synthèse de projet de fin...

Synthèse de Projet de Fin d’Études

Projet de fin d’études (PFE) réalisé dans l’entreprise IMAP Armor

Par Giulio GERARDI

TUTEUR INSTITUTIONNEL : Armel JEGOU

TUTEUR ENTREPRISE : Yvon LE GRAND

Institut National des Sciences

Appliquées de Strasbourg

Septembre 2016

Développement des outils d’analyse et de gestion technique du génie

climatique et énergétique

Spécialité Génie Climatique et Energétique 5éme année de formation

Fiche d’objectifs

Titre du PFE :

Comment intégrer et améliorer les outils d’analyses et de gestion énergétique basés sur la

Gestion Technique des installations du génie climatique et énergétique dans l’industrie et le

tertiaire?

Objectifs du PFE :

1. Etude et optimisation de la Gestion Technique des process énergétiques dans une

usine agroalimentaire :

Aider au développement d’un outil de Gestion Technique ayant pour but

l’amélioration énergétique.

Apporter une expertise énergétique dans ce projet.

2. Etude et amélioration de maquettes didactiques (PAC, VMC, Chauffe-Eau solaire),

destinées à l’éducation nationale dans les filières du génie climatique et énergétique :

Expliquer les possibilités qu’apporte la Gestion Technique sur les équipements

CVC par la démonstration.

Apporter un œil critique sur le projet afin d’améliorer la solution proposée.

3. Optimisation de la Gestion Technique dans des bâtiments tertiaires :

Adapter la méthodologie et l’outil d’amélioration énergétique du précèdent

projet aux projets des bâtiments tertiaires.

Compléter l’outil déjà existant pour qu’il soit plus cohérant avec les exigences

du génie climatique dans la gestion et l’amélioration des installations

énergétiques.

Remerciements

J’adresse mes plus sincères remerciements à mon tuteur M. Yvon LE GRAND, gérant de

l’entreprise IMAP Armor pour m’avoir permis de réaliser mon projet de fin d’étude, pour m’avoir

accordé du temps et de l’intérêt durant cette période charnière de mon cursus professionnel.

Je souhaite également remercier mon tuteur institutionnel M. Armel JEGOU, ancien directeur

du COSTIC, pour son soutien chaleureux et le temps qu’il m’aura accordé dans le suivi de ce

projet.

Enfin je remercie l’ensemble du personnel de l’entreprise qui m’aura accordé sa patience, sa

compréhension et qui auront su créer les conditions d’une bonne intégration au sein de

l’entreprise.


Résumé

« Développement des outils d’analyse et de gestion technique du génie climatique et

énergétique »

Les technologies dans le domaine du génie climatique et énergétique ne cessent d’évoluer,

poussées par une augmentation des exigences en matière d’économies d’énergies.

Dans ce contexte, il devient de plus en plus nécessaire de maîtriser et analyser ses

consommations, c’est pourquoi les systèmes de gestion technique centralisée sont de plus en

plus plébiscités. Ces systèmes de gestion technique centralisée sont donc en plein essor et il

est aujourd’hui possible d’y connecter la quasi-totalité des équipements énergétiques.

Cependant, cette technologie est initialement issue du génie électrique et son adaptation à la

gestion des systèmes énergétiques et climatiques n’a pas toujours été conduite dans les

meilleures conditions. En réponse à cette problématique, ce projet vise à faire évoluer les outils

de gestion technique développés par une entreprise d’automatisme dans trois domaines du

génie climatique et énergétique : l’industrie, les bâtiments tertiaires et l’éducation.

Abstract

« Development of analysis and technical management tools in HVAC Engineering »

The HVAC technologies are constantly evolving, driven by an increase of the energy-saving

requirements.

In this respect, it is becoming increasingly necessary to manage and analyse its consumption,

hence the centralised technical management systems are becoming increasingly popular.

Furthermore today it’s possible to connect almost all energy equipment.

But, this technology comes from the electrical engineering and the HVAC systems

management adaptation doesn’t be carried out in the best conditions. Regarding to this

situation, this project is to enhance the technical management tools produced by a company

specialised in the automation. These developments should cover three parts of the HVAC

engineering: the industry, the tertiary premises and the education


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Table des matières

Glossaire des sigles et des abréviations .................................................................................3

1. Mise en situation ................................................................................................................4

1.1. Introduction ..................................................................................................................4

1.2. Présentation de l’entreprise..........................................................................................6

1.3. Présentation du logiciel « LINA Energie » ....................................................................7

1.3.1. Structure d’un réseau de gestion technique ...........................................................7

1.3.2. Le logiciel LINA Energie ........................................................................................7

2. Projet industriel ...................................................................................................................9

2.1. État des lieux avant mise en place du logiciel LINA Energie ......................................10

2.1.1. État des lieux matériel .........................................................................................10

2.1.2. État des lieux méthodologique .............................................................................11

2.2. Mise en place du logiciel LINA Energie ......................................................................12

2.2.1. Définition des objectifs et tâches à réaliser ..........................................................12

2.2.2. Outils et améliorations développés avec le logiciel LINA Energie ........................12

2.3. Synthèse du projet .....................................................................................................23

3. Projet tertiaire ...................................................................................................................24

3.1. Présentation du cas d’étude .......................................................................................24

3.2. Les tâches réalisées ..................................................................................................25

3.2.1. Rapports d’exploitation ........................................................................................25

3.2.2. Support technique aux automaticiens ..................................................................27



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4. Projet éducatif ..................................................................................................................29

4.1. Présentation du projet ................................................................................................29

4.2. État des lieux .............................................................................................................30

4.3. Réalisations ...............................................................................................................31

4.3.1. Objectifs ..............................................................................................................31

4.3.2. Les réalisations ...................................................................................................32


Conclusion ...........................................................................................................................40

Bibliographie ........................................................................................................................41

Sommaire des Annexes .......................................................................................................42


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Glossaire des sigles et des abréviations

3D : 3 Dimensions

CCTP : Cahier des Clauses Techniques Particulières

COP : Coefficient de Performance

COSTIC : Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques

CTA : Centrale de Traitement d'Air

DJU : Degré jour unifié

DREAL : Direction Régional de l’Environnement, de l’Aménagement et du Logement

GCE : Génie Climatique et Énergétique

GTB : Gestion Technique du Bâtiment

GTC : Gestion Technique Centralisée

INSA : Institut National des Sciences Appliquées

MEG : Fluide caloporteur à base de mono-éthylène glycol

NH3 : Ammoniac

OPC : Open Platform Communication

PAC : Pompe À Chaleur

PFE : Projet de Fin d'Études

PID : Proportionnel, Intégral, Dérivée

PME : Petites et Moyennes Entreprises

RAGE : Règles de l’Art Grenelle Environnement 2012

VMC : Ventilation Mécanique Contrôlée


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1. Mise en situation

1.1. Introduction

Les économies d’énergies représentent des enjeux cruciaux d’une part à cause de

l’augmentation du prix des énergies, mais également dans une optique de plus-value sociale

et financière qu’apporte une gestion « raisonné » de ses consommations. Afin de répondre à

ces objectifs, il est nécessaire de pouvoir suivre et maîtriser ses équipements au sein de son

bâtiment.

Les systèmes de Gestion Technique du Bâtiment (GTB) sont de plus en plus sollicités par les

investisseurs. En effet, ils représentent un outil efficace pour le contrôle et le suivi des

consommations.

Les systèmes de GTB aident à assurer les trois services [1] suivants :

La surveillance : assurer la sécurité et la disponibilité des équipements.

La supervision : satisfaire les qualités d’usages des bâtiments dans les meilleures

conditions de coût et d’efficacité.

Le suivi énergétique : connaitre en détail les consommations.

C’est trois services représentent, aujourd’hui, deux marchés dans les systèmes de GTB.

Un premier marché focalisé sur la surveillance et la supervision, ce marché est

principalement dominé par les grandes entreprises de l’automatisme.

Et le second marché est plutôt axé sur le suivi énergétique, et a pour principaux

protagonistes des entreprises d’informatiques industriels.

La supervision et la surveillance sont des fonctions aujourd’hui bien maitrisées. La

problématique dans le secteur est principalement l’interopérabilité des systèmes qui sont la

plupart du temps propriétaires et donc relativement fermés.

La supervision permet une gestion en temps réel des systèmes techniques du bâtiment. Elle

permet, comme cité plus haut, d’assurer et de contrôler les performances et de maintenir en

fonctionnement les équipements connectés. Bien souvent ces supervisions ne sont pas

conçues pour réaliser de la traçabilité et ne possèdent donc pas d’outils pour analyser le

fonctionnement des systèmes.


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Le suivi énergétique a pour objectif d’enregistrer les paramètres des systèmes

énergétiques (températures, pressions, consommations …) afin de les analyser

périodiquement. Ces analyses permettent de réaliser des diagnostics énergétiques et de

pouvoir déterminer des améliorations des systèmes.

Aujourd’hui, la difficulté majeure chez les concepteurs de logiciels de suivi énergétique

correspond à l’utilisation de ces relevés. En effet, bien que les logiciels soient en mesure de

remonter de nombreuses données brutes, ces dernières ne sont pas compréhensibles de tous.

Les clients n’ont pas toujours les connaissances pour exploiter les données et prévoir des

améliorations énergétiques de leurs installations.

Pour répondre à cette problématique, il est nécessaire de créer à partir des données

brutes un ensemble d’outils et d’indicateurs cohérents et adaptés aux différents besoins des

clients.

Une autre problématique des concepteurs de GTB est le manque de connaissances dans le

domaine de l’énergie. Cette lacune a pour conséquence de générer des incohérences dans

les produits (unités fausses, mauvais calculs…) pouvant poser problème aux utilisateurs.

C’est pour répondre à ces deux derniers points que l’entreprise IMAP Armor a élaboré un

projet destiné à un étudiant ingénieur.

Le projet réalisé au sein de cette entreprise s’articule autour de 3 axes principaux :

1. Un projet industriel, dans lequel l’étudiant aura pour tâche :

La maîtrise du logiciel LINA Energie (développé par l’entreprise).

Le développement d’un modèle de gestion technique d’une salle des machines

frigorifiques.

Le développement d’outils d’analyse adaptés au génie énergétique.

2. Un projet tertiaire, dans lequel l’étudiant aura pour tâche :

L’amélioration du logiciel LINA Energie.

Le développement d’un premier modèle de rapport d’exploitation automatisé.

3. Un projet éducatif, basé sur des machines didactiques :

Correction des exercices proposés

Améliorations du contenu éducatif inclus dans LINA Energie


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1.2. Présentation de l’entreprise

La société IMAP Armor est une PME créée en 1997 par

Monsieur Yvon Le Grand.

IMAP Armor est à l’origine du Groupe API (holding

commerciale). Le groupe est implanté en Bretagne, à Rennes (35) et à Yffiniac (22), mais

intervient partout en France et également à l’étranger (Russie, Thaïlande, Tunisie…).

Le groupe compte aujourd’hui dans ses équipes environ 70 salariés, répartis dans les 5 entités

qui le composent : IMAP Armor, IMS Trégor, ISEA Ingénierie, ETC et IMAP 3S.

Chaque entité possède ses spécialités :

Depuis quelques années, le groupe s’est engagé dans le domaine du génie climatique

et énergétique. Dans cette optique, la société a développé le logiciel « LINA Energie » orienté

sur la gestion technique, la traçabilité et l’analyse des données énergétiques du secteur

industriel et tertiaire.

Bien que possédant des compétences solides dans le domaine de l’électricité, de

l’automatisme et de l’informatique, les compétences dans le domaine de l’énergie font défaut

à l’entreprise.

Afin de répondre à ce marché de plus en plus exigeant et porteur, l’entreprise a décidé

d’intégrer à son équipe un étudiant ingénieur en génie climatique et énergétique.

- Automatisme industriel - Electricité industrielle

- Mécanique industrielle

- Informatique industrielle

- Domotique

- GTB

- Electricité tertiaire

- Réseaux de communication

- Automatisme industriel - Electricité industrielle


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1.3. Présentation du logiciel « LINA Energie »

Avant de parler de LINA Energie, il est important de comprendre quelle est la structure

type d’une gestion technique développée par IMAP Armor.

1.3.1. Structure d’un réseau de gestion technique

L’entreprise conçoit ses systèmes de gestions techniques suivant une architecture à 3

niveaux (Figure 1, page 7) :

Niveau terrain :

On retrouvera les différents organes

de mesures, d’actions et de

contrôles de l’installation.

Chaque organe de terrain

communique avec le niveau

supérieur à l’aide d’un protocole de

communication.

Niveau automatisme et régulation :

À ce niveau, les données sont

regroupées dans un « automate de

tête » et vont alors subir une

première phase de conversion afin

d’être transmises dans un seul langage (dépendant du système d’automatisme utilisé).

L’automate va également réaliser, au besoin, des calculs préliminaires à partir des données

qui lui sont transmises.

Niveau système de gestion technique :

Ce dernier niveau communique avec le niveau inférieur à l’aide d’un serveur OPC. Un serveur

OPC est une interface de communication permettant une interopérabilité entre la plateforme

Windows et les programmes de contrôle de processus des automates. [2]

On retrouve dans ce niveau les logiciels d’exploitations de données comme LINA Energie qui

sont connectés à une base de données permettant l’enregistrement des données collectées

sur l’installation. C’est à ce niveau que l’étudiant ingénieur va intervenir (encadré rouge).

1.3.2. Le logiciel LINA Energie

La plateforme LINA Pro est un ensemble de logiciels de gestion de bâtiment au sens

du guide RAGE [1] (gestion technique, gestion d’infrastructure, gestion administrative) et de

gestion de processus industriels.

Figure 1 - Schéma type d'une architecture réseau


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LINA Energie fait partie des 3 logiciels de gestion de bâtiment et plus précisément de la partie

gestion technique.

Le logiciel est subdivisé en 6 thèmes : Impliquer, Mesurer, Analyser, Alerter, Piloter,

Paramétrer. Chaque thème possède un objectif et est composé d’outils adaptés :

1. Impliquer : permettre aux utilisateurs de comprendre et s’impliquer dans la gestion des

énergies du bâtiment.

2. Mesurer : apporter des outils de visualisation des données énergétiques de

l’installation.

3. Analyser : apporter aux utilisateurs des outils permettant de réaliser des calculs ainsi

que des graphiques afin de pouvoir analyser les données du site.

4. Alerter : visualiser en temps réel les défauts de l’installation et prévenir le personnel

selon des scénarii définis.

5. Piloter : apporter les outils nécessaires à la gestion en temps réel des installations.

6. Paramétrer : ce thème permet d’accéder à l’ensemble des paramétrages et menus de

création des différents outils du logiciel.

Voici une liste des principaux outils classés par thème :

À cela s’ajoute un module LINA qui s’intègre au logiciel Microsoft Excel permettant l’import de

données de la base de données LINA sur Excel. Ce module a pour première fonction de permettre

l’édition automatique de rapports personnalisables.

Le logiciel apporte beaucoup de contenu, mais nécessite un apprentissage conséquent pour

maîtriser l’ensemble de ses fonctionnalités. Des mises à jours régulières (tous les mois) sont

proposées de façon à améliorer les fonctionnalités existantes et à ajouter de nouveaux outils.

Me

su

rer •Courbes

•Compteurs

Pilo

ter •Supervision

•Horodatage

Analy

ser •Tableaux de

bord

•Analyses des alarmes

•Plan d'action

•Tableaux d'analyses

•Analyses des compteurs

Ale

rte

r •Alarmes

•Scénarios alarmes

Figure 2 - Liste des principaux outils dans LINA Energie


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Ces mises à jour sont soit le fruit de développements internes, soit font suite à des demandes

spécifiques des clients.

Ceci confère au logiciel une grande flexibilité mais dans le même temps, nécessite une implication

importante de la part de l’utilisateur pour exploiter de manière optimale le potentiel de cette suite de

logiciels.

2. Projet industriel

Une partie du PFE a consisté en l’étude et l’élaboration d’outils principalement axés

sur la gestion de la production d’énergies dans une usine agroalimentaire.

Le cas d’étude a eu lieu dans une entreprise

produisant de la charcuterie et d’autres

produits alimentaires. Ce type d’usine

nécessite beaucoup d’énergie frigorifique

afin de maintenir les salles réfrigérantes à

bonnes températures.

Une production d’énergie frigorifique de

3 MW est assurée par un groupe frigorifique

ammoniac (NH3) (voir Figure 3, page 9).

Cette unité frigorifique est principalement composée :

De quatre tours aéroréfrigérantes d’une puissance unitaire maximale de 2,2 MW

servant de condenseurs au système.

De cinq compresseurs à vis de puissances absorbées de 490 kW.

D’une bâche de stockage d’environ 15 m3.

De quatre échangeurs à plaques de puissances nominales 1,75 MW.

De plusieurs détendeurs à flotteurs.

Cette production de froid est couplée à :

une pompe à chaleur NH3 qui permet de récupérer les calories pour produire de l’eau

chaude sanitaire.

Des échangeurs de récupération de chaleur sur le circuit de refroidissement des

compresseurs.

Figure 3 - Représentation 3D de la salle des machines


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2.1. État des lieux avant mise en place du logiciel LINA Energie

2.1.1. État des lieux matériel

L’entreprise qui gère cette salle des machines, fait partie des grandes entreprises

françaises d’exploitation de l’énergie, a en charge la gestion de l’ensemble des groupes de

production énergétique du site.

Ces installations sont pilotées à l’aide d’automates assurant leur pilotage.

Ces automates permettent une certaine visualisation des données en temps réel, voir pour

certaines interfaces plus élaborées, un archivage des données permettant de visualiser les

courbes des paramètres du système. Bien souvent, ces automates de contrôles sont fournis

par les fabricants d’équipements, les rendant ainsi autonomes.

Dans un premier temps, l’entreprise IMAP Armor est intervenue pour la pose d’un automate

qui permettrait la centralisation du pilotage. Voici une représentation du réseau de

l’installation (voir Figure 4, page 10) :

Figure 4 - Schéma de principe du réseau de communication de la salle des machines

Pour cela, une première interface homme/machine a été installée dans le local électrique

adjacent à la salle des machines.

Cette interface était principalement composée d’une supervision (voir Figure 5, page 11)

affichant de manière efficace les paramètres essentiels au contrôle des équipements.


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On pouvait y retrouver principalement les

éléments suivants :

Des alarmes.

Des indicateurs d’états.

L’affichage de données en temps réel.

Des zones de modifications de consignes.

L’outil de supervision en place est

principalement orienté sur le pilotage

d’installation. Le système est conçu afin de

communiquer les ordres émis par un opérateur quasi-instantanément.

En revanche, les possibilités d’analyse des données et de traçabilités de ce superviseur sont

principalement limitées à de l’affichage de courbe.

2.1.2. État des lieux méthodologique

Le contrat d’exploitation de la salle des machines impose une exigence de performance

sur une série de paramètres énergétiques de l’installation dont voici les principaux :

La température du fluide frigorigène en sortie de la salle des machines.

Le COP de production frigorifique de l’installation.

Les consommations électriques de l’installation.

La production d’énergie frigorifique.

Ainsi que des relevées réglementaires destinées à la Direction Régional de l’Environnement,

de l’Aménagement et du Logement (DREAL) concernant le traitement de l’eau des tours

aéroréfrigérantes :

Consommations en eau des tours aéroréfrigérantes.

Le taux de déconcentration de l’eau résiduelle.

Pour cela, l’exploitant doit effectuer ces relevés manuellement et les reporter dans un fichier

Excel afin de réaliser des rapports destinés au client. Ces relevés impliquent la présence d’une

personne sur le site chaque mois et sont source d’erreurs.

Un autre aspect méthodologique est la gestion des défaillances systèmes. En effet,

lors d’un défaut système, l’information n’était pas remonté à l’exploitant et était connue

uniquement lors d’une visite régulière des techniciens ou lorsque le défaut provoquait des

défaillances techniques au sein de l’usine. L’intervention était donc retardée et nécessitait une

première visite pour déterminer les solutions à appliquer afin de faire disparaître le défaut.

Figure 5 - Capture d'écran de la supervision existante


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2.2. Mise en place du logiciel LINA Energie

2.2.1. Définition des objectifs et tâches à réaliser

Les objectifs de l’intégration du logiciel LINA Energie sur le site sont :

Permettre de visualiser le fonctionnement de l’installation à distance.

Réaliser la traçabilité des différents paramètres de l’installation (stockage des données

sur une base de données).

Mettre à disposition des outils d’analyse des données enregistrées.

Avertir le personnel concerné en cas d’apparition de défauts sur les équipements de

l’installation.

Permettre l’export de données par mail.

Créer un modèle de base pour les installations frigorifiques industrielles.

Un ordinateur destiné à l’utilisation du logiciel a donc été installé sur le site. Le paramétrage

du logiciel était limité au minimum :

La création des liens entre les données automates et le logiciel.

La création des graphiques liée à ces données automates.

La réalisation des tâches consistait à :

Créer une supervision équivalente à la supervision déjà existante.

Réaliser des modèles de tableaux d’analyses simplifiant l’exploitation des données.

Réaliser des modèles de graphiques simplifiant l’exploitation des données.

Proposer des tableaux de bord afin de rendre plus rapide l’utilisation des données.

Proposer ou développer des outils permettant d’améliorer le logiciel LINA Energie.

2.2.2. Outils et améliorations développés avec le logiciel LINA Energie

2.2.2.1 La supervision

La supervision est un outil d’aide au pilotage de l’installation. Elle permet de centraliser

les commandes et mesures de capteurs sur un seul écran. LINA Energie est un logiciel

principalement dédié à la traçabilité des installations, ses fonctionnalités de supervision sont

bien adaptées à la visualisation et à l’analyse de données.

Pour être efficace, une supervision LINA Energie devrait être réalisée de manière à :

Permettre de comprendre l’organisation de l’installation à chaque utilisateur.

Mettre à disposition les mesures des capteurs en temps réel.

Mettre en évidence les différents états de fonctionnement de l’installation.

Organiser de manière logique les informations affichées.


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Afficher les graphiques nécessaires à l’exploitation des installations.

Pour répondre à ces critères, voici un exemple de la supervision qui a été réalisée (Figure 6,

page 13):

Une page d’accueil représentant l’ensemble du réseau fluide de l’installation a été

conçue. Cette synoptique permet à l’utilisateur de comprendre le réseau et également

de page de navigation.

Sur chaque page de la supervision est représenté un schéma de principe du groupe

d’équipement correspondant (voir la Figure 6, page 13).

Sur chaque page sont affichées les données essentielles à l’exploitation du site

(mesures des capteurs, présences de défauts…).

L’état de fonctionnement des équipements suit un code couleur permettant une

interprétation rapide (gris = À l’arrêt, Vert = En fonctionnement, jaune = Forçage

manuel, rouge = En défaut).

Les données affichées dans la supervision correspondent à des valeurs instantanées ;

or il est intéressant de donner la possibilité à l’utilisateur de visualiser chaque

paramètre dans le temps. Pour cela, en cliquant sur la donnée, il est possible d’afficher

le graphique lui correspondant.

Figure 6 – Synoptique détaillée de la supervision LINA Energie


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La navigation entre les différents groupes d’équipements est assurée en cliquant sur

le bandeau de navigation ou sur les flèches de navigations à l’extrémité des réseaux

fluides (voir Figure 6, page 13).

Concernant la navigation et la conception de la supervision, plusieurs améliorations ont été

proposées.

Ces améliorations concernent soit :

L’aspect visuel en proposant de nouveaux objets à intégrer à la supervision (images

en mouvement, la création de blocs prédéfinis…).

Les données intégrées à la supervision en proposant de nouveaux outils de

visualisation des données (zone graphique dynamique, infobulles de données,

créations d’objets paramétrés…).

Toutes ces améliorations ont pour objectifs de rendre plus souple et rapide la conception de

la supervision et de fournir un meilleur contenu aux utilisateurs pour satisfaire leurs besoins.

2.2.2.2 Les tableaux d’analyses

LINA Energie offre la possibilité de créer, à partir des données acquises, des tableaux

adaptés à l’analyse périodique. Cet outil est intéressant dans le cadre d’une gestion

d’exploitation. En effet, il permet :

D’effectuer un calcul sur une période (heure, jour, mois) sur chaque donnée intégrée

au tableau.

D’effectuer des calculs entre les colonnes du tableau d’analyse.

D’exploiter les données du tableau d’analyse afin de créer des tableaux croisés

dynamiques et des graphiques.

L’outil n’ayant jamais été exploité auparavant, un des objectifs de ce projet était de réaliser

des modèles pouvant être exploités dans d’autres installations du génie climatique et

énergétique.


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Voici les différents types de tableaux d’analyses réalisées :

COP moyen de la salle des machines (Figure 7, page 15) :

Ces données représentent l’évolution moyenne heure par heure du Coefficient de

Performance (COP) en ce qui concerne :

La production de froid :

Prenant en compte uniquement les consommations liées à la production de froid.

La performance globale de l’installation de froid :

Prenant en compte les consommations annexes pour le fonctionnement de la partie

frigorifique de l’installation.

La performance de production de la PAC :

Prenant en compte uniquement les consommations liées à la production de la PAC.

La performance de toute l’installation :

Prenant en compte toutes les consommations et productions liées à la PAC et au

groupe Frigorifique.

Nous pouvons observer que le COP de production froid (COP contractuel du client) est

supérieur à 3,5 (limite basse du contrat). La PAC est en cours de mise en marche et n’apporte

pas pour l’instant des résultats assez réguliers pour être analysée.

Analyse : au vu des valeurs et de la stabilité du COP de production froid au cours du temps,

l’entreprise d’exploitation envisage de revoir à la hausse le COP contractuel de l’installation.

Figure 7 – Graphique du tableau d'analyse des différents COP de l'installation


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Répartition mensuelle des consommations électriques du site (Figure 8, page 16) :

Les données correspondent à l’ensemble des consommations électriques de la salle des

machines. Les compresseurs représentent la majorité des consommations. Dans ce modèle

de tableau d’analyse, on cherchera à intégrer l’ensemble des consommations afin de pouvoir

déterminer les principaux équipements consommateurs. Ceci permettra de pouvoir cibler les

axes d’optimisation.

Analyse : D’après les relevés, les équipements les plus consommateurs d’énergies sont les

compresseurs (environ 80 % des consommations). Les premières optimisations devront donc

être axées dans un premier temps sur les consommations des compresseurs, puis dans un

second temps sur les consommations des pompes MEG.

Impact de l’usage de la PAC sur les consommations d’eau des tours aéroréfrigérantes :

Ce tableau d’analyse est composé des données de consommations/productions d’un

équipement dont on veut évaluer l’impact sur les consommations d’un autre équipement. Ces

données ont comme référence la donnée finale, par exemple la production frigorifique de

l’installation.

En comparant l’évolution des courbes de chaque donnée, il est possible de déterminer si la

mise en marche d’un équipement influe sur les autres équipements. Par exemple, dans notre

cas, on comparera l’évolution de la consommation d’eau des tours aéroréfrigérantes en

fonction de l’état de marche de la pompe à chaleur de l’installation (Figure 9, page 17).

Figure 8 - Graphique du tableau d'analyse des consommations électriques des équipements


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Analyse :

En observant l’évolution de la consommation d’eau et de la consommation d’électricité de la

PAC (voir Figure 9, page 17), on peut constater que lors de l’utilisation de la PAC, la

consommation d’eau des tours aéroréfrigérantes diminue.

Il est donc possible à partir de cette première analyse de confirmer l’intérêt de coupler la PAC

aux tours aéroréfrigérantes. Il est estimé à l’aide des relevés que l’économie d’eau moyenne

réalisée est d’environ 15% à 18% lorsque la PAC est en fonctionnement.

Les améliorations proposées :

Le tableau d’analyse est un outil performant qui permet d’utiliser aisément un grand

nombre de données acquises par le système de GTB. Un certain nombre d’optimisations ont

été proposées au cours de ce PFE, la majorité des améliorations concerne l’ergonomie de

l’outil (afficher les graphiques et tableaux croisés dynamiques dans des onglets, lister les

différents masques de tableaux croisés dynamiques dans une arborescence…).

2.2.2.3 L’analyse des compteurs

L’analyse des compteurs est un outil qui permet de créer des tableaux croisés

dynamiques en se basant sur l’outil « Compteurs » et 8 catégories (4 principales et 4

secondaires) permettant le tri des données.

L’analyse des compteurs ne permet pas de faire des calculs. Il est donc principalement conçu

pour de la mise en forme de données et comme outil d’aide à l’analyse.

Figure 9 - Représentation graphique des consommations d'eau des condenseurs et d'électricité de la PAC


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L’objectif ici est le même que pour les tableaux d’analyses, créer des modèles de tableaux

croisés dynamiques applicables à d’autres installations de froid industriel. La conception des

modèles se divise en deux étapes.

Les critères de tri :

La première étape est la définition des catégories de tri des compteurs. Les modèles

développés ne font usage que des 4 principales catégories : « Nature », « Localisation »,

« Usage » et « Famille ». Ces catégories ont été définies en se basant sur les données

accessibles sur le site.

Voici un tableau récapitulatif des catégories créées durant le projet (Figure 10, page 18) :

Nature Localisation Usage Famille

Énergie

calorifique

Énergie

frigorifique

Énergie

électrique

Nombre de

démarrages

Temps de

fonctionnement

Volume d’eau

ECI

Groupe froid

Général

MEG froid

MPG chaud

PAC

Réseau

refroidissement

d’huile

Tours

aéroréfrigérantes

Production

frigorifique

alimentaire

Production

frigorifique non

alimentaire

Production

calorifique

alimentaire

Production

calorifique non

alimentaire

Traitement d’air

Général

Auxiliaire

Compresseur

Extracteur

Pompe

Résistance

chauffante

Ventilateur

Figure 10 - Liste des critères statistiques « installations frigorifiques »

Les tableaux croisés dynamiques et graphiques :

La seconde étape est la conception des tableaux croisés dynamiques et le choix des

graphiques adaptés. Les principaux usages de ces tableaux sont les suivants :

Mettre en forme les consommations sur une période en fonction de critères précis afin

de réaliser des rapports d’exploitation.

Connaitre la répartition du temps et du nombre de démarrage entre équipements d ’un

même groupe, dans une optique de gestion, de maintenance et de détection de dérives

de fonctionnement des équipements.

Afficher la répartition des consommations par zone, équipements ou usages de

l’installation. L’objectif étant de pouvoir identifier les secteurs d’optimisations possibles.


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Il en résulte plusieurs modèles généraux (visibles dans les annexes) pouvant être ensuite

utilisés sur un grand nombre d’installations, par exemple :

Les consommations mensuelles par zones de l’installation et par année.

Les consommations journalières par zones de l’installation et par mois.

La répartition des consommations par équipement et par zone.

La répartition mensuelle du temps de fonctionnement par équipement de chaque zone.

La répartition mensuelle du nombre de démarrages par équipement de chaque zone.

La production d’énergie thermique par mois sur une année.


L’analyse des compteurs permet de créer rapidement des graphiques et tableaux de

bonne qualité visuelle à intégrer aux rapports d’exploitation. Il manque toutefois plusieurs

fonctions à cet outil. Deux propositions ont donc été soumises au service informatique :

La possibilité d’afficher un deuxième axe (à droite) afin de pouvoir afficher des données

avec des échelles différentes.

La possibilité d’afficher deux types de graphiques différents.

2.2.2.4 Développement avec le module LINA sur Excel

L’entreprise d’accueil a également développé en complément des logiciels LINA, un

module à intégrer à Microsoft Excel. L’import de données issues des différents outils présents

dans LINA Energie a donc ouvert la possibilité d’utiliser la puissance de calcul d’Excel pour

réaliser des outils « métiers ».

L’entreprise n’ayant aucune connaissance, ni dans le domaine du génie climatique et

énergétique, ni dans l’utilisation avancée de Microsoft Excel, une des tâches du projet était de

produire à l’aide du module LINA sur Excel des outils métiers Excel adaptés au domaine du

froid industriel.

Les deux outils développés sont génériques. Ils peuvent donc être utilisés aussi bien dans

l’industrie que dans les bâtiments tertiaires.


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L’outil « Signature énergétique » :

Rappel : une signature énergétique est la mise en relation des consommations/besoins

énergétiques en fonction d’une donnée perturbatrice du système.

Par exemple : les consommations de chauffage en fonction des températures extérieures.

Cette mise en relation est construite avec les consommations réelles et théoriques en fonction

des données perturbatrices.

L’outil Excel :

L’outil est organisé de la manière suivante :

Une page par période importée, laquelle servira de bases de données.

Une page de rapport permettant de réaliser une mise en page des données.

Les calculs des données sont réalisés dans le logiciel LINA Energie et les résultats seront

importés dans l’outil.

Résultats :

Dans le cadre de ce projet, les données suivantes ont été identifiées :

Donnée perturbatrice : la température de retour du fluide frigorigène de l’usine.

Donnée réelle : la puissance frigorifique produite par l’installation.

Donnée théorique : la puissance frigorifique théorique pour assurer un départ du fluide

frigorigène à -8 °C.

Le graphique de signature énergétique (Figure 11, page 20) qui en résulte montre que

l’installation est, dans son ensemble, capable d’assurer la demande en froid de l’usine

agroalimentaire.

Figure 11 - Graphique de signature énergétique de la production frigorifique


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L’outil « Degrés-jours unifiés » :

Rappel : Les degrés-jours unifiés (DJU) sont utilisés pour référencer une consommation ou

pour qualifier la rigueur d’un climat, d’une saison de chauffage… Ils représentent l’écart entre

une température intérieure de 18 [°C] et la température extérieure moyenne de la journée.

Le calcul est mené par rapport à 18[°C], car on considère qu’il y a environ 2 [°C] apportés par

les apports gratuits. [3]

L’outil Excel :

L’outil a pour objectif, dans une première version, de mettre en évidence les rigueurs

climatiques d’une année sur l’autre. Pour cela, on importera dans Excel une donnée de

température extérieure à laquelle on appliquera les formules de calculs des DJU développées

par le COSTIC. [3]

Résultats :

L’outil, dans sa première version, est organisé suivant 4 pages :

Import des données : c’est ici que vont être importées les données (date et

températures) depuis la base de données LINA et vont être encapsulés

dynamiquement sous des « noms » afin d’être utilisées plus simplement.

DJU mensuelles : on y retrouve les tableaux croisés dynamiques permettant de

comparer les saisons de chauffes entre elles et de représenter les DJU mois par mois

sous forme d’histogramme.

DJU journalier : on y retrouve ici les tableaux croisés dynamiques permettant de

comparer les saisons de chauffes entre elles jour après jour sur une période d’un mois

que l’utilisateur pourra choisir. De la même manière, les DJU sont représentés sous

forme d’histogramme.

Rapport : cette dernière page du fichier permet de mettre en forme les données

réalisées afin de pouvoir les publier dans un rapport automatisé en format PDF

(exemple : Figure 12, page 22).


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Cette première version aura permis de mettre en place une trame pour le développement d’un

outil DJU dans le logiciel LINA Energie. Un cahier des charges a donc été rédigé. L’outil

permettra de:

Définir la saison de chauffe à considérer.

Calculer la valeur des DJU journaliers, mensuels et annuels.

Définir une saison de référence (soit à partir des données mesurées, soit à partir de

données externes (DJU trentenaires)).

Comparer plusieurs périodes entre elles sous forme de tableaux et graphiques.

Calculer un coefficient correcteur afin de l’appliquer aux consommations d’un bâtiment

et de les comparer sur plusieurs saisons sans tenir compte des différences climatiques

entre les périodes de comparaison.

Figure 12 - Degrés jours unifiés journaliers de deux saisons de chauffe sur un mois


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2.3. Synthèse du projet

Ce premier projet portait sur l’utilisation d’outils et le développement de modèles basés

sur une installation frigorifique dans le domaine industriel dans le logiciel LINA Energie.

Ce projet s’est déroulé du mois de mars jusqu’au mois de juin 2016.

Les rencontres avec l’entreprise d’exploitation du site ont permis de considérer les besoins et

de développer des modèles et améliorations cohérents avec les interlocuteurs du domaine

industriel.

Il résulte de ce projet :

Une vingtaine de propositions d’améliorations portant sur les outils disponibles dans le

logiciel LINA Energie. Ces améliorations portent principalement sur l’ergonomie du

logiciel et sur l’ajout de fonctionnalités aux outils d’analyses.

La création de modèles :

o Tableaux et graphiques d’analyses des données énergétiques.

o Une supervision qui servira d’exemple aux techniciens pour les futurs

développements des installations frigorifiques.

La création d’outils d’analyses :

o Un outil de signature énergétique permettant l’export automatique de

graphiques d’analyses du fonctionnement de l’installation.

o Un outil de calcul des DJU permettant l’export périodique et la visualisation des

DJU du site.

Ces différentes réalisations ont été conçues afin d’être génériques et peuvent être intégrées

aux projets industriels comme tertiaires.

De plus, dans le but d’intégrer au mieux ce système de gestion technique au sein de

l’entreprise d’exploitation un document explicatif illustrant comment utiliser les fonctionnalités

du logiciel a été rédigé.


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3. Projet tertiaire

Une deuxième partie du PFE était axée sur le développement d’un modèle de rapport

d’exploitation automatisé et sur l’assistance aux techniciens chargés du développement des

supervisions LINA Energies pour des bâtiments tertiaires.

3.1. Présentation du cas d’étude

Le cas d’étude dans ce rapport est une maison médicale de la région de Saint-Brieuc.

La construction de ce bâtiment a débuté au début de l’année 2015 et l’entreprise ISEA

Ingénierie a commencé sa phase de conception de la partie GTC courant septembre 2015.

Le bâtiment est organisé sur 4 étages, où se répartissent 10 services médicaux.

Les équipements présents sur le site sont :

Une CTA simple flux fonctionnant en insufflation équipée d‘une batterie réversible,

Une PAC réversible,

Des panneaux rayonnants,

Une verrière double-peau connectée à la CTA,

Des brises soleils commandés,

Une VMC simple flux fonctionnant en extraction,

Une GTC.

La GTC installée dans ce bâtiment à plusieurs objectifs :

L’affichage des données énergétiques et climatiques,

La gestion des éclairages,

La gestion des accès,

La gestion des équipements suivants :

o La CTA : gestion des modes de fonctionnements, affichage des défauts

o La PAC : gestion des modes de fonctionnements, affichage des défauts

o La verrière double peau : gestion des brises soleils, gestion des vantelles.

o Le puits de jour : gestion des ouvrants.

o Les brises soleil : horodatage et contrôles à distance par services.

L’analyse des données,

L’envoi automatique de rapports mensuels sur l’exploitation du site.

Une des problématiques du projet était la mise en forme de rapport d’exploitation automatisé.

En effet, le logiciel LINA est capable d’envoyer automatiquement par ma il un certain nombre

de courbes et tableaux de données, mais ces données ne peuvent pas être mises en forme


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pour la réalisation de synthèses claires et organisées. Pour répondre à cet impératif de plus

en plus exigé par les clients, l’équipe de développeurs informatique a conçu un module LINA

à intégrer dans Microsoft Excel, sorti durant le mois de juin 2016. Ce module permet

l’extraction de tableaux de la base de données LINA vers Excel et leur mise à jour automatique

suivant une périodicité définie par les utilisateurs.

Bien que ce module ait été mis à disposition des clients, l’exploitation de cet outil reste

laborieuse pour les personnes qui ne maîtrisent pas Microsoft Excel et LINA Energie. C’est

pour cette raison que des modèles de rapports automatiques doivent être élaborés afin de

pouvoir servir de base aux utilisateurs de LINA Energie.

3.2. Les tâches réalisées

Au cours de ce projet, deux tâches principales se sont dessinées :

L’élaboration de rapport d’exploitation avec export automatique mensuelle par mail.

L’apport d’un support technique aux équipes d’automaticiens.

3.2.1. Rapports d’exploitation

La conception de ce rapport d’exploitation automatique a plusieurs finalités :

Permettre au client de rendre compte des consommations

des usagers des locaux.

Sensibiliser les usagers sur leurs consommations.

Donner un premier modèle de rapport d’exploitation à

intégrer à LINA Energie.

La conception de ces documents est basée sur le module LINA

dans Excel.

3.2.1.1 Conception d’un rapport avec LINA Energie:

La méthode de conception de ces rapports d’exploitation est la

suivante (voir Figure 13, page 25):

1. Import des données brut sur Excel.

2. Construction des calculs et mise en forme des tableaux et

graphiques de données.

3. Mise en page des données.

4. Paramétrage du format du fichier exporté, de l’horodatage

de l’export et des types d’exports (fichier stocké, mail,

impression). Avant l’export des fichiers, le module LINA

mettra à jour les données du document Excel.

Figure 13 - Mise en place d'un rapport exporté automatiquement


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3.2.1.2 Les rapports destinés à la maison médicale :

Le client avait pour impératif de fournir à chaque service du bâtiment un document synthétisant

leurs consommations.

Le développement de ces rapports a été rythmé par 3 versions. Chaque version fait suite à

une évaluation du client.

1. La première version du rapport présentait :

Le service et la période concernés par le rapport.

Les consommations journalières d’eau sous forme d’un histogramme sur une

période d’un mois.

Les consommations journalières électriques de chaque poste du service sous

forme d’un histogramme cumulé et un tableau des consommations mensuelles

de chaque poste.

2. Après un premier retour du client, une seconde version a été établie avec l’ajout :

D’un camembert de répartition des consommations mensuelles par poste

permettant pour les usagers de prioriser les économies d’énergies à effectuer.

D’une étiquette énergie dynamique conçue afin de permettre de situer les

consommations mensuelles du service par rapport aux valeurs de la

réglementation thermique 2012.

L’étiquette a été rendue dynamique et s’adapte aux consommations des

services. L’objectif étant d’inciter les usagers aux économies d’énergies par une

visualisation mois par mois de l’évolution de l’indicateur.

3. La dernière version développée concernait les modifications suivantes :

Le rajout du coût général de l’électricité suivant les tarifs souscrits par

l’établissement : le client souhaite utiliser cette donnée de coût comme

facturation pour les services. Après concertation avec le bureau d’étude, il a été

établi que ce rapport d’exploitation ne peut être utilisé comme moyen de

facturation dû à des doutes sur les certifications du matériel de mesure installé.

La modification de la périodicité de l’histogramme des consommations d’eau.

Après un mois d’essai, les tests ont montré que les consommations journalières

d’eau des services étaient trop faibles pour être affichées sur un histogramme.

Il a donc été décidé d’afficher les consommations mensuelles dans un

histogramme sur une période d’une année.

L’ajout d’un histogramme cumulé des consommations mensuelles d’électricités

sur une période d’une année.


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Ce premier modèle est en cours de validation par le bureau d’étude et va être utilisé en

conditions réelles durant les mois à venir.

Il ouvre la porte à différentes possibilités, par exemple mettre en place d’autres incitateurs de

réduction des consommations (Top 3, Flop3, étiquette climat…).

3.2.2. Support technique aux automaticiens

Une autre tâche de ce projet de fin d’études a été l’aide aux techniciens chargés de

concevoir les supervisions et les programmes de régulations. En effet, les techniciens au sein

de l’entreprise n’ont pas été formés sur les notions d’énergétique du bâtiment. Ils possèdent

uniquement les connaissances acquises empiriquement au cours de leur parcours

professionnel.

La fonction de support technique dans le domaine du génie climatique et énergétique a permis

d’améliorer les ouvrages réalisés, mais également d’être plus réactif aux dysfonctionnements

des installations.

3.2.2.1 Maison médicale :

Dans notre cas d’étude, cette fonction de support a permis d’aider les équipes à

comprendre le fonctionnement général du système de chauffage et de rafraîchissement

présent sur le site.

Le schéma de principe du fonctionnement de l’installation était imprécis et ne distinguait pas

les différents modes de fonctionnement. Pour un meilleur usage de la supervision, il était

nécessaire d’illustrer le réseau dans chaque mode de fonctionnement.

L’automaticienne qui devait développer la supervision n’arrivait ni à comprendre quelle était

les positions des vannes trois voies, ni quelle était le sens de circulation du réseau. Il a donc

été établi un schéma pour chaque mode de fonctionnement permettant d’identifier les sens

d’écoulement du fluide (par exemple : le mode « été » représenté par la Figure 14, page 27).

Figure 14 – Fonctionnement du système en mode été


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3.2.2.2 Les autres bâtiments tertiaires

D’autres projets ont nécessité un support technique concernant le fonctionnement des

systèmes intégrés aux bâtiments.

La GTB d’un cinéma : L’automaticienne travaillant sur la GTB d’une salle de cinéma

avait plusieurs difficultés à comprendre le fonctionnement général de la CTA mise en

place.

La première difficulté était l’interprétation du CCTP concernant la régulation de la CTA.

Plusieurs termes et modes de fonctionnement n’étaient pas compris par

l’automaticienne ou mal formulés. Deux réunions ont donc été organisées afin de

rendre le document plus compréhensible et de contacter le fournisseur de l’équipement

pour obtenir un certain nombre de précisions.

La seconde difficulté portait sur la structure interne de la CTA. Il a principalement été

question de corriger les visuelles déjà existantes afin de pouvoir les intégrer à la

supervision. Par exemple : la position des batteries ou des registres au sein des CTA

n’était pas correcte.

La troisième difficulté concernait les différentes données à intégrer à la page de

supervision de la CTA. Ici, la question était de savoir quelles données l’utilisateur final

serait capable d’exploiter.

Il a été convenu d’afficher les données suivantes :

o La différence de pressions des filtres.

o Les températures d’air neuf, d’air vicié et d’air soufflé.

o Les débits d’aspiration et de soufflage.

o La position d’ouverture des vannes trois voies.

La régulation du plancher chauffant d’une école :

Sur ce chantier, l’automaticien devait concevoir la régulation d’un plancher chauffant

réparti sur deux zones d’une école. Étant un jeune diplômé, son expérience ne lui

permettait pas de décider quel type régulation appliquer aux planchers chauffants et

comment la paramétrer. Les cours de régulation proposées par l’INSA [4] ont permis

de répondre à ces problématiques. Une régulation PID a donc été programmée dans

les automates de contrôle du chauffage et préréglées suivant les préconisations des

enseignements dispensés par l’INSA de Strasbourg.


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Ce second projet portait sur les possibilités qu’apporte le logiciel LINA Energie dans

les bâtiments tertiaires.

Le projet s’est déroulé du mois de juin jusqu’au mois de juillet 2016.

Les principales tâches à réaliser étaient de :

Concevoir un premier modèle de rapport d’exploitation Excel avec export automatique.

Apporter un support technique aux équipes d’automaticiens dans le domaine de la

gestion des équipements climatiques et énergétiques.

Il résulte de ce projet :

Plusieurs réunions afin d’éclaircir les problématiques rencontrées par les automaticiens

et chargés d’affaires.

La création d’un modèle de rapport d’exploitation automatisé pour chaque service

d’une maison médicale. Ces rapports mensuels incluent :

o Des graphiques présentant la répartition des consommations sur plusieurs

périodes (journaliers et sur l’année).

o Une étiquette de performance énergétique ayant pour objectifs d’inciter aux

économies d’énergies

Ce projet aura également permis de mettre en évidence les défauts du module LINA pour

Excel, et ainsi de le faire évoluer ce dernier sur trois versions. Environ 15 améliorations du

module LINA ont été proposées dont 9 ont été ajoutées, permettant la conception du modèle

de rapport d’exploitation automatique.

4. Projet éducatif

4.1. Présentation du projet

Une troisième partie du PFE portait sur l’utilisation des automates et du logiciel LINA Energie

dans les filières technologiques de l’éducation nationale.

La demande du client était de produire une gamme de machines didactiques permettant

l’apprentissage des notions de génie climatique et énergétique à destination des élèves des

filières BAC STI, BAC Pro Énergie, BTS Fluide, Énergie et Domotique…


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L’entreprise souhaitait intégrer le logiciel LINA Energie aux machines didactiques afin de

proposer une solution complète de GTB.

L’entreprise a conçu, avec son équipe d’ingénieurs mécaniques, trois machines

représentatives de systèmes présents dans le génie climatique et énergétique (Figure 15,

page 30) :

Un Chauffe-eau solaire : simulant une production d’eau chaude solaire bi-énergies

(solaire et électrique).

Une VMC : permettant de simuler le fonctionnement d’une VMC simple flux, double flux

et double flux avec régulation de CO2.

Une Pompe à chaleur (PAC) : permettant de simuler le fonctionnement d’une PAC

air/air en mode chauffage et en mode rafraîchissement.

4.2. État des lieux

Aujourd’hui, les machines didactiques sont dans leur cinquième année de développement.

Chaque machine a évolué tant au niveau des équipements qu’un niveau des programmes

automates.

Un écran tactile et un automate permettent de :

Piloter les modes de fonctionnements des machines.

Modifier les consignes pour chaque mode de fonctionnement.

Afficher en temps réel les données des capteurs et compteurs.

Figure 15 - Illustrations 3D des machines didactiques


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À cela s’ajoute la connexion à la plateforme LINA qui va permettre de :

Collecter les données et les enregistrer dans une base de données.

Représenter graphiquement l’évolution des données.

Calculer de nouvelles données à l’aide de celles mesurées.

Afficher les données sur une supervision plus complète en termes de contenus

éducatifs.

À ces outils s’ajoute une série de documents pour chaque application (documents de cours,

d’exercices et de travaux pratiques) donnant aux enseignants utilisant ce matériel, une solution

éducative « clé en main ».

L’ensemble des documents a été réalisé par le groupe API et plus précisément par l’équipe

d’ingénieurs en charge du projet.

La problématique, ici, réside dans la conception du contenu éducatif.

L’équipe d’ingénieurs n’ayant que des notions générales dans le domaine du génie climatique

et énergétique, il leur est difficile de proposer aux utilisateurs finaux un contenu approfondi et

clair des connaissances en génie climatique et énergétique.

Le produit existant avait donc des carences sur plusieurs aspects :

Un contenu éducatif mal expliqué voir parfois erroné.

Une interface de supervision LINA Energie difficile à utiliser pour des étudiants.

Des exercices et cours difficiles à comprendre pour les élèves et enseignants.

4.3. Réalisations

4.3.1. Objectifs

Au cours de ce projet, l’objectif principal a été d’assister l’équipe d’ingénieurs en charge du

développement de la solution éducative, en apportant les connaissances manquantes en

génie climatique et énergétique.

Les tâches qui ont été réalisées ont suivi le cycle suivant :

1. Lire et corriger les incohérences dans le contenu déjà développé.

2. Corriger les erreurs remontées par le client sur les exercices de la solution pompe à

chaleur.

3. Mettre au point la procédure à suivre pour créer la liaison entre la plateforme LINA et les

machines didactiques et rédiger un manuel explicatif.

4. Améliorer le contenu proposé dans LINA Energie.


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4.3.2. Les réalisations

4.3.2.1 Révision des exercices de la pompe à chaleur

Les exercices proposés dans le module pompe à chaleur permettent aux étudiants de

s’exercer et de comprendre le fonctionnement ainsi que la notion de performance énergétique

des systèmes de pompe à chaleur air/air.

Durant la période d’utilisation de la première version, des remarques de professeurs faisaient

état d’une incohérence entre les résultats des exercices et les valeurs de références dans le

cours.

Les exercices posant problème concernaient les calculs des coefficients de performances

(COP) de la pompe à chaleur. Les calculs de COP composants les exercices correspondaient

aux COP théoriques maximums au lieu des calculs de COP réels. Les corrections suivantes

ont donc été apportées aux documents :

Modifications des énoncées afin d’intégrer le calcul du COP réel dans les exercices.

Modifications des corrections afin de rendre compréhensibles et cohérentes les

définitions et méthodes de calculs.

Ajout des calculs nécessaires à la réalisation du nouvel exercice.

Réalisation d’un exemple basé sur des tests effectués sur une pompe à chaleur

didactique.

Les corrections apportées ont été basées sur les documents de cours dispensés par l’INSA

de Strasbourg [5].

4.3.2.2 Procédure de communication entre la plateforme LINA et les machines

didactiques

Afin de connecter les machines didactiques à la plateforme LINA, il est nécessaire de respecter

une procédure. Ce protocole de connexion avait changé entre deux versions d’automates et

devait donc être adapté à la nouvelle version. L’objectif de cette tâche était de transcrire les

étapes de mise en place d’une machine didactique dans un manuel adapté à des utilisateurs

inexpérimentés.

La procédure a donc été réalisée en plusieurs étapes :

Installation du serveur OPC SoMachine.

Configuration du serveur OPC.

Installation de la plateforme LINA.

Configuration de LINA Energie.


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Tests de communication entre LINA et les machines didactiques.

Ce protocole a été réalisé dans des conditions similaires à celles d’un nouvel utilisateur.

Chaque étape a été décrite et illustrée avec des captures d’écran prises dans les conditions

réelles de mise en place. Le manuel d’instruction qui en résulte a été mis en forme, à postériori,

par l’entreprise client.

4.3.2.3 Amélioration du contenu proposé dans LINA Energie

Dans LINA Energie, une supervision adaptée aux machines didactiques a été conçue. Cette

supervision permet aux étudiants de retrouver les éléments suivants pour chaque système

étudié:

Un cours sur les notions essentielles.

Deux exercices.

Deux travaux pratiques utilisant les données de la machine.

Les modifications se décomposent en 3 axes :

Modification visuelle de la partie supervision :

Une des principales modifications concernait l’aspect visuel général du contenu.

1. Le premier point était le manque de régularité graphique des visuelles (taille des pages

différentes, polices différentes selon les pages…). Une charte graphique a donc été

établie afin de rendre plus cohérent l’ensemble du contenu (voir Figure 16, page 33).

Avant modifications Après modifications

Figure 16 - Aperçu des modifications de la charte graphique


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2. Le second point de modification visuelle correspond à la mise à jour des illustrations

des cours et exercices. De nombreuses illustrations étaient de mauvaise qualité ou

trop compliquées pour le niveau d’explication visé. Certaines illustrations ne

permettaient pas d’appliquer les exercices correctement.

Environ 20 images ont été créées (voir Figure 17, page 34) et plus de 30 images ont

été modifiées et mises en formes. La majorité de ces images ont été créées à l’aide

d’un outil de modélisation 3D (Google SketchUp).

Ces modifications avaient pour but de rendre plus clair et de cibler les informations à

transmettre aux élèves.

3. Le troisième point de modification graphique est la création d’interfaces dynamiques.

L’objectif étant de rendre plus interactif l’apprentissage des connaissances, mais

également de mieux organiser le cours dans le logiciel.

La principale amélioration a été la création de zones d’illustrations et de textes

dynamiques permettent aux utilisateurs d’afficher les schémas et explications au fur et

à mesure de leur avancement. Les autres modifications concernaient principalement

l’ergonomie du logiciel : bouton changeant de couleurs, création d’onglets dans les

zones d’illustrations dynamiques.

Figure 17 - Capture d'écran d'illustrations créées pour les machines didactiques


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Modification des cours proposée :

1. La restructuration du plan du cours :

Après consultation de l’équipe de conception, il a été décidé de revoir l’organisation

des cours du projet déjà existant, ceci afin de le rendre plus généraliste. Le plan a donc

été organisé comme suit (voir Figure 18, page 35) :

2. Corrections et compléments du cours :

Les cours proposés par l’entreprise, comme explicité précédemment, ont été rédigés

à partir des connaissances en énergétique de l’équipe en charge du projet.

De plus, ces cours étaient principalement basés sur les machines didactiques et

manquaient de relation avec l’utilisation des systèmes dans la réalité.

Dans une optique d’amélioration du cours, une révision complète de notions abordées

a été réalisée :

Complément et correction du contenu :

Plusieurs parties du cours étaient rédigées avec des erreurs. D’autres

explications n’étaient pas claires et ont donc dû être approfondies ou

reformulées.

Par exemple, une page du cours portant sur l’ensoleillement et l‘orientation des

capteurs solaires a été divisée en deux pages distinctes afin de mieux

développer les deux notions (voir Figure 19, page 36).

Avant restructuration

•Récupération de l'énergie

•Fonctionnement

•Equipements utilisés

•Transfert de l'énergie

•Fonctionnement


•Restitution de l'énergie

•Fonctionnement


Après restructuration

•Introduction

•Les notions nécéssaires au sujet

•Interêts du système

•Fonctionnement général du système

•Récupération de l'énergie

•Transfert de l'énergie

•Restitution de l'énergie

•Les équipements du système

•Description de chaque équipement

Figure 18 - Évolution du plan du cours


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Plusieurs données et précisions concernant les notions abordées ont donc été

ajoutées, par exemple :

o Les performances des capteurs solaires :

Une page explicative des performances des capteurs solaires a été

créée. Un graphique représentant les courbes de performances des

différents types de capteurs solaires a été réalisé en se basant sur des

caractéristiques techniques de matériels commercialisés [6].

o Les technologies d’échangeurs :

Cette page détaille les notions liées aux échangeurs tels que les familles

d’échangeurs (échangeurs à plaques, échangeurs tubulaires…), les

modes de transferts (co-courant, contre-courant, courants croisés), les

différences entre échangeurs internes ou externes.

o Le fonctionnement d’un vase d’expansion :

Cette page explique la structure et le fonctionnement des vases

d’expansions. Ce cours est illustré par un schéma du fonctionnement

détaillant les différents états de l’équipement.

Figure 19 - Évolution du cours sur les notions d'ensoleillement et d'orientation des capteurs solaires


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o Les explications des différentes technologies de circulateurs :

Une autre page détaille les différentes technologies de circulateurs

(vitesse fixe ou variable) et les types de roues (centrifuges, axiales ou

hélicoïdales).

Modifications des exercices et travaux pratiques :

Le troisième axe d’amélioration dans LINA Energie a été de travailler sur les exercices et

travaux pratiques proposés par le groupe API.

Les illustrations des exercices

Certains exercices nécessitaient une refonte de leur imagerie. Ces modifications avaient pour

objectifs de rendre plus attractifs, plus clairs les exercices et de faire correspondre ces

visuelles aux systèmes actuelles.

Par exemple, un exercice concernant les chauffe-eau solaires (voir Figure 20, page 37) a été

revu. Une première version correspondait à une ancienne installation solaire (par exemple :

vase d’expansion ouvert). Il était donc nécessaire de faire correspondre l’exercice aux cas les

plus couramment représentés. Pour cela le modèle d’une installation a été réalisé en se basant

sur les documents de cours dispensé par le COSTIC [7] ou sur le site Énergie+ [8].

Le contenu des exercices et travaux pratiques

En plus de l’aspect graphique, les exercices et travaux pratiques ont été mis à jour.

Le contenu présent dans l’ancienne version était parfois trop compliqué, mal construit ou

incomplet. Pour cela, une série de corrections a été apportée.

Cette mise à jour a également été l’occasion d’ajouter de nouvelles questions et tâches. Le

développement de ce nouveau contenu avait pour objectif de valoriser les fonctionnalités de

LINA Energie en les intégrant au contenu éducatif. Il en résulte deux manipulations :

Avant modifications Après modifications

Figure 20 - Évolution de l'exercice n°2 sur le chauffe-eau solaire


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Une première manipulation qui concerne l’influence de l’inclinaison et de

l’orientation des capteurs solaires sur leurs performances (voir Figure 21, page

38).

Dans ce travail pratique, l’élève est amené à manipuler le capteur solaire de la

machine afin de régler son inclinaison et son orientation par rapport à une

source lumineuse (soleil, émetteurs de rayonnement infrarouge, projecteurs…).

Ensuite, il déterminera à partir d’un diagramme la position optimale d’un capteur

solaire.

Un second exercice sur l’identification des courbes de température lors du

fonctionnement de la VMC double flux.

L’élève devra mettre en fonctionnement la machine sur le mode double flux

pendant environ 15 minutes, ceci afin de tracer les différentes courbes dans le

logiciel. Il ne lui restera plus qu’à imprimer la page visualisée et identifier les

courbes par leur couleur.

Figure 21 - Travail pratique sur l'orientation des capteurs solaires

Figure 22 - Travail pratique d’identification des données VMC


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Ce troisième projet portait sur l’utilisation du logiciel LINA Energie dans le domaine de

l’éducation et plus particulièrement sur des machines didactiques dédiées à l’enseignement

du génie climatique et énergétique.

Ce projet s’est déroulé du mois de février jusqu’au mois de juin 2016.

Le projet avait pour objectif d’assister l’équipe d’ingénieur en charge de la conception des

machines didactiques dans l’élaboration d’un contenu éducatif à destination d’élèves de filières

technologiques. Pour cela, plusieurs tâches ont été réalisées :

La correction des exercices sur la pompe à chaleur ainsi que la création d’un exemple

basé sur le modèle didactique.

L’élaboration d’une procédure de communication entre la plateforme LINA et les

machines didactiques:

o Installation du serveur OPC.

o Installation et configuration de la plateforme LINA.

o Test de communication entre la plateforme LINA et les machines didactiques.

L’amélioration du contenu éducatif proposé dans LINA Energie:

o La mise en place d’une charte graphique.

o La modification des illustrations des cours, exercices et travaux pratiques.

o La restructuration des cours afin de fournir un contenu plus généraliste.

o La correction et le complément du contenu déjà existant.

o L’ajout de notions manquantes dans le cours.

o La création de deux exercices pratiques utilisant les fonctionnalités de LINA

Energie.

Au cours de cette période, il a été possible d’avoir un retour de la part d’un élève de STI en

stage découverte au sein de l’entreprise. Cette mise en confrontation de l’élève avec les cours,

exercices et travaux pratiques proposé dans LINA Energie a permis de mettre en évidence les

besoins et difficultés des élèves et d’améliorer le projet.

Ce projet a également mis en évidence plusieurs difficultés de conception dans LINA Energie.

Plusieurs propositions d’améliorations ont alors été suggérées permettant de faciliter la

conception des supervisions.


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Conclusion

La société est de plus en plus sensibilisée aux questions d’économies des énergies.

En parallèle, les constructeurs de matériels énergétiques et climatiques ont su faire évoluer

leurs technologies vers des équipements communicants. Dans ce contexte, les systèmes de

gestion technique centralisée (GTC) représentent un outil de choix pour maîtriser ses

consommations. Les entreprises d’installation de systèmes de GTC sont de plus en plus

sollicitées dans la gestion des énergies. Cependant, l’évolution de cette demande est très

rapide, et certaines entreprises n’ont pas eu le temps d’adapter leurs compétences pour

assurer la bonne prise en charge de ce nouveau marché.

Ce projet de fin d’étude visait à répondre au besoin de compétence de l’entreprise

d’installation spécialisé dans l’automatisme industriel, IMAP Armor. L’objectif principal de ce

PFE consistait à étudier le fonctionnement des systèmes de gestion techniques installés par

l’entreprise et à les améliorer afin qu’ils correspondent aux besoins du marché de l’énergie.

Les différentes réalisations et études effectuées sont basées sur le logiciel LINA Energie

développé par IMAP Armor.

Pour répondre à cet objectif, le sujet de ce PFE a été divisé en trois sous-projets, chacun lié à

un thème du génie climatique et énergétique : l’industrie, les bâtiments tertiaires et l’éducation.

Dans ces trois études, il a été conçu un certain nombre de modèles. Leur finalité était double :

dans un premier temps, les modèles vont servir de référence pour le développement des futurs

ouvrages et ainsi réduire leur temps d’achèvement; dans un second temps, les travaux de

conception des modèles ont permis de mettre en évidences les optimisations nécessaires à

l’évolution du logiciel LINA Energie. Il a alors été proposé une cinquantaine d’améliorations du

logiciel. Parmi ces propositions, plusieurs prototypes d’outils métiers ont été réalisés et

permettent ainsi d’élargir le champ d’utilisation du produit.

Pour conclure, le travail effectué au cours du projet de fin d’étude, aura permis à l’entreprise

de s’engager vers ce nouveau marché avec plus visibilité sur les évolutions à apporter à leurs

produits et réalisations.

Bien que les systèmes de gestion des énergies sont de plus en plus installés et permettent

d’atteindre de hauts niveaux de performances, une problématique se pose : « Comment

intégrer l’utilisateur des équipements à ce système ?». En effet, l’utilisation des outils et leurs

maîtrises sont mal prises en compte, réduisant grandement l’efficacité de ces technologies.

Malgré cette problématique, il est certain que l’interconnexion des informations au sein d’un

système représente les solutions d’avenir dans la gestion de nos infrastructures et les

systèmes de gestion technique en sont les précurseurs.


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Bibliographie

[1]. RAGE - Juin 2014 : Guide 2014 « Gestion technique du bâtiment »

[2]. OPC Foundation: What is OPC? – www.opcfoundation.org/about/what_is-opc/

[3]. COSTIC : Amélioration énergétique des bâtiments existants Diagnostic énergétique –

version R01- INSA_P07

[4]. Bernard FLAMENT– 2014/2015 : REGULATION Support de cours

[5]. Gérard HERMAL – 2014/2015 : Système thermodynamiques pour le chauffage et le

rafraichissement

[6]. Institut Für Solartechnik : SPF Catalogue des Capteurs Online - http://www.spf.ch/

[7]. COSTIC - septembre 2015 : Production d’eau chaude sanitaire collective solaire

[8]. Énergie+ : Le capteur solaire à eau chaude – http://www.energieplus-lesite.be

http://www.opcfoundation.org/about/what_is-opc/

http://www.spf.ch/

http://www.energieplus-lesite.be/


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Sommaire des Annexes

PRESENTATION DETAILLE DU LOGICIEL LINA ENERGIE……………………………... 1

PROJET INDUSTRIEL…………………………………………………………………………. 8

PROJET TERTIAIRE…………………………………………………………………………… 25

PROJET EDUCATIF……………………………………………………………………………..28

COMPTES RENDUS…………………………………………………………………………….69

synthèse de projet de fin...

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