Maison EQuilibrium MC en action

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1 Maison EQuilibrium MC en action ÉcoTerra MC système de commande et de surveillance de la consommation d énergie ÉcoTerra MC est une maison individuelle neuve de deux étages d une superficie de 234 m² (2 519 pi²) située dans une région boisée d Eastman, près du mont Orford au Québec. Elle a été primée dans le cadre de l Initiative de démonstration de maisons durables EQuilibrium MC de la SCHL. Conçue et réalisée par Les Maisons Alouette, un fabricant de maisons usinées, la maison ÉcoTerra MC procure un milieu de vie sain et confortable à ses occupants, réduit au minimum la consommation d énergie, produit sur place de l énergie renouvelable, préserve les ressources, a une faible incidence sur l environnement et possède un bon attrait commercial. L une des caractéristiques clés de la maison ÉcoTerra MC qui lui permet d atteindre un niveau élevé de performance est son système de commande et de surveillance de la consommation d énergie (SCSCE), lequel fait l objet du présent bulletin. Particularités techniques Le concept de la maison ÉcoTerra MC prévoit différents systèmes interactifs commandés de manière à tirer avantage des relations dynamiques qui existent entre eux. Les installations énergétiques de la maison et sa stratégie de commande intégrée ont été conçues par une équipe de l Université Concordia, tandis que la mise au point et la mise en œuvre ont été effectuées par Régulvar inc. L intégration et l optimisation des composants actifs et passifs de la maison exigeaient un système de commande puissant et polyvalent. De nombreux composants dans la maison sont commandés par le SCSCE (figure 1), dont : n une thermopompe géothermique (eau-air) dotée d un serpentin de chauffage auxiliaire et d un désurchauffeur servant à chauffer l eau chaude; n de multiples volets motorisés sur conduits d air; Chauffage - Nord Chauffage - Sud Étage Chauffage r.d. c.. Sécheuse Évac. ext. Rez-de-Chaussée SOUS-SOL Plancher chauffant Figure 1 Vue de l interface graphique du système de commande AU CŒUR DE L HABITATION

2 Des capteurs de température de type thermisteur ont également été posés, lesquels sont surveillés par le SCSCE afin de commander l installation de conditionnement des locaux : Figure 2 Interface utilisateur du SCSCE n le ventilateur à vitesse variable de l installation photovoltaïque (PV) et de récupération de chaleur intégrée au toit du bâtiment; n un ventilateur récupérateur de chaleur (VRC); n des auvents extérieurs motorisés et n une thermopompe de circulation. La thermopompe géothermique eau-air à air pulsé est munie d un chauffage d appoint par résistance électrique qui est programmé de manière à s activer si la chaleur produite par la thermopompe géothermique ne suffit pas. Au cœur du SCSCE, on trouve un système de commande programmable numérique direct doté de signaux entrants et sortants numériques et analogiques servant à commander les systèmes et les dispositifs susmentionnés. Un appareil exclusif multiprotocole a été installé pour autoriser les communications en ligne, y compris la capacité de prévisions météorologiques. Le système est équipé au rez-de-chaussée d une interface utilisateur à écran tactile qui permet aux occupants de commander le système et de visionner des informations sur la performance de la maison (figure 2). n un capteur de température de l air à chaque étage; n un capteur de la température de l air extérieur; n des capteurs de température de la dalle de béton et n des capteurs de température multiples tout au long des conduits de l installation PV-thermique de récupération de chaleur. Des capteurs de courant électrique interprétés par le SCSCE ont également été mis en place. Ceux-ci sont situés à la sortie de l onduleur de l installation PV afin de déterminer la quantité d électricité produite par cette dernière, et aussi sur la sécheuse pour déterminer son état de marche et d arrêt. Si la sécheuse fonctionne pendant que l installation PV-thermique produit suffisamment de chaleur, cette chaleur est alors dirigée vers la sécheuse. La température de chaque niveau peut être programmée en fonction de différents points de consigne pour quatre périodes de la journée (y compris un abaissement de la température durant la nuit). La différence entre la température de l air mesurée et la température de consigne déterminée par l utilisateur est analysée par le SCSCE. Le système active des volets motorisés pour réguler le débit d air transmis à chaque étage de manière à égaler la température de consigne. Les points de consigne de la maison sont modifiés par le SCSCE tout au long de la journée et de la nuit afin de réduire la consommation d énergie liée au conditionnement des locaux. Lorsque la maison est inoccupée, le système d automatisation abaisse les points de consigne durant la période de chauffage et les augmente durant la période de climatisation. Lorsque la maison se trouve en mode chauffage solaire passif, le système d automatisation permet à la température des pièces de fluctuer à l intérieur de la zone de confort thermique afin de laisser pénétrer davantage d énergie solaire passive dans la maison. Lorsque la température de la maison est sur le point d excéder la zone de confort thermique durant la période de chauffage, le système d automatisation déploie les auvents extérieurs motorisés au deuxième étage afin de diminuer les gains solaires. 2 Société canadienne d hypothèques et de logement

3 Commande de l installation PV-thermique intégrée au bâtiment La gestion du fonctionnement de l installation PV-thermique intégrée au bâtiment en ce qui a trait à la récupération de l énergie solaire thermique est fondée sur l augmentation de la température (prévue et mesurée) de l air qui circule à travers l installation. Le SCSCE utilise les lectures transmises par ses multiples capteurs de température pour déterminer s il existe une demande de chauffage, ou si l air réchauffé par le soleil peut être utilisé. L air réchauffé par l installation PV-thermique sur le toit peut servir à trois buts dans l ordre de priorité ci-dessous : 1. faire sécher le linge en faisant circuler l air chaud provenant de l installation PV-thermique à travers une sécheuse en régime ventilation seulement; 2. faire passer l air à travers un échangeur de chaleur air-eau afin de préchauffer l eau chaude domestique et 3. chauffer activement la dalle de béton ventilée dans le soussol, pour ensuite chauffer passivement le sous-sol. Le ventilateur à vitesse variable de l installation PV-thermique intégrée au toit est commandé par le SCSCE de manière à extraire le maximum de chaleur. La stratégie de base consiste à faire tourner le ventilateur à haute vitesse lorsque la température de l air à la sortie excède 20 C, et lorsqu elle descend sous ce point de consigne, à moduler la vitesse du ventilateur afin d en réduire le débit jusqu à ce que la température de sortie ait atteint une valeur utile. Le SCSCE a recours à la production électrique de l onduleur pour évaluer l ensoleillement incident total sur la couverture. La mesure de la production de l onduleur, au lieu de celle d un capteur d irradiance, permet de prendre une lecture spatiale moyenne qui prend en compte la possibilité d effets d ombre et de couverture de neige. L énergie thermique pouvant être produite par l installation PV-thermique est généralement proportionnelle à la production d électricité (jusqu à 2 à 4 fois plus de chaleur que d électricité) et la production de l onduleur peut ainsi prédire l augmentation de la température de l air pour différents débits d air à travers l installation PV-thermique. Selon la température de l air de sortie estimée pour l installation PV-thermique et le degré de priorité des demandes de chaleur, l énergie thermique est acheminée à la maison par l entremise de commandes transmises aux ventilateurs et aux volets. Considérations de mise en œuvre Le SCSCE qui a été mis en place est très polyvalent et puissant puisqu il autorise une gamme illimitée d options de commandes et de surveillance. En règle générale, les fabricants d équipements qui connaissent ce genre de dispositifs de commande haut de gamme les installent dans des bâtiments industriels, commerciaux ou institutionnels. Pour les entreprises qui n œuvrent que dans ce genre de bâtiment, il peut être ardu de devoir appliquer leur savoir-faire à une maison individuelle solaire passive. Non seulement les stratégies de commande sont différentes, mais les utilisateurs de l équipement sont des propriétaires-occupants qui n ont habituellement aucune expérience en gestion d immeuble. Les entreprises doivent donc s adapter. En raison du caractère novateur et inhabituel de la maison et de ses systèmes de commande, il a été plus long que prévu de mettre en service le SCSCE. Une première stratégie de surveillance a été mise en œuvre, puis raffinée. Une fois que les occupants ont été installés dans la maison et ont eu le temps d expérimenter et de travailler avec le SCSCE, la stratégie de commande et de surveillance a été révisée pour répondre à leurs préoccupations et pour régler certaines questions de performance. La plus récente stratégie de commande et de surveillance à avoir été mise en œuvre offre un compromis entre maximiser la performance de la maison et fournir une stratégie simple et solide de commande et de surveillance mieux adaptée aux besoins des occupants. L une des caractéristiques de commande et de surveillance qui ne sera pas mise en œuvre puisqu elle est toujours à l étape de la recherche est l utilisation de commandes prévisionnelles fondées sur les prévisions météorologiques. Avec cette option, le système de commande et de surveillance de la maison modifierait le fonctionnement des installations en fonction des conditions météorologiques prévues pour les prochains jours, afin de maximiser la performance. Par exemple, l installation de chauffage ne démarrerait pas le matin si le SCSCE prévoyait une journée chaude et ensoleillée, alors qu il démarrerait s il prévoyait une journée fraîche et ennuagée. Société canadienne d hypothèques et de logement 3

4 Incidences sur les coûts L équipe de conception de la maison ÉcoTerra MC évalue le coût du système d automatisation à environ $, ce qui comprend les capteurs, les volets motorisés, l unité centrale et la mise en œuvre des commandes et de la surveillance. Une fois le SCSCE transformé en produit de série, les membres de l équipe s attendent toutefois à ce que son coût recule à $ ou moins. Avantages technologiques Économies d énergie Il s avère difficile d attribuer des économies d énergie particulières au SCSCE. Essentiellement, le SCSCE permet simplement à toutes les autres installations de la maison de fonctionner à leur pleine efficacité. Il commande l équipement de conditionnement des locaux, dont l installation PV-thermique de récupération de chaleur, et vise à réduire au minimum la consommation d énergie tout en permettant un usage optimal des gains solaires passifs sans surchauffer l espace. L équipe de conception de la maison ÉcoTerra MC évalue que, si on n abaissait pas la température la nuit et si la température de la pièce n était pas réglée le jour de manière à maximiser les gains solaires passifs, la consommation d énergie attribuable au chauffage pourrait augmenter de 10 à 30 %. Confort des occupants Le SCSCE permet d améliorer le confort thermique des occupants en permettant de définir différents points de consigne de température pour différents étages. La surchauffe des locaux peut être évitée par l utilisation d auvents motorisés au deuxième étage et par l emploi d une température de consigne plus basse la nuit. Résumé L équipe de la maison ÉcoTerra MC a conçu une maison très éconergétique dotée d une installation PV-thermique intégrée innovatrice, de concert avec une thermopompe géothermique, pour répondre à la demande d eau chaude domestique et de conditionnement des locaux. Au cœur de la maison se trouve un système haut de gamme de commande et de surveillance de la consommation d énergie qui vise à réduire au minimum cette consommation en gérant avec soin chacune des installations, de même que leurs interactions dynamiques. Bien que le système ait une capacité illimitée en matière de commandes et de surveillance, il était essentiel pour l équipe de mettre au point une solide stratégie de commande et de surveillance qui réponde aux besoins des propriétaires-occupants. 4 Société canadienne d hypothèques et de logement

5 Équipe de projet Principale personne-ressource : Bradley Berneche brad.berneche@alouettehomes.com Constructeur-promoteur : Les Maisons Alouette Homes (Les Industries Ste-Anne de la Rochelle Inc.) Pour en savoir plus sur ce concept et d autres habitations EQuilibrium MC, veuillez vous rendre sur le site Web de la SCHL au ou au EQuilibrium MC Qu est-ce qu une maison EQuilibrium MC? L Initiative de démonstration de maisons durables EQuilibrium MC, pilotée par la Société canadienne d hypothèques et de logement (SCHL), réunit les secteurs public et privé dans le but de créer des maisons axées sur la santé et le confort des occupants, l efficacité énergétique, la production d énergie renouvelable, la conservation des ressources, la réduction des impacts sur l environnement et l abordabilité. L Initiative des maisons EQuilibrium MC de la SCHL offre aux constructeurs et aux promoteurs du pays une façon tout à fait originale et efficace d établir leur réputation en tant que bâtisseurs de maisons de première qualité, à la fois saines et abordables, qui répondront aux besoins actuels et futurs des Canadiens. Une maison EQuilibrium MC se compose d un large éventail de technologies, de stratégies, de produits et de techniques conçus pour réduire à un minimum absolu l incidence d une habitation sur l environnement. En outre, une maison EQuilibrium MC se caractérise par ses installations à énergie renouvelable offertes sur le marché, qui lui procurent de l énergie propre et contribuent à réduire les coûts et la consommation énergétiques annuels. Maison EQuilibrium MC en action Le bulletin Maison EQuilibrium MC en action présente des stratégies de conception et des technologies particulières qui ont été mises à contribution dans la réalisation de maisons de démonstration EQuilibrium MC. SCHL La SCHL est l organisme national responsable de l habitation au Canada, et ce, depuis plus de 65 ans. Elle veille à ce que les Canadiens aient accès à un large éventail de logements de qualité, à coût abordable, et elle favorise la création de collectivités et de villes dynamiques et durables partout au pays. Pour en savoir davantage sur la manière dont le gouvernement du Canada et la SCHL soutiennent la construction de logements plus solides et l édification de collectivités plus prospères pour tous les Canadiens, appelez la SCHL, au , visitez le site Web ou au , Société canadienne d hypothèques et de logement Imprimé au Canada Réalisation : SCHL Cette publication vise à décrire les techniques et méthodes que des équipes de constructeurs ont mis en œuvre pour réaliser leur aménagement dans le cadre de l Initiative de démonstration de maisons durables EQuilibrium MC de la SCHL. Elle ne propose toutefois que des renseignements d ordre général et n a pas pour but d évaluer, d approuver ou de recommander un système, une stratégie, une technique, une technologie ou un produit en particulier. Les prévisions relatives à la performance des bâtiments fournies dans cette publication proviennent des équipes de constructeurs individuelles et reposent sur des simulations informatiques et sur la compréhension des règles de l art en construction. La performance réelle du bâtiment peut varier. Les lecteurs ne devraient pas planifier, concevoir ou construire un aménagement sur la seule foi des renseignements contenus dans le présent ouvrage. S ils désirent s engager dans de telles activités, il leur revient de consulter les ressources documentaires pertinentes et les spécialistes du domaine concerné afin de déterminer ce qui est sûr et approprié dans leur cas. Les utilisateurs doivent assumer la responsabilité des mesures ou décisions prises qui ne tiennent pas compte du présent avis. La Société canadienne d hypothèques et de logement se dégage de toute responsabilité relativement aux conséquences, dépenses, réclamations, dommages ou pertes résultant de l utilisation des renseignements compris dans cette publication.