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Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Gymnase/salle d'exercise / Canada
Mandat de l'étude de cas
Une municipalité dans le Nord du Canada vous mandate pour réaliser une étude sur la faisabilité d'implantation d'un système de chauffage solaire de l'air (CSA) sur un nouveau centre récréatif. Ce centre comprendra un gymnase, une glace de curling, des courts de squash, une salle de gymnastique et de musculation, plusieurs salles de réunions et des vestiaires.
Données techniques
Le centre récréatif dont la construction est prévue à Fort Smith, aux Territoires du Nord-Ouest, au Canada, aura besoin d'un apport d'air neuf de 9 000 m³/h. L'air neuf provenant de l'extérieur sera mélangé dans la gaine de retour d'air intérieur avant d'être distribué dans le bâtiment au moyen des conduits et diffuseurs prévus de manière habituelle. Le capteur solaire n'induira pas de perte de charge significative dans le système de ventilation. L'utilisation prévue du bâtiment est de 14 heures par jour, 7 jours par semaine. Des contrôles permettront de maintenir la distribution d'air de ventilation à 17 ºC. Quand il n'est pas nécessaire de chauffer l'air neuf, un registre permettra d'aspirer l'air directement de l'extérieur, en condamnant le capteur solaire.
Un mur sud-ouest, sans ombre, offrira une surface de 150 m² se prêtant bien à l'installation du système de CSA. L'architecte du client demande à ce que la couleur du capteur solaire soit gris foncé. Les murs du bâtiment ont une résistance thermique RSI de 3,0 (m²-ºC)/W. Le système de CSA permettra de réaliser des économies sur la consommation d'une chaudière au diesel dont le rendement saisonnier est de 70 %.
Données financières
Les données financières pour l'analyse sont fournies par le client : taux d'inflation de 2 %, taux d'indexation du coût en combustible de 3 %, ratio d'endettement de 70 %, taux d'intérêt sur la dette de 9 %, taux d'actualisation de 9 %, durée de l'emprunt de 20 ans, durée de vie des installations de 30 ans. Le prix du diesel est de 0,382 $/L. Comme le client est une municipalité, il n'y a pas d'impôts à prendre en compte et le financement sera assuré à l'interne.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Projet réel
Résultats
La ville de Fort Smith située dans les Territoires du Nord-Ouest au Canada, a récemment achevé la réalisation d'un nouveau centre récréatif. Ce centre comprend un gymnase, un curling, des courts de squash, une salle de gymnastique et de musculation, plusieurs salles de réunions et des vestiaires. L'utilisation du bâtiment est de 14 heures par jour, 7 jours par semaine.
Une étude sur le potentiel d'implantation de systèmes de chauffage solaire de l'air (CSA) a montré qu'au Canada, les communautés éloignées du Nord représentaient une niche de marché particulièrement attrayante. En effet, il y a très peu d'heures d'ensoleillement au cœur de l'hiver, mais la saison de chauffage est si longue que l'énergie solaire peut contribuer largement à réduire la charge de chauffage. De plus, les coûts d'approvisionnement en combustible dans ces communautés sont élevés, ce qui contribue à rentabiliser plus rapidement les investissements dans de tels systèmes, avec des temps de retour simple de quelques années seulement.
Un système de mesure enregistre la quantité d'énergie thermique fournie par le système de CSA de Fort Smith. Ce système est le premier à avoir été implanté dans une communauté éloignée du Canada, plusieurs autres nouveaux systèmes ont été installés depuis ce temps. Ce système sert à préchauffer l'air à l'entrée d'un ventilateur récupérateur de chaleur (VRC).
Description du système
Le capteur solaire est fabriqué en matériau de parement de façade gris. Le rayonnement incident réchauffe la tôle. L'air extérieur, aspiré par le système de ventilation, est réchauffé en passant à travers une multitude de perforations dans la tôle. Un espace à l'arrière du capteur solaire permet de collecter l'air réchauffé qui se dirige ensuite vers l'entrée d'air neuf du VRC.
Un capteur de 150 m² a été installé sur la façade sud-ouest du bâtiment. Le système assure la ventilation du gymnase seulement. Les contrôles assurent que l'air distribué par le système de ventilation contient au moins 50 % d'air neuf et que la température de mélange (air neuf plus air recirculé) se maintient à 17 °C. Si la concentration de CO2 dépasse un certain seuil ou si la température de mélange dépasse 17 °C, le pourcentage d'air neuf augmente et peut atteindre 100 %. Quand il n'est pas nécessaire de chauffer l'air, un registre condamne le capteur solaire et l'air extérieur est directement aspiré par les prises d'air qui apparaissent sur le mur de la photo.
Le propriétaire du bâtiment a opté pour un mur solaire combiné à un VRC car cette combinaison donnait d'importantes économies d'énergie (62,2 MWh) et un temps de retour simple sur l'investissement intéressant (3 ans). Bien que les 2 systèmes se fassent un peu compétition, ils fonctionnent bien ensemble en climat froid. Le système de CSA fournit au VRC un air moins froid que l'extérieur, ce qui a pour résultat de réduire les cycles de dégivrage du VRC. Le système de CSA fonctionne à un débit plus faible que normalement, ce qui permet d'obtenir une plus forte élévation de température. Aussi, le système peut souvent au cours de l'année, fournir la température de mélange de 17 °C, sans chauffage additionnel.
Leçons à tirer
Les communautés éloignées du Nord du Canada représentent une niche de marché particulièrement attrayante pour l'implantation de systèmes de CSA. En effet, il y a très peu d'heures d'ensoleillement au cœur de l'hiver, mais la saison de chauffage est si longue (9 mois/an) que l'énergie solaire peut contribuer largement à réduire la charge de chauffage. De plus, les coûts d'approvisionnement en combustible dans ces communautés sont élevés, ce qui contribue à rentabiliser plus rapidement les investissements dans de tels systèmes, avec des temps de retour simple sur l'investissement de quelques années seulement.
Photo
Système de CSA en construction à Fort Smith, Territoires du Nord-Ouest, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
Une municipalité dans le Nord du Canada vous mandate pour réaliser une étude sur la faisabilité d'implantation d'un système de chauffage solaire de l'air (CSA) sur un nouveau centre récréatif. Ce centre comprendra un gymnase, une glace de curling, des courts de squash, une salle de gymnastique et de musculation, plusieurs salles de réunions et des vestiaires.
Données techniques
Le centre récréatif dont la construction est prévue à Fort Smith, aux Territoires du Nord-Ouest, au Canada, aura besoin d'un apport d'air neuf de 9 000 m³/h. L'air neuf provenant de l'extérieur sera mélangé dans la gaine de retour d'air intérieur avant d'être distribué dans le bâtiment au moyen des conduits et diffuseurs prévus de manière habituelle. Le capteur solaire n'induira pas de perte de charge significative dans le système de ventilation. L'utilisation prévue du bâtiment est de 14 heures par jour, 7 jours par semaine. Des contrôles permettront de maintenir la distribution d'air de ventilation à 17 ºC. Quand il n'est pas nécessaire de chauffer l'air neuf, un registre permettra d'aspirer l'air directement de l'extérieur, en condamnant le capteur solaire.
Un mur sud-ouest, sans ombre, offrira une surface de 150 m² se prêtant bien à l'installation du système de CSA. L'architecte du client demande à ce que la couleur du capteur solaire soit gris foncé. Les murs du bâtiment ont une résistance thermique RSI de 3,0 (m²-ºC)/W. Le système de CSA permettra de réaliser des économies sur la consommation d'une chaudière au diesel dont le rendement saisonnier est de 70 %.
Données financières
Les données financières pour l'analyse sont fournies par le client : taux d'inflation de 2 %, taux d'indexation du coût en combustible de 3 %, ratio d'endettement de 70 %, taux d'intérêt sur la dette de 9 %, taux d'actualisation de 9 %, durée de l'emprunt de 20 ans, durée de vie des installations de 30 ans. Le prix du diesel est de 0,382 $/L. Comme le client est une municipalité, il n'y a pas d'impôts à prendre en compte et le financement sera assuré à l'interne.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- Dans ce projet, l'objectif de conception « Forte hausse de température » a été préféré à un objectif de conception « Mode standard » ou « Rendement élevé », parce qu'il y a une grande surface de mur disponible et des températures extérieures très basses en hiver.
- Le coût d'une étude de faisabilité est beaucoup trop élevé pour un petit projet comme celui-ci, d'où l'avantage d'utiliser RETScreen qui permet une étude de pré-faisabilité à moindre coût.
- La température maximale d'air fournie est de 17 ºC; au-dessus de cette température, l'énergie solaire est considérée inutile et est rejetée. Ce n'est pas le cas dans de nombreuses autres applications de chauffage solaire de l'air (CSA) où une température plus élevée de l'air de ventilation est considérée comme bénéfique car elle contribue à réduire la charge de chauffage du bâtiment en général. Dans le centre récréatif, l'air neuf de ventilation est mélangé dans la gaine de retour d'air du bâtiment. Le système existant de contrôle du bâtiment interpréterait mal une température de mélange plus élevée que 17 ºC et activerait le système de climatisation.
- Les coûts des ventilateurs et des conduits ont été mis égaux aux crédits. Dans un bâtiment neuf de ce type, on peut agencer ces équipements de manière à les raccorder au mur solaire sans coût additionnel.
- Les frais annuels d'entretien et d'exploitation sont assez élevés à cause des coûts élevés de la main-d'œuvre en région éloignée.
- Même si la température moyenne pendant les mois d'été justifiait l'utilisation du système de CSA, celui-ci n'est pas utilisé car la température dans les locaux se maintient naturellement sans chauffage à une température plus élevée, même si on fournit de l'air de ventilation en dessous de 17 ºC. Il n'est donc pas nécessaire de le réchauffer.
Projet réel
Résultats
La ville de Fort Smith située dans les Territoires du Nord-Ouest au Canada, a récemment achevé la réalisation d'un nouveau centre récréatif. Ce centre comprend un gymnase, un curling, des courts de squash, une salle de gymnastique et de musculation, plusieurs salles de réunions et des vestiaires. L'utilisation du bâtiment est de 14 heures par jour, 7 jours par semaine.
Une étude sur le potentiel d'implantation de systèmes de chauffage solaire de l'air (CSA) a montré qu'au Canada, les communautés éloignées du Nord représentaient une niche de marché particulièrement attrayante. En effet, il y a très peu d'heures d'ensoleillement au cœur de l'hiver, mais la saison de chauffage est si longue que l'énergie solaire peut contribuer largement à réduire la charge de chauffage. De plus, les coûts d'approvisionnement en combustible dans ces communautés sont élevés, ce qui contribue à rentabiliser plus rapidement les investissements dans de tels systèmes, avec des temps de retour simple de quelques années seulement.
Un système de mesure enregistre la quantité d'énergie thermique fournie par le système de CSA de Fort Smith. Ce système est le premier à avoir été implanté dans une communauté éloignée du Canada, plusieurs autres nouveaux systèmes ont été installés depuis ce temps. Ce système sert à préchauffer l'air à l'entrée d'un ventilateur récupérateur de chaleur (VRC).
Description du système
Le capteur solaire est fabriqué en matériau de parement de façade gris. Le rayonnement incident réchauffe la tôle. L'air extérieur, aspiré par le système de ventilation, est réchauffé en passant à travers une multitude de perforations dans la tôle. Un espace à l'arrière du capteur solaire permet de collecter l'air réchauffé qui se dirige ensuite vers l'entrée d'air neuf du VRC.
Un capteur de 150 m² a été installé sur la façade sud-ouest du bâtiment. Le système assure la ventilation du gymnase seulement. Les contrôles assurent que l'air distribué par le système de ventilation contient au moins 50 % d'air neuf et que la température de mélange (air neuf plus air recirculé) se maintient à 17 °C. Si la concentration de CO2 dépasse un certain seuil ou si la température de mélange dépasse 17 °C, le pourcentage d'air neuf augmente et peut atteindre 100 %. Quand il n'est pas nécessaire de chauffer l'air, un registre condamne le capteur solaire et l'air extérieur est directement aspiré par les prises d'air qui apparaissent sur le mur de la photo.
Le propriétaire du bâtiment a opté pour un mur solaire combiné à un VRC car cette combinaison donnait d'importantes économies d'énergie (62,2 MWh) et un temps de retour simple sur l'investissement intéressant (3 ans). Bien que les 2 systèmes se fassent un peu compétition, ils fonctionnent bien ensemble en climat froid. Le système de CSA fournit au VRC un air moins froid que l'extérieur, ce qui a pour résultat de réduire les cycles de dégivrage du VRC. Le système de CSA fonctionne à un débit plus faible que normalement, ce qui permet d'obtenir une plus forte élévation de température. Aussi, le système peut souvent au cours de l'année, fournir la température de mélange de 17 °C, sans chauffage additionnel.
Leçons à tirer
- Cette première application d'un système de CSA dans le Grand Nord a démontré la fiabilité de ce concept.
- La combinaison d'un système de CSA et d'un VRC permet d'éliminer pratiquement tout besoin de chauffage additionnel de l'air de ventilation.
- Les coûts évités en énergie sont élevés parce que le chauffage est assuré par le diesel et que les prix du diesel dans cette région sont élevés.
- Un autre avantage de la combinaison d'un système de CSA et d'un VRC est que le préchauffage solaire de l'air à l'entrée du VRC permet de réduire la fréquence des cycles de dégivrage de l'échangeur de chaleur, et donc d'augmenter le rendement moyen de récupération d'énergie.
Les communautés éloignées du Nord du Canada représentent une niche de marché particulièrement attrayante pour l'implantation de systèmes de CSA. En effet, il y a très peu d'heures d'ensoleillement au cœur de l'hiver, mais la saison de chauffage est si longue (9 mois/an) que l'énergie solaire peut contribuer largement à réduire la charge de chauffage. De plus, les coûts d'approvisionnement en combustible dans ces communautés sont élevés, ce qui contribue à rentabiliser plus rapidement les investissements dans de tels systèmes, avec des temps de retour simple sur l'investissement de quelques années seulement.
Photo
Système de CSA en construction à Fort Smith, Territoires du Nord-Ouest, Canada
Références
- Kokko, John, « Communications personnelles », Enermodal Enginee-ring Ltd., 2000.
