LA TECHNOLOGIE TEGA: UNE APPROCHE INNOVATRICE POUR DES ÉCHANGEURS GAZ NATUREL À HAUT TAUX DE MODULATION i
TABLE DES MATIÈRES 1.0 PRÉSENTATION DE LA COMPAGNIE TÉGA 1.1 Résumé du projet 2.0 LA MISSION DE L ENTREPRISE 3.0 L ANALYSE DU MARCHÉ 3.1 Le secteur d activité 3.2 Évaluation du marché 3.3 Le marché de conversion de l électricité au gaz 3.4 Le marché des unités neuves 3.5 Le marché de remplacement d équipements existants au gaz 3.6 Clientèle cible 4.0 LE PRODUIT (SERPENTIN AU GAZ SUR MESURE) ii
1.0 PRÉSENTATION DE LA COMPAGNIE TÉGA 1.1 Résumé du projet L entreprise manufacturière «Technologies Échangeurs Gaz Air (T.E.G.A.) inc.» a été constituée officiellement le 25 mars 1999. L idée principale est survenue en août 1995 lors de la réalisation d un projet important de conversion d équipements de chauffage d électricité au gaz naturel. Le problème était qu aucun équipement au gaz vendu sur le marché ne permettait de s adapter facilement aux systèmes de ventilation existants ni d offrir une précision de chauffage. Jusqu à ce jour, aucun appareil de chauffage au gaz ne permet de s adapter vraiment aux conditions réelles d installation. Les concepteurs et entrepreneurs doivent constamment effectuer des travaux majeurs et coûteux, généralement en ventilation, afin d adapter les conditions de chantier aux appareils de chauffage au gaz actuellement vendu sur le marché. En mars 1998 a débuté la conception d un prototype d échangeur au gaz sur mesure pouvant répondre efficacement aux exigences du marché et à la demande des entrepreneurs. En février 1999, ce serpentin au gaz sur mesure a été présenté au Centre de Technologie du Gaz Naturel (CTGN), centre de recherche sans but lucratif, afin d effectuer des tests supplémentaires et d évaluer le concept. Le 12 avril 1999, une entente contractuelle a été signée entre TÉGA, la société en commandite Gaz Métropolitain (SCGM) et le centre de technologie du gaz naturel (CTGN), afin d accélérer la recherche et le développement du produit pour sa mise en marché. Actuellement en phase finale de développement, TÉGA prépare les dernières étapes de recherche et développement et la mise en fabrication de ce serpentin au gaz sur mesure. 1
2.0 LA MISSION DE L'ENTREPRISE La mission de TÉGA est de concevoir, fabriquer et vendre des échangeurs de chaleur au gaz sur mesure à valeur ajoutée pour combler les demandes du marché de la conversion de l électricité au gaz, incluant celles des fabricants d équipements et entrepreneurs en ventilation et chauffage qui œuvrent dans l industrie commerciale, industrielle et institutionnelle en Amérique du Nord. 2
3.0 L ANALYSE DU MARCHÉ 3.1 Le secteur d activité Selon une étude de marché exécutée l industrie du gaz naturel nord-américain est en croissance constante à un taux de 0,6 % par année depuis près de 20 ans. Les prévisions à long terme par GRI (Gas Research Institute) démontrent la même tendance jusqu en 2015. Au Québec, cette croissance est plus élevée avec un taux de 2,5 % par année depuis 1992, tandis qu au Canada elle est de 1,8 %. Cette différence démontre que le Québec accuse un retard sur la consommation de gaz, comparativement au reste du Canada. En effet, le prix de l énergie est un facteur très important qui peut influencer les ventes de notre produit. Au Québec, l électricité est très peu dispendieuse (25 % à 50 % selon les régions) comparativement à l ensemble de l Amérique du Nord, ce qui a eu pour effet de limiter la pénétration du gaz dans les secteurs résidentiel et commercial. Avec l arrivée de la Régie de l énergie, il est certain que le coût de l électricité sera réajusté à la hausse à moyen ou à long terme. TÉGA devra suivre l évolution de ce dossier afin de s assurer que nos informations sur le marché soient mises à jour. Pour le marché des ventes à l extérieur du Québec, la différence des coûts d énergie favorise grandement le gaz et aucun revirement majeur n est prévisible à long terme. La législation canadienne et américaine et la demande croissante des consommateurs pour le confort et la qualité de l air ne font qu augmenter l importance du besoin en équipements de CVC (Chauffage, Ventilation, Climatisation) dans les bâtiments commerciaux et industriels. Par conséquent, les équipements doivent être de plus en plus efficaces, rentables, confortables et adaptables aux besoins de chacune des applications. En fait, le marché d unités de tout type de fournaise au gaz est en hausse de 8,4 % par année depuis 1994, avec des ventes de 180 millions de dollars en 1997. Les unités de ventilation avec chauffage démontrent une croissance de 8 % par année, entre 1991 et 1995, avec un chiffre d affaires de 244 millions de dollars en 1995. Ces données démontrent une croissance et un potentiel de pénétration intéressant pour la technologie TÉGA. Cependant, il est important de mentionner qu il n y a pas d augmentation du nombre de fabricants de chauffe-gaines, mais plutôt une augmentation considérable de fabricants d unités de ventilation. Donc, les occasions d affaires sont multipliées et s étendent sur plusieurs niveaux du réseau de ventes. Il y a aussi plusieurs possibilités de collaboration avec des entreprises déjà établies. 3.2 Évaluation du marché Il est reconnu par les entrepreneurs et les ingénieurs que les problèmes suivants nuisent souvent à la rentabilité d un projet de conversion au gaz naturel dans le marché actuel : Une installation dans un espace trop restreint; De faibles capacités de chauffage existantes; Des unités existantes compactes; Une trop grande multitude d arrangements et de dimensions d équipements à modifier afin de réaliser la conversion. On constate que les équipements de chauffage présentement vendus sur le marché ne répondent pas à l ensemble de ces exigences. Les trois marchés visés par TÉGA sont : Le marché de conversion de l électricité au gaz Le marché des manufacturiers d unités CVAC neuves Le marché de remplacement d appareils déjà existants au gaz 3
3.3 Le marché de conversion de l électricité au gaz Au Québec seulement, Gaz Métropolitain a évalué le nombre d unités de toiture de chauffage/ventilation qui ont besoin d être converties au gaz naturel. Leur analyse démontre qu il y a un marché potentiel d environ 30 000 unités dans des villes où le réseau gazier est construit. Cependant, le marché directement accessible est de 6 400 unités, étant donné qu on doit tenir compte de l âge des équipements et de la rentabilité de conversion de chacun des projets. Ainsi, en nous basant sur un prix de vente moyen de 3 500 $, cela représente un potentiel de ventes évalué à 19 millions de dollars qui doit être exploité d ici dix ans, afin que les appareils soient encore aptes à la conversion. Ce marché est présentement inexploité en raison des difficultés techniques causées par les technologies existantes. 3.4 Le marché des unités neuves Ce marché démontre un potentiel à moyen et long terme important en Amérique du Nord. 3.5 Le marché de remplacement d équipements existants au gaz Notez que la technologie TÉGA peut s adapter entièrement à ces trois marchés et offre même des avantages importants comparativement à ses compétiteurs. 3.6 Clientèle cible La clientèle de TÉGA est très diversifiée, elle est propre à chacun des marchés visés et elle peut varier selon les étapes de croissance de l entreprise. La technologie TÉGA est nouvelle et malgré la présence de produits similaires qui existent sur le marché présentement, aucun concurrent ne présente des avantages techniques et commerciaux qui soient comparables à ce qu elle peut apporter à sa clientèle cible. Le produit TÉGA est simple à fabriquer et à assembler. L importance du projet réside donc dans le savoir-faire unique à TÉGA : la sélection dimensionnelle et de capacité des échangeurs au gaz. Sa conception, en instance de brevet (consiste à l assemblage de composantes fabriquées par des fournisseurs locaux et des composantes de contrôle qui proviennent essentiellement de manufacturiers de sous-composantes au gaz tels Honeywell, White Roger, Viconics, etc. La conception de deux appareils prototypes pour les tests au centre des technologies du gaz naturel (CTGN) et de deux autres présentement en assemblage ont permis de concevoir à la fois un appareil simple à assembler tout en maintenant un stock minimal de composantes et un maximum de pièces compatibles pour tous les modèles. 4
4.0 LE PRODUIT (SERPENTIN AU GAZ SUR MESURE) Actuellement sur le marché du chauffage, les appareils fonctionnant au gaz ne possèdent pas autant de flexibilité que les équipements fonctionnant à l électricité, à la vapeur ou à l eau chaude. TÉGA a alors développé un serpentin de chauffage au gaz (ou échangeur de chaleur) de type multi-tubulaire avec multiples brûleurs. Ce serpentin de chauffage au gaz a la particularité d être conçu sur mesure et peut être construit de façon modulaire afin de permettre le remplacement ou la conversion rapide au gaz des unités de chauffage (électriques ou autres) existant sur le marché. Voir les figures 1 et 2. Figure 1 Figure 2 5
Cette nouvelle technologie permet aussi aux manufacturiers d équipement de ventilation de diminuer leurs coûts de fabrication d unités à grandes dimensions et de combler les besoins pressants d équipements à positions multiples. En effet, les équipements actuellement vendus sur le marché sont de dimensions fixes et à positionnement horizontal seulement. Ce nouveau produit permet d améliorer le confort et de faire varier la puissance de chauffe (moduler la capacité) à environ 5 % de sa capacité nominale avec un effet minimal sur l efficacité. Cette nouvelle façon de faire permet d améliorer le confort dans les locaux et d augmenter les économies d énergie. Ce nouveau produit facilite les conversions des équipements de climatisation chauffage de toiture qui fonctionnent à l électricité. Présentement, les unités peuvent être construites à des capacités de 17,5 à 1600 MBH (Millions BTU/Hr) et elles peuvent fonctionner au gaz naturel ou au propane (pour information, un BBQ représente une capacité de chauffage de 50 MBH). Avec certaines adaptations, cette même technologie pourra augmenter la capacité des unités jusqu'à environ 5000 MBH ou plus. Les problèmes rencontrés sur le marché sont généralement reliés aux dimensions et aux contraintes d installation. Il est généralement reconnu par les entrepreneurs et les ingénieurs que les problèmes suivants nuisent souvent à la rentabilité de la conversion au gaz naturel : Une installation dans un espace trop restreint De faibles capacités de chauffage existantes Des unités existantes compactes Une trop grande multitude d arrangements et de dimensions d équipements Les concepteurs (ingénieurs conseils) et utilisateurs de cette nouvelle technologie recherchent un produit simple et adaptable permettant de remplacer les générateurs de chaleur déjà existants sur le marché (à dimensions préétablies) comme les serpentins électriques, à eau chaude ou à vapeur. Ainsi, cette adaptabilité permet aussi le remplacement d unités au gaz. Ces derniers pourront également connaître très exactement les distances équivalentes de cheminée pour éviter les casse-têtes des entrepreneurs installateurs. De plus, les manufacturiers d équipement de ventilation au gaz pourront enfin diminuer leurs coûts de fabrication d unités à grandes dimensions et ainsi combler les besoins pressants d équipements à positions multiples. En effet, les chauffes-gaines actuellement offerts sur le marché sont de dimensions fixes, volumineux et à positionnement horizontal seulement. Cette nouvelle modulation breveté ou «multiple stages», est contrôlée, pour satisfaire la demande, en allumant ou en éteignant chacun des brûleurs indépendamment l un de l autre. La division multiple de la capacité de chauffage du serpentin au gaz permet l obtention d une précision de température plus importante que les contrôleurs électroniques de température actuel. 6
Modulation vs Efficacité 90 Efficacité 80 70 60 50 40 30 TEGA TECHNOLOGIES APPAREILS ACTUELS 20 10 0 0 10 20 30 40 50 % modulation 60 70 80 90 100 En effet, pourquoi faire moduler et cycler un appareil de 400MBH/hr quand le besoin n est que de 50MBHhr de chauffage? Ce nouveau produit permet donc d améliorer le confort et d augmenter les économies d énergie en modulant la capacité de chauffage à environ 3 % de sa capacité nominale avec un effet minimal sur l efficacité. Un exemple, parmi tant d autres, est le problème de modulation qui occasionnait des «bouffées de chaleur» de l air d alimentation chauffé par des unités de compensation d air modulant au gaz «gas make-up air unit» tel que démontré dans la figure suivante : 7
EXEMPLE SOMMAIRE (2 CHAUFFE-GAINE 400MBH) 900 800 CHAUFFE-GAINE #1 CHAUFFE-GAINE #2 700 600 MBH/Hr 500 400 CYCLAGE ET ZONE D'INCONFORT DÛ À LA MODULATION 300 200 100 0 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 110% 120% 130% 140% 150% 160% 170% 180% 190% % de modulation TEGA ÉQUIPEMENT ACTUEL Les deux chauffe-gaines en série, à contrôles modulant, occasionnaient de nombreux départ et arrêt transitoire afin de satisfaire la sonde de gaine d alimentation. La modulation par «multi-stages» proposée par TEGA, avec laquelle les départs et arrêts transitoires fréquents de l appareil sont éliminés, améliore la qualité environnementale des produits de combustion et permet une utilisation appropriée et non abusive de l énergie. (en régime transitoire, souvent obtenu au démarrage des appareils, le dégagement de CO est plus important dû à une combustion incomplète). L efficacité énergétique sera donc assurée par cette modulation «multi-stages» qui permet une modulation de la puissance de l appareil plus précise. L énergie utilisée pour chauffer le courant d air correspond exactement à celle nécessaire selon la hausse de température voulue. Contrairement à plusieurs technologies de modulation, l efficacité thermique de l appareil est maintenue, ou même améliorée, lorsque l appareil fonctionne à faible puissance; ce qui permet de maintenir une bonne efficacité thermique (supérieure ou égale à 80 %) sur toute la plage de modulation de l appareil. Le serpentin au gaz TÉGA sera donc simple à fabriquer et à assembler. Son concept est novateur également pour son positionnement à 360. Il comblera le manque important du marché de conversion de l électricité au gaz, celui des manufacturiers d unités CVAC neuves, le marché de remplacement d appareils existants au gaz et toutes installations nécessitants une production sur mesure comme l électricité. L importance de ce projet réside directement dans le savoir-faire unique de TÉGA : la sélection dimensionnelle rapide des échangeurs et la séquence de contrôle qui optimisera l efficacité thermique et le confort des occupants. De toute évidence et preuve à l appui, l industrie gazière offre maintenant les mêmes possibilités de chauffage que sa plus proche rivale On peut donc résumer ce nouveau produit en le comparant tout simplement à un serpentin électrique fonctionnant au gaz. 8