Bâtiments et industrie

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1 Accueil Accueil Panier Électroménagers Bâtiments Produits Éconergétiques Statistiques sur la consommation d'énergie Chauffage et climatisation Construction résidentielle Rénovation résidentielle Industrie Divers Règlements et politique Rapports Transport Bâtiments et industrie Remise en état d'un immeuble industriel ancien avec des thermopompes géothermiques Résumé Un édifice de cinq étages érigé en 1923 à Montréal (Canada) a été transformé en immeuble à bureaux de haute technologie. Pour satisfaire aux normes de confort contemporaines, il a fallu installer un système de chauffage, de ventilation et de conditionnement d'air (CVCA) décentralisé. Deux options parmi les plus adéquates ont été envisagées : un chauffage de type classique à chaudières, refroidisseur, tour de refroidissement et ventilo-convecteurs, d'une part, et une thermopompe décentralisée sur circuit d'eau fermé ou couplé à un système géothermique, d'autre part. Le système géothermique a finalement été retenu, en vertu des économies annuelles comprises entre et $CAN qu'il autorise, pour un investissement initial de $CAN. L'immeuble industriel rénové, à Montréal Faits saillants économie de $CAN (650 MWh) par rapport à un chauffage de type classique Réduction de 66 % de l'énergie nécessaire au chauffage Installation dans les espaces occupés seulement

2 L'objectif du projet En 1995, la société Roland Hakim et Associés a décidé de rénover un édifice industriel pour en faire un immeuble à bureaux de haute technologie. Le bâtiment de cinq étages avait conservé sa vocation industrielle depuis sa construction en La principale difficulté du projet tenait à la modification de l'infrastructure existante en vue de fournir le niveau de confort souhaité par les nouveaux occupants. L'installation d'un système CVCA décentralisé s'est avérée nécessaire pour réduire le bruit au minimum, permettre la commande indépendante de la température étage par étage, etc. Afin de maximiser l'espace disponible, le nouveau système se devait de rester compact et facile à entretenir. Outre ces critères, toute l'infrastructure devait demeurer économique sur le plan de l'investissement initial et du coût de fonctionnement. Le principe Le système géothermique se compose d'un circuit ouvert dans un aquifère et un circuit interne (fermé) de l'édifice. Le circuit ouvert est constitué de deux puits (d'arrivée et de retour) qui doivent être séparés l'un de l'autre pour éviter tout court-circuit entre eux. L'eau est d'abord pompée du puits d'arrivée. Elle échange ensuite son énergie avec l'eau du circuit fermé de l'édifice, puis est rejetée dans le puits de retour. Une fois que l'échange énergétique s'est opéré (transfert de l'énergie vers la source géothermique pour le refroidissement ou vice versa), l'eau de la boucle interne est injectée dans de petites pompes à chaleur réparties sur chaque étage. Ces thermopompes réalisent l'échange thermique eau-air dans les différentes sections de l'immeuble, afin de les refroidir ou de les réchauffer, selon le sens du cycle. Pour fermer la boucle, l'eau injectée dans les thermopompes locales est ensuite retournée à l'échangeur thermique principal (connecté à la source géothermique). L'eau présente dans les sources géothermiques demeure à une température pratiquement constante. Cette propriété assure de bonnes performances à la thermopompe (le rendement diminue lorsqu'augmente la différence de température à l'échangeur thermique). En outre, la température de l'eau à l'admission de la thermopompe (en provenance de la source géothermique) est généralement inférieure à celle de l'air extérieur lorsque les locaux doivent être refroidis, et supérieure lorsqu'ils doivent être chauffés.

3 & Figure 1 : Schéma du système géothermique. La situation L'édifice de cinq étage et m 2 a servi à des fins industrielles depuis En 1995, Hakim Inc. en a fait l'acquisition en vue de le transformer en bureau de haute technologie. Deux options se présentaient pour réaliser le nouveau système CVCA : le chauffage de type classique ou la thermopompe. La première option aurait nécessité l'installation d'une multitude de sous-systèmes (chaudières, refroidisseur, tour de refroidissement, pompes, etc.). L'opération aurait été fort coûteuse et l'installation aurait occupé beaucoup d'espace. La comparaison avec un système de thermopompe à circuit d'eau fermé couplé à un circuit géothermique a révélé que cette seconde option nécessiterait un investissement nettement inférieur et présentait de surcroît un potentiel d'économies opérationnelles. Deux puits ont donc été creusés : un puits d'arrivée et un puits de retour. Forés à 18 m l'un de l'autre (pour éviter tout court-circuit thermique), ils sont tous deux d'une profondeur de 30 m. La pompe du circuit ouvert qui les relie tourne à un débit de 14 L/s. Elle aspire l'eau du puits d'arrivée et la refoule dans un échangeur thermique à plaques (où il y a échange de chaleur entre la source géothermique et les boucles internes de l'immeuble). Les quarante-sept thermopompes connectées au circuit sont réparties dans l'immeuble pour chauffer et climatiser tous les étages. Dans le détail, de petites thermopompes sont suspendues horizontalement pour se loger dans les petits vides du plafond, et d'autres thermopompes de type console sont installées sur le périmètre de l'édifice, sous les fenêtres. Ces thermopompes desservent les parties centrales de chaque étage. D'une puissance allant de 3,5 à 85 kw, elles sont aptes à supporter les charges de chauffage et de refroidissement. La demande de pointe s'établit à environ 440 kw pour le chauffage et 350 kw pour le conditionnement de l'air. Outre le système CVCA, d'autres éléments ont été installés, tels qu'un système de commande centrale. L'élimination de plusieurs éléments par le choix des thermopompes (par exemple tour de refroidissement et les ventilo-convecteurs) a permis de construire une terrasse aux troisième et quatrième étages (ce qui contribue à l'esthétique du bâtiment). Ce système présente plusieurs avantages immédiats : la souplesse de fonctionnement et de commande de la température, un faible niveau sonore

4 " et la possibilité de limiter l'installation aux espaces occupés (d'où un supplément d'espace disponible pour la location). La consommation d'énergie est passée de MWh à 350 MWh. En d'autres mots, 66 % de la consommation en énergie de chauffage est économisée par rapport à un système de type classique, ce qui équivaut à 6,5 tonnes de CO 2 en moins dans l'atmosphère. De plus, la simplicité de la conception se reflète dans la facilité de l'entretien (d'où une diminution additionnelle des coûts) et dans une économie d'espace significative. La superficie de la salle des machines est réduite au minimum (elle ne contient plus que les deux échangeurs thermiques en plaque et les cinq pompes de circulation) et il n'y a plus aucun équipement monté à l'extérieur. La société Fondée en 1979, Roland Hakim et Associés (Hakim Inc.) est essentiellement une firme d'ingénierie oeuvrant dans le domaine de la construction partout au Canada. Hakim Inc. se spécialise dans les projets spéciaux, principalement les systèmes électromécaniques spécialisés pour immeubles commerciaux et industriels et la construction en régime accéléré. En 1984, Hakim Inc. s'est vu décerner le premier prix de l'énergie de l'ashrae, région de l'est du Canada, pour une installation de stockage thermique dans un établissement. Figure 2 : Vue de la salle des machines Aspects économiques Plusieurs solutions ont été évaluées pour le nouveau système CVCA. Comme on le voit dans le tableau 1, les thermopompes géothermiques se sont révélées la solution la moins coûteuse à mettre en place et celle présentant le meilleur potentiel d'économie. L'investissement initial de $CAN nécessaire à l'installation du système est inférieure de $CAN au coût d'un système de chauffage classique à ventilo-convecteurs et de $CAN à un système à circuit d'eau. En tenant compte de l'installation dans son intégralité (système CVCA, système de commande centralisé, plomberie, installation électrique), un système de type classique aurait coûté $CAN, contre les $CAN qu'a exigé le système géothermique. Les $CAN d'économie ont assuré un retour immédiat sur l'investissement. De plus, les économies annuelles brutes en énergie vont de à $CAN (650 MWh) par rapport aux différents systèmes classiques. Tableau 1 : Systèmes CVCA - Comparaison de l'investissement initial

5 (tous les chiffres sont en $CAN). Composant Tour de refroidissement, pompe et tuyauterie Thermopompes géothermiques Thermopompes à circuit d'eau Ventiloconvecteur Refroidisseur Chaudière à gaz et cheminée Ventilation et distribution Thermopompes (47) Ventilo-convecteurs Pompes de circulation et échangeur thermique Forage, puits (2), excavation et asphaltage Tuyauterie et accessoires Isolation des tuyaux Commandes et câblage Total (hors taxes) Pour plus d'information : Visionner d'autres publications des bâtiments et de l'industrie. Veuillez remplir le bon de commande pour obtenir des copies en papier ou une réponse plus rapide Ressources naturelles Canada Centre de la technologie de l'énergie de CANMET 580, rue Booth, 18 e étage Ottawa (Ontario) K1A 0E4 Personne-ressource : Rudy Lubin Tél. : (613) Courriel : caddet@rncan.gc.ca Site Web : oee.rncan.gc.ca/ici Organisation principale Roland Hakim et Associés 930, rue Wellington, bureau 201 Montréal (Québec) H3C 1T8 Canada Personne-ressource : Monsieur R. Hakim, ing. Tél. : (514) Téléc. : (514) Courriel : rhakim@sprint.ca Dernière mise à jour le : Avis importants