Mesures d'efficacité énergétique - Résidentiel - Enveloppe du bâtiment - Fenêtres / Canada
Mandat de l'étude de cas
Un concepteur de maisons de votre région vous demande de lui préparer une étude de préfaisabilité. Le concepteur aimerait mieux connaître l'influence du facteur isolant de différents types de vitrages scellés utilisés dans les fenêtres d'une maison construite sur mesure en zone rurale, au sud de Renfrew, près d'Ottawa. On vous demande de comparer les bénéfices énergétiques et les performances au plan financier de l'utilisation d'un double vitrage standard par rapport à un double vitrage avec remplissage à l'argon et film basse émissivité sur une des vitres ou un triple vitrage avec double remplissage à l'argon et film basse émissivité sur deux vitres.
Données techniques
La maison est située au cœur d'une forêt dense constituée de conifères et d'arbres à feuilles caduques. L'entrée de la maison est orientée au sud-ouest et la façade principale est orientée au sud-est. La maison est très ombragée, en été comme en hiver. En hiver, l'ombre recouvre 55 % du côté arrière, 65 % de la façade, 65 % du côté gauche et 65 % du côté droit. En été, l'ombre recouvre 80 % de la façade, 80 % du côté gauche, 75 % du côté droit et 65 % du côté arrière.
Le chauffage central est à air chaud produit par une fournaise électrique combinée à une pompe à chaleur géothermique. Le rendement saisonnier de ce système est de 300 %. C'est la même pompe à chaleur qui permet de climatiser la maison, avec un COP saisonnier de 3,0.
Le tableau de la page suivante présente les caractéristiques des fenêtres : dimensions, orientations et nombre.
La surface chauffée et climatisée de la maison est de 170 m² et le sous-sol n'en fait pas partie. L'isolation thermique est très importante mais le bâtiment offre une faible masse thermique. La maison est occupée par 2 adultes, tous les deux au travail. Les gains internes de la maison seront faibles, estimé à 12 kWh par jour.
Mandat de l'étude de cas
Un concepteur de maisons de votre région vous demande de lui préparer une étude de préfaisabilité. Le concepteur aimerait mieux connaître l'influence du facteur isolant de différents types de vitrages scellés utilisés dans les fenêtres d'une maison construite sur mesure en zone rurale, au sud de Renfrew, près d'Ottawa. On vous demande de comparer les bénéfices énergétiques et les performances au plan financier de l'utilisation d'un double vitrage standard par rapport à un double vitrage avec remplissage à l'argon et film basse émissivité sur une des vitres ou un triple vitrage avec double remplissage à l'argon et film basse émissivité sur deux vitres.
Données techniques
La maison est située au cœur d'une forêt dense constituée de conifères et d'arbres à feuilles caduques. L'entrée de la maison est orientée au sud-ouest et la façade principale est orientée au sud-est. La maison est très ombragée, en été comme en hiver. En hiver, l'ombre recouvre 55 % du côté arrière, 65 % de la façade, 65 % du côté gauche et 65 % du côté droit. En été, l'ombre recouvre 80 % de la façade, 80 % du côté gauche, 75 % du côté droit et 65 % du côté arrière.
Le chauffage central est à air chaud produit par une fournaise électrique combinée à une pompe à chaleur géothermique. Le rendement saisonnier de ce système est de 300 %. C'est la même pompe à chaleur qui permet de climatiser la maison, avec un COP saisonnier de 3,0.
Le tableau de la page suivante présente les caractéristiques des fenêtres : dimensions, orientations et nombre.
La surface chauffée et climatisée de la maison est de 170 m² et le sous-sol n'en fait pas partie. L'isolation thermique est très importante mais le bâtiment offre une faible masse thermique. La maison est occupée par 2 adultes, tous les deux au travail. Les gains internes de la maison seront faibles, estimé à 12 kWh par jour.
Données financières
Les coûts d'étude de faisabilité, de développement, de conception/ingénierie et des frais généraux ne doivent pas être ajoutés au coût des dispositifs de performance énergétiques. D'après la soumission d'un important fournisseur de fenêtres, les prix des fenêtres, installation comprise, sont les suivants : pour le triple vitrage : 460 $/m², dont 110 $/m² pour l'installation, pour le double vitrage : 395 $/m², dont 100 $/m² pour l'installation et pour le double vitrage ordinaire de référence : 365 $/m², dont 100 $/m² pour l'installation.
Le prix de détail de l'électricité est de 0,085 $/kWh. Le distributeur local d'électricité ne facture pas de puissance souscrite à sa clientèle résidentielle. Le taux d'inflation est considéré à 2 %, alors que le taux d'indexation du coût en combustible est estimé à 5 %.
La structure de la maison aurait une durée de vie de 100 ans, mais les fenêtres ont une durée de vie estimée de 30 ans seulement. La maison est financée par un prêt hypothécaire conventionnel, avec un financement initial des propriétaires de 26 % de sa valeur. La durée de l'emprunt est de 20 ans à un taux d'intérêt sur la dette de 6,5 %.
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 1998, la famille Laurier a demandé à l'architecte Richard White de lui concevoir une nouvelle demeure dans une zone très boisée de la rivière Madawaska, dans la région de l'Outaouais. Pour pouvoir profiter de la vue sur la forêt, dégager l'espace et apporter de la lumière dans les pièces à hauts plafonds, mais aussi à cause de l'ombre de la forêt, les futurs propriétaires veulent de grandes fenêtres. La maison a une bonne répartition des fenêtres selon les principes connus d'une conception solaire passive. Cependant, l'ombre générée par la forêt proche et dense, et la large surface de fenêtres au sud remettaient en question ces principes : quel était le meilleur choix de vitrage à conseiller au client? Fallait-il des vitrages qui laissent passer beaucoup de rayonnement pour compenser l'ombre importante ? Ou valait-il mieux avoir des vitrages très isolants pour garder un degré de confort intérieur acceptable par rapport aux grandes surfaces des fenêtres par temps froid ?
Une analyse technique et financière a permis de comparer les bénéfices énergétiques et les conséquences au plan financier de l'utilisation de double vitrage avec remplissage à l'argon et film basse émissivité sur un des vitrages, et de triple vitrage avec double remplissage à l'argon et film basse émissivité sur deux des vitrages, par rapport à l'utilisation de double vitrage ordinaire (cas de référence). Cette analyse a montré que le double vitrage apportait à la maison une contribution en énergie renouvelable de 7,5 MWh/an et donnait un fort taux de rendement interne (TRI), supérieur à 30 %, avec un temps de retour simple sur investissement de 8 ans. Le triple vitrage, quant à lui, donne un TRI de 12 %, avec un temps de retour simple sur investissement de 17 ans, mais la contribution en énergie renouvelable s'élève à 11,5 MWh/an. Les deux options sont donc plus intéressantes au plan financier que le double vitrage ordinaire et donnent toutes deux un TRI supérieur au taux hypothécaire global sur la maison.
La construction de la maison a débuté au printemps 1999 pour se terminer avant l'hiver. Les propriétaires n'ont pas hésité à choisir l'option du triple vitrage, préférant le meilleur confort au rendement financier supérieur. Au cours du premier hiver, la finition intérieure n'était pas terminée, mais la maison était déjà très confortable.
Description du système
Les fenêtres du cas de référence de cette étude étaient disponibles localement mais originaires du fabricant Loewen de Steinbach au Manitoba. Il s'agit de fenêtres avec un cadre de bois de bonne qualité, équipées d'unités ordinaires à double vitrage scellé. La fenêtre typique du standard canadien d'évaluation de performances a une valeur U de pertes thermiques de 2,86 et un coefficient d'apport de rayonnement solaire (CARS ou SHGC en anglais) de 0,65. Les autres types de vitrage étaient aussi disponibles chez Loewen avec les mêmes cadres de fenêtre en bois. Le double vitrage fait passer les valeurs de U et du CARS de la fenêtre typique à 1,67 et à 0,35. Le triple vitrage à 1,02 et à 0,30. Ces valeurs concernent des fenêtres fixes et diffèrent de celles de fenêtres à battants.
Leçons à tirer
Aperçu général
Comme l'investissement dans des vitrages à haute efficacité donnait toujours de meilleurs rendements financiers que les coûts de financement hypothécaire d'une maison, il est possible de convaincre les occupants de ne pas chercher à avoir les plus courts temps de retour possibles. La décision d'investir peut alors plus facilement reposer sur des critères de confort.
L'analyse énergétique d'investissements dans la construction résidentielle n'est vraiment pas de pratique courante, même si le programme R-2000 fourni depuis longtemps des outils pour le faire. Indépendamment des coûts, même le choix et la capacité des équipements sont déterminés de manière empirique. L'analyse raffinée du type de vitrage en fonction de l'orientation des différentes façades d'une maison n'est envisageable que dans un petit cercle d'initiés. Cependant, les performances intéressantes à tout point de vue des produits offerts sur le marché dans un éventail de plus en plus large, vont commencer à changer graduellement les pratiques habituelles en construction et en rénovation.
Photo
Coupe sur côté d'une fenêtre en bois, Ontario, Canada
Références
Les coûts d'étude de faisabilité, de développement, de conception/ingénierie et des frais généraux ne doivent pas être ajoutés au coût des dispositifs de performance énergétiques. D'après la soumission d'un important fournisseur de fenêtres, les prix des fenêtres, installation comprise, sont les suivants : pour le triple vitrage : 460 $/m², dont 110 $/m² pour l'installation, pour le double vitrage : 395 $/m², dont 100 $/m² pour l'installation et pour le double vitrage ordinaire de référence : 365 $/m², dont 100 $/m² pour l'installation.
Le prix de détail de l'électricité est de 0,085 $/kWh. Le distributeur local d'électricité ne facture pas de puissance souscrite à sa clientèle résidentielle. Le taux d'inflation est considéré à 2 %, alors que le taux d'indexation du coût en combustible est estimé à 5 %.
La structure de la maison aurait une durée de vie de 100 ans, mais les fenêtres ont une durée de vie estimée de 30 ans seulement. La maison est financée par un prêt hypothécaire conventionnel, avec un financement initial des propriétaires de 26 % de sa valeur. La durée de l'emprunt est de 20 ans à un taux d'intérêt sur la dette de 6,5 %.
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
- Parce que les fenêtres d'une maison font partie intégrante de celle-ci et ne constituent pas en 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.
- La conception de la maison ne devient pas plus compliquée ni plus risquée parce que l'on spécifie des vitrages plus performants. Par conséquent, aucun coût additionnel de frais généraux ou imprévus, par rapport au cas de référence n'ont été prévu.
Résultats
En 1998, la famille Laurier a demandé à l'architecte Richard White de lui concevoir une nouvelle demeure dans une zone très boisée de la rivière Madawaska, dans la région de l'Outaouais. Pour pouvoir profiter de la vue sur la forêt, dégager l'espace et apporter de la lumière dans les pièces à hauts plafonds, mais aussi à cause de l'ombre de la forêt, les futurs propriétaires veulent de grandes fenêtres. La maison a une bonne répartition des fenêtres selon les principes connus d'une conception solaire passive. Cependant, l'ombre générée par la forêt proche et dense, et la large surface de fenêtres au sud remettaient en question ces principes : quel était le meilleur choix de vitrage à conseiller au client? Fallait-il des vitrages qui laissent passer beaucoup de rayonnement pour compenser l'ombre importante ? Ou valait-il mieux avoir des vitrages très isolants pour garder un degré de confort intérieur acceptable par rapport aux grandes surfaces des fenêtres par temps froid ?
Une analyse technique et financière a permis de comparer les bénéfices énergétiques et les conséquences au plan financier de l'utilisation de double vitrage avec remplissage à l'argon et film basse émissivité sur un des vitrages, et de triple vitrage avec double remplissage à l'argon et film basse émissivité sur deux des vitrages, par rapport à l'utilisation de double vitrage ordinaire (cas de référence). Cette analyse a montré que le double vitrage apportait à la maison une contribution en énergie renouvelable de 7,5 MWh/an et donnait un fort taux de rendement interne (TRI), supérieur à 30 %, avec un temps de retour simple sur investissement de 8 ans. Le triple vitrage, quant à lui, donne un TRI de 12 %, avec un temps de retour simple sur investissement de 17 ans, mais la contribution en énergie renouvelable s'élève à 11,5 MWh/an. Les deux options sont donc plus intéressantes au plan financier que le double vitrage ordinaire et donnent toutes deux un TRI supérieur au taux hypothécaire global sur la maison.
La construction de la maison a débuté au printemps 1999 pour se terminer avant l'hiver. Les propriétaires n'ont pas hésité à choisir l'option du triple vitrage, préférant le meilleur confort au rendement financier supérieur. Au cours du premier hiver, la finition intérieure n'était pas terminée, mais la maison était déjà très confortable.
Description du système
Les fenêtres du cas de référence de cette étude étaient disponibles localement mais originaires du fabricant Loewen de Steinbach au Manitoba. Il s'agit de fenêtres avec un cadre de bois de bonne qualité, équipées d'unités ordinaires à double vitrage scellé. La fenêtre typique du standard canadien d'évaluation de performances a une valeur U de pertes thermiques de 2,86 et un coefficient d'apport de rayonnement solaire (CARS ou SHGC en anglais) de 0,65. Les autres types de vitrage étaient aussi disponibles chez Loewen avec les mêmes cadres de fenêtre en bois. Le double vitrage fait passer les valeurs de U et du CARS de la fenêtre typique à 1,67 et à 0,35. Le triple vitrage à 1,02 et à 0,30. Ces valeurs concernent des fenêtres fixes et diffèrent de celles de fenêtres à battants.
Leçons à tirer
- Le temps de retour simple sur investissement est souvent considéré comme le seul outil d'évaluation du rendement financier d'un investissement dans un élément particulier d'un bâtiment permettant de réaliser des économies d'énergie. Le résultat de cette pratique favorise les options offrant les plus courts temps de retour sur l'investissement généralement entre 5 et 10 ans. L'utilisation du TRI montre que des investissements ayant des temps de retour assez longs offrent quand même de très bons rendements financiers en comparaison à d'autres placements. Il faut donc élargir l'approche d'analyse financière des dépenses additionnelles causées par une construction de meilleure qualité afin de bien en évaluer tous les bénéfices réels à long terme.
- Le surcoût marginal du triple vitrage par rapport au double vitrage performant est beaucoup plus long à absorber que le surcoût entre le double vitrage performant et le double vitrage ordinaire. Mais on peut l'accepter pour des considérations de confort additionnel. De plus, ce surcoût reste encore financièrement rentable puisqu'il donne un TRI supérieur à bien des outils de placements financiers proposés par le secteur bancaire.
- À la différence d'autres investissements de projets de production d'énergie, les fenêtres d'une maison doivent être choisies en prenant en considération d'autres critères que le meilleur rendement financier possible. En effet, le confort qu'elles procurent touche directement et quotidiennement les propriétaires occupants. Jusqu'à présent ce choix se faisait de manière plutôt intuitive. L'analyse du TRI, par exemple, pourrait être une approche très utile en donnant des arguments justificatifs des choix réalisés.
Aperçu général
Comme l'investissement dans des vitrages à haute efficacité donnait toujours de meilleurs rendements financiers que les coûts de financement hypothécaire d'une maison, il est possible de convaincre les occupants de ne pas chercher à avoir les plus courts temps de retour possibles. La décision d'investir peut alors plus facilement reposer sur des critères de confort.
L'analyse énergétique d'investissements dans la construction résidentielle n'est vraiment pas de pratique courante, même si le programme R-2000 fourni depuis longtemps des outils pour le faire. Indépendamment des coûts, même le choix et la capacité des équipements sont déterminés de manière empirique. L'analyse raffinée du type de vitrage en fonction de l'orientation des différentes façades d'une maison n'est envisageable que dans un petit cercle d'initiés. Cependant, les performances intéressantes à tout point de vue des produits offerts sur le marché dans un éventail de plus en plus large, vont commencer à changer graduellement les pratiques habituelles en construction et en rénovation.
Photo
Coupe sur côté d'une fenêtre en bois, Ontario, Canada
Références
- Loewen Window Centre, http://www.loewen-window-centre.com.
- Pope, Stephen, « Communications personnelles », Stephen F. Pope Architect, 2000.
- White, Richard, « Communications personnelles », White & Gilbride Architects, 2000.
