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Production de chaleur - Chauffe-eau solaire - Piscine - Intérieur / Canada (Guelph)
Mandat de l'étude de cas
La ville de Kitchener en Ontario s'intéresse aux sources renouvelables d'énergie pour réduire la consommation de gaz naturel de son centre communautaire. La ville vous demande d'évaluer la faisabilité de l'installation d'un système de chauffage solaire de l'eau (CSE) pour combler une partie des besoins annuels de chauffage de la piscine intérieure du complexe sportif.
Données techniques
Le centre communautaire se trouve dans la ville de Kitchener, à environ 100 km à l'ouest de Toronto. La station météorologique la plus proche est celle de Guelph en Ontario. Le centre communautaire a été construit dans les années 60 et utilise le gaz naturel pour chauffer la piscine intérieure. Le rendement saisonnier du chauffe-piscine au gaz est de 75 % et la surface de la piscine est de 244 m². Le responsable de la piscine ne veut pas utiliser de toile de piscine en raison des règlements de sécurité. La température désirée de la piscine est de 29 °C et 5 % de son volume d'eau est renouvelé chaque semaine.
Le centre communautaire est grand et possède un toit plat permettant d'installer plus d'une centaine de capteurs orientés vers le sud, quelle que soit l'inclinaison désirée. Généralement, l'inclinaison optimale des capteurs solaires, pour une utilisation à longueur d'année à cette latitude, est entre 30° et 40°; cependant, on a décidé d'incliner les capteurs solaires à un angle de 45° pour faciliter l'élimination de la neige en hiver.
La ville vous a demandé d'utiliser pour votre analyse des capteurs solaires à simple vitrage NORSUN modèle TD-3000-30. Ces capteurs ont chacun une surface de 3 m², un coefficient Fr (tau alpha) de 0,68 et un coefficient Fr UL de 3,62 (W/m²)/°C. Pour des raisons esthétiques, les capteurs seront disposés en quatre rangées de dimensions égales. L'eau de la piscine circulera directement à travers les capteurs solaires (il n'y aura donc pas de boucle secondaire, ni d'échangeur de chaleur). L'eau des capteurs solaires et des tuyaux se drainera vers la piscine dès que les pompes arrêteront. Sur la base de l'expérience acquise lors de projets similaires, la puissance de pompage requise est estimée à 5 W/m². Par rapport à la chambre technique, les capteurs solaires se trouveront à une distance horizontale de 20 m et à une distance verticale équivalant à 3 étages.
Pour le calcul des réductions des émissions de gaz à effet de serre (GES), on suppose que le gaz naturel est le combustible évité, dans le contexte des nouvelles centrales de production d'électricité en Ontario.
Données financières
Le coût d'une étude technique de faisabilité pour ce projet atteindra 2 500 $, alors que l'ingénierie détaillée demandera un budget supplémentaire de 7 500 $. Les capteurs NORSUN coûtent 280 $/m² et la structure de soutien (nécessaire pour maintenir les capteurs sur le toit) reviendra à 150 $ par m² de capteur solaire. L'installation des capteurs est estimée à 100 $ par m² de capteur.
Si le projet est approuvé par le conseil municipal, le centre communautaire fera l'acquisition du système sans aucun financement. Les coûts actuels du gaz naturel pour le centre sportif sont d'environ 0,35 $/m³ et ceux de l'électricité s'élèvent à 0,10 $/kWh. Le taux d'indexation du coût en combustible est incertain, mais on propose une valeur moyenne de 4 % par année. Le taux d'inflation est uniforme à environ 2 % par année. On utilisera un taux d'actualisation de 9 %. Enfin, on considère que la durée de vie de l'équipement sera de 30 ans, avec des frais annuels d'entretien d'environ 500 $.
Il est à noter que ce projet est admissible à un programme d'encouragement du gouvernement fédéral qui donne une subvention représentant 25 % de la valeur des équipements et de leur installation, à concurrence de 80 000 $.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer 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
Il y a plus de 20 ans, le centre communautaire Breithaupt de la ville de Kitchener, en Ontario (à environ 100 km à l'ouest de Toronto), a été équipé d'un système de chauffage solaire de l'eau (CSE) pour chauffer sa piscine intérieure. Durant toute cette période, le système a fonctionné de manière très fiable et a permis de réduire l'utilisation du chauffe-piscine au gaz naturel. Plusieurs employés municipaux ont affirmé que le système contribue pour une part importante au chauffage de la piscine et qu'ils en sont très satisfaits.
Description du système
Quatre-vingt (80) capteurs solaires NORSUN plans, à simple vitrage et à caloduc, constituent l'essentiel du système de chauffage solaire de l'eau. La surface totale a été divisée en quatre rangées de dimensions égales. Les capteurs sont orientés au sud avec un angle de 45° par rapport à l'horizontale.
Quand le soleil brille suffisamment et que la piscine a besoin de chauffage, l'eau est pompée d'un réservoir connexe à la piscine dans le local technique jusqu'à la toiture, de manière à remplir les capteurs solaires. Le débit de la boucle solaire se divise en deux, pour alimenter deux séries de 40 capteurs (il y a donc deux boucles parallèles de 40 capteurs en série). Après être passée par les capteurs solaires, l'eau retourne au local technique, puis à la piscine. L'eau de la piscine circule directement dans les capteurs solaires sans utiliser d'échangeur de chaleur. La protection contre le gel est assurée en permettant à l'eau contenue dans les capteurs de se vidanger intégralement sous l'action de la gravité et de retourner dans la piscine, chaque fois que la pompe est arrêtée.
Leçons à tirer
Les piscines municipales sont une application privilégiée des systèmes de chauffage solaire de l'eau. Ces installations demandent de grandes quantités d'énergie tout au long de l'année afin de maintenir une température confortable de l'eau. De plus, les tarifs de l'énergie engendrent des dépenses importantes pour les exploitants de ces installations. Les systèmes de chauffage solaire de l'eau sont fiables, durables et offrent des rendements très intéressants. Ils permettent de réduire de manière significative les besoins en énergies conventionnelles comme le gaz naturel qui contribuent aux émissions de gaz à effet de serre.
Photo
Centre récréatif - Piscine - Intérieur - Chauffe-eau solaire, Ontario, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
La ville de Kitchener en Ontario s'intéresse aux sources renouvelables d'énergie pour réduire la consommation de gaz naturel de son centre communautaire. La ville vous demande d'évaluer la faisabilité de l'installation d'un système de chauffage solaire de l'eau (CSE) pour combler une partie des besoins annuels de chauffage de la piscine intérieure du complexe sportif.
Données techniques
Le centre communautaire se trouve dans la ville de Kitchener, à environ 100 km à l'ouest de Toronto. La station météorologique la plus proche est celle de Guelph en Ontario. Le centre communautaire a été construit dans les années 60 et utilise le gaz naturel pour chauffer la piscine intérieure. Le rendement saisonnier du chauffe-piscine au gaz est de 75 % et la surface de la piscine est de 244 m². Le responsable de la piscine ne veut pas utiliser de toile de piscine en raison des règlements de sécurité. La température désirée de la piscine est de 29 °C et 5 % de son volume d'eau est renouvelé chaque semaine.
Le centre communautaire est grand et possède un toit plat permettant d'installer plus d'une centaine de capteurs orientés vers le sud, quelle que soit l'inclinaison désirée. Généralement, l'inclinaison optimale des capteurs solaires, pour une utilisation à longueur d'année à cette latitude, est entre 30° et 40°; cependant, on a décidé d'incliner les capteurs solaires à un angle de 45° pour faciliter l'élimination de la neige en hiver.
La ville vous a demandé d'utiliser pour votre analyse des capteurs solaires à simple vitrage NORSUN modèle TD-3000-30. Ces capteurs ont chacun une surface de 3 m², un coefficient Fr (tau alpha) de 0,68 et un coefficient Fr UL de 3,62 (W/m²)/°C. Pour des raisons esthétiques, les capteurs seront disposés en quatre rangées de dimensions égales. L'eau de la piscine circulera directement à travers les capteurs solaires (il n'y aura donc pas de boucle secondaire, ni d'échangeur de chaleur). L'eau des capteurs solaires et des tuyaux se drainera vers la piscine dès que les pompes arrêteront. Sur la base de l'expérience acquise lors de projets similaires, la puissance de pompage requise est estimée à 5 W/m². Par rapport à la chambre technique, les capteurs solaires se trouveront à une distance horizontale de 20 m et à une distance verticale équivalant à 3 étages.
Pour le calcul des réductions des émissions de gaz à effet de serre (GES), on suppose que le gaz naturel est le combustible évité, dans le contexte des nouvelles centrales de production d'électricité en Ontario.
Données financières
Le coût d'une étude technique de faisabilité pour ce projet atteindra 2 500 $, alors que l'ingénierie détaillée demandera un budget supplémentaire de 7 500 $. Les capteurs NORSUN coûtent 280 $/m² et la structure de soutien (nécessaire pour maintenir les capteurs sur le toit) reviendra à 150 $ par m² de capteur solaire. L'installation des capteurs est estimée à 100 $ par m² de capteur.
Si le projet est approuvé par le conseil municipal, le centre communautaire fera l'acquisition du système sans aucun financement. Les coûts actuels du gaz naturel pour le centre sportif sont d'environ 0,35 $/m³ et ceux de l'électricité s'élèvent à 0,10 $/kWh. Le taux d'indexation du coût en combustible est incertain, mais on propose une valeur moyenne de 4 % par année. Le taux d'inflation est uniforme à environ 2 % par année. On utilisera un taux d'actualisation de 9 %. Enfin, on considère que la durée de vie de l'équipement sera de 30 ans, avec des frais annuels d'entretien d'environ 500 $.
Il est à noter que ce projet est admissible à un programme d'encouragement du gouvernement fédéral qui donne une subvention représentant 25 % de la valeur des équipements et de leur installation, à concurrence de 80 000 $.
Préparer une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirer 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
- La température de l'eau pour le remplacement d'eau hebdomadaire de la piscine n'étant pas connue, le modèle utilise le mode « Auto » et calcule automatiquement cette température d'eau froide en se basant sur les températures de l'air ambiant tout au long de l'année.
- Pour pouvoir obtenir quatre rangées de capteurs solaires de dimensions égales, le nombre de capteurs solaires a été réduit de 82 à 80.
- Comme aucun échangeur de chaleur n'est utilisé, il convient de répondre « non » à la question « Système utilisé en conditions de gel ? ». Cependant, pour se protéger du gel, le système se drainera chaque fois qu'il est arrêté. On peut également répondre « Oui » à cette question (afin d'indiquer que l'on a une protection contre le gel) et faire fonctionner l'échangeur de chaleur à 100 % de son rendement/efficacité : on obtiendra les mêmes résultats.
- Un coût assez élevé de 3 000 $ a été inclus dans les frais de livraison des équipements, car les capteurs solaires vitrés sont lourds et encombrants.
- Il n'y a aucun montant qui peut être déduit du coût total du système de chauffage (aucun crédit), car il existe déjà un chauffe-piscine au gaz naturel.
Projet réel
Résultats
Il y a plus de 20 ans, le centre communautaire Breithaupt de la ville de Kitchener, en Ontario (à environ 100 km à l'ouest de Toronto), a été équipé d'un système de chauffage solaire de l'eau (CSE) pour chauffer sa piscine intérieure. Durant toute cette période, le système a fonctionné de manière très fiable et a permis de réduire l'utilisation du chauffe-piscine au gaz naturel. Plusieurs employés municipaux ont affirmé que le système contribue pour une part importante au chauffage de la piscine et qu'ils en sont très satisfaits.
Description du système
Quatre-vingt (80) capteurs solaires NORSUN plans, à simple vitrage et à caloduc, constituent l'essentiel du système de chauffage solaire de l'eau. La surface totale a été divisée en quatre rangées de dimensions égales. Les capteurs sont orientés au sud avec un angle de 45° par rapport à l'horizontale.
Quand le soleil brille suffisamment et que la piscine a besoin de chauffage, l'eau est pompée d'un réservoir connexe à la piscine dans le local technique jusqu'à la toiture, de manière à remplir les capteurs solaires. Le débit de la boucle solaire se divise en deux, pour alimenter deux séries de 40 capteurs (il y a donc deux boucles parallèles de 40 capteurs en série). Après être passée par les capteurs solaires, l'eau retourne au local technique, puis à la piscine. L'eau de la piscine circule directement dans les capteurs solaires sans utiliser d'échangeur de chaleur. La protection contre le gel est assurée en permettant à l'eau contenue dans les capteurs de se vidanger intégralement sous l'action de la gravité et de retourner dans la piscine, chaque fois que la pompe est arrêtée.
Leçons à tirer
- Le système a fonctionné de manière satisfaisante depuis qu'il a été installé il y a plus de 20 ans. Cela démontre qu'un système d'énergie renouvelable bien conçu peut avoir une durée de vie intéressante.
- L'utilisation d'un système de chauffage solaire de l'eau pour les piscines intérieures est une alternative raisonnable, étant donnée l'importance des coûts de chauffage d'une telle infrastructure. De plus, un système de chauffage solaire de l'eau bien conçu garantira de bonnes performances et une fiabilité à long terme.
Les piscines municipales sont une application privilégiée des systèmes de chauffage solaire de l'eau. Ces installations demandent de grandes quantités d'énergie tout au long de l'année afin de maintenir une température confortable de l'eau. De plus, les tarifs de l'énergie engendrent des dépenses importantes pour les exploitants de ces installations. Les systèmes de chauffage solaire de l'eau sont fiables, durables et offrent des rendements très intéressants. Ils permettent de réduire de manière significative les besoins en énergies conventionnelles comme le gaz naturel qui contribuent aux émissions de gaz à effet de serre.
Photo
Centre récréatif - Piscine - Intérieur - Chauffe-eau solaire, Ontario, Canada
Références
- Dent, Ed, « Communications personnelles », Ville de Kitchener, 2002.
- McLennan, Rob, « Communications personnelles », Ville de Kitchener, 2002.
- Pelton, Michael, « Communications personnelles », Enermodal Engineering Ltd., 2002.
