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Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Industriel / Corée, Rép. de (Sud)
Mandat de l'étude de cas
Un organisme de recherche et de développement dans le secteur de l'énergie, du gouvernement sud-coréen, aimerait orienter ses travaux dans le domaine du chauffage solaire de l'air (CSA) et réaliser un projet de démonstration de cette technologie. L'organisme a identifié localement un bâtiment industriel dans lequel il existe un besoin de ventilation. Ce bâtiment se prêterait donc bien à un projet de démonstration du chauffage solaire de l'air en Corée du Sud. On vous demande de confirmer le potentiel du site en question et de vérifier la viabilité financière de ce projet.
Données techniques
Le bâtiment est situé en région urbaine à Taejon, en Corée du Sud. La station météorologique la plus proche est à Séoul. Une grande façade sans ombre fait presque face au plein sud. Ce mur est d'une longueur de 25 m et d'une hauteur de 3 m, avec 8 fenêtres carrées de 1 m² chacune. La surface de plancher de 625 m² sert à un atelier d'assemblage. Le bâtiment n'est pas isolé, le mur face au sud est réalisé en parpaings de béton isolés de 30 cm d'épaisseur, avec une valeur RSI de 1,5.
Le bâtiment est occupé par une trentaine de personnes entre 8 h et 17 h, du lundi au vendredi, et de 9 h à midi le samedi. Le bâtiment actuel n'a aucun système de ventilation mécanique et est chauffé de manière conventionnelle au mazout #2. Le client est soucieux de minimiser toute consommation additionnelle de mazout #2 qui pourrait résulter de l'apport d'air neuf. En général, la saison de chauffage s'étend de la mi-septembre à la mi-mai. Il n'y a pas de réelle opportunité de déstratification pour ce projet.
La couleur bleue est souhaitée pour habiller la façade du bâtiment.
Données financières
Le système de chauffage solaire de l'air sera payé sans aucun prêt bancaire. Le taux d'actualisation applicable sera de 7 %, le taux d'inflation de 2 % et le taux d'indexation de l'énergie de 3 %. Le parement de tôle du système CSA devrait durer au moins 30 ans et pourra être trouvé localement en Corée du Sud au coût d'environ 85 000 KRW/m² livré sur site. Le prix du mazout #2 à chauffage est actuellement de 600 KRW/L.
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
Résultats
L'Institut coréen de recherche en énergie (Korean Institute of Energy Research - KIER) considère le chauffage solaire de l'air (CSA) comme une technologie prometteuse de réduction des émissions de gaz à effet de serre en Corée du Sud. Cet institut a donc installé un tel système de démonstration sur l'un de ses petits bâtiments à usage industriel, connu comme le « Site-K » qui se trouve à Taejon. Ce bâtiment n'était pas ventilé mais en avait besoin. Le système de chauffage solaire de l'air a été conçu de façon à minimiser la consommation supplémentaire d'énergie due au plus important taux de renouvellement d'air.
Comme il s'agissait d'un projet de démonstration, la rentabilité financière n'était pas un critère essentiel de conception.
Description du système
Le capteur solaire du système de ventilation occupe presque entièrement l'espace disponible de la façade sud du bâtiment, sauf les 60 premiers cm à la base du mur qui n'ont pas été recouverts à cause de l'accumulation de neige au sol. Huit fenêtres de 1 m² chacune réduisaient aussi l'espace disponible. Le capteur, d'une surface totale de 53 m², a été installé sur des montants verticaux d'une épaisseur de 15 cm, qui divisent le mur solaire en six sections indépendantes avec autant de conduits d'air d'alimentation.
L'institut de recherche KIER s'intéressait aussi à l'énergie photovoltaïque (PV) pour alimenter les six ventilateurs du système qui sont donc directement raccordés à des modules PV. En plein ensoleillement, chaque ventilateur peut produire jusqu'à 300 pieds cube d'air par minute (PCM). Les heures d'utilisation du bâtiment sont suffisamment en phase avec les heures d'ensoleillement pour assurer un niveau suffisant de ventilation. Cependant, par temps nuageux, le taux de renouvellement d'air est minime.
Leçons à tirer
Plusieurs mesures ont récemment été mises en place en Corée du Sud, pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Ces mesures comprennent la promotion des systèmes utilisant les énergies renouvelables. L'Institut sud-coréen de recherche en énergie est une organisation gouvernementale faisant partie du système universitaire du pays. Sa mission est la recherche dans les domaines de la production et de l'utilisation de l'énergie, ce qui comprend les technologies d'utilisation des énergies renouvelables pouvant fonctionner dans le climat et le contexte sud-coréen.
Ainsi, en Amérique du Nord, les systèmes de chauffage solaire de l'air se sont avérés comme un excellent moyen de réduire les besoins d'énergie en chauffage de l'air de ventilation ou de procédés, et par conséquent de réduire les coûts de chauffage et les émissions de gaz à effet de serre. L'institut KIER a donc décidé d'entreprendre des travaux sur ces systèmes afin d'en vérifier l'intérêt en Corée du Sud. Le projet de démonstration de Taejon est le premier système solaire de chauffage solaire de l'air à avoir été installé dans ce pays.
Photo
Site-K de l'Institut coréen de recherche en énergie, Taejon, Corée du Sud
Références
Mandat de l'étude de cas
Un organisme de recherche et de développement dans le secteur de l'énergie, du gouvernement sud-coréen, aimerait orienter ses travaux dans le domaine du chauffage solaire de l'air (CSA) et réaliser un projet de démonstration de cette technologie. L'organisme a identifié localement un bâtiment industriel dans lequel il existe un besoin de ventilation. Ce bâtiment se prêterait donc bien à un projet de démonstration du chauffage solaire de l'air en Corée du Sud. On vous demande de confirmer le potentiel du site en question et de vérifier la viabilité financière de ce projet.
Données techniques
Le bâtiment est situé en région urbaine à Taejon, en Corée du Sud. La station météorologique la plus proche est à Séoul. Une grande façade sans ombre fait presque face au plein sud. Ce mur est d'une longueur de 25 m et d'une hauteur de 3 m, avec 8 fenêtres carrées de 1 m² chacune. La surface de plancher de 625 m² sert à un atelier d'assemblage. Le bâtiment n'est pas isolé, le mur face au sud est réalisé en parpaings de béton isolés de 30 cm d'épaisseur, avec une valeur RSI de 1,5.
Le bâtiment est occupé par une trentaine de personnes entre 8 h et 17 h, du lundi au vendredi, et de 9 h à midi le samedi. Le bâtiment actuel n'a aucun système de ventilation mécanique et est chauffé de manière conventionnelle au mazout #2. Le client est soucieux de minimiser toute consommation additionnelle de mazout #2 qui pourrait résulter de l'apport d'air neuf. En général, la saison de chauffage s'étend de la mi-septembre à la mi-mai. Il n'y a pas de réelle opportunité de déstratification pour ce projet.
La couleur bleue est souhaitée pour habiller la façade du bâtiment.
Données financières
Le système de chauffage solaire de l'air sera payé sans aucun prêt bancaire. Le taux d'actualisation applicable sera de 7 %, le taux d'inflation de 2 % et le taux d'indexation de l'énergie de 3 %. Le parement de tôle du système CSA devrait durer au moins 30 ans et pourra être trouvé localement en Corée du Sud au coût d'environ 85 000 KRW/m² livré sur site. Le prix du mazout #2 à chauffage est actuellement de 600 KRW/L.
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
- Le critère de conception est de minimiser les besoins en énergie classique et donc de maximiser la contribution du système de chauffage solaire de l'air (CSA). Par conséquent, le type de bâtiment sera choisi comme "industriel", ce qui permet ensuite à l'utilisateur de choisir une température minimale d'air chaud de 13 °C (tel que préconisé par l'ASHRAE comme température minimale d'introduction d'air dans un espace chauffé ). Plus cette température est basse, plus il est possible d'utiliser de l'énergie solaire dans le système de ventilation. De plus, par temps froid, lorsqu'on ne peut pas atteindre 13 °C avec l'énergie solaire seulement, le système de type industriel permet de réduire le débit d'air à travers le capteur solaire et de mélanger l'air neuf à de l'air intérieur avant de redistribuer le tout.
- La température maximale d'air neuf fourni a été choisie la plus élevée possible pour réduire le nombre d'heures où la ventilation est réduite et pour maximiser la contribution du système CSA.
- Comme le bâtiment n'est pas haut, on n'a tenu compte d'aucun phénomène de stratification des températures.
- Pour ce bâtiment, le capteur solaire est conçu pour fournir 2 fois plus que le taux de ventilation de 1 000 m³/h, qui est la valeur suggérée dans le manuel de l'utilisateur (30 occupants x 36 (m³/h)/occupant = 1 080 m³/h).
- Le capteur solaire est conçu en fonction de l'espace disponible sur le mur du bâtiment. Il est plus grand que la surface recommandée par RETScreen mais cela contribue à augmenter les gains solaires et à diminuer encore plus l'utilisation de mazout #2 pour chauffer l'air de ventilation.
- Le coût de l'étude de faisabilité n'est pas inclus dans le coût du projet puisque ce projet de démonstration est considéré comme un système expérimental financé par l'agence du gouvernement.
- Les coûts de la main-d'œuvre en Corée du Sud sont très similaires à ceux du Canada. Au moment de l'analyse, le taux de change entre le dollar canadien et le Won coréen était de 850 KRW pour 1 CAD.
- Les coûts des conduits de ventilation et des ventilateurs, et la consommation d'énergie des ventilateurs, sont considérés égaux dans les deux systèmes : celui qui est proposé à l'énergie solaire et un système de référence classique qui devrait de toute façon être installé dans le bâtiment non ventilé. Les coûts additionnels, dus à l'option photovoltaïque qui a été retenue dans le projet final, ne sont pas considérés dans cette analyse.
Résultats
L'Institut coréen de recherche en énergie (Korean Institute of Energy Research - KIER) considère le chauffage solaire de l'air (CSA) comme une technologie prometteuse de réduction des émissions de gaz à effet de serre en Corée du Sud. Cet institut a donc installé un tel système de démonstration sur l'un de ses petits bâtiments à usage industriel, connu comme le « Site-K » qui se trouve à Taejon. Ce bâtiment n'était pas ventilé mais en avait besoin. Le système de chauffage solaire de l'air a été conçu de façon à minimiser la consommation supplémentaire d'énergie due au plus important taux de renouvellement d'air.
Comme il s'agissait d'un projet de démonstration, la rentabilité financière n'était pas un critère essentiel de conception.
Description du système
Le capteur solaire du système de ventilation occupe presque entièrement l'espace disponible de la façade sud du bâtiment, sauf les 60 premiers cm à la base du mur qui n'ont pas été recouverts à cause de l'accumulation de neige au sol. Huit fenêtres de 1 m² chacune réduisaient aussi l'espace disponible. Le capteur, d'une surface totale de 53 m², a été installé sur des montants verticaux d'une épaisseur de 15 cm, qui divisent le mur solaire en six sections indépendantes avec autant de conduits d'air d'alimentation.
L'institut de recherche KIER s'intéressait aussi à l'énergie photovoltaïque (PV) pour alimenter les six ventilateurs du système qui sont donc directement raccordés à des modules PV. En plein ensoleillement, chaque ventilateur peut produire jusqu'à 300 pieds cube d'air par minute (PCM). Les heures d'utilisation du bâtiment sont suffisamment en phase avec les heures d'ensoleillement pour assurer un niveau suffisant de ventilation. Cependant, par temps nuageux, le taux de renouvellement d'air est minime.
Leçons à tirer
- Après une utilisation sans problème, le projet de Taejon a démontré l'intérêt et la fiabilité des systèmes de chauffage solaire de l'air pour le marché sud-coréen.
- Les prix élevés du mazout #2 à chauffage et les hivers froids qui prévalent à Taejon montrent que dans cette région, les systèmes de chauffage solaire de l'air peuvent être très rentables.
- Dans certains cas, il est possible d'alimenter les ventilateurs d'un système de chauffage solaire de l'air, à partir de modules photovoltaïques.
- Avant de choisir la couleur du capteur d'un système de chauffage solaire de l'air, les concepteurs doivent tenir compte des principes d'esthétique et des goûts locaux.
Plusieurs mesures ont récemment été mises en place en Corée du Sud, pour réduire les émissions de gaz à effet de serre. Ces mesures comprennent la promotion des systèmes utilisant les énergies renouvelables. L'Institut sud-coréen de recherche en énergie est une organisation gouvernementale faisant partie du système universitaire du pays. Sa mission est la recherche dans les domaines de la production et de l'utilisation de l'énergie, ce qui comprend les technologies d'utilisation des énergies renouvelables pouvant fonctionner dans le climat et le contexte sud-coréen.
Ainsi, en Amérique du Nord, les systèmes de chauffage solaire de l'air se sont avérés comme un excellent moyen de réduire les besoins d'énergie en chauffage de l'air de ventilation ou de procédés, et par conséquent de réduire les coûts de chauffage et les émissions de gaz à effet de serre. L'institut KIER a donc décidé d'entreprendre des travaux sur ces systèmes afin d'en vérifier l'intérêt en Corée du Sud. Le projet de démonstration de Taejon est le premier système solaire de chauffage solaire de l'air à avoir été installé dans ce pays.
Photo
Site-K de l'Institut coréen de recherche en énergie, Taejon, Corée du Sud
Références
- Dong-Un, Kang, « Communications personnelles », Forming Corporation, février 2002.
- Euy-Joon, Lee, « Communications personnelles », Korean Institute of Energy Research, février 2002.
- RNCan, CTEC - Ottawa, Groupe bâtiment, Enermodal Visit to KIER, rapport de visite de Enermodal Engineering Ltd., 2001.
