Souper-conférence du 13 mai 2019

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ...SOUPER-CONFÉRENCE DU 13 MAi 2019

Le 13 mai 2019 était le dernier souper-conférence de la saison 2018-2019 pour le chapitre d’ASHRAE Montréal. Le Chapitre en a profité pour souligner les gagnants des méritas étudiants et remercier tous les anciens présidents du Chapitre pour leur contribution. Pour la conférence technique, messieurs Simon Kattoura, M. Ing., MBA, Directeur des Services Éconergétiques et Daniel Robert, ing., PA LEED, Vice-président ventes et ingénierie, travaillant tous les deux pour Kolostat, sont venus nous présenter le projet qu’ils ont réalisé pour le Complexe de Gaspé, projet qui a remporté un Méritas technologique auprès de la société ASHRAE. Par la suite, pour la conférence principale, M. Kishor Khankari, Ph.D. et président de AnSight LLC, est venu nous expliquer l’importance de la gestion des débits d’air dans les installations de santé.

Conférence technique

Gauche à droite : M. Simon Kattoura et M. Daniel Robert

INTRODUCTION

Au début des années 2010, messieurs Kattoura et Robert se sont vu confier un mandat de très grande envergure. Les nouveaux propriétaires du Complexe de Gaspé, un bâtiment industriel de 1 100 000 pi² construit dans les années 70, ont demandé d’adapter le complexe pour répondre aux besoins grandissants de l’industrie du multimédia en mettant à niveau les différents systèmes mécaniques, en améliorant la qualité de l’environnement intérieur, et ce, tout en réduisant les coûts d’opération. Tout un défi lorsque l’interruption des opérations n’était pas une option!

CONTEXTE

Le complexe de Gaspé est situé en plein cœur du Mile-End, sur l’avenue de Gaspé, et se trouve à moins de dix minutes de marche de deux stations de métro. Le complexe est divisé en deux tours, une de onze étages et l’autre de douze qui communiquent entre-elles par le sous-sol et le rez-de chaussez. Les chaudières et les évacuateurs étaient situés dans un appentis mécanique, les tours d’eau en circuit ouvert étaient situées sur le toit du complexe et les équipements de chauffage et de climatisation étaient distribués à travers tout le complexe. Une mise à jour des systèmes CVAC s’avérait nécessaire, car la ventilation des bureaux et du garage était déficiente, les occupants rapportaient des problèmes de confort, principalement dus à l’infiltration d’air et au mauvais contrôle thermique des zones. De plus, le système de contrôle pneumatique était devenu désuet.

 Le but des nouveaux propriétaires était ambitieux, c’est-à-dire, réutiliser les structures industrielles existantes afin de créer des espaces de bureaux de type « loft » rencontrant les besoins de climatisation et de ventilation de l’industrie du multimédia (4 à 6 W/pi²).

LEED

Afin de répondre à la demande des nouveaux propriétaires, l’équipe de conception a proposé de suivre la norme LEED sans toutefois compléter la certification. Pour se faire, elle a mis à niveau la ventilation du complexe avec l’utilisation d’un ventilateur récupérateur de chaleur ayant une efficacité de 85% combinée à une ventilation sur demande basée sur des sondes CO₂ et une station de mesure d’air neuf. Pour rencontrer les exigences de climatisation élevées de l’industrie du multimédia, l’équipe a standardisé les équipements de climatisation pour des thermopompes à débit variable à haut rendement énergétique, toutes regroupées dans deux salles mécaniques par étage. Cette approche augmente l’accessibilité aux équipements et réduit le coût d’entretien. Afin de répondre à la demande accrue de climatisation, l’équipe a mis à niveau le réseau d’eau des tours de refroidissement en ajoutant des refroidisseurs à sec et en utilisant des valves de contrôle au niveau des thermopompes.

MESURE EN EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE

En plus des systèmes mécaniques, l’équipe de conception a aussi  mis en place une série de mesures en efficacité énergétique telles que l’utilisation de l’éclairage naturel, l’utilisation d’éclairage LED partout où cela était possible et, lorsque nécessaire, le remplacement des ballasts T12 par des ballasts électroniques T8 et T5. Les salles à occupation transitoire (toilettes, salles de conférence et autres) sont maintenant équipées de sondes de détection de présence. Les appareils de plomberie sont certifiés « WaterSense » et des sous-compteurs d’eau et d’électricité ont été installés. Finalement, des bornes de recharge pour voitures électriques, des supports à vélo et des douches ont été installés afin de diminuer l’impact environnemental de l’édifice dans son ensemble.

CONCLUSION

Toutes ces mesures combinées ont donné raison à l’équipe de conception. Avec un investissement total de 8 M$, dont 1,5 M$ pour les mesures en efficacité énergétique, les coûts d’opération du complexe ont diminué de près de 400 000 $ annuellement.  En comparaison, les coûts d’opération sont maintenant réduits de 20%, et ce malgré le fait que le taux d’occupation a grimpé de 60% à 85% après les travaux. Ce n’est donc pas par hasard si le projet s’est mérité plusieurs prix et distinctions dont le prix Energia 2016, la première place au niveau régional des Méritas technologique ASHRAE et la deuxième place au niveau international. Félicitations aux concepteurs et nous les remercions pour leur présentation.

Par Adam Fecteau, Comité édition

Consultez la présentation de la conférence technique

Conférence principale

Gauche à droite : M. Kishor Khankari accompagné de M. Étienne Séguin-Dupuis

THE NEED FOR A FOCUSED HVAC CONSIDERATION IN HEALTHCARE FACILITIES

The purpose and goal of healthcare HVAC is to create a safe and comfortable environment for patients and staff. Safety wise, minimizing the hazard due to airborne pathogens, toxins, and infection is of upmost importance.

The following facilities are considered to be healthcare facilities:

• General practitioner's clinics;
• Wellness centers;
• Hospice and long-term care facilities;
• Imaging facilities;
• Patient waiting lobbies;
• Pharmacy cleanrooms;
• Patient rooms;
• Procedure rooms;
• Operating Rooms (OR);
• Isolation rooms;
• Burn rooms;
  
  

STRATEGIES FOR VENTILATION

The strategies for the ventilation of healthcare facilities are:

• Containment, by playing with the pressurization;
• Dilution, by supplying clean air;
• Removal, by evacuating;

IMPORTANCE OF AIR MOVEMENT

One of the major keys for the efficient operation of a ventilation system is the airflow path. Particularly for the ventilation design of a healthcare facility since the air will carry airborne contaminants as well as heat and moisture.

The movement of air will determine air speed, which in turn will contribute to the feeling of drafty and stuffy zones; the distribution of heat; contaminant flow path; thermal comfort of occupants; and the effectiveness of ventilation.

Dr. Khankari iterated that although we can feel air movement, we cannot see it, and he pointed out how there is sometimes a disconnect between our intent for it’s behavior and the way it actually behaves, his words were: “Air has it’s own mind!”.

He coined the expression “the common sense laws of air motion”, to generalize basic air behavior. These are:

• Air takes shortcuts by following the path of least resistance;
• Hot air goes up and cold air stays near the floor.

COMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS

Computational Fluid Dynamics (CFD) simulates the processes that involve fluid flow, heat transfer, mass transfer, and chemical reactions (fire simulation).

CFD can predict:

• Air flow patterns;
• Stagnant zones;
• Temperature distribution;
• Hot and cold spots;
• Flow path of contaminants;
• Moisture migration;
• Relative humidity distribution;
• Contaminants distribution;
• Smoke Movement;

Dr. Khankari then illustrated the use of CFD modelling (Figure 1) in the ventilation design of a patient room by adequately adjusting airflows, ideal location of the diffusers, all while visualizing the temperature gradients present in the room (Figure 2), which is possible with CFD, to see the forces that affect the air flow (Figure 3), in order to get the intended air flow path and avoid or minimize pathogen recirculation.

FIGURE 1: CFD MODEL OF A PATIENT ROOM – LEGACY DESIGN

FIGURE 2: Temperature Distribution In a Patient Room

FIGURE 3: AIRFLOW PATTERNS – LEGACY DESIGN

THERMAL COMFORT

In Dr. Khankari’s words, thermal comfort is a state of mind. It cannot be measured, it can only be assessed by subjective evaluation. An evaluation that takes into account factors such as activity level, clothing, air temperature, radiant temperature, humidity, and air speed. ASHRAE 55 is the standard that normalizes the understanding of thermal comfort and discomfort through scales developed statistically such as the Percent Mean Vote (PMV) and Predicted Percent Dissatisfied (PPD).

FLOW PATH OF PATHOGENS & MITIGATION STRATEGIES IN A PATIENT ROOM

Airflow patterns in a patient room can vary significantly depending on the locations of supply and return diffusers. The interaction of linear diffusers can create complex recirculation and entrainment flows in a room. HVAC configuration has a little effect on the temperature distribution and on the resulting thermal comfort of occupants (Figure 4.1).

On the other hand, placement of room return behind the linear supply diffuser over the patient’s head can potentially provide single pass flow path to airborne particles a shortcut to exit.

However such configuration causes entrainment of the air from the non-sterile zone (dirty zone) into the sterile zone. The extent of entrainment as indicated by the acceleration of the centerline velocity decreases with increase in the supply air velocity or ACH (Figure 4.2).

The recommended HVAC configuration of high supply in the ceiling, with laminar diffusers, and low return near the walls maintains unidirectional flow in the core of the sterile zone (Figure 4.3).

FIGURE 4.1: Percent Mean Vote of Various Diffusers and Effect on Thermal Comfort in a Patient Room

FIGURE 4.2: Variation in Centerline Velocity

FIGURE 4.3: Ideal Diffuser Location In Patient Room

 FLOW PATH OF PATHOGENS & MITIGATION STRATEGIES IN A HOSPITAL OPERATING ROOM

With the understanding of the flow path of pathogens, HVAC configuration can be optimized to minimize contamination.

Figure 5 below is a CFD model of an operating room for a given set of parameters such as:

• Pressure relationship to adjacent area;
• Minimum outdoor air ACH (air changes per hour) of 4;
• Minimum total ventilation ACH of 20;
• Maintaining a relative humidity between 20% to 60%;
• Maintaining a temperature between 68°F to 75°F;
• Having laminar flow diffusers extending at least 12 inches;
• Diffuser supply air velocity of 25-35 feet per minute; (Note: the operation room had already seen it’s discharge velocity optimized by increasing it to 40 fpm in order to get the desired flow path of pathogens)
• Low side wall returns, at least two on opposite walls;

The temperature distribution explains the airflow path, which is that clean fresh cold air will flow down on the operating table (because it has a greater density than the hot air in the room), mix and rise up to the ceiling once heated.

Figure 6 shows how HVAC configuration can be modified to take that into account by adding a physical barrier in the ceiling to avoid mixing between the clean cold fresh air and the room temperature air which is no longer considered sterile.

FIGURE 5: Temperature Distribution In An Operating Room

FIGURE 6 : Temperature Distribution In An Operating Room With A Physical Barrier In The Ceiling Of The Sterile Zone

The flow path of the contaminants strongly depends on the location of the contaminant source. When such sources are located within the sterile zone, the contaminants flow out of the sterile zone into the non-sterile zone without any recirculation. However, when the contaminant sources are located either at the boundary or outside the sterile zone, the contaminants tend to flow from non-sterile zone into the sterile zone.

Here, we see that modifications in the HVAC configuration can alter the flow path of contaminants without increasing the ACH like in the patient room.

CONCLUSION

We conclude that ACH cannot be a sole criterion to ensure safe and comfortable environment of healthcare facilities with regards to ventilation.

Studies indicate airflow path and the resulting flow path of contaminants play important role in determining the ventilation effectiveness.

Even at low ACH an optimized HVAC configuration including the locations of supply and return can provide better ventilation effectiveness.

Computational Fluid Dynamics (CFD) analyses can provide valuable insights to optimize HVAC designs.

On an opening note, it is also important to look at the flow path of exhaust air in order to minimize the contamination of fresh air at the intake of the outside air ventilation systems. This can be done by analyzing the effects of adjacent machines’ exhausts that are on the building itself and even on the surrounding buildings. These effects take the form of the intake air not having ambient air conditions when entering the healthcare facility (relative humidity). The effect of exhaust air contamination can also be determined by studying exhaust air gas concentrations at intakes.

Par Michael Tamir, Comité édition

Veuillez noter que la présentation Power Point de cette conférence n’est pas disponible.

CONSEILLER DE L'ANNÉE BRANCHE ÉTUDIANTE D'ASHRAE : M. ANTHONY BELLEAU DU COLLÈGE VANIER

Gauche à droite : M. Francis Lacharité en compagnie de M. Anthony Belleau du collège Vanier, le responsable de la division étudiante de l'année

BOURSES ÉTUDIANTES ASHRAE

Gauche à droite : M. Diego Figueroa-Goetschi de l'Université Concordia, gagnant de la bourse ASHRAE Montréal en compagnie de M. Francis Lacharité

Gauche à droite : Mme Elena Kate Bowell du Collège Vanier, gagnante de la bourse ASHRAE Montréal en compagnie de M. Francis Lacharité

Le chapitre de Montréal poursuit sa mission de soutien de la relève dans le domaine de la mécanique du bâtiment en accordant, par le biais de sa fondation, deux bourses de 600$ aux étudiants méritants. Une de ces bourses s'adresse aux étudiants de 1er cycle universitaire (Concordia, ÉTS, McGill, Polytechnique, Sherbrooke) et la second est destinée aux étudiants en technique de mécanique du bâtiment des cégeps (Ahuntsic, Saint-Hyacinthe, Trois-Rivières et Vanier).

ÉTUDIANTS MÉRITAS 2019

Gauche à droite : Entourés par M. Francis Lacharité et M. Joseph Edny Bruny : M. Felix Maillette de l’École Polytechnique, Mme Maude Fleurant de l'Université de Sherbrooke, M. Joël Valiquette de l'École de technologie supérieure et M. Diego Figueroa-Goetschi de l'Université Concordia

Gauche à droite : M. Francis Lacharité  en compagnie de M. Boris Vivien Codjia du Collège Ahuntsic, M. Alexandre Rondeau du Cégep de St-Hyacinthe et M. Kurt Yizheng Xie du Collège Vanier

ASHRAE Montréal est heureux de remettre trois volumes du ASHRAE Handbook à un étudiant méritant par institution. On aimerait souligner l’excellente performance académique et l’implication de ces étudiants qui leur ont permis de se démarquer auprès de leurs camarades.

NOUVEAUX MEMBRES ASHRAE 

(Depuis la parution du journal Montréaler de mai 2019)

GAGNANT DE LA BOUTEILLE DE VIN

Bruno Lefebvre s’est mérité une bouteille de vin lors du tirage effectué parmi tous les formulaires reçus pour l’évaluation des conférenciers de la soirée du mois d’avril 2019. Félicitations!

À chaque souper-conférence, nous vous offrons la possibilité d'évaluer les conférenciers en remplissant un formulaire en ligne. Tous les participants à la soirée reçoivent un lien par courriel. Une bouteille de vin est tirée lors du souper-conférence suivant parmi tous les répondants. Le prochain tirage aura lieu le 16 septembre 2019. Bonne chance à tous!

Gauche à droite: M. Étienne Séguin-Dupuis en compagnie de M. Bruno Lefebvre

VOICI UN APERÇU DES DIFFÉRENTS PRÉSENTOIRS DE NOTRE DERNIÈRE SOIRÉE