temporairement emmagasinée dans ces champs magnétique et électrique à l'intérieur de l'appareil avant d'être renvoyé au réseau électrique d'alimentation. Cette énergie vient s'ajouter à celle qui est consommée par la puissance réalisant le travail de l'appareil. Parce qu'une puissance réactive attire en fait plus de courant électrique qu'elle en utilise, il semblera que l'appareil fonctionnera à puissance plus élevée qu'il le fait réellement. On appelle cette puissance supplémentaire la puissance apparente. La puissance réelle est utilisée pour définir la quantité réelle d'énergie consommée par un appareil. La puissance apparente peut être calculée en mesurant la valeur du courant traversant l'appareil et en la multipliant avec la tension (voltage) conduisant ce courant. Puissance apparente (W) = Voltage (Volts) x Courant (Amps) La puissance réelle est toujours moindre ou équivalente à la puissance apparente, et cette différence est attribuable à ce que l'on appelle le facteur de puissance. Puissance réelle (Watts) = Voltage (Volts) x Courant (Amps) x Facteur de puissance (%) Ce facteur de puissance est une valeur qui définie la relation entre la puissance réellement utilisée et la puissance apparente de l'appareil. Puissance réelle (W) Facteur de puissance = Puissance apparente (W) Quelques éléments dont on doit se rappeler: La puissance réelle est celle qui définie la consommation réelle pour laquelle on est facturés. Les appareils tels que les installations d'éclairage ont typiquement un facteur de puissance qui se situe autour de 1, donc 100%, alors que les moteurs tendent à avoir un facteur de puissance plus bas. 3 Audit énergétique: Appareils enfichables
The Gaia Project 4 Les facteurs de puissance plus élevés (se rapprochant de 1) sont considérés comme étant meilleurs par les services publiques d'approvisionnement. Certains services facturent même un surplus aux clients pour lesquels les appareils présentent un facteur de puissance faible, pour contribuer à troubler leur système de distribution. Le compteur Watts Up? est capable de mesurer le facteur de puissance directement, une des variables pouvant être sélectionnées lors de la configuration du compteur. Il est important de réaliser que le courant mesuré par le compteur à pinces AC/DC ne vous permettra de calculer que la puissance apparente. Afin de calculer la puissance réelle, on doit inclure le facteur de puissance. On peut déterminer une valeur approximative de ce facteur pour des appareils variés en effectuant une recherche en ligne, ou en consultant les manuels d'utilisation des appareils. Temps d'utilisation Connaître simplement le nombre d'appareils électriques et les puissances d'opération ne suffit pas à l'évaluation de la quantité d'énergie associée aux puissances de appareils. Cette quantité d'énergie dépend évidemment du temps durant lequel l'appareil est utilisé, peu importe le mode d'opération. Observation La façon la plus efficace de déterminer la durée d'opération d'un appareil est en observant ce dernier. Ceci peut être réalisé par l'observation en personne (soit en continu ou en vérifiant de façon intermittente) toutefois, ceci n'est probablement pas une option viable pendant la nuit. Heureusement, des dispositifs de collecte de données sont à portée de main (Watts Up? Pro). Raccorder un de ces dispositifs d'enregistrement à un appareil enfichable pendant une certaine période permettra une cueillette de données associées à l'énergie consommée par cet appareil. Il devrait ensuite être possible, par l'analyse de ces données, de révéler à quels moments l'appareil était en opération et sous quels mode il fonctionnait. Il se peut qu'il soit nécessaire de vérifier quelques lectures de données avant de laisser le compteur Watts Up? en collecte continue. Par exemple, avec un ordinateur, il faudrait d'abord déterminer la puissance approximative lorsque l'ordinateur: est utilisé est laissé en marche avec l'écran allumé est laissé en marche avec l'écran éteint est mis en veille est éteint En répondant à de telles questions au préalable, il devient plus facile de dire sous quel mode l'ordinateur opère à un moment donné, ainsi que de déterminer le temps d'opération sous ces divers modes. Il faut se rappeler qu'il n'est pas nécessaire d'analyser chaque appareil individuellement. Par exemple, à l'école, dans un laboratoire d'informatique, il est très probable que tous les ordinateurs auront un temps d'utilisation similaire ou du moins très rapproché. Sondage Un façon rapide de déterminer le temps d'utilisation des appareils est d'effectuer un sondage auprès des utilisateurs de ces appareils. Dans une salle de classe, par
exemple, cet utilisateur serait l'enseignant(e). On voudra alors connaître quels appareils sont mis en marche, et pour combien de temps par jour ils le sont (en heures). Le désavantage du sondage réside dans le fait que les réponses ne sont pas toujours représentatives de la réalité, et ceci pour plusieurs raisons possibles, incluant: Les gens ont tendance à répondre au sondage de la manière qu'il croît devoir y répondre, par exemple pour donner l'impression qu'ils sont écologiquement responsables ou encore pour simplement faire plaisir à l'enquêteur. Alors, lorsqu'on mène un audit de la consommation d'énergie, il est très possible que les personnes sondées seront portées à exagérer leur niveau de bonnes conscience sur le plan de la consommation énergétique en disant qu'elles s'assureront toujours d'éteindre tout les ordinateurs lorsqu'elles quittent le laboratoire, par exemple. Les personnes auprès desquelles le sondage est effectué ne sont pas toujours les seuls à contrôler les appareils qui intéressent l'enquêteur. Bien qu'une personne éteigne tous les ordinateurs en quittant le local à la fin de la journée, elle ne sait pas si 5 minutes plus tard, une autre personne ne viendra pas les allumer à nouveau. Pour ces raisons, les sondages devraient toujours être utilisés avec précaution. Alors, qu'il peut s'avérer impraticable de surveiller chaque appareil, en observer quelques uns permettra de vérifier si leurs temps d'opération se comparent bien aux réponses fournies par les utilisateurs. Ceci permettra de valider les données recueillies par sondages. Utilisation d'énergie La prochaine étape est d'ajouter cet ensemble de données au tableau, le Tableau 4 [voir à la fin du présent document]. On peut maintenant calculer la quantité d'énergie utilisée par jour en multipliant simplement la puissance de l'appareil (Kw) avec son temps d'utilisation (h). Il est important de réaliser qu'une journée peut ne pas être identique à la prochaine particulièrement si l'on compare un jour de la semaine avec un du weekend. Glossaire Puissance apparente Puissances réactives qui tirent plus de courant qu'elles utilisent réellement (partie supplémentaire retournée au réseau), ce qui donne l'impression que l'appareil fonctionne à une puissance plus élevée qu'elle le fait vraiment. Énergie Taux d'utilisation de la puissance électrique. Mesurée en Joules (J), Watt heures (Wh) ou de façon plus commune, kilowatt heures (kwh). Kilowatt Heure Mesure de la consommation d'énergie par des appareils ou des installations électriques. Équivant à 1 Kw de puissance utilisé pendant une période de 1 heure. Puissance Taux auquel l'énergie est convertie en travail. Mesuré en watts (Joules par seconde). 5 Audit énergétique: Appareils enfichables
Facteur de puissance La puissance réelle est toujours plus basse ou égale à la puissance apparente. Le facteur de puissance décrit la relation entre les deux et est mesurée en divisant la puissance réelle par la puissance apparente. Puissances réactives L'opposition à un changement du courant; cette énergie est stockée à l'intérieur des champs électrique et magnétique avant d'être renvoyée au réseau d'alimentation. Ajoutée à la puissance déjà consommée, cette puissance réactive donne ce que l'on appelle la puissance apparente. Puissance réelle La quantité nette de puissance utilisée par un appareil électrique. Valeurs Utiles Énergie 1kWh = 3,600,000 Joules 1 Wh = 3,600 Joules Puissance 1 hp = 746 Watts The Gaia Project 6
7 Audit énergétique: Appareils enfichables Tableau 2: Ajout des données de puissance moyenne pour différents modes Pièce Appareil Nombre Mode Puissance moyenne (Watts) Classe 1 Ordinateur (HP1234) 4 Utilisé 150 Laissé en marche 80 En veille 40 Éteint 2 Ordinateur (HP5678) 3 Utilisé 130 Laissé en marche 50 En veille 10 Éteint 1 Ordinateur (HP1234) 1 En marche 300 En veille 50 Éteint 2 Tableau 3: Ajout des données de puissance moyenne où différents modes ne sont pas pertinents Pièce Appareil Nombre Mode Puissance moyenne (Watts) Cafétéria Machine distributrice 1 1 Moyen 400 Machine distributrice 2 2 Moyen 350
The Gaia Project Tableau 4: Ajout du Temps d'utilisation pour calculer l'énergie utilisée Pièce Appareil Nombre Mode Puissance moyenne (Watts) Classe 1 Ordinateur (HP1234) 4 Utilisé 150 Laissé en marche 80 En veille 40 Éteint 2 Ordinateur (HP5678) 3 Utilisé 130 Laissé en marche 50 En veille 10 Éteint 1 Ordinateur (HP1234) 1 En marche 300 En veille 50 Éteint 2 Temps d'utilisation par jour (heures) 3 4 17 0 3 4 4 13 4 20 0 Énergie utilisée par jour (Wh) 1,800 1,280 2,720 0 1,170 600 120 39 1,200 1,000 0 Énergie utilisée par jour (kwh) 1.80 1.28 2.72 0.00 1.17 0.60 0.12 0.04 1.20 1.00 0.00 Cafétéria Machine distributrice 1 1 Moyen 400 24 9,600 9.60 Machine distributrice 2 2 Moyen 350 24 16,800 16.80 Total 36,329 36.33 8