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Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Institutionnel / Canada (St-Hubert Airport)
Mandat de l'étude de cas
Le responsable des bâtiments d'un centre de recherche du gouvernement fédéral vous a engagé pour évaluer l'offre faite par un entrepreneur pour l'installation d'un système de chauffage solaire de l'air (CSA) au centre. Comme il est prévu d'agrandir le centre de recherche, l'occasion se présente d'évaluer la faisabilité d'y implanter un tel système d'énergie renouvelable qui assurerait le préchauffage solaire de l'air neuf de ventilation de l'usine pilote faisant partie de la nouvelle extension Votre étude permettra d'appuyer une demande d'aide à un programme d'encouragement du gouvernement fédéral qui peut contribuer pour 25 % aux coûts d'acquisition et d'installation du système, jusqu'à concurrence de 80 000 $.
Données techniques
Le centre de recherche est situé à Varennes, au Québec, sur la rive sud-est de Montréal. La station météorologique la plus proche est celle de l'aéroport de St-Hubert. L'agrandissement comprendra une usine-pilote de 597 m² qui sera occupée du lundi au vendredi, de 7 h à 18 h. La nouvelle partie du bâtiment est schématisée comme suit.
Mandat de l'étude de cas
Le responsable des bâtiments d'un centre de recherche du gouvernement fédéral vous a engagé pour évaluer l'offre faite par un entrepreneur pour l'installation d'un système de chauffage solaire de l'air (CSA) au centre. Comme il est prévu d'agrandir le centre de recherche, l'occasion se présente d'évaluer la faisabilité d'y implanter un tel système d'énergie renouvelable qui assurerait le préchauffage solaire de l'air neuf de ventilation de l'usine pilote faisant partie de la nouvelle extension Votre étude permettra d'appuyer une demande d'aide à un programme d'encouragement du gouvernement fédéral qui peut contribuer pour 25 % aux coûts d'acquisition et d'installation du système, jusqu'à concurrence de 80 000 $.
Données techniques
Le centre de recherche est situé à Varennes, au Québec, sur la rive sud-est de Montréal. La station météorologique la plus proche est celle de l'aéroport de St-Hubert. L'agrandissement comprendra une usine-pilote de 597 m² qui sera occupée du lundi au vendredi, de 7 h à 18 h. La nouvelle partie du bâtiment est schématisée comme suit.
La façade sud de l'usine pilote offre une surface de 192 m² permettant d'accueillir le système de CSA. Le pourcentage d'ombrage de cette surface s'élève en moyenne à 5 % au cours d'une saison de chauffage. Le débit nominal d'air nécessaire pour l'usine a été évalué à 18 740 m³/h, fourni à une température se maintenant entre 15 °C et 21 °C. On estime pouvoir réduire le phénomène de stratification en température du bâtiment de l'ordre de 8 °C. Les murs et le plafond ont des résistances thermiques RSI respectives de 1,45 et 2,90 m²-°C/W.
Le système de chauffage du bâtiment existant fonctionne au gaz naturel avec un rendement saisonnier de 80 %. On peut estimer que dans la région de Montréal, la saison de chauffage s'étend de la mi-septembre à la dernière semaine de mai. La durée de vie de l'installation est estimée à 30 ans.
Données financières
Les principaux paramètres financiers nécessaires à l'analyse vous sont donnés par le responsable du bâtiment : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 3 %, taux d'actualisation « social » de 3 %. Les montants additionnels à investir pour la production d'énergie renouvelable seront payés à partir d'un budget spécialement dédié. Le centre paie son énergie électrique 0,05 $/kWh et le gaz naturel 0,28 $/m³.
La soumission de l'entrepreneur se résume comme suit :
Capteurs solaires de l'air : 23 000 $
Installation des capteurs : 23 000 $
Installation des conduits, des registres et des contrôles : 42 300 $
(isolation des conduits comprise)
Total: 88 300 $
Comme l'entrepreneur propose un contrat à prix déterminé, il ne faut pas réaliser une étude détaillée des coûts du projet, mais simplement utiliser telles quelles les valeurs ci-dessus. On peut tenir compte de certains coûts évités au niveau du revêtement de façade et de son installation, mais cela représente probablement une faible économie étant donnée la dimension prévue du capteur solaire.
Un crédit de 15 000 $ sera considéré pour les coûts des conduits et des ventilateurs et leur installation, car il aurait fallu prévoir ce type d'équipement dans le bâtiment. On peut considérer que l'exploitation du système solaire n'amènera aucun coût annuel ou périodique supplémentaire
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
Solution
La solution est le fichier de données sélectionné à partir de la base de données de projets RETScreen. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Résultats
Un système de chauffage solaire de l'air (CSA) a été installé en 1997, sur le mur sud de la Phase 2 du Centre de technologie de l'énergie de CANMET à Varennes (CTEC-Varennes) au Québec, à l'est de Montréal. D'importants travaux d'agrandissement réalisés dans ce centre de recherche fédéral ont été l'occasion idéale d'intégrer un tel système d'énergie renouvelable à la structure du bâtiment pour assurer le préchauffage solaire de l'air neuf de ventilation. Pour plus d'information, consulter le Vidéo RETScreen (2:02 minutes).
Depuis ce temps, le système de chauffage solaire de l'air opère sans problème. Par une journée ensoleillée typique en hiver, lorsque la température extérieure atteint -5 °C, le système permet d'obtenir un gain de température de 10 °C.
Description du système
Avec une superficie de 192 m²; le mur solaire couvre entièrement la façade sud de l'usine pilote et ne comprend ni registre de dérivation, ni auvent collecteur d'air. Par temps chaud, l'air est plutôt prélevé de la façade nord du bâtiment, près des équipements de ventilation.
Un programme d'encouragement du gouvernement fédéral a contribué à 25 % des coûts d'acquisition et d'installation du système, ce qui représente un montant de 22 075 $.
Leçons à tirer
Le système de chauffage solaire de l'air est une technologie fiable et simple. Les installations les plus rentables sont celles où le coût du capteur solaire peut être en partie absorbé par le budget du parement de façade initialement prévu, ce qui est le cas dans la construction neuve ou lors d'importants travaux de rénovation. Dans les locaux en hauteur, typiques des bâtiments industriels, on observe souvent une stratification des températures, l'air plus chaud montant au niveau du plafond alors que l'air plus froid reste près du sol. L'installation d'un système d'apport d'air neuf au niveau du plafond (par exemple des gaines en matériau tissé) permet de combattre ce phénomène, et donc de générer des économies d'énergie supplémentaires.
Photo
Système de chauffage solaire de l'air du Centre de la technologie de l'énergie de CANMET - Varennes, Québec, Canada
Références
Le système de chauffage du bâtiment existant fonctionne au gaz naturel avec un rendement saisonnier de 80 %. On peut estimer que dans la région de Montréal, la saison de chauffage s'étend de la mi-septembre à la dernière semaine de mai. La durée de vie de l'installation est estimée à 30 ans.
Données financières
Les principaux paramètres financiers nécessaires à l'analyse vous sont donnés par le responsable du bâtiment : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 3 %, taux d'actualisation « social » de 3 %. Les montants additionnels à investir pour la production d'énergie renouvelable seront payés à partir d'un budget spécialement dédié. Le centre paie son énergie électrique 0,05 $/kWh et le gaz naturel 0,28 $/m³.
La soumission de l'entrepreneur se résume comme suit :
Capteurs solaires de l'air : 23 000 $
Installation des capteurs : 23 000 $
Installation des conduits, des registres et des contrôles : 42 300 $
(isolation des conduits comprise)
Total: 88 300 $
Comme l'entrepreneur propose un contrat à prix déterminé, il ne faut pas réaliser une étude détaillée des coûts du projet, mais simplement utiliser telles quelles les valeurs ci-dessus. On peut tenir compte de certains coûts évités au niveau du revêtement de façade et de son installation, mais cela représente probablement une faible économie étant donnée la dimension prévue du capteur solaire.
Un crédit de 15 000 $ sera considéré pour les coûts des conduits et des ventilateurs et leur installation, car il aurait fallu prévoir ce type d'équipement dans le bâtiment. On peut considérer que l'exploitation du système solaire n'amènera aucun coût annuel ou périodique supplémentaire
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer les faits saillants de cette analyse.
Solution
La solution est le fichier de données sélectionné à partir de la base de données de projets RETScreen. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- Le crédit pour matériaux traditionnels de parement est faible. Cela est dû à la dimension relativement faible du système par rapport à la surface de mur à recouvrir pour tout le bâtiment. Les coûts du capteur solaire sont donc relativement plus élevés, alors que le parement traditionnel bénéficie d'un faible coût basé sur la plus grande superficie du mur de la nouvelle extension.
- Le crédit appliqué pour l'installation d'un parement traditionnel est relativement faible en comparaison des coûts d'installation du système solaire. On considère que l'installateur du système solaire est une entreprise différente de celle qui installe le parement du reste du mur. Donc, les coûts d'installation du collecteur solaire s'appliquent à un petit projet, tandis que les coûts d'installation du restant du parement concernent la tâche relativement importante d'installer le revêtement de tout le bâtiment.
- Dans cette installation, on n'a pas prévu de puissance additionnelle de ventilation, ce qui explique le crédit important accordé aux rubriques ventilateurs et conduits. Cependant, on considère que certaines modifications ont été apportées à la conception des conduits d'air pour pouvoir s'adapter à la configuration du système de CSA, si bien qu'il y a des coûts additionnels par rapport au cas de référence, au niveau de l'installation des conduits et du ventilateur.
- Dans l'analyse de réduction des émissions de gaz à effet de serre, il n'est pas nécessaire de définir le profil énergétique d'un réseau électrique de référence, car l'énergie de chauffage du système de référence est uniquement du gaz naturel et on considère qu'aucune quantité additionnelle d'électricité n'est utilisée quand on aspire l'air à travers le système solaire plutôt qu'à travers un registre standard.
Résultats
Un système de chauffage solaire de l'air (CSA) a été installé en 1997, sur le mur sud de la Phase 2 du Centre de technologie de l'énergie de CANMET à Varennes (CTEC-Varennes) au Québec, à l'est de Montréal. D'importants travaux d'agrandissement réalisés dans ce centre de recherche fédéral ont été l'occasion idéale d'intégrer un tel système d'énergie renouvelable à la structure du bâtiment pour assurer le préchauffage solaire de l'air neuf de ventilation. Pour plus d'information, consulter le Vidéo RETScreen (2:02 minutes).
Depuis ce temps, le système de chauffage solaire de l'air opère sans problème. Par une journée ensoleillée typique en hiver, lorsque la température extérieure atteint -5 °C, le système permet d'obtenir un gain de température de 10 °C.
Description du système
Avec une superficie de 192 m²; le mur solaire couvre entièrement la façade sud de l'usine pilote et ne comprend ni registre de dérivation, ni auvent collecteur d'air. Par temps chaud, l'air est plutôt prélevé de la façade nord du bâtiment, près des équipements de ventilation.
Un programme d'encouragement du gouvernement fédéral a contribué à 25 % des coûts d'acquisition et d'installation du système, ce qui représente un montant de 22 075 $.
Leçons à tirer
- Par temps chaud, l'air neuf est prélevé du mur nord ce qui permet de bénéficier d'un air encore plus frais qu'avec un registre de dérivation installé sur le même mur que le capteur solaire. Cependant, ce système est délicat à régler, car les pertes de charge à travers le mur solaire sont plus importantes qu'à travers la prise d'air neuf. On envisage donc d'installer des restrictions sur la prise nord afin de corriger la situation.
- L'installation du système solaire n'a aucunement retardé l'échéancier des travaux de construction. En revanche, il a fallu faire preuve de volonté et de persévérance pour faire accepter ce projet par les entrepreneurs et les gestionnaires de contrat qui ne connaissaient pas cette technologie.
Le système de chauffage solaire de l'air est une technologie fiable et simple. Les installations les plus rentables sont celles où le coût du capteur solaire peut être en partie absorbé par le budget du parement de façade initialement prévu, ce qui est le cas dans la construction neuve ou lors d'importants travaux de rénovation. Dans les locaux en hauteur, typiques des bâtiments industriels, on observe souvent une stratification des températures, l'air plus chaud montant au niveau du plafond alors que l'air plus froid reste près du sol. L'installation d'un système d'apport d'air neuf au niveau du plafond (par exemple des gaines en matériau tissé) permet de combattre ce phénomène, et donc de générer des économies d'énergie supplémentaires.
Photo
Système de chauffage solaire de l'air du Centre de la technologie de l'énergie de CANMET - Varennes, Québec, Canada
Références
- Choiniere, Daniel, « Communications personnelles », Centre de la technologie de l'énergie de CANMET - Varennes, 2000.
- Hosatte, Pierre, « Communications personnelles », TN conseil, 2000.
