-
36 langues :
Production de chaleur et de froid - Pompe à chaleur - Source : sol - Bureaux / Canada
Mandat de l'étude de cas
Vous avez été engagé par une petite municipalité dans le sud du Manitoba pour déterminer la faisabilité d'un système de pompe à chaleur géothermique (PCG) destiné à chauffer et climatiser la salle communautaire par un système de pompe à chaleur géothermique (PCG). La municipalité a récemment équipé la patinoire située à côté de la salle communautaire d'un système de PCG pour la fabrication de la glace.
Données techniques
La station météorologique la plus proche est située dans la capitale provinciale de Winnipeg. Composée d'un bâtiment sans étage, la salle communautaire a une superficie de 929 m². Construite en 1974, elle a un niveau d'isolation relativement bas et compte un nombre moyen de fenêtres. Un système de chauffage électrique assure le chauffage et des climatiseurs à détente directe installés en toiture gèrent la ventilation et la climatisation. Employée pour des réunions et des réceptions publiques, la salle est aussi louée à des particuliers à des fins récréatives et est essentiellement utilisée durant la journée. Les équipements ainsi que l'éclairage de la salle sont relativement peu utilisés. La salle possède à proximité un terrain libre d'environ 2 000 m² qui pourrait être utilisé pour le système de PCG. Le terrain du site est constitué d'argile humide et la température moyenne du sol en surface est de l'ordre de 5,5 °C avec une amplitude annuelle de 20 °C.
Actuellement, 98,5 % de l'électricité produite au Manitoba est issue de l'hydroélectricité, le complément étant réparti entre le gaz naturel et le charbon.
Données financières
Quatre-vingts pour cent des coûts seront empruntés à un taux d'intérêt sur la dette de 9 % avec une durée de l'emprunt de 20 ans. Le taux d'actualisation utilisé par la ville est de 10 % et le taux d'inflation est de 2 %. On considère que les coûts de l'énergie (taux d'indexation de l'énergie) s'élèveront à 0,5 % de plus que le taux d'inflation. Le système aura une durée de vie estimée à 25 ans. Le prix de l'électricité actuellement payé par la municipalité est de 6 ¢/kWh, aucun frais ne lui étant chargé pour la prime de puissance.
Chaque pompe à chaleur coûtera environ 235 $/kW (kW de climatisation) et leur compresseur aura une durée de vie utile de 20 ans. On estime que le système de climatisation conventionnel existant a une durée de vie de 10 ans. Un système de climatisation similaire coûterait environ 8 000 $. Les coûts pour l'excavation et l'aménagement du terrain sont estimés à 14 $ par mètre de forage.
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
En 1998, la ville de Miami, au Manitoba, située à environ 100 km au sud-ouest de Winnipeg a installé un système de pompe à chaleur géothermique (PCG) destiné à fabriquer de la glace pour la patinoire et à chauffer et climatiser la salle communautaire adjacente.
La première phase a consisté à installer les pompes à chaleur pour la patinoire. L'installation se compose d'une pompe à chaleur à basse température pour refroidir la surface de la glace et de deux pompes à chaleur de 5 tonnes de réfrigération (ou 18 kW) pour chauffer les vestiaires, ainsi que d'autres zones climatisées dans le bâtiment. Pendant la deuxième phase, initiée en 1999 et décrite ici, on a installé les pompes à chaleur desservant la salle communautaire. Enfin, dans une troisième phase, on prévoit d'augmenter la capacité de la pompe à chaleur utilisée pour la fabrication de la glace de la patinoire.
Description du système
Le système de pompes à chaleur du centre municipal est constitué de deux pompes à chaleur de 10 tonnes reliées à un échangeur souterrain utilisant un mélange eau/méthanol comme fluide caloporteur. L'échangeur souterrain est constitué d'un champ de 48 forages, dont chacun a un diamètre de 10 cm et une profondeur de 38 mètres. Pour limiter la puissance de pompage, le champ de forage est divisé en plusieurs boucles en parallèle utilisées au besoin selon les charges thermiques appliquées. Par exemple, quand il n'y a aucun besoin de faire de la glace, seule la partie pour le chauffage et la climatisation de l'échangeur dans le sol est utilisée pour chauffer ou climatiser l'air ambiant.
Pendant les mois d'hiver, le système de fabrication de la glace rejette la chaleur dans le sol et les pompes chauffent l'air ambiant grâce à la chaleur issue de la terre. Ceci améliore le rendement et les performances des deux pompes à chaleur.
Leçons à tirer
Aperçu général
L'utilisation de pompes à chaleur géothermique pour des installations municipales, telles que les salles communautaires, les patinoires et les arénas de curling, est un concept qui fait petit à petit son chemin dans le marché des installations municipales. Par exemple, dans le cas des arénas, ces systèmes permettent d'éviter les frais annuels de fermeture et de redémarrage associés à une installation classique à l'ammoniac et leur maintenance ne demande pas de personnel spécialisé. Lorsque les pompes à chaleur géothermique peuvent en plus être utilisées pour chauffer des locaux avoisinants, le rendement financier d'une telle installation est encore plus intéressant.
Photo
Salle communautaire - Pompe à chaleur - Source : sol, Manitoba, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
Vous avez été engagé par une petite municipalité dans le sud du Manitoba pour déterminer la faisabilité d'un système de pompe à chaleur géothermique (PCG) destiné à chauffer et climatiser la salle communautaire par un système de pompe à chaleur géothermique (PCG). La municipalité a récemment équipé la patinoire située à côté de la salle communautaire d'un système de PCG pour la fabrication de la glace.
Données techniques
La station météorologique la plus proche est située dans la capitale provinciale de Winnipeg. Composée d'un bâtiment sans étage, la salle communautaire a une superficie de 929 m². Construite en 1974, elle a un niveau d'isolation relativement bas et compte un nombre moyen de fenêtres. Un système de chauffage électrique assure le chauffage et des climatiseurs à détente directe installés en toiture gèrent la ventilation et la climatisation. Employée pour des réunions et des réceptions publiques, la salle est aussi louée à des particuliers à des fins récréatives et est essentiellement utilisée durant la journée. Les équipements ainsi que l'éclairage de la salle sont relativement peu utilisés. La salle possède à proximité un terrain libre d'environ 2 000 m² qui pourrait être utilisé pour le système de PCG. Le terrain du site est constitué d'argile humide et la température moyenne du sol en surface est de l'ordre de 5,5 °C avec une amplitude annuelle de 20 °C.
Actuellement, 98,5 % de l'électricité produite au Manitoba est issue de l'hydroélectricité, le complément étant réparti entre le gaz naturel et le charbon.
Données financières
Quatre-vingts pour cent des coûts seront empruntés à un taux d'intérêt sur la dette de 9 % avec une durée de l'emprunt de 20 ans. Le taux d'actualisation utilisé par la ville est de 10 % et le taux d'inflation est de 2 %. On considère que les coûts de l'énergie (taux d'indexation de l'énergie) s'élèveront à 0,5 % de plus que le taux d'inflation. Le système aura une durée de vie estimée à 25 ans. Le prix de l'électricité actuellement payé par la municipalité est de 6 ¢/kWh, aucun frais ne lui étant chargé pour la prime de puissance.
Chaque pompe à chaleur coûtera environ 235 $/kW (kW de climatisation) et leur compresseur aura une durée de vie utile de 20 ans. On estime que le système de climatisation conventionnel existant a une durée de vie de 10 ans. Un système de climatisation similaire coûterait environ 8 000 $. Les coûts pour l'excavation et l'aménagement du terrain sont estimés à 14 $ par mètre de forage.
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
- Les réductions d'émissions de gaz à effet de serre (GES) sont faibles puisque le système de référence au Manitoba consiste en un réseau électrique où l'hydroélectricité représente la plus grande proportion des modes de production. Cependant, comme la pompe à chaleur demande moins d'énergie qu'un système de chauffage électrique, les producteurs d'énergie locaux peuvent vendre leurs surplus d'énergie propre aux provinces voisines qui ont plus d'émissions de GES par kW d'électricité produit (ex. les centrales au charbon en Ontario).
- On n'accorde aucun crédit aux coûts d'investissement initiaux du projet, car il s'agit d'une situation où le système envisagé remplace un système de chauffage et de climatisation qui aurait encore une durée de vie utile et n'a donc pas besoin d'être remplacé.
- Le modèle calcule une importante baisse de l'électricité sollicitée par le nouveau système par rapport à l'ancien. C'est grâce à leur coefficient de performance élevé que les systèmes de PCG nécessitent beaucoup moins de puissance électrique que les systèmes de chauffage par résistance électrique, ce qui peut représenter de grands avantages pour les fournisseurs d'électricité et les propriétaires de grands bâtiments. Les économies générées par cette baisse d'appel de puissance dépendent de la structure tarifaire du fournisseur local d'électricité.
- On n'a pas inclus ici d'analyse financière après impôts, car les municipalités ne sont généralement pas assujetties à l'impôt.
Projet réel
Résultats
En 1998, la ville de Miami, au Manitoba, située à environ 100 km au sud-ouest de Winnipeg a installé un système de pompe à chaleur géothermique (PCG) destiné à fabriquer de la glace pour la patinoire et à chauffer et climatiser la salle communautaire adjacente.
La première phase a consisté à installer les pompes à chaleur pour la patinoire. L'installation se compose d'une pompe à chaleur à basse température pour refroidir la surface de la glace et de deux pompes à chaleur de 5 tonnes de réfrigération (ou 18 kW) pour chauffer les vestiaires, ainsi que d'autres zones climatisées dans le bâtiment. Pendant la deuxième phase, initiée en 1999 et décrite ici, on a installé les pompes à chaleur desservant la salle communautaire. Enfin, dans une troisième phase, on prévoit d'augmenter la capacité de la pompe à chaleur utilisée pour la fabrication de la glace de la patinoire.
Description du système
Le système de pompes à chaleur du centre municipal est constitué de deux pompes à chaleur de 10 tonnes reliées à un échangeur souterrain utilisant un mélange eau/méthanol comme fluide caloporteur. L'échangeur souterrain est constitué d'un champ de 48 forages, dont chacun a un diamètre de 10 cm et une profondeur de 38 mètres. Pour limiter la puissance de pompage, le champ de forage est divisé en plusieurs boucles en parallèle utilisées au besoin selon les charges thermiques appliquées. Par exemple, quand il n'y a aucun besoin de faire de la glace, seule la partie pour le chauffage et la climatisation de l'échangeur dans le sol est utilisée pour chauffer ou climatiser l'air ambiant.
Pendant les mois d'hiver, le système de fabrication de la glace rejette la chaleur dans le sol et les pompes chauffent l'air ambiant grâce à la chaleur issue de la terre. Ceci améliore le rendement et les performances des deux pompes à chaleur.
Leçons à tirer
- Les coûts de cette installation dans un complexe sportif existant ont été sensiblement plus élevés que dans le cas d'une nouvelle construction.
- Les performances se sont améliorées et des économies de coûts ont été réalisées en utilisant le PCG aussi bien pour fabriquer de la glace que pour chauffer ou climatiser l'air ambiant. On a ainsi optimisé la rentabilité financière du projet.
- L'augmentation de la capacité du système de fabrication de la glace allongera la saison d'utilisation de la patinoire, auparavant dépendante des conditions extérieures.
- L'entretien du système peut être confié à des entrepreneurs locaux, alors que les installations classiques fonctionnant à l'ammoniac requièrent des spécialistes en réfrigération.
Aperçu général
L'utilisation de pompes à chaleur géothermique pour des installations municipales, telles que les salles communautaires, les patinoires et les arénas de curling, est un concept qui fait petit à petit son chemin dans le marché des installations municipales. Par exemple, dans le cas des arénas, ces systèmes permettent d'éviter les frais annuels de fermeture et de redémarrage associés à une installation classique à l'ammoniac et leur maintenance ne demande pas de personnel spécialisé. Lorsque les pompes à chaleur géothermique peuvent en plus être utilisées pour chauffer des locaux avoisinants, le rendement financier d'une telle installation est encore plus intéressant.
Photo
Salle communautaire - Pompe à chaleur - Source : sol, Manitoba, Canada
Références
- Kemp, Steve, « Communications personnelles », Enermodal Engineering Ltd., 2002.
- Ressources naturelles Canada, South-Western Manitoba Town Simplifies Ice-making While Reducing Costs, Ottawa, Canada, 1999.
