Supervisez les équipements techniques d’un bâtiment grâce au LoRaWAN : Une solution aux problèmes de câblage
Dans le monde en constante évolution de la gestion technique des bâtiments, les acteurs du secteur sont confrontés à des défis techniques de taille. L'efficacité énergétique, la conformité aux réglementations et l'amélioration du confort des occupants sont autant d'objectifs cruciaux.
Cependant, la réalité des bâtiments existants pose souvent des défis uniques, particulièrement lorsqu'il est impossible de tirer de nouveaux câbles pour collecter des données auprès des équipements techniques.
Dans ces situations complexes, l’utilisation de protocoles sans fil, et en particulier le protocole de communication LoRaWAN, se révèle être une solution ingénieuse, que les équipements soient déjà installés ou non dans le bâtiment.
Découvrez dans cet article pourquoi le LoRaWAN est l’alternative la plus adaptée aux protocoles filaires pour récolter la donnée d’équipements lorsque l’environnement rend impossible le tirage de câble et comment il permet de garantir la réussite des projets de rénovation ou de modernisation de gestion technique des bâtiments.
La solution de connectivité Wattsense convertit les données LoRaWAN en BACnet / Modbus pour vous permettre d'accéder localement aux données de n'importe quel capteur LoRaWAN et de déployer des solutions Smart Building rapidement, avec une grande flexibilité. Découvrez-en plus ici.
Les défis de la gestion des données dans les bâtiments existants
L'un des défis majeurs actuels du secteur de la gestion des bâtiments est la mise en place d'un système de supervision de données pour répondre aux réglementations en vigueur et aux nouveaux enjeux d’amélioration énergétique des bâtiments, tels que le décret tertiaire, le décret BACS ou encore le BAT-TH-116. Cependant, les projets de modernisation ou de rénovation des bâtiments existants se heurtent fréquemment à des obstacles pratiques importants qui entravent la supervision de données : accès en toiture restreint, crosses pour le passage des câbles obstrués, récupération complexe des caissons VMC, mise en place de régulation automatique des radiateurs à l'aide de vanne thermostatique…
Ces situations vous semblent familières ? En effet, elles sont courantes et mettent en évidence les limites des solutions câblées dans certains scénarios d'utilisation. L'alternative préconisée pour collecter efficacement et de manière fiable les données des équipements dans de telles situations est donc l'utilisation de protocoles sans fil, qui, en raison de leur nature, échappent à certaines contraintes physiques du bâtiment.
Bien que les solutions sans fil aient la réputation d’être moins fiables que leurs homologues câblés, les avancées technologiques récentes les rendent désormais quasiment aussi robustes et fiables que les protocoles filaires.
Introduction aux solutions sans fil pour la collecte de données
Il existe plusieurs protocoles sans fil disponibles sur le marché, chacun ayant ses avantages et ses inconvénients. Parmi les protocoles couramment connus, citons EnOcean, Zigbee, Sigfox, et LoRaWAN. Cependant, lorsqu'il s'agit de projets de rénovation dans le domaine de la gestion technique des bâtiments, il est essentiel d'analyser attentivement les capacités et les limites de chaque protocole.
EnOcean : offre une bidirectionnalité et une latence remarquablement faibles, ce qui signifie que les appareils peuvent communiquer efficacement dans les deux sens avec une réponse quasi instantanée. Cependant, ce protocole exige souvent un grand nombre de passerelles pour couvrir des zones étendues, ce qui peut s'avérer coûteux et complexe en termes d'architecture.
Zigbee : Ce protocole a la particularité de fonctionner en réseau maillé, c'est-à-dire que chaque équipement (nœud) est un émetteur et un récepteur. Ainsi, l’ajout d’un nouvel équipement étend la portée du réseau et renforce sa structure . Cela permet une couverture fiable même dans des environnements complexes, comme les grands bâtiments. Cependant, il existe que peu d’options d'équipements compatibles avec ce protocole et sa consommation d’énergie est assez élevée (les capteurs actionneurs sont constamment en mode émetteur/récepteur), ce qui le rend moins adapté aux projets de rénovation complexes.
Sigfox : Bien qu'il se distingue par sa couverture étendue, son faible coût de structure et qu’il fournisse des données via une API dans le cloud, il ne répond pas toujours efficacement aux besoins de la gestion technique des bâtiments, qui nécessitent une communication locale. En effet, le Sigfox est un réseau opéré et rend donc difficile la création d’un réseau privé.
LoRaWAN : Le protocole LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) est une technologie de communication sans fil conçue pour permettre la transmission de données sur de longues distances tout en consommant peu d'énergie. Principalement adapté aux applications de l'Internet des objets (IoT), le protocole LoRaWAN présente des avantages significatifs dans le domaine de la gestion technique des bâtiments puisque contrairement au Sigfox, il est décliné en version privée et permet une remontée en local des informations des installations techniques.
L'utilisation du protocole LoRaWAN se révèle extrêmement appropriée pour la collecte de données à partir de capteurs et de compteurs. Cependant, lorsqu'il s'agit d'actionneurs, la décision doit être examinée avec plus de précision, en tenant compte des circonstances spécifiques de chaque cas.
Pour répondre aux problématiques de monitoring énergétique et de qualité d’air, la technologie LoRaWAN nous semble être le protocole sans fil le plus adapté aux contraintes des bâtiments, notamment dans les situations impliquant un grand nombre d’équipements à surveiller et contrôler, ce qui est souvent le cas dans des projets de mise en conformité BACS ou de rénovation vers une GTB de classe B.
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Les avantages du protocole LoRaWAN
L'intégration du protocole LoRaWAN dans les projets de création ou de rénovation de systèmes de gestion technique des bâtiments ouvre des opportunités exceptionnelles pour améliorer l'efficacité énergétique, garantir la conformité aux normes et simplifier le processus d'installation et de mise en service.
Installation sans Tirage de Câble
L'un des principaux atouts de la technologie LoRaWAN réside dans sa capacité à être déployé sans nécessiter de tirage de câble complexe. Cette caractéristique est particulièrement pertinente dans le contexte de la rénovation, où l'accès à certaines zones peut être limité par des contraintes architecturales ou techniques. Les capteurs ou équipements LoRaWAN peuvent être rapidement installés sans altérer la structure existante et en conservant l’esthétique du lieu, réduisant ainsi les coûts, les délais et les perturbations liées aux travaux de câblage traditionnels.
Un large choix d’équipements
Il existe actuellement une variété d’équipements LoRaWAN disponibles sur le marché pour la surveillance et la collecte de données dans les bâtiments. Ces capteurs peuvent être utilisés pour surveiller la température, l'humidité, la qualité de l'air, l'éclairage, la consommation d'énergie, la détection de mouvement, et bien d'autres paramètres.
Source : https://lora-alliance.org/
La disponibilité de ces équipements varie en fonction des régions et des fournisseurs, mais en général, il existe un large choix de produits adaptés à différentes applications de gestion technique des bâtiments.
L'écosystème LoRaWAN propose pour le moment trois classes d'équipements, chacune offrant un compromis entre la consommation d'énergie et la continuité de la communication. Les plus courantes sont les suivantes :
- Les capteurs de Classe A se distinguent par leur grande efficacité énergétique. Ils passent la majorité de leur temps endormis et se réveillent périodiquement pour effectuer leurs mesures, transmettre leurs données, puis écouter brièvement les commandes de leur passerelle, avant de repasser en mode veille jusqu'à la prochaine mesure. Cette caractéristique en fait un choix parfait pour les applications qui dépendent de l'alimentation par batterie de leurs capteurs.
Source : Par Emmanuel Pineau — Travail personnel, CC BY-SA 4.0,
- Les capteurs de Classe C : ces capteurs fonctionnent en écoute permanente. Ils consomment donc plus d'énergie que les capteurs de classe A. De ce fait, ils sont la plupart du temps raccordés à une alimentation extérieure.
Adaptabilité et portée du Signal LoRaWAN
Un avantage majeur du LoRaWAN réside dans sa capacité à ajuster intelligemment la puissance du signal pour optimiser la couverture tout en optimisant la consommation énergétique. Cette fonctionnalité est rendue possible par l'ajustement automatique du "spreading factor" (SF) en fonction des conditions de transmission. Cette adaptation garantit une pénétration optimale à travers les obstacles, sans surexploiter la batterie des capteurs. Une fois de plus, le LoRaWAN se révèle particulièrement adapté aux projets de rénovation, où les structures existantes peuvent créer des contraintes pour la transmission du signal.
Avec la fonctionnalité de passerelle LoRaWAN de la solution de connectivité Wattsense, le calcul du spreading factor est simplifié grâce à l'évaluation du rapport entre le Signal-to-Noise Ratio (SNR) et le Received Signal Strength Indicator (RSSI). Cette fonctionnalité permet de garantir un fonctionnement optimal des capteurs LoRaWAN en ajustant automatiquement les paramètres de transmission.
Un autre avantage significatif du protocole de communication LoRaWAN est sa portée. Les données peuvent être collectées à partir de capteurs situés à des distances significatives (jusqu’à 800m de rayon) de la passerelle, ce qui est particulièrement avantageux pour les bâtiments de grande envergure. Il suffit en effet d’une seule antenne pour couvrir un bâtiment de 3000 à 5000 m². Il permet de capter des capteurs installés à différents étages du bâtiment, et même parfois en sous-sol.
La technologie LoRaWAN permet une communication fiable même dans des environnements complexes, garantissant ainsi la collecte précise des données nécessaires pour la gestion technique des bâtiments.
Le décodage d'une trame LoRaWAN
Le processus de décodage des trames LoRaWAN peut sembler complexe, mais il est essentiel pour comprendre les données transmises.
Une trame LoRaWAN est essentiellement un paquet de données contenant des informations collectées par un capteur ou destinées à un équipement compatible LoRaWAN. Ces trames peuvent être transmises de manière ascendante (uplink) depuis les capteurs vers une passerelle LoRaWAN, ou de manière descendante (downlink) pour configurer ou activer des fonctionnalités spécifiques. Chaque fabricant fournit des instructions de décodage spécifiques pour chaque type de trame, expliquant comment les données sont structurées et comment les extraire. Notez que le processus de décodage diffère pour les trames uplink et downlink.
Décodage des Trames Uplink
Exemple d'une trame LoRaWAN up link :
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Lorsqu'un capteur envoie des données à une passerelle LoRaWAN, la trame uplink contient les informations nécessaires pour identifier et interpréter les valeurs capturées. Généralement, cela implique de prendre les données brutes du capteur et de les envoyer à un outil de programmation tel que Node-RED. Vous pouvez alors créer votre propre programme pour décoder la trame. Certaines passerelles LoRaWAN, comme la solution Wattsense, intègrent également un codec pour décoder la donnée brute, ce qui est une option pratique.
Décodage Simplifié avec Wattsense (Codec Uplink)
Wattsense simplifie grandement cette tâche en décodant automatiquement les trames de plus de 400 équipements LoRaWAN disponibles sur le marché. Après l'installation des capteurs, les équipes techniques peuvent récupérer en quelques clics les variables spécifiques qui les intéressent.
Décodage des Trames Downlink
Exemple d'une trame LoRaWAN downlink :
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En ce qui concerne les trames downlink, l'objectif est d'envoyer des paramètres de configuration aux équipements LoRaWAN. Cela sert généralement à effectuer la configuration initiale ou la mise en service des dispositifs. Cependant, ce processus est plus complexe en raison de l'encodage et de la génération de codes requis. De nombreux fabricants proposent par ailleurs des générateurs de codes downlink sur leurs sites web, ce qui facilite la création des paramètres de configuration.
Cas Spécifique des Actionneurs (Vannes Thermostatiques Vicky et Micropelt) :
Source : https://www.rg2i.com/vanne-thermostatique-lorawan/
Pour les équipements tels que les actionneurs, comme les vannes thermostatiques, le LoRaWAN offre la possibilité de mettre en place des actions régulières, telles que la modification d'un point de consigne ou l'activation d'un contacteur.
Afin de vous simplifier l’intégration de ce genre d’équipements à une GTB, nous avons décodés, chez Wattsense, la variable de consigne de température ambiante en écriture. Ainsi, pour changer la consigne de température ambiante vous n’aurez qu’à écrire la valeur de la température ambiante souhaitée.
Intégration facile de la technologie LoRaWAN à une GTB existante
Avec une solution de connectivité multiprotocole telle que Wattsense, la conversion de données en protocoles standard tels que BACnet est extrêmement aisée. Cette étape est cruciale pour lier les données collectées aux systèmes de Gestion Technique de Bâtiments (GTB) existants, créant ainsi une intégration harmonieuse avec les autres équipements du bâtiment.
Les économies réalisées en utilisant le protocole de communication LoRaWAN
L'un des aspects les plus attractifs de l'utilisation d'équipements LoRaWAN dans la gestion technique des bâtiments réside dans les économies substantielles qu'ils permettent de réaliser. Ces économies se manifestent à la fois dans la réduction des coûts de câblage et dans la minimisation des efforts de programmation, renforçant ainsi la rentabilité des projets de rénovation.
Calcul des Économies
L'une des principales sources d'économies réside dans la réduction significative du câblage requis pour connecter les différents capteurs et équipements. Comparé aux méthodes traditionnelles qui nécessitent des travaux complexes de tirage de câbles, l'utilisation d'équipements LoRaWAN permet de contourner cette étape coûteuse et chronophage. Cela se traduit par une diminution des coûts liés aux matériaux, à la main-d'œuvre et au temps de travail, contribuant ainsi à alléger considérablement le budget global du projet.
Minimisation de la Programmation
Une autre source d'économies réside dans la réduction des efforts de programmation nécessaires pour mettre en œuvre les systèmes de gestion technique des bâtiments. Les équipements LoRaWAN, en particulier lorsqu'ils sont intégrés à la solution Wattsense, offrent une configuration simplifiée et intuitive. Grâce à des fonctionnalités telles que le décodage automatisé des trames LoRaWAN et la pré-configuration de plus de 400 équipements LoRaWAN, les tâches de programmation fastidieuses sont grandement réduites. Cette automatisation permet de gagner du temps et de réduire les coûts associés à la formation et à la maintenance de compétences techniques avancées.
Rentabilité des Projets de Rénovation
Les économies obtenues grâce à l'utilisation de la technologie LoRaWAN contribuent directement à la rentabilité des projets de rénovation dans la gestion technique des bâtiments. En réduisant les dépenses liées au câblage et à la programmation, les différents acteurs du projet peuvent optimiser l'utilisation de leurs ressources financières, tout en garantissant une mise en œuvre efficace et rapide des solutions.
Exemple : projet de suivi du taux de Co2 dans une école primaire
> Objectif : S'assurer que l'apport d'air hygiénique est suffisant dans les 25 salles de classe.
> Nombre de capteurs nécessaires : 25 (température, hydrométrie, Co2)
Note : Il est essentiel de prendre en compte les coûts de maintenance et d'exploitation qui ne sont nuls dans aucun des cas.
En ce qui concerne LoRaWAN, la maintenance principale est liée au remplacement des batteries, qui varie entre 3 et 10 ans en fonction du besoin de fréquence des données remontées. Dans le cas des solutions filaires, des interventions ponctuelles ou régulières sont nécessaires pour diverses raisons, telles que le resserrage des bornes ou le remplacement des transformateurs.
En synthèse, l'adoption de technologies sans fil comme LoRaWAN non seulement accélère le ROI, mais facilite également l'intégration avec les systèmes et capteurs existants. Cela est en phase avec la tendance vers des solutions plus interopérables et ouvertes, permettant une gestion de l'énergie plus efficace et durable.
Conclusion
En conclusion, le recours à la technologie LoRaWAN pour la collecte de données provenant d'équipements inaccessibles aux protocoles câblés s'avère être la solution idéale. Simple d'utilisation, économique et offrant une gamme variée d'équipements pour toutes les situations, le LoRaWAN ouvre de nouvelles perspectives passionnantes dans le domaine de la gestion technique des bâtiments. Ne passez pas à côté de cette opportunité pour optimiser l'efficacité énergétique et le confort des occupants de vos bâtiments tout en respectant les normes réglementaires.
L'utilisation du protocole LoRaWAN dans la rénovation des systèmes de gestion technique des bâtiments offre une solution technologique innovante et adaptée aux défis spécifiques de ce domaine. L'adoption du LoRaWAN en tant que protocole de connectivité témoigne d'une vision progressiste et proactive pour l'avenir de la gestion technique des bâtiments.
La technologie Wattsense rend l'intégration de la technologie LoRaWAN dans les bâtiments simple, rapide et abordable. N’hésitez pas à demander votre démonstration pour en savoir plus.
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