Lors de la tenue des ASHRAE Technology Awards 2018, la firme Martin Roy et associés s'est vu attribuer une 3e place dans la catégorie Nouveau bâtiment - Édifice commercial grâce à son implication auprès d'une des succursales des Résidences Funéraires Goyer située à Sainte-Thérèse, Québec. Ce bâtiment, l'un des plus grands complexes funéraires au Québec, met en œuvre plusieurs mesures énergétiques et utilise une récupération de chaleur innovante qui réduit les GES.
EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE
Le propriétaire souhaitait fortement bénéficier d'un bâtiment innovant, efficace énergétiquement, confortable et sain. Pour répondre aux attentes élevées du client, une analyse approfondie de chaque espace a été réalisée afin de déterminer les besoins, soit le débit d’air, l’occupation, l’éclairage, etc.
PERFORMANCE DE L’ENVELOPPE DU BÂTIMENT
Le bâtiment de plain-pied construit en 2014 et d’une superficie de 3 255 m2 (35 041 pi2) comporte des salles familiales, une grande chapelle avec des vitraux lumineux, un columbarium, un crématorium, des salles de réception, une grande cuisine, un espace avec un foyer donnant sur les jardins ainsi que des installations pour les jeunes familles, comme des salles de jeux pour enfants.
La performance globale de l’enveloppe a atteint une valeur de R-23.3 pour les murs, de R-18 pour le toit et de U-0,25 pour le vitrage (coefficient d’ombrage de 0,38 et transmission de la lumière visible de 50%).
Un modèle énergétique a été réalisé, permettant aux concepteurs de déterminer les charges du bâtiment, soit une charge calorifique de 294 000 BTU/h et une charge de refroidissement de 60 tonnes. Le modèle énergétique a comparé le bâtiment proposé à un bâtiment de référence ayant la même empreinte, les mêmes horaires d’occupation et la même vocation. Selon le modèle, le bâtiment proposé économise 1 063 MBTU par rapport au bâtiment de référence, ce qui équivaut à une réduction de 30% de la consommation d'énergie annuelle soit 151 500 kWh en électricité et 15 162 m3 en gaz naturel.
CHAUFFAGE ET REFROIDISSEMENT
Le chauffage et le refroidissement du complexe sont fournis par des thermopompes décentralisées (une par pièce). Les thermopompes sont raccordées à une boucle d'eau mitigée qui permet de récupérer la chaleur produite par la climatisation d’une pièce et de chauffer une autre pièce, et inversement. Ce type de système est particulièrement utile dans un bâtiment où un local peut être entièrement occupé, alors que le local adjacent ne l'est pas.
CHAUDIÈRES À CONDENSATION À HAUTE EFFICACITÉ
Deux chaudières à condensation à haute efficacité et un refroidisseur de fluide à plusieurs stages maintiennent la boucle d'eau mitigée aux températures de consigne qui varient en fonction de la demande. Les températures de la boucle varient entre 60° F et 70° F pour le refroidissement et entre 96° F et 110° F pour le chauffage. Le résultat est tel que souvent à la mi-saison, ni les chaudières ni le refroidisseur de fluide ne sont requis pour maintenir les points de consigne intérieurs.
AIR EXTÉRIEUR
L'air extérieur est fourni au bâtiment par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur qui préchauffent ou pré-climatisent l'air extérieur entrant, ce qui réduit la consommation d'énergie jusqu'à 80%. Des boîtes à volume variable, couplées à des capteurs de CO2, permettent de moduler le débit d'air frais en fonction de l'occupation de chaque pièce. Cela permet une économie d'énergie et garantit une qualité de l'air optimale. Il faut savoir que le climat froid (7 800 degrés-jours) rend les mesures d'économie d'énergie importantes pour le chauffage.
En 2015, une année particulièrement froide avec 209 degrés-jours de plus que la moyenne, la consommation d’énergie du bâtiment a été de 79 000 m3 de gaz naturel et de 386 000 kWh d'électricité.
RÉCUPÉRATION THERMIQUE INNOVANTE
Les besoins en chauffage du bâtiment ont été considérablement réduits grâce à la récupération d'énergie des gaz d'échappement du crématorium. Du fait de l'échangeur de chaleur conçu sur mesure, la consommation de gaz naturel a été minimisée à l'aide des trois utilisations suivantes: l'incinération, le chauffage du bâtiment et la fonte des neiges. Au cours de la phase de conception, le propriétaire s'est questionné suite à cette idée, croyant que cela pouvait poser un dilemme éthique. Le concept avait été appliqué en Europe, mais jamais au Canada. Au moment de sa conception, aucun four à crématorium au Québec ne possédait de système de récupération de chaleur.
La capacité totale du four est de 2 250 000 Btu / h (750 000 Btu / h primaire et 1 500 000 Btu / h secondaire) avec une cadence de cuisson de 165 lb/h. La section de récupération d'énergie fonctionne avec un ventilateur qui permet aux gaz d'échappement d'être déviés vers l'échangeur de chaleur qui, à son tour, libère la chaleur dans une boucle de glycol. Le ventilateur est monté avec un variateur de vitesse et s’ajuste de manière à maintenir le taux d’échappement de la cheminée selon les spécifications du fabricant du four crématoire.
QUALITÉ DE L'AIR
Le taux d'air frais du bâtiment a été calculé à partir de la norme ASHRAE 62.1-2007 pour une demande maximale en air extérieur de 9 675 PCM. La valeur d'efficacité de la distribution d'air de la zone (Ez) a été fixée à 0,8 lorsque l'air est fourni par le plafond.
Quatre unités de récupération d'énergie 100% air neuf fournissent la ventilation nécessaire pour tous les espaces. Certaines salles sont assujetties à d’énormes variations d’occupation en fonction du nombre de personnes présentes dans la salle et de l'horaire des services. L'air extérieur est maintenu à tout moment à un débit minimum et augmenté en fonction des besoins afin de maintenir les points de consigne du dioxyde de carbone (CO2) et d'assurer une ventilation et un confort adéquats aux clients.
CONFORT THERMIQUE
Les points de consigne de température dans le bâtiment sont plus bas en hiver (70 ° F), plus élevés en été (76 ° F) et varient lorsque le bâtiment est inoccupé (62 ° F en hiver et 86 ° F en été). Bien qu'en dehors des températures typiques autorisées dans les bâtiments commerciaux, elles respectent toujours les limites de confort définies par ASHRAE 55-2004 qui ont été également utilisées pour la conception.
OPÉRATION ET MAINTENANCE
Un système de contrôle du bâtiment a été installé dans le bâtiment. Les propriétaires ont accès aux systèmes directement sur leurs appareils mobiles. S'ils reçoivent une plainte, le propriétaire peut instantanément modifier les points de consigne de la température ou bien envoyer un technicien.
ÉCLAIRAGE
Le projet a également incorporé des appareils d'éclairage efficaces.
FONTE DE NEIGE
Des nombreuses personnes âgées visitent le bâtiment et il est donc risqué de glisser sur des allées enneigées ou glacées. Un système de fonte de neige a été installé devant le bâtiment, à l'entrée principale. Les trottoirs radiants sont exclusivement alimentés par l’énergie récupérée du four crématoire.
RETOUR SUR INVESTISSEMENT
Le retour sur investissement pour les mesures d’efficacité énergétique a été déterminé à neuf (9) ans, sans considérer la récupération d’énergie des gaz d’échappement du four crématoire par rapport au bâtiment de référence. Le retour sur investissement de la technologie des fours crématoires a, pour sa part, été estimé à plus de quinze (15) ans. Cette période semble relativement élevée, mais il faut tenir en compte qu'il s'agit d'équipements fabriqués sur mesure qui de plus, sont parmi les premiers à être installés en Amérique du Nord.
Les propriétaires envisageaient également de louer leur crématorium à d'autres salons funéraires plus petits. La consommation d'énergie du bâtiment pour 2015 est représentée dans le graphique suivant.
Au total, 79 094 m3 de gaz naturel et 385 871 kWh d’électricité ont été consommés. La consommation de gaz naturel inclue le gaz utilisé pour faire fonctionner le four crématoire. Le tarif du gaz naturel comprend: l'approvisionnement, l'équilibrage de la charge de transport, la distribution, les ajustements liés aux stocks et les services de quotas d'émission dont certains varient quotidiennement. Le coût moyen est de 0,52 $ / m3 pour un coût total annuel de 41 128 $.
Le tarif de l’électricité comprend la demande de 14,43 $ / kW et le coût de consommation d’énergie (210 000 premiers kWh à 0,0497 $ / kWh et l’énergie restante à 0,0369 $ / kWh) pour un coût total annuel de 36 716 $ (coût équivalent de 0,0952 $ / kWh). En outre, l'immeuble a reçu près de 125 000 $ de subventions de fournisseurs de services publics. Le coût total des travaux électromécaniques a été de 380 000 $.
IMPACT ENVIRONNEMENTAL ET SENSIBILISATION
Pour sensibiliser le public, la performance énergétique du bâtiment est affichée sur un écran à l'entrée du bâtiment. Ce système de contrôle intégré assimile tous les composants mécaniques de cette nouvelle construction, y compris l'échangeur de chaleur. Les indicateurs montrent la quantité de gaz naturel et d'électricité consommée et les économies de coûts réalisées. Comme c’était la première fois qu’un système de récupération de chaleur était installé sur un four crématoire au Québec, des compteurs de BTU électroniques ont été installés sur l’ensemble du réseau pour en mesurer sa rentabilité.
Le bâtiment économise 29 tonnes de GES par année par rapport au bâtiment de référence. Les caractéristiques comprennent: un toit blanc qui réduit l'effet d'îlot thermique urbain, des équipements d'éclairage à basse consommation d'énergie et des appareils de plomberie économes en eau.
Quelques Photos
AUTEUR :
Par : Mme Lianne Cockerton, ing. LEED AP et M. Martin Roy, ing. LEED FELLOW, de
Martin Roy et Associés