Cas d’application
Quand le cloud remplace le charbon
La société Bergmannsheil et Kinderklinik Buer GmbH (Gelsenkirchen) utilise la boucle de mélange tout-en-un MIXIT ainsi que la plateforme cloud BuildingConnect de Grundfos pour son système modernisé de distribution de chaleur.
Vers la modernisation nécessaire de la distribution de chaleur
« Pour une gestion efficace de l’énergie, la consommation doit être transparente et capable de s’adapter à la demande », explique Gerrit Neugebauer, Directeur technique de Bergmannsheil et Kinderklinik Buer GmbH à Gelsenkirchen. « Notre système de distribution de chaleur, qui a fait l’objet d’extensions au cours des dernières décennies, ne permettait pas cela. C’est pourquoi nous avons profité d’un nouveau projet de rénovation pour mettre en place un système de régulation intelligent sur nos boucles de mélange. »
L’hôpital, qui appartient au réseau médical de l’association des mineurs, emploie 1 200 employés qui fournissent des soins hospitaliers à environ 24 000 patients par an. L’établissement se compose du bâtiment principal, construit en 1929, ainsi que de bâtiments ajoutés dans les années 1980, de bâtiments plus récents et de modernisations.
Pour gérer l’énergie efficacement, la consommation doit être transparente et capable de s’adapter à la demande.
Le système de chauffage de l’hôpital est situé au sous-sol du bloc hospitalier et sa structure date de 1929. Si l’on acheminait auparavant du charbon, le fameux « or noir » extrait du bassin houiller, ce sont aujourd’hui trois échangeurs thermiques qui diffusent le chauffage urbain et l’énergie thermique générés par une centrale de cogénération chaleur/électricité. Il était devenu nécessaire de moderniser la distribution de chaleur. « Le système de distribution de chaleur datait pour l’essentiel des années 1970 et il était nettement surdimensionné, car à l’origine il était destiné à alimenter davantage de bâtiments », explique Gerrit Neugebauer. « Il y avait des tuyaux surdimensionnés, parfois superflus, qui n’étaient pas correctement isolés, ce qui entraînait évidemment une perte de chaleur considérable. »
Le manque d’adaptabilité constituait un autre inconvénient majeur. « La chaleur pouvait seulement être réglée de façon centralisée par l’intermédiaire des échangeurs thermiques, et non de façon séparée pour chaque circuit de chauffage spécifique », explique Neugebauer. « S’il y avait un endroit où la chaleur était insuffisante, notre seule solution consistait à augmenter le débit sur l’ensemble du système. La température d’écoulement était ainsi d’environ 75 degrés dans chaque circuit de chauffage. »
Les boucles de mélange : une solution tout-en-un
Le système de distribution de chaleur de l’hôpital a été modernisé parallèlement à nos opérations courantes au cours de l’été 2022. Le projet se divisait en trois étapes : l’installation d’une nouvelle tuyauterie de plus petit diamètre bénéficiant d’une isolation, le remplacement des pompes obsolètes et l’installation de boucles de mélange réglables. Les tuyaux des trois échangeurs thermiques se répartissaient en deux catégories de débit : une catégorie de plus grande envergure pour le bâtiment principal contenant l’aile des patients hospitalisés, disposant de cinq circuits de chauffage, et une plus réduite pour les annexes, disposant de trois circuits de chauffage. Les types de pompes utilisées étaient la pompe ultra-performante Grundfos TPE en tant que pompe d’alimentation, ainsi que différents types de Magna3 pour les circuits de chauffage.
Le projet avait pour mesure phare l’installation de la boucle de mélange Grundfos MIXIT dans chacun des huit circuits de chauffage. MIXIT est une solution tout-en-un qui intègre chacun des composants nécessaires – vannes, actionneurs, capteurs et régulateur intelligent de la température – au sein d’un coffret de commande compact. Pour la boucle de mélange, seuls deux composants doivent être conçus et installés : le coffret de commande MIXIT et la pompe Magna3 pour le circuit secondaire, qui bénéficie d’une connexion sans fil avec le coffret de commande. La présence de composants intégrés et la flexibilité de cette solution facilitent grandement la planification et l’installation. C’est ce qu’a confirmé Martin Borgmann, dont l’entreprise Sanitär, Heizungs- und Lüftungsbau Borgmann (Bottrop) est prestataire de BKB depuis de longues années. À ce titre, elle a assuré, avec l’accompagnement de Grundfos, la planification et l’installation du nouveau système de distribution de chaleur. « Je connais le système de chauffage de l’hôpital depuis 40 ans, mais il y avait encore de nombreuses sections de la tuyauterie qui restaient un mystère pour moi et sur lesquelles nous avions du mal à travailler », explique Borgmann. « Il a donc été particulièrement utile que MIXIT ne spécifie pas de valeur Kvs spécifique pour une dimension nominale donnée, mais que cette solution puisse facilement couvrir une plage entière de valeurs. Par conséquent, nous n’avons pas été obligés de définir des valeurs trop précises. Cela constitue un avantage énorme, tout particulièrement sur les systèmes plus anciens. »
La vanne de régulation assure également une grande flexibilité. Elle est conçue sous la forme d’un robinet à boisseau sphérique à trois voies avec une ouverture en T pouvant s’adapter à différents types de circuits hydrauliques. À l’hôpital de Bergmannsheil, les huit MIXIT sont utilisés en tant que vannes à trois voies dans les circuits de mélange.
Des données d’exploitation accessibles depuis n’importe où
Le régulateur intelligent de la boucle de mélange constitue le principal avantage du nouveau système de distribution de chaleur. Le mélangeur et la pompe alimentent plus de 100 points de données qui peuvent être utilisés afin d’optimiser le fonctionnement du système. L’hôpital utilise Grundfos BuildingConnect (GBC) comme système de contrôle. Cette plateforme cloud sert à surveiller et à contrôler les systèmes et permet d’accéder à toutes les données du mélangeur et de la pompe, ainsi que de contrôler en détail leur fonctionnement, même si l’on ne dispose pas d’une connexion à un système de contrôle. L’accès s’effectue via une interface Ethernet intégrée en usine au coffret de commande.
« Nous n’avons pas de système de contrôle global pour le chauffage et la climatisation ; nous disposons de systèmes de commande individuels pour différents systèmes, tels que les échangeurs thermiques », explique Gerrit Neugebauer. « C’est pourquoi nous étions ouverts à un système de contrôle à boucle de mélange séparé. Nous avons choisi BuildingConnect parce que cette plateforme réduit la charge de travail et offre des options avancées de surveillance et de contrôle. Qui plus est, comme il s’agit d’une solution cloud, elle est accessible depuis n’importe où. En pratique, cela signifie que si la personne du service d’astreinte reçoit un message d’erreur, elle peut consulter les données actuelles du système depuis son bureau ou depuis chez elle, ce qui permet de gagner un temps considérable. La solution est également beaucoup plus économique qu’un système de contrôle, et nous pouvons modifier nous-mêmes n’importe quel paramètre à tout moment.
Depuis le printemps 2023, toutes les boucles MIXIT sont connectées à Internet et contrôlées via la solution cloud. Elles sont accessibles depuis un moniteur dans le circuit de chauffage, depuis le poste de travail du technicien, ou encore depuis une tablette ou un smartphone, en fonction de vos besoins. Grundfos a formé les membres de l’équipe technique de l’hôpital et a fourni une assistance pour surveiller le système au cours de la phase initiale, afin d’aider l’hôpital à configurer un fonctionnement performant.
BuildingConnect est également beaucoup plus économique qu’un système de contrôle, et nous pouvons modifier nous-mêmes n’importe quel paramètre à tout moment.
Une température d’écoulement abaissée de 10 degrés
La capacité de contrôler individuellement chacun des circuits de chauffage permet des économies considérables. « Les circuits de chauffage peuvent avoir des besoins de chauffage très variables », explique Gerrit Neugebauer. « Dans le bloc hospitalier, par exemple, nous avons un pavillon avec un niveau de confort élevé et un chauffage par le sol qui peut fonctionner avec une température d’écoulement beaucoup plus basse que les pavillons disposant de radiateurs. Auparavant, l’écoulement devait se baser sur la consommation la plus importante, et il fallait limiter la température via un thermostat si besoin. Aujourd’hui, il est possible de fournir de la chaleur à chaque circuit de chauffage et l’optimiser individuellement. »
Grâce aux possibilités offertes par la solution Grundfos, nous réalisons d’importantes économies d’énergie.
Pour l’hôpital, la transparence offerte par cette solution constitue un autre point clé en sa faveur. « Avec l’ancien système de distribution de chaleur, on ne connaissait jamais précisément les niveaux de température, ni la quantité de chaleur qui était consommée à tel ou tel endroit », explique Neugebauer. « Grâce aux données que nous fournit BuildingConnect, nous pouvons attribuer différentes quantités de chaleur en fonction des consommateurs ou des besoins. Cela nous permet à la fois de réaliser des économies d’énergie et d’améliorer la transparence des coûts internes. »
Bien que toutes les boucles de mélange n’aient pas été entièrement ajustées au cours de la première période de chauffage ayant suivi la rénovation, l’hôpital de Bergmannsheil a déjà constaté des premiers résultats positifs. « Avant la modernisation, nous avions besoin d’une température d’écoulement de près de 75 degrés », indique Gerrit Neugebauer. « Aujourd’hui, nous pouvons opérer à environ 10 degrés de moins. Bien que les données de consommation de chaleur du fournisseur n’aient pas encore été ajustées de façon détaillée pour prendre en compte des facteurs tels que les conditions météorologiques et le taux d’occupation, nous pouvons d’ores et déjà affirmer que le nouveau système de distribution de chaleur nous permet d’économiser au moins 20 % de chaleur. »
Des économies supplémentaires pourraient cependant être réalisées. « L’optimisation des boucles de mélange représente un processus continu », déclare ainsi Matthias Dierselhuis, Responsable Grands Comptes pour les solutions numériques chez Grundfos, qui a également géré le projet de l’hôpital de Bergmannsheil. « MIXIT fournit les données et BuildingConnect facilite l’utilisation de ces données. L’expérience du fonctionnement réel est ensuite nécessaire pour affiner les réglages. Cela signifie que les paramètres pourront toujours être mieux optimisés sur une période relativement longue. »
« Nous sommes très satisfaits du projet », résume Gerrit Neugebauer. « Grâce aux possibilités offertes par la solution Grundfos, nous réalisons d’importantes économies d’énergie et avons posé les bases d’une gestion énergétique innovante dans notre système de distribution de chaleur, sans compliquer les choses et en éliminant les multiples tâches requises par un système de contrôle. »