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
Responsable d'institut

Bureau
A20.26

Tél.
+41 26 429 67 55

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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
Responsable d'institut

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A20.26

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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
Responsable d'institut

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A20.26

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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

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

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C20.05

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david.cajander@hefr.ch

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

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C20.05

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david.cajander@hefr.ch

  • 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

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C20.05

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david.cajander@hefr.ch

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

David Cajander
Professeur

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C20.05

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+41 26 429 65 57

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david.cajander@hefr.ch


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)

Mission et recherche appliquée

Cœur d’innovation, le Laboratoire de Thermique & Energétique (LTE) offre un environnement à la pointe de la technologie avec des installations énergétiques et thermiques robustes. Il dispose d’infrastructures permettant de développer des projets d’études en rapport avec l’enseignement et la recherche appliquée. Nos experts et chercheurs accompagnent vos projets, tant industriels qu’académiques afin de valider des prototypes de recherche dans plusieurs domaines allant des technologies de machines à fluide organique et des pompes à chaleur aux équipements de turbines, compresseurs, capteurs solaires à évaporation direct, générateur de vapeur à réfrigérant organique.

Domaines d’activités de recherche

Nos travaux de recherche et de développement se résument en trois domaines d’activités, à savoir:

  • L’efficacité de la conversion d’énergie dans les bâtiments et quartiers durables (Modélisation et simulation des réseaux d’échanges thermiques intelligents ; Intégration optimale des sous-systèmes d’alimentation des bâtiments; Monitoring et validation expérimentale des modèles simples pour des problèmes complexes; Processus, méthodologie et outils d’optimisation)
  • La conception et optimisation de systèmes énergétiques décentralisés (Modélisation et simulation des composants et sous-systèmes de cogénération et tri-génération d’énergie; Conception, développement et tests de technologies de machines à fluide organique (ORC) et de pompes à chaleur et/ou refroidissement (PAC multi-source))
  • L’intégration énergétique de procédés industriels

Les installations du laboratoire développées par les étudiants permettent de faire des essais sur des équipements thermiques de base (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).

Installations

Pour mener à bien nos projets, les installations du laboratoire LTE disponibles sont :

  • Une chaudière alimentée à l’huile thermique
  • Une pompe à chaleur et/ou refroidissement (PAC multi-source)
  • Une machine à cycle organique de Rankine
  • Un échangeur de chaleur

Malick Kane
Professeur

Bureau
D10.03

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+41 26 429 68 42

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malick.kane@hefr.ch

Missions et objectifs

Notre mission est 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.

Notre 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, permet d’apporter une réponse significative à la problématique de transition énergétique dans les secteurs du bâtiment et de l’industrie.

Compétences

  • Modélisation et simulation de systèmes énergétiques complexes
  • Optimisation des réseaux thermiques urbains
  • Processus d’optimisation, méthodologie et outils de simulation
  • Conception, développement et tests de technologies de machines à fluide organique et de pompes à chaleur et/ou refroidissement (PAC multi-source)
  • Développement de systèmes énergétiques décentralisés

Projets d’études déjà réalisés et en cours

  • Système d’intégration énergétique appliqué à un concept avancé de réseau de PAC de chauffage et de réfrigération (collaboration avec l’Ecole Supérieur des Sciences et Technique de l’Ingénieur de Nancy, Polytech Nancy, Mars 2017)
  • BlueCAD: Concept d’intégration et optimisation de réseaux avancés d’échanges thermiques intelligents appliqué au quartier BlueFactory de Fribourg ; Simulation des besoins énergétiques horaires (chaud, froid et électricité) et des ressources solaires du futur quartier du BlueFactory ; Optimisation du niveau de température du réseau
  • MoXtub: Modélisation et optimisation exergétique des réseaux thermiques urbains basse température (projet en collaboration avec l’USMB, 2019-2022)
  • CadSim: développement d’un plateforme d’optimisation de réseaux thermiques urbain
  • ORC Liebherr (2017-2018)
  • Projet PAC multi-source (2018-2019)

Malick Kane
Professeur

Bureau
D10.03

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malick.kane@hefr.ch

Compétences

  • Développement et démonstration de sous-systèmes de cogénération et tri-génération d’énergie
  • Modélisation et simulation des composants et sous-systèmes de cogénération et tri-génération d’énergie
  • Conception, développement et tests de technologies de machines à fluide organique (ORC)

Projets d’études déjà réalisés

2014-2015

  • Cogepac: Système de cogénération couplé à une pompe à chaleur de compression à éjection; Modélisation et dimensionnement d’un thermo-compresseur; Outil de simulation modulaire capable de calculer et modéliser différentes variantes de cycles ORCs à cogénération avec éjecteur et avec différents fluides de travail (Victor Liblin)
  • Etude de faisabilité d’un concept de moteur Stirling rotatif original; Validation d’un concept à deux « pistons » rotatifs, de forme cylindrique, montés de façon excentrée sur deux arbres de rotation, et se déplaçant dans une chambre fermée à double lobe en roulant sur la surface extérieure de la chambre (Gagliardo).
  • Concept de mini-cycle combiné à cogénération: Etude d’un système de récupération d’énergie permettant de booster les performances d’une micro-turbines à gaz; Dimensionnement détaillé des principaux composants d’un prototype de module de test de l’éjecteur (Taureg).

2015-2016

  • Capteur solaire thermique à évaporation direct de réfrigérant; Conception, dimensionnement et réalisation d’un module prototype de système de capteur solaire thermique plat ultravide et à évaporation directe de réfrigérant (Bouchayer P.)

Malick Kane
Professeur

Bureau
D10.03

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malick.kane@hefr.ch

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