Souper-conférence – 12 septembre 2016

Ce que vous avez peut-être manqué...Souper-conférence du 12 septembre 2016

Conférence technique

Le processus de révision

La première édition du « ASHRAE Laboratory Design Guide » est parue en 2001 et était le résultat d’un projet de recherche mené par l’ASHRAE. Les trois principaux auteurs étaient Ian B.D. McIntosh, Chad B. Dorgan et Charles E. Dorgan. Depuis la première parution du guide, ce sont les membres du comité « TC 9.10 Laboratory Systems » qui, par leur implication bénévole, ont permis d’achever la nouvelle révision. Même si plusieurs aspects du guide sont toujours d’actualité, une refonte était nécessaire afin de tenir compte de l’évolution des technologies des 15 dernières années, de revoir certaines normes, de mettre à jour les documents de référence et finalement de rendre le guide plus interactif. Par ailleurs, le nouveau guide dit « intelligent » (ou Smart Guide) donne accès à une foule d’information sous forme visuelle, en utilisant des vidéos, des animations et des graphiques. Il permet aussi de télécharger des articles techniques et des tableaux de conception en lien avec les approches décrites.

Le processus de révision du guide s’est fait comme suit : chaque chapitre du guide s’est vu attribué un responsable, puis une trentaine de réviseurs ont revu soit les chapitres de manière distincte, soit l’ensemble du guide en un tout. Comme ces personnes sont issues de milieux diversifiés que ce soit des consultants, des manufacturiers, des propriétaires immobiliers, des chercheurs, des hygiénistes industriels, etc. elles ont permis de peaufiner le guide de tous les points de vue.

Le guide 

Avant de décrire plus en détails les changements apportés, les conférenciers nous expliquent que le guide est structuré de telle sorte que l’information est présentée de manière progressive. Les premiers chapitres abordent donc des thèmes plus généraux et donnent les informations fondamentales telles que les définitions, les types de laboratoires, les approches de conception, la planification et l’évaluation des risques. Les derniers chapitres traitent d’aspects plus spécifiques selon les besoins du lecteur, comme la ventilation, le traitement de l’air, les évacuations, la récupération d’énergie et les contrôles. Il est aussi question de la circulation dans les pièces, de l’opération, de l’entretien, de la mise en service, de l’analyse économique, de la modélisation et du développement durable.

Les changements apportés

Comme mentionné précédemment, tous les chapitres ont été revus, mais les sections les plus touchées sont le chapitre 6 « Primary Air Systems », le chapitre 11 « Controls » et le chapitre 16 « Microbiological and Biological Laboratories ». Il y a également 2 nouveaux chapitres : le chapitre 17 sur la modélisation fluidique des laboratoires et le chapitre 18 sur le développement durable.

Les modifications du chapitre 6  « Primary Air Systems » tiennent compte, entre autres, des avancées en ce qui a trait à l’évacuation de l’air, aux systèmes à débit d’air variable (VAV), aux « fanwall » et aux poutres climatiques. Le chapitre 10 sur la récupération de chaleur incorpore maintenant les échangeurs à plaques alternatifs, qui ne conviennent cependant pas pour les évacuations de hottes. Le chapitre 11 « Controls » incorpore maintenant des informations récentes sur les stratégies de contrôle telles que les locaux à débit constant et variable, le contrôle des hottes à débit constant et variable, le contrôle de la pression de pièce par décalage volumétrique ou par lecture directe de la pression, le contrôle en cascade, les modes d’occupation et d’urgence, et finalement, les animaleries. Différentes stratégies de contrôle sont abordées, notamment l’ajustement des débits, du taux de ventilation ou de la pression statique en fonction de la demande (taux de contamination). Le chapitre 11 inclut aussi des informations clé pour le design comme des précisions sur les éléments terminaux et les équipements de mesure, le temps de réponse de certains composants et les volumes minimum d’évacuation pour les hottes chimiques. Le chapitre 16 – « Biocontainment Laboratories » offre maintenant des informations détaillées et des exemples concrets sur les types de laboratoires biologiques, particulièrement les laboratoires de types BSL-3 ou BSL-4, puis les animaleries et cages ventilées.

2 nouveaux chapitres s'ajoutent

Le nouveau chapitre 17 traite de la modélisation CFD qui offre plusieurs avantages dans le design des laboratoires, le plus important étant la réduction des coûts, car les tests en grandeur nature sont dispendieux. La modélisation fluidique est dorénavant un outil qui permet au concepteur de faire des simulations, d’optimiser sa solution, de réduire des coûts de construction et de s’assurer de la fonctionnalité de sa solution. Le chapitre introduit les bases de la CFD, explique comment elle peut être utilisée pour les laboratoires, différencie les types de modèles, et le plus important, traite de l’interprétation des résultats.

Le chapitre 18 intègre le développement durable ou écoconception. Les grands thèmes abordés sont la réduction des ressources nécessaires au projet, la protection de l’environnement et l’efficacité énergétique. D’abord, la réduction des ressources peut être atteinte grâce à l’utilisation de boucles de refroidissement de procédé de type fermé, la réutilisation de l’eau de rejet d’osmose, la récupération de l’eau de pluie, le partage des espaces de travail, la flexibilité du design pour l’ajout de services futurs, etc. Ensuite, la protection de l’environnement est assurée par la réduction des émissions de polluants dans l’atmosphère grâce à la filtration de l’air évacué et la réduction des émissions de produits chimique dans les égouts. Finalement, l’efficacité énergétique des laboratoires se traduit essentiellement par la réduction de la quantité d’air à évacuer (puisse que celle-ci doit être compensée par de l’air neuf qui doit être préalablement chauffé et traité). Cette question est abordée en détails par les conférenciers qui présentent plusieurs cas types et leurs effets sur la réduction des débits d’air.

Les avantages du « Smart guide »

La présentation du guide est conclue par quelques exemples des nouvelles fonctionnalités offertes par le « Smart Guide ». Ce guide en ligne donne accès à :

• Des listes de vérification en format Excel pour favoriser un concept durable
• Un exemple de cédule de laboratoire
• Un logiciel de calcul de dilution des évacuations
• Des vidéos et animations de panache d’évacuation selon le vent
• Des articles du ASHRAE Journal pertinents aux laboratoires
• Des « Transaction Papers » sur les laboratoires
• Des extraits de conférences reliés aux laboratoires et environnements critiques donnés lors des Congrès d’ASHRAE.

Un guide en évolution

Plusieurs des membres qui ont participé à la création du guide au début des années 2000 sont encore membre du comité TC 9.10 aujourd’hui et travaillent déjà à la nouvelle révision. Les sujets à l’étude pour le prochain guide sont:

• Le développement d’un système de classification des laboratoires inspiré du système de classification pour les laboratoires biologiques qui pourrait suggérer des critères de conception selon le type de laboratoire et le niveau de risque associé aux travaux qui y seront effectués;
• La mise à jour du standard 110 avec un nouveau gaz traçant
• La création d’une liste de mini-guides spécifiques aux mesures d’économies d’énergie dans les laboratoires.

Les conférenciers complète leur élocution en nous invitant à faire partie des comités, tels que le TC 9.10, afin de contribuer activement à l’avancement des connaissances dans notre domaine. 

Pour consulter ou acheter le ASHRAE Laboratory Design Guide

Mariline Fréchette, comité édition

Conférence principale

M. Leung débute son exposé en posant une question toute simple : Est-ce que les super-buildings feront partie intégrante des villes du futur? Puis, il poursuit en expliquant le contexte économique ayant donné naissance au Burj Khalifa : étant donné l’importance que prenait le pétrole dans l’économie des Émirats Arabes et la baisse des prix observée sur les marchés, le gouvernement se devait de diversifier l’économie du pays. Ils ont choisi de la diversifier en misant sur l’immobilier. Mais comment créer de la valeur au beau milieu du désert? En construisant le plus haut building jamais construit par l’homme, le Burj Khalifa. Effectivement, ceci part du principe que la construction d’une telle tour et d’un centre-ville augmentera le prix des terrains aux alentours.

 Photo 1 : Burj Khalifa

Les caractéristiques de la tour

Le design du Burj Khalifa s’inspire de la fleur du désert. La forme même du bâtiment reprend les formes spiralées de la fleur du désert qui pousse en accéléré (voir image 2). Le gratte-ciel possède 160 étages dont les premiers sont un hôtel, puis les suivants des résidences de luxe et des commerces et finalement aux derniers étages des bureaux. La superficie totale dépasse les 5 000 000 pi.ca.  Par ailleurs, le Burj Khalifa surpasse tous les édifices construits à ce jour et ce dans les quatre catégories de hauteur possibles, soit en fonction de l’étage occupée la plus haute, de la hauteur du toit, de la hauteur du bout de « l’antenne » ou de l’élévation du dessus de la structure par rapport au sol (trottoir).

Photo 2 : Design du Burj Khalifa inspiré par une fleur du désert

Comment la hauteur affecte-t-elle le design d’un bâtiment tel que le Burj Khalifa?

L’atmosphère terrestre possède un gradient de température. Plus l’élévation est élevée, plus la température, par rapport au niveau du sol, diminue. De plus, le taux d’humidité et la densité de l’air, ainsi que le taux de radiation solaire et la vitesse des vents sont d’autres paramètres qui varient grandement avec l’altitude. Par exemple, si on prend 15,0 ACFM à la base de l’édifice et à une température de 115°F, on obtiendra 17 ACFM à 103,3°F au sommet de la tour, une différence de 12°F et 2 CFM. En comparaison, si on prend la même quantité d’air, mais en SCFM, on obtient 13.8 CFM. On comprend donc que l’emplacement des ouvertures pour le système CVAC est primordial.

Avec ces proportions, les systèmes structuraux et mécaniques se doivent d’être à la fine pointe de la technologie et faire partie d’une conception intégrée. Par exemple, d’un point de vue structural, le choix du grade de béton est porté sur le C100, ce qui rend obligatoire la coordination des 150 000 percements pour tuyaux avant que le béton soit coulé. Aussi, le Burj Khalifa nécessite tout près de 1 million de CFM d’air frais pour ventiler la tour et plus de 12 500 tonnes de refroidissement pour maintenir la température ambiante confortable. Le réseau d’eau froide, divisé en deux boucles couplées par un échangeur à plaque situé au 75^e étage, opère à des pressions bien supérieures à la normale avec une pression de 460 PSI. Le bâtiment utilise 250 000 gallons d’eau chaude domestique, alimentée par gravité et un réservoir pour le système de protection contre les incendies de 31 050 pi.cu se situe au sommet pour fournir 90 minutes de protection. L’entrée électrique a une capacité de plus de 50 MVA et est supportée par cinq génératrices d’urgence de 2150 kW chacune. Le building est également équipé d’un paratonnerre en cuivre soudé du sommet jusqu’au sol.

Un autre phénomène couramment observé avec les gratte-ciels est l’effet de cheminée (stack effect). Dans un climat comme celui de Dubaï, l’effet de cheminée est inversé par rapport aux climats canadiens. En effet, l’air froid à l’intérieur du building tant à s’évacuer vers le bas. Pour contrer ces effets, plusieurs mesures ont été mises en place telles que des portes pivotantes et des sas d’entrée (air locks), des systèmes mécaniques de balancement et la construction d’aires de refuge en cas de panne. Il y a même des indicateurs de vent sur les portes donnant vers l’extérieur aux étages afin d’indiquer aux occupants la force et la direction des vents. Les ascenseurs sont également soumis à des séquences de contrôle bien précises pour bien éviter les effets de cheminée indésirables.

Est-ce que les gratte-ciels permettent une réduction de l’énergie consommée?

Selon Énergie Star, plus un bâtiment est grand, plus il consomme d’énergie pour une même surface. Par exemple, pour New York, un bâtiment de 500 000 pi.ca devrait consommer environ 100 Btu/pi.cu/an alors que s’il était de 2 500 000 pi.ca, il devrait consommer 120 Btu/pi.ca/an. Par contre, les différentes études tendent à démontrer le contraire. Plus un édifice est grand, plus la densité de gens qui y résident est grande et moins la consommation d’énergie est importante. Il a aussi des économies indirectes reliées au transport, car plus la densité de population est grande, plus les transports en commun seront disponibles et utilisés par la communauté.

Gratte-ciels et éthique

Est-ce que les grands édifices devraient occuper une place importante dans le développement urbain? Qu’en est-il de la qualité de vie des occupants? M. Leung donne des pistes de réflexion en comparant les occupants de grandes tours à des animaux en captivité. Bien que des études démontrent que les animaux vivent plus vieux dans les zoos, d’autres montrent qu’ils y développent aussi plus de problèmes de santé chroniques. Est-ce la même chose pour les êtres humains dans les grandes villes? Peut-être bien quand on sait que certaines maladies chroniques comme l’asthme ou le diabète sont en hausse. À l’inverse, devrions-nous favoriser le développement d’espaces de vie qui rapprochent l’être humain de la nature?

En conclusion, M. Leung nous a démontré qu’il était possible de construire des édifices de grande taille et que des équipes de conception formées d’architectes et ingénieurs pourront encore se surpasser et développer des solutions novatrices aux défis posés par les grandes tours.  Toutefois, à la fin de son exposé, M. Leung revient encore sur cette question « Est-ce que les grands édifices feront partie des villes du futur? » Et bien pour M. Leung, seul le futur nous le dira!

Adam Fecteau, comité édition

Voici un aperçu des différents présentoirs de notre dernière soirée 

 Photos Robert Paquette, comité édition