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Les capteurs se relient entre eux pour l’automatisation des bâtiments intelligents

Par Simon Duggleby, Product Marketing Manager, Electronics Division, RS Components

Publication: 1er janvier

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La conception du bâtiment intelligent entre dans sa troisième génération, dans laquelle différents systèmes de commande échangent des données pour assister une variété de systèmes de gestion de bâtiment...
 

Le phénomène clé à l’origine de cette troisième génération est l’augmentation du nombre et de la variété des capteurs répartis partout dans les bâtiments.

La première génération de bâtiment intelligent traitait chaque système de commande séparément, avec les systèmes de sécurité et de chauffage devenant les fonctions les plus installées par les plus gros bâtiments. La deuxième génération de bâtiment intelligent a commencé à interconnecter ces systèmes en utilisant des réseaux spécifiques pour leur permettre d’être commandés à distance et pour permettre un certain degré de centralisation, comme éteindre la lumière et le chauffage dans les pièces indiquées comme étant inoccupées. En interconnectant des systèmes plus souplement, les systèmes de la troisième génération de bâtiment intelligent permettent au logiciel de commande de mieux connaître le bâtiment et de faire évoluer les fonctions quand les besoins changent. En associant de nombreux types de capteurs, il est possible d’améliorer la précision globale du système et sa réactivité.

Une nécessité pour la plupart des systèmes d’automatisation de bâtiment est de comprendre le taux d’occupation du bâtiment. Avec des informations sur le taux d’occupation à l’échelle de la pièce, les systèmes de gestion peuvent garantir les bons réglages des paramètres ambiants, de la sécurité et de l’éclairage. Par exemple, quand il n’y a personne dans une pièce ou une zone thermique, les fonctions de chauffage, ventilation et air conditionné (CVC) peuvent rester en veille dans un état à basse consommation jusqu’à ce que des gens arrivent. Un tel fonctionnement à la demande du CVC contribue à économiser de l’énergie.

Nombreux sont ceux ayant rencontré le problème de la détection de l’occupation à l’aide d’un capteur unique. Beaucoup de systèmes existants se basent sur des capteurs de déplacement infrarouge (IR) passifs, comme ceux fabriqués par Panasonic et ABB. Ceux-ci fonctionnent bien, dans la plupart des cas, dans les couloirs et les cages d’escaliers où les gens se déplacent plutôt rapidement. Mais dans les zones plus calmes, les gens sont souvent agacés par l’extinction et l’allumage intempestifs de l’éclairage ou du chauffage résultant du fait qu’ils sont restés apparemment sans bouger, d’après le capteur PIR, pendant une longue période. De même, l’absence de mouvement peut conduire à l’extinction du chauffage à un endroit, et être à l’origine de conditions de travail à des températures trop basses ou trop hautes.

Dans l’idéal, les systèmes de détection d’occupation de pièce détecteraient non seulement la présence de gens mais aussi leur nombre et leur emplacement pour un meilleur contrôle du chauffage. Cela peut se faire en associant plusieurs types de capteurs, qui peuvent être utilisés pour commander d’autres systèmes d’automatisation de bâtiment comme ceux liés à la sécurité. Il en résulte qu’un système intégré devrait non seulement améliorer le rendement et réduire les coûts, mais aussi apporter un niveau de confort inégalable par les systèmes non intégrés.

Les communications sans fil basées sur les protocoles comme Thread ou 6LowPAN facilitent le déploiement de capteurs là où ils sont nécessaires, et non là où l’accès au câblage d’alimentation ou de réseau est possible. Les protocoles compatibles avec un modèle d’échange de données « producteur-consommateur » facilite la transmission des données vers une variété de systèmes de contrôle, permettant à ces capteurs d’approvisionner (en données) la commande d’éclairage, le CVC, le contrôle d’accès et autres fonctions de gestion de bâtiment, avec chacun utilisant la fusion de capteurs sur les multiples entrées. La fusion de capteurs contribuent à garantir que les capteurs individuels ne donnent pas de résultats faux positifs ou négatifs, comme un capteur PIR indiquant que, parce qu’aucun mouvement n’est perceptible, il n’y a personne dans la pièce.

Un capteur de température est une source de données supplémentaire utile pour la détection de l’occupation d’une pièce. Quand des gens arrivent dans la pièce, ils déclenchent non seulement des capteurs PIR, mais aussi des capteurs de température qui détecteront une augmentation de la température proportionnelle au nombre d’occupants. De tels capteurs peuvent être équipés de capteurs d’image dans le proche infrarouge, qui peuvent indiquer les sources de chaleur. Des produits sont désormais disponibles avec un large champ de vision et une résolution suffisante pour constituer une image grossière de l’emplacement des sources de chaleur dans la pièce. Un exemple en est le Grid-EYE de Panasonic, basé sur la technologie évoluée MEMS pour fournir une image IR de 64 pixels. S’appuyant sur des données en provenance du capteur d’image, un logiciel de traitement se sert de mesure à long termes pour identifier les ordinateurs et les machines à café qui sont installés pour de longues périodes de temps, et les soustrait à l’image pour indiquer où se trouvent les occupants.

Les détecteurs de dioxyde de carbone, comme ceux fabriqués par Figaro, peuvent être exploités pour fournir des données aux logiciels d’occupation de pièce et pour indiquer au système CVC s’il est nécessaire d’augmenter la ventilation quand la qualité de l’air se dégrade trop. Des capteurs d’humidité apportent des informations supplémentaires qui peuvent servir à optimiser davantage le fonctionnement du chauffage ou de la climatisation. Un des principaux objectifs de tout employeur est que son personnel reste en bonne santé. Les maux de têtes, les irritations oculaires, les maux de gorge, et le dessèchement de la peau sont tous des symptômes dus à un environnement intérieur trop sec.

De plus, un air sec tend à faire décroître les défenses immunitaires contre les infections à transmission aérogène présentes dans l’atmosphère.

Prendre en compte l’humidité dans la régulation de la circulation de l’air ainsi que les taux de dioxyde de carbone contribue non seulement à maintenir des niveaux de conforts supérieurs mais améliore aussi la santé. Des capteurs d’humidité, dont certains incluent une fonctionnalité de mesure de la température, sont fabriqués actuellement par une variété de fournisseurs, dont Honeywell, Sensirion et Texas Instruments. Les capteurs d’humidité et de dioxyde de carbone peuvent aussi approvisionner en données les systèmes de détection d’incendie, en apportant une confirmation du départ d’incendie signalé par les détecteurs de fumée traditionnels.

Un microphone est une autre source possible de données d’occupation de pièce. Pour préserver la vie privée des occupants, les systèmes peuvent ne pas enregistrer les discussions mais uniquement utiliser simplement des routines de bas niveau pour détecter les voix et, s’ils sont suffisamment sensibles, la respiration et les petits mouvements comme taper sur un clavier. Un bon emplacement pour de tels microphones est à proximité des fenêtres. Cela leur permet d’apporter des données aussi aux systèmes de sécurité. Un bruit sec et fort, par exemple, indique qu’une fenêtre a été cassée. Un logiciel permet le plus souvent de distinguer ce type de destruction d’autres bruits forts : casser une fenêtre produit normalement un pic de fréquence entre 10kHz et 15kHz.

Des détecteurs de niveau d’éclairage à proximité des fenêtres peuvent contribuer à optimiser l’activité des systèmes d’éclairage et de protection du soleil pour garantir une luminosité constante dans chaque pièce. Travaillant de concert avec le système de détection d’occupation de pièce, les capteurs déterminent si l’éclairage doit être allumé quand la lumière extérieure décroît. Les niveaux d’éclairage extérieur peuvent aussi participer à la commande du système CVC pour que la ventilation soit suffisante et la pièce confortable, en plein soleil.

Pour les zones de passage d’un bâtiment, comme les halls d’entrée, les couloirs et les cages d’escaliers accessibles au public ainsi que dans les environnements des magasins, des capteurs de mouvement basés sur le PIR ne fourniront pas de données si utiles que ça, car ils se déclencheront constamment. Des extensomètres (capteurs d’allongement) ou des capteurs de pression dans le sol peuvent servir à mesurer la circulation des personnes et être utilisés comme solution de remplacement faible coût de caméras vidéo ou pour améliorer les fonctionnalités.

Les capteurs de pression et les débitmètres d’air, comme les dispositifs à base de MEMS d’Omron, aideront aussi dans le système CVC lui-même, à détecter des problèmes dans la tuyauterie. Les blocages provoqués par la saleté peuvent être détectés grâce aux changements de pression différentielle surtout si ils se produisent dans des zones en amont de celles affichant un débit d’air anormalement faible. Des capteurs de vibrations dans les moteurs utilisés pour entraîner les systèmes de CVC peuvent fournir une autre source maintenance prédictive : des vibrations trop importantes ou anormales peuvent indiquer des problèmes potentiels dans l’équipement que le logiciel de traitement du signal peut détecter.

Il est important de prendre en considération l’intégration en toute sécurité avec les autres systèmes électroniques et électriques dans le bâtiment. Les contrôleurs de bâtiment intelligent à basse tension doivent souvent interagir avec des sous-systèmes de plus haute tension comme les systèmes de chauffage, les réseaux d’éclairage et les moteurs des portes et volets automatiques. Des relais garantissent l’isolation des systèmes de contrôles électroniques sensibles. Des dispositifs comme ceux de la série PNOZ fabriquée par Pilz apportent des caractéristiques de sécurité supplémentaires, comme une redondance intégrée, pour éviter le déclenchement accidentel en cas de panne d’un composant interne. Des connecteurs de haute qualité devraient être utilisés pour interconnecter les systèmes, avec des composants passifs comme des résistances et des condensateurs employés pour contribuer au filtrage et autres formes de conditionnement du signal.

Associée aux réseaux sans fil basse consommation, la grande variété de capteurs disponible pour mesurer les conditions environnementales aidera à former une nouvelle génération de systèmes d’automatisation de bâtiment. Les informations qu’ils fournissent peuvent être utilisées par de multiples systèmes de contrôle pour contribuer à la gestion de bâtiment intégrée. Les systèmes permettront un meilleur rendement, des coûts de fonctionnement plus faibles et un plus grand confort pour les occupants grâce à l’IdO.

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