Monitoring de la performance des bâtiments

Big Building Data (BBDATA) est une plateforme sécurisée de stockage de données issues des bâtiments. Elle intègre les dernières technologies du domaine de l’internet des objets (IoT) et du « Big Data ».

De grandes quantités de données provenant de capteurs intégrés à des bâtiments ainsi que d’installations de mesures mobiles sont stockées sur la plateforme. Des services de visualisation, de traitement et d’analyse de données sont mis à disposition et présentent une précieuse source d’information tant pour l'exploitation que pour la recherche.

Les services sont déployés sur une infrastructure HyperFlex à deux nœuds de Cisco sur laquelle tournent des machines virtuelles. Les couches software sont basées sur des technologies open sources telles que Cassandra, Kafka, GlassFish, MySQL.

Caractéristiques techniques

BBDATA a été co-développé avec l’Institut iCoSys sous la conduite du Prof. Jean Hennebert. 

Jean-Philippe Bacher
Professeur HES ordinaire/Responsable d'institut

Bureau
HEIA_A20.26 / BFA_19_20_21_B

Tél.
+41 26 429 67 55

E-mail
jean-philippe.bacher@hefr.ch

L’institut dispose de plusieurs systèmes de monitoring indoor/outdoor dont voici deux exemples.

Le système Multi-Confort est dédié à la compréhension systémique du confort de l’usager dans des espaces de bureau et permet de stocker des mesures de température, d’humidité, de pression, de luminosité, de mouvement, de qualité d’air et de bruit. Ce système peut très facilement être déployé dans n’importe quel espace de bureau.

Le système CityPulse vise à mesurer et modéliser les "pulsations" de la ville quasi en temps réel grâce aux technologies de l'IoT et de la Data Science. Ces mesures peuvent être utilisées pour orienter la conception de nouveaux quartiers ou améliorer la qualité de vie de quartier existant. Le système de monitoring, développé sur la base de plateformes Libelium, permet de récupérer des données de luminosité, température, humidité, pression, bruit, particules fines et autres polluants de l’air.

Jean-Philippe Bacher
Professeur HES ordinaire/Responsable d'institut

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Vainqueur du Solar Decathlon 2017, le NeighborHub permet à la population locale d’expérimenter un mode de vie durable. Après son succès à la compétition internationale d’habitat solaire à Denver (USA), le NeighborHub a été reconstruit sur le site blueFACTORY et propose sept domaines sur lesquels nous pouvons agir : l’énergie, la gestion des eaux, la gestion des déchets, la mobilité, la nourriture, les matériaux et la biodiversité. Le pavillon fait l'objet d'un monitoring détaillé et continu qui permet d'analyser sa performance réelle. L'ensemble des données est stocké sur la plateforme BBDATA.

Le NeighborHub de l’équipe suisse a gagné la compétition Solar Decathlon 2017 à Denver, Colorado, USA.

 

Jean-Philippe Bacher
Professeur HES ordinaire/Responsable d'institut

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Laboratoire de Machines Electriques (LMA)

Le laboratoire est doté de 10 plateformes d’essais 5kW, offrant chacune les équipements suivants :

  • 2 x Sources 0-600Vrms / 15A et 0-850Vdc
  • 1 x Banc de machines tournantes 1’500rpm (DC 5.8kW, asynchrone à cage 5.5kW et synchrone 3kW)
  • 1 x Convertisseur de courant + 1 x Variateur de fréquence pour entraînements moteurs
  • 1 x Synchronoscope pour couplage de l’alternateur au réseau
  • 1 x Pont triphasé à IGBT 1’200V / 75A avec carte DSP (processeur TMS 320 et FPGA)
  • 1 x Pont triphasé à IGBT 1’200V / 75A avec carte DSP (processeur TMS 320 + FPGA avec mesures 6 x 600Vrms et 6 x 15Arms)
  • 1 x Pont triphasé à modules IGBT 800V / 20A connectés par fibres optiques vers unité contrôle-commande temps réel
  • 1 x Rhéostat de puissance 20-400W / 20A
  • 1 x Self 50mH / 8Arms
  • 1 x Transfo monophasé 1kVA
  • 1 x Transfo triphasé multi-enroulements 7.8kVA
  • 1 x Charge R+L (cosj=0.82) triphasée 350W permanent (ou 1kW 10min. ED=10%)
  • 1 x Banc double moteur aligné (machines DC à aimants permanents 6.5W) et une carte double pont H
  • 2 x Moteurs pas-à-pas (env.10W) avec cartes de contrôle
  • PC et logiciels (pilotage des entraînements, calcul de réseaux, études magnéto-électriques par éléments finis, outil mathématique, etc…)

David Cajander
Professeur HES associé

Bureau
C20.05

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+41 26 429 65 57

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david.cajander@hefr.ch

Le laboratoire est doté de 2 plateformes d’essais 80kW, offrant chacune les équipements suivants :

  • 1 x Banc de machines tournantes (DC 93.5kW @ 3’440rmp, asynchrone à cage 81kW (2 pôles), et synchrone 80kW/110kVA @ 1’500rpm)
  • 1 x Salle de commande avec onduleur + convertisseurs de courant et de fréquence pour entraînements moteurs
  • 1 x Synchronoscope pour couplage de l’alternateur au réseau
  • 1 x Couple-mètre 500Nm @ 10’000rpm avec HMI ([W]-[Nm]-[rpm])

David Cajander
Professeur HES associé

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Chaque plateforme possède un set d’instrumentation, incluant :

  • 1 x Oscilloscope 400MHz / 5GS/s / 4 canaux / écran tactile 10.4’ / MatLab embarqué avec chacun 4 sondes pique-fil 1 :10
  • 2 x Multimètres FLUKE 179
  • 2 x Sondes différentielles de tension (éch. 20:1 ou 200:1) 1’400Vp @ DC..25MHz
  • 2 x Sondes de courant 10mA..150A @ DC..15MHz
  • 1 x Analyseur de puissance, monophasé 825Vrms / 2’000A @ DC + 15Hz..1kHz (40ème harmonique 50Hz, précision 0.5% @50Hz)
  • 1 x Analyseur de puissance, quadriphasé 600Vrms / 18A (ext. 40A) @ DC..20kHz (100ème harmonique 50Hz, précision 0.1% @ 50Hz)
  • 1 x Stroboscope 60..26’000rpm
  • 1 x Alimentation stabilisée 2 x 0..30Vdc / 3A
  • 1 x Générateur multi-fonction (6MHz / 10Vpp)

David Cajander
Professeur HES associé

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  • 1 x Analyseur d’impédance DC + 4Hz..5MHz @ 5Vmax jusqu’à 100MHz (1V au-delà)
  • 5 x Oscilloscopes 600MHz / 10GS/s / 4 canaux / écran tactile 12.1’ / MatLab embarqué avec chacun 4 sondes pique-fil 1 :10
  • 5 x Sondes différentielles de tension (éch. 20:1 ou 200:1) 700Vp @ DC..40MHz
  • 5 x Sondes différentielles de tension (éch. 10:1 ou 100:1) 1’400Vp @ DC..100MHz
  • 8 x Multimètres FLUKE 183
  • 1 x Couple-mètre 50Nm @ 4’000rpm avec HMI ([W]-[Nm]-[rpm])
  • 1 x Alimentation 4 quadrants ±36V / ±6A
  • 1 x Alimentation stabilisée 40Vdc / 300A
  • 1 x Transfo de séparation 1:1 de 100kVA / 400V en couplage « triangle/zig-zag» avec ajustement ±10%
  • 2 x Transfo monophasé (maquette traction élec. à 2 colonnes) 27kVA / 20 enroulements / 50Hz ou 16.7Hz
  • 1 x Moteur à réluctance variable 8.5kW @ 6’000rpm (quadriphasé, 6 pôles rotoriques)
  • 1 x Machine asynchrone à double bobinage 5.5kWélec / 6.9kWméc(4 pôles)
  • 1 x Transfo triphasé multi-enroulements 52kVA
  • Assortiment de 25 rhéostats bobinés de puissance, gamme de 2W / 19A à 1kW / 1A
  • Diverses pinces ampèremétriques et shunts
  • Divers tachymètres optiques

David Cajander
Professeur HES associé

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C20.05

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  • 1 x Alimentation 2 quadrants ±500V / 50A / 20kW avec émulateur de batteries

David Cajander
Professeur HES associé

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Laboratoire de haute tension (LHT)

Introduction

Besides high voltage testing, other examinations can be performed, among them measurements of conventional  partial discharge (PD) ), measurements of dissipation factor and capacity, and rain tests. If required, monitoring camera systems and microscopes are used. In addition to the main testing bay, a secondary testing bay permits long-term insulation testing under DC and AC to simulate aging processes.   Both bays are shielded. This makes sensitive PD measurements with a very low noise level of less than 1 pC possible.

Abstract from the testing portfolio of the high-voltage testing laboratory

  1. Lightning impulse voltage
  2. Alternating voltage
  3. Direct voltage
  4. Switching impulse voltage
  5. Long-term tests of insulation materials under DC and AC
  6. Partial discharge measurement (PD)
  7. Measurements of dissipation factor and capacity
  8. Rain tests

Our laboratory also provides material testing and characterization like:

  1. Investigation of dielectric breakdown strength for solid or liquid dielectric materials: breakdown tests performed with different test speeds (V/s), according to (IEC 60243 or IEC 60156 Standard) using semi-spherical (VDE), spherical, cylindrical, blunt point, disc or needle shaped electrodes
  2. Investigation of dielectric permittivity and the dielectric losses (tan D) for solid insulating materials: Cs / Cp and dissipation factor measurements under low AC voltage, going from 5 µHz up to 50 MHz, with or without DC bias (IEC 62631-2-1)
  3. Investigation of electrical volumetric or surface resistivity (conductivity) of solid insulating materials :
  • Resistivity measurement (IEC 60093, IEC 62631-3-1, ASTM D257-14)
  • Polarization index  / insulation resistance based on polarization and depolarization currents measurements (IEEE 43-2000)
  1. Investigation of the ageing behavior of solid or liquid dielectric materials
  • Voltage endurance testing at room temperature or combined with thermal stress (IEC 61251)
  • Thermal or thermo-electrical ageing under specific conditions as defined by the end user

Main test bay, (10x8 m,h=6 m)

  • DC generator : 400 kVdc / 12mA
  • AC generator : 200 kV / 50Hz / 250mA
  • Impulse generator : 400 kV / 12 kJ with impulse analyzing system
  • Current impulse generator : 100 kA / 20 kJ
  • Bamberg Test system 100 kV

Secondary test bay for long duration testing

  • Bamberg Test system 100 kV AC and DC
  • Material testing and characterization
  • Keithley electrometer 6517B : multipurpose high resistance / low current electrometer
  • Omicron SPECTANO 100 : Dielectric Material Analyzer for the characterization of solid and liquid insulation materials in the time (PDC) and frequency (FDS) domain
  • Agilent 4294A Precision Impedance Analyzer

Accessories:     

  • Partial discharge AC and DC : Omicron MPD 600 (noise < 1 PC at 200 kV)
  • Tg δ : Omicron Tando 700
  • Set up for test under rain
  • Climatic cabinet (-70°C/-70°C)
  • Several dividers, sensors, resistors, capacitors, diodes and inductors for special set ups

Laboratoire de réseau électrique


Laboratoire Thermique et Energétique (LTE)

Le Laboratoire Thermique & Energétique (LTE) permet de mener des projets de recherche appliquée en rapport avec l’efficacité de conversion d’énergie thermique/électrique dans le bâtiment, la conception et l’optimisation des systèmes énergétiques décentralisés.

Les installations du LTE permettent de faire des essais sur des équipements thermiques de conversion d’énergie (chaudière, échangeurs de chaleur, machine ORC, pompe à chaleur) et valider des prototypes de recherche dans le domaine des technologies de machines à fluide organique et des pompes à chaleur (équipements de turbines, compresseurs, capteurs solaires à évaporation direct, générateur de vapeur à réfrigérant organique).

Grâce à une approche fondée sur la méthodologie systémique d’optimisation de systèmes utilisant au maximum des énergies renouvelables et sur le développement de solutions technologiques à faible impact de carbone, il est ainsi possible d’apporter une réponse significative à la problématique de transition énergétique dans les secteurs du bâtiment et de l’industrie.

Le LTE permet de travailler sur la formalisation de concepts de réseaux thermiques intelligents et avancés, l’intégration optimale des sous-systèmes d’alimentation des bâtiments, la modélisation et la simulation de ces systèmes et des ressources disponibles dans une démarche d’amélioration des performances énergétiques des bâtiments et des villes.

Malick Kane
Professeur HES associé

Bureau
D10.03

Tél.
+41 26 429 68 42

E-mail
malick.kane@hefr.ch

Grâce au LTE, il est possible d'accompagner des projets, tant industriels qu’académiques, afin de tester et éprouver les concepts et technologies des machines à fluide organique (ORC) et de pompes à chaleur et/ou refroidissement (PAC multi-source). Pour ce faire, le LTE dispose d’outils et de méthodologies de la modélisation et de simulation des composants et sous-systèmes thermodynamiques (cogénération, tri-génération d’énergie, …).

Malick Kane
Professeur HES associé

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Grâce au LTE, des chercheurs peuvent développer des approches d’optimisation multicritères (énergétique, exergétique, économique, environnementale) et des méthodologies de simulation des systèmes énergétiques et des procédés industriels basées sur une démarche systémique. Il permet la validation expérimentale de modèles simplifiés pour simplifier l’intégration énergétique de systèmes complexes.

Malick Kane
Professeur HES associé

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