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Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Immeuble d'habitation / Canada
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes mandaté, par une société d'habitation du gouvernement, afin de réaliser une étude de pré-faisabilité pour leur compte. Votre client possède et exploite plusieurs immeubles résidentiels qui prennent de l'âge et certains d'entre eux ont besoin de réparations au niveau de leur enveloppe. En effet, des infiltrations d'eau commencent à apparaître dans les murs extérieurs. Un consultant, spécialiste en structure et embauché par votre client, a fait la recommandation de poser un écran pluvial métallique par-dessus les murs qui se détériorent, afin d'éviter que les dégradations de la brique ne s'aggravent et pour ajouter en même temps une certaine résistance thermique qui améliorera le confort.
Les immeubles résidentiels ont un besoin continu d'air neuf de ventilation dans les couloirs et les aires communes. La plupart de ces immeubles possèdent des unités de ventilations en toiture qui aspirent et réchauffent l'air neuf. La récupération de chaleur sur l'air extrait n'est en général jamais pratiquée, car l'air vicié est extrait de plusieurs points dans chaque appartement et sa centralisation serait démesurément coûteuse pour pouvoir alimenter un ventilateur récupérateur de chaleur.
Les systèmes de chauffage solaire de l'air ont connu d'intéressants développements au cours des dix dernières années et il est maintenant possible d'installer un capteur solaire à air, métallique, perforé et sans vitrage, qui fonctionne sans entretien en plus d'offrir la fonction d'écran pluvial. Ce capteur solaire de chauffage de l'air peut être raccordé au niveau du toit, à l'entrée des unités de ventilation existantes. La société d'habitation vous demande de préparer une analyse de pré-faisabilité pour implanter un tel système et pour vérifier si le surcoût de cette option par rapport à un simple écran pluvial aura bien un temps de retour simple sur l'investissement inférieur à 10 ans.
Données techniques
La résidence pour personnes âgées de Windsor en Ontario au Canada, est un immeuble de 24 étages donc les quatre coins doivent être équipés d'un écran pluvial. Un des coins est orienté vers le sud et offre une largeur de 5,5 m et une hauteur de 61 m. La prise d'air neuf du système de ventilation est située à une distance horizontale de 25 m du coin sud et de nombreux obstacles sont présents sur cette distance. La capacité du système de ventilation est de 23 000 m³/h en continu. Il y a actuellement six brûleurs au gaz naturel pour chauffer l'air neuf, qui ne sont pas très performants, avec un rendement saisonnier estimé à 67 %.
La couleur dominante de l'immeuble est le brun foncé. Les murs sont isolés par des panneaux rigides de 5 cm de laine de verre ayant une conductivité thermique d'environ 0,033 W/(m-ºC).
Données financières
La société d'habitation a alloué un certain budget pour la réfection des façades d'immeubles, le surcoût de l'option solaire pourra être financé à même ce budget à condition que le retour simple sur l'investissement soit inférieur à 10 ans. Dans cette analyse, on n'a à prévoir aucun frais d'exploitation et entretien parce que le capteur solaire est fait du même métal que l'aurait été l'écran pluvial. De plus, il n'y a pas de ventilateurs supplémentaires à prévoir. Cet immeuble étant la propriété du gouvernement, on n'a pas non plus à prendre en compte l'impôt sur les revenus.
Le coût du gaz naturel est d'environ 0,20 $/m³. La société d'habitation utilise un taux d'actualisation de 7 %.
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 1993, le Ministère du logement de l'Ontario a lancé un programme de réfection des façades de plusieurs immeubles résidentiels qui avaient des murs de brique endommagés. Conserval Engineering a réalisé plusieurs études de faisabilité pour des immeubles de ce type et a démontré qu'un système de chauffage solaire de l'air pouvait être installé à un coût avantageux, c'est-à-dire avec un court temps de retour simple sur l'investissement.
L'étude a montré que la plupart des immeubles résidentiels équipés d'unités de toiture pour apport d'air neuf, et ayant besoin d'un écran pluvial, pouvaient être avantageusement équipés d'un système de ventilation à capteur solaire et écran pluvial métallique combinés, raccordé aux unités de ventilations en toitures existantes. Le complexe de logements pour personnes âgées de Windsor n'est qu'un des nombreux immeubles qui ont été équipés d'un système solaire. Ce système constitue l'installation la plus haute jamais réalisée, c'est pourquoi on la présente dans cet exemple. Installé en 1994, ce système apporte d'intéressantes économies d'énergie, environ 210 MWh par année. On a mesuré des élévations de température de l'air passant à travers le capteur solaire aussi importantes que 30 °C.
Description du système
Le capteur solaire à air, non vitré, installé à la résidence pour personnes âgées de Windsor, a une hauteur de 61 m pour une largeur de 5,5 m, ce qui représente une surface totale de 335 m². On a choisi une couleur brun foncé qui s'harmonise mieux avec les autres éléments architecturaux du bâtiment. Le système n'a aucun stockage thermique. Quand l'énergie solaire est disponible, elle est utilisée pour préchauffer l'air neuf de ventilation qui alimente le système existant de ventilation qui comprend un chauffage au gaz naturel. La capacité de ventilation est de 23 000 m³/h, ce qui représente un débit par m² de capteur solaire d'environ 69 m³/h/m².
Le surcoût de l'option chauffage solaire de l'air par rapport à un simple écran pluvial est de l'ordre de 29 000 $, alors que les économies d'énergie générées atteignent 5 000 $, ce qui donne un retour sur investissement atteint en 6 ans.
Leçons à tirer
Aperçu général
Le marché canadien de l'électricité est en période de transition, les monopoles ayant tendance à faire place à un marché déréglementé plus compétitif. Cette situation peut à la fois créer des occasions d'affaires pour les énergies renouvelables, mais aussi représenter de nouveaux défis. Le coût de l'électricité d'origine photovoltaïque reste encore plus élevé de plusieurs ordres de grandeur en comparaison aux tarifs actuels. Cependant, l'intégration de cette technologie aux bâtiments, les nouvelles technologies PV, les politiques d'achat d'électricité moins dommageable pour l'environnement, les crédits pour réduction des émissions de gaz à effet de serre ou pour utilisation d'une énergie renouvelable, sont autant de possibilités de réduire cet écart et de rendre le PV plus compétitif. Les projets de démonstration de systèmes PV raccordés au réseau sont la preuve que l'industrie des producteurs d'électricité s'ouvre peu à peu à ces nouvelles sources d'énergie. Il est important de continuer à investir dans le développement de nouveaux produits mais aussi dans de nouvelles normes et règlements visant à faciliter leur intégration.
Photo
Résidence pour personnes âgées Manoir Ouellette, Windsor, Ontario, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes mandaté, par une société d'habitation du gouvernement, afin de réaliser une étude de pré-faisabilité pour leur compte. Votre client possède et exploite plusieurs immeubles résidentiels qui prennent de l'âge et certains d'entre eux ont besoin de réparations au niveau de leur enveloppe. En effet, des infiltrations d'eau commencent à apparaître dans les murs extérieurs. Un consultant, spécialiste en structure et embauché par votre client, a fait la recommandation de poser un écran pluvial métallique par-dessus les murs qui se détériorent, afin d'éviter que les dégradations de la brique ne s'aggravent et pour ajouter en même temps une certaine résistance thermique qui améliorera le confort.
Les immeubles résidentiels ont un besoin continu d'air neuf de ventilation dans les couloirs et les aires communes. La plupart de ces immeubles possèdent des unités de ventilations en toiture qui aspirent et réchauffent l'air neuf. La récupération de chaleur sur l'air extrait n'est en général jamais pratiquée, car l'air vicié est extrait de plusieurs points dans chaque appartement et sa centralisation serait démesurément coûteuse pour pouvoir alimenter un ventilateur récupérateur de chaleur.
Les systèmes de chauffage solaire de l'air ont connu d'intéressants développements au cours des dix dernières années et il est maintenant possible d'installer un capteur solaire à air, métallique, perforé et sans vitrage, qui fonctionne sans entretien en plus d'offrir la fonction d'écran pluvial. Ce capteur solaire de chauffage de l'air peut être raccordé au niveau du toit, à l'entrée des unités de ventilation existantes. La société d'habitation vous demande de préparer une analyse de pré-faisabilité pour implanter un tel système et pour vérifier si le surcoût de cette option par rapport à un simple écran pluvial aura bien un temps de retour simple sur l'investissement inférieur à 10 ans.
Données techniques
La résidence pour personnes âgées de Windsor en Ontario au Canada, est un immeuble de 24 étages donc les quatre coins doivent être équipés d'un écran pluvial. Un des coins est orienté vers le sud et offre une largeur de 5,5 m et une hauteur de 61 m. La prise d'air neuf du système de ventilation est située à une distance horizontale de 25 m du coin sud et de nombreux obstacles sont présents sur cette distance. La capacité du système de ventilation est de 23 000 m³/h en continu. Il y a actuellement six brûleurs au gaz naturel pour chauffer l'air neuf, qui ne sont pas très performants, avec un rendement saisonnier estimé à 67 %.
La couleur dominante de l'immeuble est le brun foncé. Les murs sont isolés par des panneaux rigides de 5 cm de laine de verre ayant une conductivité thermique d'environ 0,033 W/(m-ºC).
Données financières
La société d'habitation a alloué un certain budget pour la réfection des façades d'immeubles, le surcoût de l'option solaire pourra être financé à même ce budget à condition que le retour simple sur l'investissement soit inférieur à 10 ans. Dans cette analyse, on n'a à prévoir aucun frais d'exploitation et entretien parce que le capteur solaire est fait du même métal que l'aurait été l'écran pluvial. De plus, il n'y a pas de ventilateurs supplémentaires à prévoir. Cet immeuble étant la propriété du gouvernement, on n'a pas non plus à prendre en compte l'impôt sur les revenus.
Le coût du gaz naturel est d'environ 0,20 $/m³. La société d'habitation utilise un taux d'actualisation de 7 %.
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
- L'objectif de conception « Forte hausse de température » a été sélectionné. Trois raisons expliquent ce choix : d'abord, c'est préférable d'un point de vue financier puisque le temps de retour simple sur l'investissement est plus rapide et le taux de rendement interne meilleur avec une surface plus importante de capteur solaire. Cela s'explique par le coût important des conduits de ventilation qui demeure fixe indépendamment de la surface du capteur solaire. Deuxièmement, le coin de l'immeuble avait besoin d'un revêtement métallique pour être protégé de la pluie et le propriétaire ne voulait pas installer deux parements de façade différents sur un même coin. Enfin, les exploitants de l'immeuble préféraient avoir une plus forte élévation de température plutôt qu'un bon rendement au m² de capteur solaire.
- Il n'y a pas de coûts de développement du projet autres que ceux qui avaient été prévus pour installer un parement de protection contre la pluie.
- On n'utilise aucun auvent collecteur d'air dans cette installation.
- Comme on n'a pas eu besoin d'installer de ventilateur supplémentaire, le coût des infrastructures connexes est uniquement celui des conduits d'air. Cependant les conduits utilisés dans cet immeuble sont particulièrement chers, à cause de leur longueur et des obstacles à contourner entre le mur solaire et les ventilateurs d'aspiration et aussi à cause du fait qu'ils sont isolés des forts vents qui soufflent à la hauteur du 24e étage.
Projet réel
Résultats
En 1993, le Ministère du logement de l'Ontario a lancé un programme de réfection des façades de plusieurs immeubles résidentiels qui avaient des murs de brique endommagés. Conserval Engineering a réalisé plusieurs études de faisabilité pour des immeubles de ce type et a démontré qu'un système de chauffage solaire de l'air pouvait être installé à un coût avantageux, c'est-à-dire avec un court temps de retour simple sur l'investissement.
L'étude a montré que la plupart des immeubles résidentiels équipés d'unités de toiture pour apport d'air neuf, et ayant besoin d'un écran pluvial, pouvaient être avantageusement équipés d'un système de ventilation à capteur solaire et écran pluvial métallique combinés, raccordé aux unités de ventilations en toitures existantes. Le complexe de logements pour personnes âgées de Windsor n'est qu'un des nombreux immeubles qui ont été équipés d'un système solaire. Ce système constitue l'installation la plus haute jamais réalisée, c'est pourquoi on la présente dans cet exemple. Installé en 1994, ce système apporte d'intéressantes économies d'énergie, environ 210 MWh par année. On a mesuré des élévations de température de l'air passant à travers le capteur solaire aussi importantes que 30 °C.
Description du système
Le capteur solaire à air, non vitré, installé à la résidence pour personnes âgées de Windsor, a une hauteur de 61 m pour une largeur de 5,5 m, ce qui représente une surface totale de 335 m². On a choisi une couleur brun foncé qui s'harmonise mieux avec les autres éléments architecturaux du bâtiment. Le système n'a aucun stockage thermique. Quand l'énergie solaire est disponible, elle est utilisée pour préchauffer l'air neuf de ventilation qui alimente le système existant de ventilation qui comprend un chauffage au gaz naturel. La capacité de ventilation est de 23 000 m³/h, ce qui représente un débit par m² de capteur solaire d'environ 69 m³/h/m².
Le surcoût de l'option chauffage solaire de l'air par rapport à un simple écran pluvial est de l'ordre de 29 000 $, alors que les économies d'énergie générées atteignent 5 000 $, ce qui donne un retour sur investissement atteint en 6 ans.
Leçons à tirer
- On devrait toujours envisager l'installation d'un système de chauffage solaire de l'air lorsque des travaux doivent être faits sur un parement de façade ou lorsqu'une protection métallique contre la pluie est nécessaire. Normalement, le surcoût de l'option solaire se justifie par les économies d'énergie générées.
- Les coûts de raccordement d'un capteur solaire mural à un système existant de ventilation peuvent être élevés si les ventilateurs ne sont pas proches d'un mur sud, ce qui serait une situation idéale.
- On devrait aussi systématiquement envisager l'installation d'un système de chauffage solaire de l'air lorsque l'on doit remplacer des ventilateurs d'apport d'air neuf.
Aperçu général
Le marché canadien de l'électricité est en période de transition, les monopoles ayant tendance à faire place à un marché déréglementé plus compétitif. Cette situation peut à la fois créer des occasions d'affaires pour les énergies renouvelables, mais aussi représenter de nouveaux défis. Le coût de l'électricité d'origine photovoltaïque reste encore plus élevé de plusieurs ordres de grandeur en comparaison aux tarifs actuels. Cependant, l'intégration de cette technologie aux bâtiments, les nouvelles technologies PV, les politiques d'achat d'électricité moins dommageable pour l'environnement, les crédits pour réduction des émissions de gaz à effet de serre ou pour utilisation d'une énergie renouvelable, sont autant de possibilités de réduire cet écart et de rendre le PV plus compétitif. Les projets de démonstration de systèmes PV raccordés au réseau sont la preuve que l'industrie des producteurs d'électricité s'ouvre peu à peu à ces nouvelles sources d'énergie. Il est important de continuer à investir dans le développement de nouveaux produits mais aussi dans de nouvelles normes et règlements visant à faciliter leur intégration.
Photo
Résidence pour personnes âgées Manoir Ouellette, Windsor, Ontario, Canada
Références
- Nikiforov, Vladimir, « Communications personnelles », Conserval Engineering Inc., 2000.
