Mesures d'efficacité énergétique - Résidentiel - Chauffage solaire passif / Canada (Muskoka Airport)
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes en train de concevoir un chalet d'hiver qui deviendra la résidence principale d'un couple bientôt à la retraite. Vos clients recherchent une maison qui les libérera de soucis d'entretien s'ils la quittent pour une longue période en hiver. C'est pourquoi ils sont intéressés à la question des vitrages isolants et ils hésitent entre des fenêtres à double vitrage à haute efficacité dans un cadre isolé et des fenêtres à triple vitrage très isolant, mais dans un cadre moins isolant en bois de bonne qualité. Vous voulez les aider dans leur choix en leur présentant une comparaison entre les deux options.
Le double vitrage performant est rempli à l'argon et possède un film à basse émissivité. Le triple vitrage possède deux films à basse émissivité et les deux cavités sont remplies à l'argon. Dans les deux cas, l'option proposée sera comparée à du double vitrage standard dans un cadre en bois.
Données techniques
Le chalet sera construit près de Dorset, à l'est de Huntsville, Ontario, Canada. La station météorologique la plus proche est celle de l'aéroport de Muskoka qui se trouve à un peu plus de 60 km au sud-ouest. La maison a sa façade orientée plein sud et se trouve au coeur d'une forêt de diverses espèces d'arbres à feuilles caduques. Le côté ouest est assez dégagé et certains arbres ont été coupés devant la façade de la maison, mais, en général, le terrain est plutôt bien à l'ombre. En hiver, les pourcentages d'ombre sont de 50 % pour la façade, de 15 % du côté gauche, de 70 % du côté droit et de 70 % du côté arrière. En été, ces valeurs passent respectivement à 0 % pour la façade, 10 % pour le côté gauche, 80 % pour le côté droit et 80 % du côté arrière.
Le chauffage central à air chaud est au propane et il n'y a pas d'air climatisé. Le thermostat est réglé au minimum lorsque le chalet reste inoccupé. Le rendement saisonnier de ce système est de 92 %.
Le tableau suivant présente les caractéristiques des fenêtres : dimensions, orientation et nombre.
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes en train de concevoir un chalet d'hiver qui deviendra la résidence principale d'un couple bientôt à la retraite. Vos clients recherchent une maison qui les libérera de soucis d'entretien s'ils la quittent pour une longue période en hiver. C'est pourquoi ils sont intéressés à la question des vitrages isolants et ils hésitent entre des fenêtres à double vitrage à haute efficacité dans un cadre isolé et des fenêtres à triple vitrage très isolant, mais dans un cadre moins isolant en bois de bonne qualité. Vous voulez les aider dans leur choix en leur présentant une comparaison entre les deux options.
Le double vitrage performant est rempli à l'argon et possède un film à basse émissivité. Le triple vitrage possède deux films à basse émissivité et les deux cavités sont remplies à l'argon. Dans les deux cas, l'option proposée sera comparée à du double vitrage standard dans un cadre en bois.
Données techniques
Le chalet sera construit près de Dorset, à l'est de Huntsville, Ontario, Canada. La station météorologique la plus proche est celle de l'aéroport de Muskoka qui se trouve à un peu plus de 60 km au sud-ouest. La maison a sa façade orientée plein sud et se trouve au coeur d'une forêt de diverses espèces d'arbres à feuilles caduques. Le côté ouest est assez dégagé et certains arbres ont été coupés devant la façade de la maison, mais, en général, le terrain est plutôt bien à l'ombre. En hiver, les pourcentages d'ombre sont de 50 % pour la façade, de 15 % du côté gauche, de 70 % du côté droit et de 70 % du côté arrière. En été, ces valeurs passent respectivement à 0 % pour la façade, 10 % pour le côté gauche, 80 % pour le côté droit et 80 % du côté arrière.
Le chauffage central à air chaud est au propane et il n'y a pas d'air climatisé. Le thermostat est réglé au minimum lorsque le chalet reste inoccupé. Le rendement saisonnier de ce système est de 92 %.
Le tableau suivant présente les caractéristiques des fenêtres : dimensions, orientation et nombre.
La maison a une surface de planchers chauffés de 175 m² incluant le sous-sol. Le toit et les murs sont très bien isolés mais la maison a une faible masse thermique. Les gains internes sont faibles et estimés, d'après les factures d'électricité, à 9,6 kWh par jour.
Données financières
Les coûts d'étude de faisabilité, de développement, de conception/ingénierie et des frais généraux ne sont pas à prendre en compte puisque, quelque soit le choix du type de fenêtres, ils seront les mêmes.
Les coûts des fenêtres du cas de référence sont estimés à 175 $/m² sur la façade et à 200 $/m² sur les 3 autres côtés. Cette différence de coût est due à la grande proportion de fenêtres fixes sur la façade. Un fournisseur local de fenêtres a estimé que ces coûts passeront à 275 $/m² (260 $/m² sur la façade) pour le double vitrage à haut rendement et à 320 $/m² (300 $/m² sur la façade) pour le triple vitrage. Un coût d'installation de 100 $/m² est assumé pour le cas de référence ainsi que pour le double vitrage à haut rendement et un coût de 110 $/m² pour le triple vitrage.
Le propane revient à 0,48 $/litre avec un taux d'indexation du coût en combustible de 5,0 %, alors que le taux d'inflation serait de 2,0 %.
La structure du chalet aura une durée de vie de 100 ans, mais les fenêtres ont une duré de vie estimée de 30 ans. La maison est financée par un prêt hypothécaire conventionnel avec un financement initial des propriétaires de 26 %. La durée de l'emprunt est de 20 ans, à un taux d'intérêt sur la dette de 8,5 %. Comme les fenêtres font partie de la maison et ne constituent pas d'elles-mêmes un « projet énergétique », il n'y a pas de différence entre le taux d'actualisation et le taux hypothécaire payé par le propriétaire.
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
En 1995, un couple prévoyant une retraite anticipée a demandé à l'architecte Roger Algie de lui concevoir un nouveau chalet. Le bâtiment, qui pourra devenir leur résidence principale, sera sur un terrain boisé en bordure du Lake of Bays, près du village de Dorset, Ontario, Canada. Un des enfants du couple est ingénieur dans l'industrie des portes et fenêtres et leur a suggéré de porter une grande attention à la qualité de construction de leur chalet s'ils envisageaient d'en faire prochainement leur résidence principale.
Le couple a tenu compte de ces conseils et a décidé de construire la maison selon les standards R-2000. Elle est donc équipée d'une ventilation mécanique et d'une double épaisseur de placoplâtre aux murs, afin de limiter les variations de température propres à un concept de maison solaire passive.
Lors de la conception, il y a eu hésitation entre des fenêtres à double vitrage à haute efficacité (avec remplissage à l'argon, film basse émissivité et un cadre isolé en fibre de verre), et des fenêtres à triple vitrage très isolant (avec double remplissage à l'argon, double film basse émissivité et cadre de bois de grande qualité).
Les propriétaires ont choisi le double vitrage à haut rendement et la maison est maintenant occupée depuis environ 4 ans et opère de façon satisfaisante.
Description du système
Les portes et les fenêtres installées dans le chalet possèdent des vitrages double à haut rendement, c'est-à-dire avec cavité scellée remplie à l'argon, intercalaire isolant et film à basse émissivité. Les fenêtres ouvrantes ont des panneaux coulissants en vinyle avec un facteur isolant U de 1,96 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,41. Les fenêtres fixes sont à cadre de fibre de verre avec un facteur isolant U de 1,85 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,63. Il y a 3 portes-patio de 1,8 m de hauteur en fibre de verre avec un facteur isolant U de 1,59 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,31.
Leçons à tirer
Dans l'analyse finale, le choix des fenêtres s'est effectué en fonction de la disponibilité, du niveau de confort et de la valeur perçue à long terme. Les fenêtres choisies donnent de bonnes performances compte tenu de leur coût.
Au cours de l'hiver 2000, un système d'acquisition de données a été installé pour évaluer la capacité de la maison à capter et à stocker les gains solaires. Les résultats montrent qu'une maison équipée de fenêtre adéquates, de murs bien isolés et ayant une masse thermique adéquate peut arriver à se maintenir hors gel d'elle-même au cours de l'hiver, même si elle n'est pas spécifiquement conçue à cet effet ou particulièrement optimisée selon les principes d'architecture du solaire passif. Cela illustre l'intérêt additionnel de fenêtres performantes : l'entretien exigé par des bâtiments à usage saisonnier peut être considérablement réduit avec des matériaux bien choisis et une conception réfléchie.
Photo
Chalet - Chauffage solaire passif, Ontario, Canada
Références
Données financières
Les coûts d'étude de faisabilité, de développement, de conception/ingénierie et des frais généraux ne sont pas à prendre en compte puisque, quelque soit le choix du type de fenêtres, ils seront les mêmes.
Les coûts des fenêtres du cas de référence sont estimés à 175 $/m² sur la façade et à 200 $/m² sur les 3 autres côtés. Cette différence de coût est due à la grande proportion de fenêtres fixes sur la façade. Un fournisseur local de fenêtres a estimé que ces coûts passeront à 275 $/m² (260 $/m² sur la façade) pour le double vitrage à haut rendement et à 320 $/m² (300 $/m² sur la façade) pour le triple vitrage. Un coût d'installation de 100 $/m² est assumé pour le cas de référence ainsi que pour le double vitrage à haut rendement et un coût de 110 $/m² pour le triple vitrage.
Le propane revient à 0,48 $/litre avec un taux d'indexation du coût en combustible de 5,0 %, alors que le taux d'inflation serait de 2,0 %.
La structure du chalet aura une durée de vie de 100 ans, mais les fenêtres ont une duré de vie estimée de 30 ans. La maison est financée par un prêt hypothécaire conventionnel avec un financement initial des propriétaires de 26 %. La durée de l'emprunt est de 20 ans, à un taux d'intérêt sur la dette de 8,5 %. Comme les fenêtres font partie de la maison et ne constituent pas d'elles-mêmes un « projet énergétique », il n'y a pas de différence entre le taux d'actualisation et le taux hypothécaire payé par le propriétaire.
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 résultats sont assez dépendants du niveau d'isolation thermique du chalet. Cette situation illustre les deux manières dont les fenêtres peuvent avoir un impact sur la demande en chauffage d'un bâtiment : les gains solaires et les pertes thermiques. Le triple vitrage offre une meilleure isolation thermique que le double vitrage à haute efficacité, mais apporte une plus faible contribution solaire. Quand les murs sont faiblement isolés, les pertes thermiques resteront importantes même avec des fenêtres bien isolées.
Résultats
En 1995, un couple prévoyant une retraite anticipée a demandé à l'architecte Roger Algie de lui concevoir un nouveau chalet. Le bâtiment, qui pourra devenir leur résidence principale, sera sur un terrain boisé en bordure du Lake of Bays, près du village de Dorset, Ontario, Canada. Un des enfants du couple est ingénieur dans l'industrie des portes et fenêtres et leur a suggéré de porter une grande attention à la qualité de construction de leur chalet s'ils envisageaient d'en faire prochainement leur résidence principale.
Le couple a tenu compte de ces conseils et a décidé de construire la maison selon les standards R-2000. Elle est donc équipée d'une ventilation mécanique et d'une double épaisseur de placoplâtre aux murs, afin de limiter les variations de température propres à un concept de maison solaire passive.
Lors de la conception, il y a eu hésitation entre des fenêtres à double vitrage à haute efficacité (avec remplissage à l'argon, film basse émissivité et un cadre isolé en fibre de verre), et des fenêtres à triple vitrage très isolant (avec double remplissage à l'argon, double film basse émissivité et cadre de bois de grande qualité).
Les propriétaires ont choisi le double vitrage à haut rendement et la maison est maintenant occupée depuis environ 4 ans et opère de façon satisfaisante.
Description du système
Les portes et les fenêtres installées dans le chalet possèdent des vitrages double à haut rendement, c'est-à-dire avec cavité scellée remplie à l'argon, intercalaire isolant et film à basse émissivité. Les fenêtres ouvrantes ont des panneaux coulissants en vinyle avec un facteur isolant U de 1,96 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,41. Les fenêtres fixes sont à cadre de fibre de verre avec un facteur isolant U de 1,85 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,63. Il y a 3 portes-patio de 1,8 m de hauteur en fibre de verre avec un facteur isolant U de 1,59 W/(m²-ºC) et un coefficient d'apport solaires (CARS) de 0,31.
Leçons à tirer
- Les deux choix restent un meilleur investissement que de l'argent placé à la banque ou même dans des fonds mutuels.
- La différence des taux de rendement internes (TRI) entre les 2 options est assez faible pour que l'on puisse baser le choix uniquement sur le prix d'achat initial. Le propriétaire peut aussi donner une valeur additionnelle au meilleur confort donné par des fenêtres plus isolantes.
- Des fenêtres à très haut rendement offrent toujours l'avantage de plus importantes économies d'énergie que des doubles vitrages (même à haut rendement). Cependant, en règle générale, les économies d'énergie générées ne justifient pas la différence de coût. Ici encore, c'est la valeur donnée au confort additionnel qui justifiera éventuellement le choix. Dans ce cas, l'utilisateur estimait que les fenêtres à double vitrage à haut rendement procuraient un confort adéquat.
Dans l'analyse finale, le choix des fenêtres s'est effectué en fonction de la disponibilité, du niveau de confort et de la valeur perçue à long terme. Les fenêtres choisies donnent de bonnes performances compte tenu de leur coût.
Au cours de l'hiver 2000, un système d'acquisition de données a été installé pour évaluer la capacité de la maison à capter et à stocker les gains solaires. Les résultats montrent qu'une maison équipée de fenêtre adéquates, de murs bien isolés et ayant une masse thermique adéquate peut arriver à se maintenir hors gel d'elle-même au cours de l'hiver, même si elle n'est pas spécifiquement conçue à cet effet ou particulièrement optimisée selon les principes d'architecture du solaire passif. Cela illustre l'intérêt additionnel de fenêtres performantes : l'entretien exigé par des bâtiments à usage saisonnier peut être considérablement réduit avec des matériaux bien choisis et une conception réfléchie.
Photo
Chalet - Chauffage solaire passif, Ontario, Canada
Références
- Pope, Stephen, « Communications personnelles », Stephen F. Pope Architect, 2000.
- Thwaites, Stephen, « Communications personnelles », Thermotech Windows Ltd., 2000.
