Maisons, bâtiments et villes intelligents : la transition énergétique passe par KNX

Yasmin Hashmi présente les principaux éléments ressortis de la discussion de panel « Smart Energy Management with KNX » (Gestion intelligente de l'énergie avec KNX) au Smart Energy Summit, qui s'est tenu récemment et aborde l'importance de KNX dans le cadre de la transition du combustible fossile au zéro carbone.

La gestion des flux d'énergie dans un bâtiment constitue un domaine d'intérêt pour KNX depuis sa création. Cet engouement s'est rapidement étendu au-delà des limites d'une seule maison ou d'un seul bâtiment pour se porter sur les méthodes de gestion de l'énergie dans un quartier, voire dans une ville entière. Cette vision a été illustrée dès 2012 lors du salon Light+Building, où la KNX Association a présenté la « KNX City » afin de démontrer la façon d'aborder le concept de ville intelligente à l'aide de produits KNX existants.

Neuf ans plus tard, le changement climatique est sur toutes les lèvres et le concept de ville intelligente et la transition des combustibles fossiles au zéro carbone n'ont jamais été aussi pertinents. Alors, quel rôle doit jouer KNX et comment pouvons-nous aller de l'avant ?

Au cours de la table ronde « Smart Energy Management with KNX » (Gestion intelligente de l'énergie avec KNX) organisée au cours du récent événement en ligne KNX Smart Energy Summit, quatre experts du secteur ont débattu des méthodes d'utilisation de KNX pour la gestion de la numérisation de la transition énergétique, ainsi que de la marche à suivre afin de poursuivre les progrès dans ce domaine.

Optimiser la consommation énergétique des ménages

Idéalement, l'optimisation de la consommation énergétique des ménages passe par une gestion intersectorielle de l'électricité, de l'approvisionnement en chauffage et de l'e-mobilité grâce à l'utilisation coordonnée des ressources de production, de consommation et de stockage dans un ménage. Jürgen Leppig, président de l'association fédérale allemande des consultants indépendants en énergie, GIH Bundesverband e.V., souligne que bien que les pompes à chaleur communiquent généralement par le biais du protocole Modbus, ce n'est pas un problème, car il existe des passerelles qui convertissent Modbus en KNX. Autrement dit, la pompe à chaleur peut maintenant être contrôlée par l'intermédiaire du système KNX HEMS (Home Energy Management System). En outre, en 2020, le fournisseur de solutions de stockage sur batterie, sonnen GmbH, a rejoint la KNX Association, de sorte que le HEMS a maintenant la possibilité de contrôler la consommation énergétique (y compris les bornes de recharge des véhicules électriques) en fonction du stockage sur batterie afin d'effectuer une gestion dynamique de la charge et d'optimiser la consommation. En outre, Leppig soutient que l'optimisation de la consommation ne doit pas se cantonner aux bâtiments, en affirmant que « le format KNX convient à l'interconnexion des secteurs. Dès lors, des possibilités totalement inexploitées s'offrent à nous ! ».

E-mobilité

Selon Helmut Haßenpflug, directeur général de l'entreprise d'intégration de systèmes IGT GmbH, l'interconnexion des secteurs et l'électrification de la mobilité faisaient déjà l'objet de discussions en 2012, mais à l'époque, le nombre de voitures électriques dans toute l'Allemagne n'était que de 4 500 unités. Il déclare : « Fin 2020, il y avait déjà 350 000 voitures électriques sur nos routes et d'ici à la fin de cette année, ce chiffre devrait atteindre 1,1 million ». Quel que soit le chiffre précis, il atteint maintenant un niveau où il commence à devenir intéressant. L'interconnexion des secteurs, y compris l'e-mobilité et les wallbox [bornes de recharge murales plus rapides que les prises classiques], doit d'abord être gérée, mais nous pouvons y parvenir avec les produits dont nous disposons déjà. »

M. Haßenpflug souligne que le défi pour KNX est de pouvoir charger les véhicules électriques dans la maison intelligente et de les intégrer dans le système de gestion de l'énergie. Le véhicule et la maison doivent échanger des informations et la zone KNX constitue le canal par lequel ces données circulent. KNX joue le rôle de chef d'orchestre dans le concert énergétique et harmonise les processus entre cinq chargeurs de différents types et fabricants au maximum, le système photovoltaïque avec l'onduleur associé, le stockage de la batterie et les consommateurs dans la maison intelligente. M. Haßenpflug d'ajouter, « Le fait qu'une telle installation soit déjà possible sans que le fusible domestique ne disjoncte montre à quel point KNX fonctionne bien dans ce type d'environnement, qui prend actuellement de plus en plus d'ampleur ».

Éduquer le secteur de l'électricité et les particuliers concernant les avantages de KNX

Si les avantages offerts par KNX sont évidents et bien compris par les professionnels du secteur, il y a toujours beaucoup d'éducation à faire. Par exemple, même si la norme KNX est actuellement très répandue, le système est encore loin de représenter un choix évident. Par exemple, en Allemagne, la part de KNX dans les maisons intelligentes et les bâtiments commerciaux s'élève à 56 %. En effet, le paysage de la maison intelligente est encore trop fragmenté et il existe de nombreux systèmes qui se font concurrence et se chevauchent. Comme l'explique Hermann Schmidt, directeur général de l'entreprise d'intégration de systèmes KNX, HSc Informatik, « D'après mon expérience, les clients ont besoin d'être convaincus de KNX, car ils sont submergés par la variété et la complexité des offres sur le marché. »

Étant donné que KNX est une norme ouverte et d'envergure mondiale, adoptée par plus de 500 fabricants, elle devrait être facile à vendre. D'autant plus qu'il est possible de mélanger les produits de différents fabricants avec la certitude qu'ils fonctionneront de façon harmonieuse et transparente. Le client bénéficie ainsi d'une protection à l'épreuve du temps et n'est pas contraint de se cantonner à un seul fournisseur. Comme le souligne M.Schmidt, « Depuis 2009, j'ai vu de nombreux systèmes plonger dans l'oubli. C'est ce qui a tendance à se produire pour les solutions propriétaires. » C'est pourquoi il a opté dès le départ pour KNX dans sa propre maison, précisément parce que ce n'est pas un système propriétaire.

KNX présente les avantages supplémentaires d'évoluer constamment tout en restant rétrocompatible, illustrés par un projet de production combinée chaleur-électricité dans lequel M. Schmidt est impliqué depuis 2012. Une entreprise a décidé d'acheter une unité de production combinée chaleur-électricité (40 kW de rendement thermique, 15 kW de puissance électrique) afin d'avoir une solution de secours, car l'approvisionnement assuré par le réseau électrique est très instable. Une chaudière à gaz s'allume également selon les besoins. En outre, des bâtiments secondaires situés à 150 m ont été intégrés. Aujourd'hui, le système de gestion de l'énergie est étendu pour inclure un système photovoltaïque existant et un système de stockage par batterie lithium-ion de 70 kW.

« Ils doivent tous communiquer entre eux, mais les interfaces KNX sont rares dans ces secteurs, alors que Modbus est plus répandu », explique M. Schmidt. Néanmoins, il a pu résoudre le problème assez facilement, car il existe maintenant beaucoup de passerelles qui convertissent divers protocoles de contrôle en KNX. Dans cet exemple précis, il a utilisé l'EibPC? d'Enertex Bayern. Mais ce que cet exemple illustre avant tout, c'est que depuis 2012, le système de gestion de l'énergie est opérationnel et que son extension se poursuit, tout cela grâce à la flexibilité et au développement continu de KNX.

Sécurité et robustesse

Selon M. Schmidt, un autre avantage de KNX réside dans le fait « qu'un système KNX peut être mis en place non seulement comme un système ouvert, mais aussi comme un système fermé. C'est un aspect important en matière de sécurité. Par exemple, que se passe-t-il en cas de panne de l'Internet ? Avec KNX, quoi qu'il arrive, la maison intelligente continuera de fonctionner sans perturbation. » C'est dû au fait que KNX tire parti d'une intelligence distribuée à travers le système, plutôt que centralisée ou externalisée dans le cloud. Dès lors, il n'y a aucun point de défaillance central susceptible de rendre le système inopérant. Quel que soit l'appareil qui tombe en panne, les autres éléments de l'installation restent opérationnels. KNX offre également de puissantes fonctionnalités de cybersécurité grâce à la technologie KNX Secure.

Installateurs

Un autre avantage de KNX est le nombre croissant d'installateurs certifiés dans le monde entier. Selon Bernd Zeilmann, directeur de la Bayreuth Guild for Electrical Engineering and Information Technology, c'est un élément déterminant qui garantit aux clients de ne pas se retrouver le bec dans l'eau si leur installateur n'est plus disponible. Il souligne que « plus il y aura de professionnels qualifiés pour la norme KNX, mieux ce sera. Ainsi, n'importe quelle entreprise pourra immédiatement reprendre le travail entamé par la précédente. Il est donc important que la norme KNX soit enseignée dans les écoles professionnelles ! »

En fin de compte, ce sera le métier d'électricien qui devra mettre en œuvre l'automatisation de la maison et du bâtiment et installer les systèmes de gestion de l'énergie sur place. « La consommation énergétique doit être réduite de 50 % d'ici 2050 », explique M. Zeilmann, « mais le secteur de l'électricité n'est pas assez impliqué et de nombreuses entreprises ne connaissent pas bien ce domaine. Nous ne pourrons atteindre l'objectif qu'avec de jeunes travailleurs qualifiés. » C'est pourquoi le nouveau métier « technicien en électronique pour l'intégration des systèmes dans les bâtiments » a été créé en Allemagne. M. Zeilmann nous met toutefois en garde : « Je crains que nous parvenions à peine à répondre à la demande de nouvelles formations qui apparaîtra dans un avenir proche. »

Avoir voix au chapitre

M. Zeilmann est également préoccupé par le fait que le métier d'électricien est confronté à des exigences totalement nouvelles. Nous avons pour objectif de contrôler l'énergie de façon anticipative. « Nous devons donc tenir compte de l'autoproduction et de l'autoconsommation, surveiller l'état du réseau pour en réduire les coûts, tenir compte du marché de l'électricité, car les prix de l'électricité deviendront bientôt flexibles et planifier l'ensemble du processus 96 heures à l'avance. En fin de compte, nous devons nous reposer sur les professionnels pour mettre en œuvre ces technologies d'une manière économiquement attrayante. » Par ailleurs, Hermann Schmidt tient à souligner un autre élément, à savoir que les professionnels de KNX doivent avoir leur mot à dire lors de l'élaboration des règlements techniques concernant l'interconnexion des secteurs tels que l'e-mobilité et l'intégration du réseau.

KNX et la transition énergétique

Comment les fonctions des systèmes KNX existants et des produits des membres de KNX répondent-elles aux défis liés à la réussite de la mise en œuvre de la transition énergétique ? Selon Zeilmann, le fait que KNX soit indépendant et déjà largement utilisé constitue un bon point de départ. Hermann Schmidt ajoute : « KNX doit créer des interfaces intelligentes et faciles à appréhender pour tout un chacun. Il faut une solution complète, comme KNX IdO. » Bernd Zeilmann voit les choses de la même manière : « Pour y parvenir, il faut que les systèmes gagnent encore en intelligence. » Sur cette base, il aimerait voir moins de types d'appareils à l'avenir, par exemple en intégrant des actionneurs et des capteurs.

Selon Helmut Haßenpflug, KNX est doté des outils requis pour jouer un rôle important dans la transition. « Tous les produits nécessaires sont disponibles et nous pouvons les utiliser avec les systèmes de gestion de l'énergie domestique existants, ce qui fonctionne déjà bien dans les maisons intelligentes. Cependant, il reste du travail en ce qui concerne les chauffe-eau et la ventilation. Trop peu de fournisseurs équipent actuellement leurs appareils d'interfaces intelligentes ou ne veulent même pas divulguer les interfaces, surtout dans les gammes de performances supérieures. »

Conclusion

Grâce à l'ingéniosité et à l'esprit d'innovation des plus de 500 membres KNX dans environ 50 pays, qui offrent à présent un large éventail d'appareils KNX différents, il est possible de résoudre presque tous les problèmes et de réaliser tous les souhaits d'automatisation.

La variété des appareils KNX qui peuvent maintenant être utilisés dans l'environnement IdO signifie que KNX répond déjà aux exigences pour réaliser l'interconnexion des secteurs et le changement de charge. En particulier, les bornes de recharge pour les voitures électriques peuvent être intégrées dans les maisons et les bâtiments intelligents, ce qui constitue un aspect important de la réussite de la transition énergétique.

Si les avantages techniques de KNX sont manifestes, il est néanmoins aussi important de convaincre les utilisateurs finaux. Comme le suggère Jürgen Leppig, « le sujet de la domotique au sens large doit être porté à l'attention du grand public. Il ne s'agit pas d'aborder en détail des aspects techniques. Les utilisateurs finaux ne doivent même pas remarquer la technologie complexe qui fonctionne en coulisses. Nous n'y parviendrons que si nous pouvons proposer des solutions convaincantes. » Les passerelles de compteurs intelligents qui doivent maintenant être mises sur le marché offrent de nouvelles possibilités à cet égard. L'association des compteurs intelligents et de la maison intelligente pourrait permettre de concrétiser l'avancée finale. Néanmoins, il faudrait davantage de solutions normalisées que de solutions propriétaires pour y parvenir. Compte tenu de la demande croissante d'efficacité énergétique, KNX peut jouer un rôle majeur, non seulement dans la maison ou le bâtiment, mais aussi dans les quartiers et les villes. Bernd Zeilmann se veut quant à lui plus catégorique : « KNX est indispensable pour assurer l'interconnexion des secteurs, la transition énergétique et la protection de l'environnement. »

www.knx.org/knx-fr/pour-les-professionnels/smart-energy-summit/