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Production de chaleur - Système de chauffage solaire de l'air - Entrepôt / États-Unis d'Amérique
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes chargé de projets pour une importante société de courrier et vous travaillez actuellement à la conception d'un nouveau centre de tri. Les codes municipaux régissant la construction exigent un taux de ventilation élevé parce que des camions de livraison entreront et sortiront de ce bâtiment. Vous devez décider si vous allez retenir l'option proposée par un consultant externe, à savoir l'installation d'unités conventionnelles au gaz naturel pour le chauffage de l'air neuf, ou alors opter pour un système de chauffage solaire de l'air (CSA).
Données techniques
Le bâtiment sera situé près de Denver, au Colorado, aux É-U. Dans cette région, il y a des besoins de chauffage de 8 à 9 mois par année mais aussi d'excellentes conditions d'ensoleillement. Le code du bâtiment exige un taux de ventilation de 7,6 L/s d'air neuf chauffé par m2 de plancher. La surface du bâtiment est de 5 574 m² et il sera chauffé de manière à ce que la température ne descende pas en dessous de 10 ºC.
La résistance thermique (RSI) des murs et du toit du bâtiment sera de l'ordre de 1,5 (m²-ºC)/W. Les murs seront réalisés en panneaux préfabriqués de béton assemblés entre eux sur le site. On ne prévoit aucun parement extérieur par-dessus le béton.
Le centre de tri pourra accueillir aussi bien des camions de livraison que des clients qui viendront déposer ou prendre des colis. Un système de CSA sur le bâtiment de cette société contribuerait à améliorer son image de citoyen corporatif soucieux de l'environnement. Le mur sud-est du bâtiment sera voisin du stationnement mais pourra aussi être vu de la rue. Une surface de 465 m² est disponible pour l'installation de capteurs solaires, mais l'architecte émet des réserves quant à l'apparence de ceux-ci. En effet, il serait prêt à envisager l'installation de capteurs entièrement métalliques, sans vitrage, qui pourraient avoir une couleur qui s'harmonise avec le reste du bâtiment. La couleur idéale serait un rouge foncé.
Le bâtiment sera utilisé 12 heures par jour, 7 jours par semaine.
Données financières
Votre société empruntera 75 % du montant à investir dans ce projet, à un taux d'intérêt sur la dette de 9 % sur une durée de 15 ans. Le taux d'inflation est évalué à 2 % et le taux d'indexation de l'énergie sera de 3 %. Dans les projets d'investissement de ce genre, votre société utilise un taux d'actualisation de 10 %.
Votre société est soumise à un taux d'imposition sur les revenus de 34 %. Le gouvernement fédéral vous fera bénéficier d'un crédit d'impôt égal à 10 % des coûts d'investissement du projet solaire, dans l'année suivant son installation. De plus, le capital investi dans le système solaire peut être amorti en accéléré sur une période de 6 ans en utilisant chaque année les proportions suivantes du capital déductible : 20 %; 32 %; 19,2 %; 11,5 %; 11,5 % et 5,8 %.
Le prix du gaz naturel est environ de 0,17 $US/m³.
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
À cause des camions qui entrent et sortent du centre de tri de 5 574 m² de Federal Express, la réglementation exige un taux de renouvellement de l'air de 42 300 L/s. Plutôt que de compter uniquement sur le gaz naturel pour chauffer cette quantité d'air neuf, on a installé un système de chauffage solaire de l'air (CSA). Deux façades se sont bien prêtées à l'installation d'un capteur solaire, l'une est située au sud-est, l'autre au sud-ouest. Le mur sud-ouest a de nombreuses ouvertures et des auvents de portes de garage qui y font de l'ombre. Le mur sud-est donne des résultats beaucoup plus intéressants parce qu'il fournit des gains solaires en matinée. L'énergie solaire y est alors plus souvent utile car les locaux se sont refroidis pendant la nuit; c'est aussi à cette période de la journée que le trafic de camions qui entrent et sortent est le plus élevé, ce qui crée plus de refroidissement et exige de ventiler les locaux au maximum. Le mur sud-est répond à la moitié des besoins de chauffage de l'air de ventilation du bâtiment en utilisant le débit d'air élevé du capteur solaire.
Une étude de faisabilité a montré que l'on pouvait générer d'importantes économies d'énergie même si on ne chauffait que la moitié des besoins d'air de ventilation. L'autre moitié des besoins d'air de ventilation est injectée dans le bâtiment sans être chauffée et on utilise des radiateurs infra-rouges pour assurer le confort. Ces radiateurs servent aussi les jours très froids ou de mauvais temps, quand le système de CSA ne répond pas suffisamment aux besoins de chauffage pour maintenir une température de 10 ºC dans le bâtiment.
Ce projet de CSA a été réalisé entre avril et juin 1996. Le système est entré en fonction à l'automne 1996 et fonctionne depuis ce temps. Cette installation fait la fierté de la société Federal Express qui a été l'hôte de nombreux visiteurs intéressés par cette réalisation technique.
Une installation de chauffage de l'air au gaz naturel aurait coûté presque aussi cher à l'investissement que le système de CSA; cependant ses coûts d'exploitation auraient été beaucoup plus élevés.
Description du système
Un capteur solaire de 465 m² a été installé avec une couleur rouge foncé sur le mur sud-est. Cette couleur a été choisie par l'architecte et a été reprise dans les différents éléments architecturaux tout autour du bâtiment. Trois ventilateurs, chacun d'une capacité de 7 050 L/s sont raccordés au capteur solaire.
Comme le bâtiment est loué à un propriétaire autre que Federal Express, on a négocié avec celui-ci la possibilité de financer l'investissement dans le système de CSA sur une période de 10 ans, des mensualités supplémentaires de 400 $ étant intégrées au loyer. On évalue à 12 000 $/an ou 1 000 $/mois les économies générées par le système par rapport à un chauffage au gaz naturel : cela représente donc des économies de près de 600 $/mois.
Leçons à tirer
Le capteur solaire rouge colonial sur le mur sud de tri de FEDEX situé près de Denver au Colorado, États-Unis
Références
Mandat de l'étude de cas
Vous êtes chargé de projets pour une importante société de courrier et vous travaillez actuellement à la conception d'un nouveau centre de tri. Les codes municipaux régissant la construction exigent un taux de ventilation élevé parce que des camions de livraison entreront et sortiront de ce bâtiment. Vous devez décider si vous allez retenir l'option proposée par un consultant externe, à savoir l'installation d'unités conventionnelles au gaz naturel pour le chauffage de l'air neuf, ou alors opter pour un système de chauffage solaire de l'air (CSA).
Données techniques
Le bâtiment sera situé près de Denver, au Colorado, aux É-U. Dans cette région, il y a des besoins de chauffage de 8 à 9 mois par année mais aussi d'excellentes conditions d'ensoleillement. Le code du bâtiment exige un taux de ventilation de 7,6 L/s d'air neuf chauffé par m2 de plancher. La surface du bâtiment est de 5 574 m² et il sera chauffé de manière à ce que la température ne descende pas en dessous de 10 ºC.
La résistance thermique (RSI) des murs et du toit du bâtiment sera de l'ordre de 1,5 (m²-ºC)/W. Les murs seront réalisés en panneaux préfabriqués de béton assemblés entre eux sur le site. On ne prévoit aucun parement extérieur par-dessus le béton.
Le centre de tri pourra accueillir aussi bien des camions de livraison que des clients qui viendront déposer ou prendre des colis. Un système de CSA sur le bâtiment de cette société contribuerait à améliorer son image de citoyen corporatif soucieux de l'environnement. Le mur sud-est du bâtiment sera voisin du stationnement mais pourra aussi être vu de la rue. Une surface de 465 m² est disponible pour l'installation de capteurs solaires, mais l'architecte émet des réserves quant à l'apparence de ceux-ci. En effet, il serait prêt à envisager l'installation de capteurs entièrement métalliques, sans vitrage, qui pourraient avoir une couleur qui s'harmonise avec le reste du bâtiment. La couleur idéale serait un rouge foncé.
Le bâtiment sera utilisé 12 heures par jour, 7 jours par semaine.
Données financières
Votre société empruntera 75 % du montant à investir dans ce projet, à un taux d'intérêt sur la dette de 9 % sur une durée de 15 ans. Le taux d'inflation est évalué à 2 % et le taux d'indexation de l'énergie sera de 3 %. Dans les projets d'investissement de ce genre, votre société utilise un taux d'actualisation de 10 %.
Votre société est soumise à un taux d'imposition sur les revenus de 34 %. Le gouvernement fédéral vous fera bénéficier d'un crédit d'impôt égal à 10 % des coûts d'investissement du projet solaire, dans l'année suivant son installation. De plus, le capital investi dans le système solaire peut être amorti en accéléré sur une période de 6 ans en utilisant chaque année les proportions suivantes du capital déductible : 20 %; 32 %; 19,2 %; 11,5 %; 11,5 % et 5,8 %.
Le prix du gaz naturel est environ de 0,17 $US/m³.
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
- Le mur sud-est a une surface trop petite pour pouvoir alimenter tous les besoins d'air de ventilation. Si toute l'aspiration d'air passait à travers le mur solaire, il y aurait un débit d'air trop important. C'est pourquoi le mur solaire n'est utilisé que pour répondre à la moitié du débit nécessaire au bâtiment.
- La couleur rouge foncé a à peu près la même absorptivité que le gris foncé.
- On n'a utilisé aucun registre de dérivation dans ce projet. Pendant la saison chaude, la moitié du débit requis, assuré par le système solaire est tout simplement arrêtée et les larges portes de garage sont laissées ouvertes pendant les heures d'activité. Le système solaire n'a exigé aucun ventilateur supplémentaire ou plus puissant, et la longueur additionnelle de conduit est minime. C'est pourquoi les coûts des ventilateurs et conduits sont faibles.
- La méthode réelle d'amortissement de 6 ans a été approximativement reproduite en utilisant une méthode d'amortissement linéaire sur 5 ans.
Résultats
À cause des camions qui entrent et sortent du centre de tri de 5 574 m² de Federal Express, la réglementation exige un taux de renouvellement de l'air de 42 300 L/s. Plutôt que de compter uniquement sur le gaz naturel pour chauffer cette quantité d'air neuf, on a installé un système de chauffage solaire de l'air (CSA). Deux façades se sont bien prêtées à l'installation d'un capteur solaire, l'une est située au sud-est, l'autre au sud-ouest. Le mur sud-ouest a de nombreuses ouvertures et des auvents de portes de garage qui y font de l'ombre. Le mur sud-est donne des résultats beaucoup plus intéressants parce qu'il fournit des gains solaires en matinée. L'énergie solaire y est alors plus souvent utile car les locaux se sont refroidis pendant la nuit; c'est aussi à cette période de la journée que le trafic de camions qui entrent et sortent est le plus élevé, ce qui crée plus de refroidissement et exige de ventiler les locaux au maximum. Le mur sud-est répond à la moitié des besoins de chauffage de l'air de ventilation du bâtiment en utilisant le débit d'air élevé du capteur solaire.
Une étude de faisabilité a montré que l'on pouvait générer d'importantes économies d'énergie même si on ne chauffait que la moitié des besoins d'air de ventilation. L'autre moitié des besoins d'air de ventilation est injectée dans le bâtiment sans être chauffée et on utilise des radiateurs infra-rouges pour assurer le confort. Ces radiateurs servent aussi les jours très froids ou de mauvais temps, quand le système de CSA ne répond pas suffisamment aux besoins de chauffage pour maintenir une température de 10 ºC dans le bâtiment.
Ce projet de CSA a été réalisé entre avril et juin 1996. Le système est entré en fonction à l'automne 1996 et fonctionne depuis ce temps. Cette installation fait la fierté de la société Federal Express qui a été l'hôte de nombreux visiteurs intéressés par cette réalisation technique.
Une installation de chauffage de l'air au gaz naturel aurait coûté presque aussi cher à l'investissement que le système de CSA; cependant ses coûts d'exploitation auraient été beaucoup plus élevés.
Description du système
Un capteur solaire de 465 m² a été installé avec une couleur rouge foncé sur le mur sud-est. Cette couleur a été choisie par l'architecte et a été reprise dans les différents éléments architecturaux tout autour du bâtiment. Trois ventilateurs, chacun d'une capacité de 7 050 L/s sont raccordés au capteur solaire.
Comme le bâtiment est loué à un propriétaire autre que Federal Express, on a négocié avec celui-ci la possibilité de financer l'investissement dans le système de CSA sur une période de 10 ans, des mensualités supplémentaires de 400 $ étant intégrées au loyer. On évalue à 12 000 $/an ou 1 000 $/mois les économies générées par le système par rapport à un chauffage au gaz naturel : cela représente donc des économies de près de 600 $/mois.
Leçons à tirer
- Dans le cas d'une construction neuve, un système de CSA peut être installé presque au même coût qu'un mur conventionnel plus un système de ventilation. Il est important que l'équipe de conception et de réalisation du bâtiment soit bien informée du produit et de la technologie afin que le système de CSA puisse être intégré au design du bâtiment le plus tôt possible.
- L'apparence d'un revêtement de façade est un critère de choix important qui ne doit pas être négligé par les ingénieurs qui voudraient juste donner de l'importance au rendement et aux performances. Un système de CSA doit pouvoir se fondre dans l'apparence d'un bâtiment ou même contribuer à l'améliorer.
- C'est au client d'exiger que l'option solaire soit envisagée dès la phase de conception, car les architectes ou les ingénieurs ont une tendance générale à mal juger les énergies renouvelables.
Le capteur solaire rouge colonial sur le mur sud de tri de FEDEX situé près de Denver au Colorado, États-Unis
Références
- Grainger, Richard, « Communications personnelles », Conserval Systems Inc., 2000.
- Nikiforov, Vladimir, « Communications personnelles », Conserval Engineering Inc., 2000.
