Réduction de 4,4 GWh de la consommation électrique des systèmes CVCA d un bâtiment institutionnel. Stéphan Gagnon, ing.

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1 Réduction de 4,4 GWh de la consommation électrique des systèmes CVCA d un bâtiment institutionnel Stéphan Gagnon, ing., CEM, LEED GA

2 Plan de la présentation Genèse du projet Mode de réalisation Description du bâtiment avant le projet Diagnostic Description des travaux d efficacité énergétique Difficultés rencontrées lors de la mise en place Autres mesures d efficacité énergétique Résultats préliminaires Conclusion 2

3 Genèse du projet Bâtiment de 1977 très bien entretenu Efficace en termes de chauffage en raison de l utilisation de la récupération de chaleur sur la climatisation Peu d argent disponible ni d intérêt pour un projet d efficacité énergétique 3

4 Genèse du projet Présentation d un plan d affaires préliminaire, y compris l estimation d une subvention du programme Bâtiment d Hydro-Québec Mandat de préparer un plan d affaires Modélisation du bâtiment et estimation des coûts Détermination des mesures les plus rentables Présentation d un plan d affaires Économie d électricité de $ par année Période de récupération de l investissement (PRI) de moins de deux ans avec la subvention Remplacement de plusieurs vieux équipements Approbation du projet 4

5 Mode de réalisation Contrat à exécution sur demande avec une firme de génie-conseil Contrat à exécution sur demande avec des entrepreneurs spécialisés pour certains travaux Préachat des principaux équipements Étroite collaboration avec l équipe d entretien 5

6 Mode de réalisation Responsabilité du chargé de projet du propriétaire Simulation énergétique et conception des mesures d efficacité énergétique Élaboration des principales logiques de contrôle Révision des plans et devis Coordination et supervision des travaux Maître d œuvre de certains travaux Coordination et supervision de la mise en service 6

7 Description du bâtiment avant le projet Superficie de m 2, incluant les stationnements intérieurs et les salles de mécanique occupants Les trois sous-sols abritent les stationnements, la cafétéria et une imprimerie. Le rez-de-chaussée et les huit premiers étages sont principalement occupés par des aires de bureaux. Le 9 e étage est plus petit et abrite les principales composantes mécaniques. 7

8 Description du bâtiment avant le projet La climatisation est assurée par 18 systèmes de ventilation (deux par étage) munis d un serpentin d eau glacée. Ces systèmes sont à débit fixe avec boîtes de fin de course de type à évitement. Le chauffage, l humidification et l apport d air extérieur sont assurés par le système de ventilation principal situé au 9 e étage. Bâtiment 100 % électrique Consommation électrique annuelle stable de 13,5 GWh en 2010 et en

9 Description du bâtiment avant le projet Récupération de chaleur sur la climatisation Thermopompes de la salle des serveurs informatiques Chauffage du stationnement souterrain Chauffage de la cafétéria Préchauffage de l eau chaude sanitaire de la cafétéria Préchauffage de l apport d air extérieur Refroidisseurs centrifuges à double condenseur Chauffage du bâtiment par le système de ventilation principal 9

10 Description du bâtiment avant le projet Le système de ventilation principal Évacuation 50 HP Retours l/s l/s Vapeur 200 kw Eau Électrique 350 kw Air extérieur Eau + glycol 200 HP Eau glacée Alimentation ouest Alimentation nord Alimentation est Alimentation sud 10

11 Diagnostic Coûts énergétiques élevés Climatisation 12 mois par année Moteurs des ventilateurs et des pompes fonctionnant au débit maximal 365 jours par année, 24 heures par jour pour plusieurs Humidification en période inoccupée Chauffage en période inoccupée 11

12 Description des travaux d efficacité énergétique 1.Installation d un nouveau refroidisseur pour le réseau d eau glacée du bâtiment 2.Modification du système de ventilation principal en système à débit variable et gestion de l apport d air extérieur 3.Modification des réseaux hydroniques de chauffage et de climatisation en réseaux à débit et température variables 4.Modification des 18 systèmes de climatisation d étage en systèmes à débit variable 5.Préchauffage gratuit de l eau chaude sanitaire 12

13 Description des travaux d efficacité énergétique Installation d un nouveau refroidisseur pour le réseau d eau glacée du bâtiment Principaux travaux : Un des deux refroidisseurs a été remplacé par un nouveau refroidisseur et l autre a été conservé comme source de chaleur ainsi que pour assurer une redondance. Refroidisseurs d origine Trane Nouveau refroidisseur York centrifuges à double condenseur Type Capacité Coefficient de performance (COP) centrifuge à vitesse variable 950 kw kw COP de 3,4 en été et de 3,2 en hiver, en mode récupération de chaleur COP varie de 5,9 à 100 % de charge à 10,7 à 15 % de charge 13

14 Description des travaux d efficacité énergétique Installation d un nouveau refroidisseur pour le réseau d eau glacée du bâtiment Coût énergétique du mode Trane en période de chauffage Mode Trane Mode York Demande de puissance du refroidisseur 146 kw 41 kw Demande de puissance des pompes de récupération de chaleur 8 kw S.O. Demande de puissance totale 154 kw 41 kw Différentiel de demande de puissance du mode Trane en période de chauffage 113 kw 14

15 Description des travaux d efficacité énergétique Installation d un nouveau refroidisseur pour le réseau d eau glacée du bâtiment Logique de contrôle : Demande de puissance des serpentins électriques 0 kw 0 à 130 kw Plus de 130 kw Récupération de chaleur de la salle des serveurs X X X Utilisation des serpentins électriques Utilisation du refroidisseur York X X X Utilisation du refroidisseur Trane X Lorsque l évacuation de chaleur par le refroidisseur à sec atteint 130 kw, l utilisation du Trane n est plus justifiée, il s arrête et le York redémarre. 15

16 Description des travaux d efficacité énergétique Modification du système de ventilation principal en système à débit variable et gestion de l apport d air extérieur Loi des ventilateurs : La puissance que demande une pompe ou un ventilateur varie selon le cube de la variation de son débit. P 2 / P 1 = (Q 2 / Q 1 ) 3 = (N 2 / N 1 ) 3 Une réduction de 50 % du débit entraîne une économie d énergie de 87,5 %. P 2 / P 1 = 0,5 3 = 0,125 Applicable aux ventilateurs et aux pompes. P : puissance Q : débit N : vitesse de rotation 16

17 Description des travaux d efficacité énergétique Modification du système de ventilation principal en système à débit variable et gestion de l apport d air extérieur Principaux travaux Installation d entraînements à fréquence variable (EFV) sur les moteurs des deux ventilateurs du système de ventilation principal Remplacement de 93 boîtes de fin de course par des boîtes à débit variable Installation de thermostats et de contrôleurs sans fils EnOcean et ZigBee Remplacement des volets de mélange Installation d une sonde de débit dans la prise d air extérieur Installation de 18 sondes de CO 2 (2 par étage), situées dans les retours d air du système de ventilation principal Installation de sondes de CO 2 dans la salle de serveurs pour l isoler du système de ventilation principal Révision de l apport d air extérieur selon ASHRAE

18 Description des travaux d efficacité énergétique Modification des réseaux hydroniques de chauffage et de climatisation en réseaux à débit et température variables Principaux travaux Remplacement de pompes existantes désuètes par des nouvelles pompes avec EFV intégré Installation d EFV sur des pompes existantes Modification de soupapes trois voies en soupapes deux voies en bouchant la voie d évitement 18

19 Description des travaux d efficacité énergétique Modification des 18 systèmes de climatisation d étage en systèmes à débit variable Principaux travaux Installation d EFV sur les moteurs des 18 systèmes de climatisation d étage. Modification des 570 boites de fin de course en boites à débit variable, en bouchant la voie d évitement. Installation d une sonde de pression dans le conduit de ventilation de chaque système. 19

20 Description des travaux d efficacité énergétique Préchauffage gratuit de l eau chaude sanitaire Vers eau chaude sanitaire 60 C 35 C Eau froide 63 kw 0,17 HP 100 gal 100 gal 100 gal 100 gal 0,17 HP Vers refroidisseurs à sec 100 gal 100 gal 20

21 Difficultés rencontrées lors de la mise en place Travaux réalisés dans des aires occupées Dans les aires occupées, les travaux ont été réalisés de nuit sous supervision. 21

22 Difficultés rencontrées lors de la mise en place Accès à la salle de mécanique du 9 e étage 22

23 Difficultés rencontrées lors de la mise en place Modulation en boucle des équipements ou cyclage Plusieurs équipements en série modulant en continu Ex. : systèmes de climatisation Boites à débit variable Ventilateurs à débit variable Pompes du réseau et d eau glacée à débit variable Refroidisseur à vitesse variable Température de l eau glacée variable Température de l eau des tours de refroidissement variable Tours de refroidissement à vitesse variable La modulation de tous les équipements doit être extrêmement lente afin d éviter le cyclage des divers équipements. 23

24 Autres mesures d efficacité énergétique Gestion de l éclairage pour l entretien ménager Révision des points de consigne Ex. : température et humidité dans la salle des serveurs 24

25 Résultats préliminaires La consommation électrique des quatre mois qui ont suivi la fin des travaux, soit juin à septembre 2013, a été de 36 % inférieure (1,6 GWh) à celle des mêmes mois en 2011 et en Une économie de $ pour 4 mois. 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 GWh 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Consommation électrique juin juillet août septembre Total 25

26 Conclusion Il y a (presque) toujours un projet d efficacité énergétique à réaliser dans un bâtiment de plus de vingt ans, même bien entretenu. Il est payant d être innovateur et audacieux. La participation étroite de l équipe d entretien est essentielle à la réussite. Il faut réduire la PRI au minimum : Utiliser la simulation énergétique afin de déterminer les mesures d efficacité énergétique les plus rentables; Modifier les équipements existants plutôt que de les remplacer, lorsque c est possible; Utiliser les subventions disponibles. 26