Souper-conférence du 7 octobre 2019

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ...SOUPER-CONFÉRENCE DU 7 octobre 2019

Le 7 octobre dernier, à l’occasion de la Soirée de reconnaissance des donateurs à la recherche, le Chapitre de Montréal a reçu messieurs Simon Verville et Dominic Desjardins qui ont témoigné de leur projet d’optimisation énergétique du Parc olympique de Montréal. Puis, pour le 2^e volet de la soirée, le Chapitre de Montréal a accueilli Bob Philips, qui est venu nous présenter les bases du design de la déshumidification pour les piscines intérieures. Le Chapitre en a profité pour remercier tous les donateurs ayant participé au succès de la campagne du Fonds de recherche 2018-2019.

Conférence technique

Gauche à droite : M. Simon Verville, M. Dominic Desjardins et M. Maurice Landry

INTRODUCTION

Pour débuter, les conférenciers ont présenté les objectifs de projet de La Régie des installations olympiques (RIO), soit améliorer l’empreinte environnementale du parc olympique de Montréal, réduire les frais d’exploitation, en plus de renouveler plusieurs équipements vétustes (tours d’eau, refroidisseurs, contrôles), et ce, tout en restant opérationnel. Atteindre tous ces objectifs dans les délais et les budgets accordés a nécessité une modernisation en profondeur de l’écosystème énergétique du Parc olympique. Alors, monsieurs Verville et Desjardins sont venus nous montrer comment les vastes besoins initiaux du Stade Olympique se sont traduits par un vaste projet global dont les résultats ont été valorisés et comment la collaboration entre Ecosystem et le Parc Olympique en a fait de ce projet un succès.

Le déroulement de la présentation a touché les sujets suivants :

• Mise en contexte ayant menée à ce type de projet intégré ;
• Quelle approche a été choisie par la RIO, soit une approche intégrée axée sur les résultats ;
• Quelles mesures d’économie d’énergie et autres ont été implantées ;
• Quelles sont les différents résultats et bénéfices.

CONTEXTE

En partenariat avec la firme Ecosystem, spécialisée dans les travaux de maintien d’actifs énergétiques, ces travaux ont eu pour but l’optimisation de la consommation énergétique du Parc tout en réduisant sa facture. Ecosystem, la firme retenue pour ce projet d’envergure a été le maître d’œuvre de ce grand chantier. Elle a été responsable de chaque étape du projet, de la conception à la livraison, en plus de garantir les coûts et les économies d’énergie annuelles.

Pour débuter, une petite mise en contexte du projet a été faite, soit: projet d’une envergure de 22.7M$ avec aucun dépassement de coûts, le budget a été respecté sans aucun extra sauf pour les subventions et les économies (heureusement pour le Stade). En chiffres, cela se traduit ainsi :

• Subventions prévues de 3.4 M$ et finalement c’est 3.9 M$ qui seront accordés au Stade ;
• Réduction garantie de la facture annuelle de 1,3 M$/an suite aux travaux d’amélioration énergétique mais qui ont été plutôt de l’ordre de 1.5 M$/an après la première année;
• Diminution des émissions de GES de 66 % (initialement 57%).

Premièrement, le contexte dans lequel le projet a été fait a été établit. La prémisse du projet était financière et le but premier était de réduire les coûts d’énergie. Au début les possibilités d’économie d’énergie ont été envisagées et des calculs ont été faits (PRI, VAN, etc.) afin de pouvoir présenter le projet et débloquer les fonds. Par la suite, plusieurs autres besoins se sont greffés autour du projet comme la réduction des GES, la réduction du coût d’entretien (simplifier l’entretien), le soutien de la croissance du parc olympique ainsi que de s’assurer de pouvoir fournir le confort (climatisation, chauffage, etc.) pour différents évènements d’envergure ou différentes vocations.

LA RÉGIE DES INSTALLATIONS OLYMPIQUES (RIO)

Quand on parle du Parc olympique les gens ont tendance à penser que le celui-là se limite à l’amphithéâtre mais il y a beaucoup de pi² d’espaces locatifs (Regroupement Loisir et Sport du Québec, l’Institut national du sport du Québec, Desjardins, Alouettes de Montréal, Stadium PhysiOsteo, Écoles de soccer de l’Impact de Montréal, etc.) d’où la contrainte de réaliser le projet sans aucune coupure de service et sans nuire aux touristes.

Outre le fait que c’est un bâtiment en constante mutation, c’est aussi un bâtiment avec une variation constante de l’opération due aux différents évènements (motocross, salons, baseball, FIFA féminine, etc.) qui s’opèrent différemment. Par exemple, certains évènements nécessitaient de l’air frais maximum et indirectement beaucoup de chauffage contrairement à un salon où la ventilation est réduite pour ne pas nuire aux bruits. Alors, comme la fluctuation de l’énergie peut passer du simple au triple, il a fallu rester très versatile au niveau de la conception.

Le Stade olympique est un bâtiment avec un design unique coté architectural, un vrai bijou mais, coté entretien, c’est plus compliqué. Dans la conception il faut tenir compte des nombreuses spécificités, du fait qu’il n’y a rien qui est droit et que pour les travaux intérieurs ça prend un design unique. Un autre enjeu c’était l’amplitude du site, la centrale thermique est loin des certains zones desservis comme bureaux administratifs, et l’enveloppe budgétaire n’était pas proportionnelle à l’ampleur du site. C’est pour cela que seulement les mesure d’économie d’énergie les plus payantes ont été choisies dans l’enveloppe attribuée.

APPROCHE INTÉGRÉE AXÉE SUR LES RÉSULTATS

Le stade olympique a choisi d’aller dans un projet de type intégré à performance garantie, c.à.d. un projet axé sur les résultats, on focus sur les objectifs du client (environnementaux, économies d’énergie, délais) et on forme le projet autour de cela. Ensuite toutes les parties ont des buts communs, étant donné que nous sommes garantes de la performance du projet et qu’on focus sur les résultats, on a le même but que le client, notre but est que le projet aille bien et qu’il rencontre les objectifs qui ont été garanties. Ça fait en sorte évidement que tous les intervenants travaillent en collaboration, une collaboration assez importante entre les gens d’Écosystème et les membres de la régie des installations olympique (techniciens en contrôle, operateur de la centrale thermique, plombiers, électriciens, etc.). Tous les gens ont été mis à contribution dans le projet, leur opinion était importante dans le choix des équipements, dans la façon que cela a été désigné, de façon à ce que le projet leur appartient et qu’il se trouvent à opérer quelque chose qu’ils veulent opérer et ne pas être pris avec un design dont ils ne soient pas d’accord. Finalement les décisions sont prises dans le but de générer la plus grande valeur, donc on n’est pas dans un système dont les décisions sont prises uniquement dans le but de diminuer les couts, on regarde la valeur à long terme et on va vraiment adapter la décision en fonction de ce qui apporte la plus grande valeur pour l’institution, pour l’entreprise.

Figure 1 - Approche intégrée vs. approche traditionelle

La figure 1 présente la différence entre l’approche traditionnelle et celle intégrée que nous utilisons qui montre l’évolution d’un projet dans le temps: évidement la courbe bleu montre la capacité à diminuer les couts qui diminue effectivement au fur et à mesure que le projet avance et les couts qui sont imputables à un changement augmentent parce qu’évidement plus que le projet avance plus que c’est difficile d’avoir des changements, de là l’importance de maximiser l’effort qui est mis durant la conception et avoir une seule equipe tout au long du projet.

MESURES IMPLANTÉES

La figure 2 montre l’ensemble des mesures implantées au Parc olympique, mesures variées pour s’adapter au stade, aucune mesure définie préalablement, juste répondre aux besoins, réduire la facture énergétique, les GES, les frais d’opération et les mesurées ont été bâties autour de ça pour atteindre les objectifs.

Figure 2 - Mesures implantées

• Remplacement des refroidisseurs

D’entrée de jeu, il a fallu composer avec un échéancier serré lors de la réfection de la centrale d’eau refroidie. Le stade étant l’hôte de deux matchs de baseball les 1^er et 2 avril 2016, les systèmes devaient pouvoir climatiser les installations advenant des températures clémentes. Le remplacement des refroidisseurs était la première mesure implantée, en janvier 2016, la journée même de la signature du contrat, et cela a été possible puisque les refroidisseurs étaient déjà achetés et le design approuvé.

Les 4 anciens refroidisseurs York au R22 du stade, avec une capacité totale de 6800 tonnes (2500, 2500, 1200 et 600 tonnes), étaient quand même assez efficaces 0.6-0.7 kW/tonne mais sans aucune flexibilité. Le mode d’opération était très simple, les refroidisseurs partaient début juin et ils arrêtaient fin septembre. L’ancienne configuration ne permettait pas une efficacité optimale sur toute la plage d’opération puisque la capacité de climatisation pouvait varier entre 500 et 2000 tonnes hors événement et atteindre un maximum de 4500 tonnes lors d’événements. Certains des refroidisseurs avaient en effet du mal à moduler. Le design a été revu à la baisse et la capacité installée est maintenant de 5250 tonnes avec 2 stages de réfrigération qui permet un fonctionnement réduit lorsque le besoin n’est pas là. Ces nouvelles unités ne contiennent que 11 600 livres de réfrigérant R-134a pour remplacer les 34 000 livres de R-22, un réfrigérant visé par le protocole de Montréal dont voulait d’ailleurs se débarrasser la direction du Parc olympique.

• Remplacement des tours de refroidissement

La tour d’eau, datant de 1976, était une structure de bois s’élevant sur une hauteur de quatre étages. Celle-ci se déversait dans un immense réservoir d’eau de 2 782 000 litres (735 000 gal eau froide) (155000 gal eau chaude) situé sous la dalle de ciment de la centrale, un imposant volume d’eau (équivalent à une piscine olympique) dont la qualité devait constamment être contrôlée. Les anciennes tours étaient traités au chlore, une consommation de chlore 2000 L/semaine qui a été réduite présentement à 2000 L/année. Les changements apportés offrent deux avantages : une quantité d’eau à traiter réduite (moins de 37 850 litres par rapport aux 2 782 000 litres du bassin de l’ancienne tour d’eau!) et une plus grande flexibilité d’opération lors de l’arrêt ou l’entretien d’une des six unités. Cette nouvelle configuration (6 tours d’eau de 875 tonnes munies chacune d’un ventilateur de 30 HP avec entraînement à vitesse variable) est d’une capacité inférieure à l’ancienne tour d’eau, car d’autres mesures prévues au projet réduiront les inefficacités du réseau de distribution d’eau refroidie.

• Récupération de chaleur

La récupération de chaleur est une mesure clé, et, à l’aide de 2 deux nouvelles thermopompes (200 tonnes nominales chacune) munies de deux compresseurs à vis et d’entraînements à vitesse variable ça donne de la flexibilité et de la redondance. Avec ces thermopompes, les gros refroidisseurs de la centrale peuvent être arrêtés en hiver, ça qui donne une capacité de 400 tonne en hiver comblant tous les besoins en climatisation pour les zones internes, salle de serveurs ou autres et on récupère 100% de l’énergie qu’on réinjecte dans le réseau; en été, la demande de climatisation est d’environ 2000-2500 tonnes avec 400 t de récupération seulement, par contre les besoins en été de chaleur sont de 200-300 tonnes. La chaleur récupérée permet de chauffer l’eau des piscines, de préchauffer l’eau chaude domestique et celle des douches, en plus d’alimenter le réseau de chauffage à basse température de tout le parc.

• Réseau basse température

Il est intéressant de noter que le projet vise aussi à optimiser et à étendre la pratique du change over lors de laquelle des serpentins de climatisation sont utilisés pour faire circuler de l’eau chaude dans le réseau et ainsi assumer les besoins de chauffage hivernaux. La surface d’échange de ces gros serpentins s’accommode bien de l’eau du réseau de chauffage à basse température provenant des condenseurs des thermopompes.

• Réduction du mode de surveillance de la centrale

La surveillance 24h/24, a été réduite à 1h/24 avec les choix des nouveaux équipements (conversion vapeur eau, diminution de la capacité, etc.), le mode de contrôle et le fonctionnement avec un maximum de flexibilité.

• Conversion vapeur-eau

La conversion vapeur-eau est une mesure très importante compte tenu des dimensions du site. En résumé, un maximum de tuyauterie existante a été récupérée, la tuyauterie de condensé a été remplacée, la tuyauterie d’eau refroidie a été utilisée pour passer une partie du BTU, les chaudières existantes ont été conservées au lieu de les remplacer puisqu’elles étaient en très bon état (pas trop sollicitées). Elles ont été converties et leur capacité a été réduite, il n’y a plus aucune vapeur au stade.

• Remplacement du contrôle pneumatique

Comme l’ingénierie a été faite par Ecosystem et les travaux ont été faites avec l’equipe du Parc olympique, cela a fait en sorte que la transition a été très facile due à une très bonne collaboration, les techniciens étaient déjà au courant de tout.

• Conversion de l’éclairage

Quelque 44 000 tubes fluorescents ont fait place à des tubes DEL à tous les niveaux du stade, dans les secteurs administratifs et les stationnements souterrains. La durée de vie de ces tubes dépasse largement celle des fluorescents, générant des économies appréciables de maintenance en plus des économies d’énergie.

Dans les stationnements et quelques zones ciblées, il a été décidé d’augmenter l’intensité de l’éclairage tout en réduisant la consommation d’énergie : diminution de 80% de la consommation d’énergie pour un meilleur éclairage facile.

On a fait la même chose aux piscines, l’implantation de l’éclairage au DEL pour pouvoir augmenter l’expérience clients là-bas. L’équipe d’Ecosystem a été mise au profit pour mesurer le niveau de l’éclairage pour s’assurer que le résultat est à la hauteur.

Le résultat a été particulièrement remarquable à la rotonde, où la reconfiguration complète des luminaires, combinée à l’ajout de couleurs claires au plafond, a amélioré l’uniformité de l’éclairage. La zone de sécurité pour l’inspection des visiteurs à l’entrée du stade a aussi été repensée avec la possibilité d’augmenter davantage l’intensité de l’éclairage lorsque cela est nécessaire. De plus, pour une maintenance plus facile, les mêmes tubes ont été installée partout.

BÉNÉFICES

Les bénéfices du projet se classifient ainsi :

• Bénéfices opérationnels : réduction du mode de surveillance de la centrale à 1h/24 de 24h/24 avec les choix des équipements (conversion vapeur eau, diminution de la capacité, etc.), réduction du mode de contrôle.
• Bénéfices environnementaux : le bilan environnemental du Parc olympique a été amélioré, les émissions de GES ont été réduites de 66%. De plus, plusieurs produits polluants seront éliminés : réfrigérant R22, mercure, BPC.
• Bénéfices au niveau des délais: la conclusion de M. Maurice Landry, ing., Premier vice-président, Construction et entretien RIO décrit bien ces bénéficies - « Ce que nous arrivons à réaliser en 33 mois avec Ecosystem nous aurait pris 8 à 10 ans en mode traditionnel et les résultats finaux d’économies n’auraient probablement pas été au rendez-vous ».
• Bénéfices financiers : les économies énergétiques se résument à 1.5 M$/an après la première année. Ces économies, auxquelles s’ajoutent des subventions ont financé le projet. De plus, la consommation de gaz été complétement effacée durant l’été.

CONCLUSION

Toutes ces mesures combinées ont donné raison à l’équipe de conception et ce n’est pas par hasard que ce projet s’est mérité autant de prix. Grâce à ces rénovations majeures, le Parc olympique est en mesure de diminuer son empreinte environnementale tout en réduisant sa facture énergétique. Félicitations aux concepteurs et utilisateurs et nous les remercions pour leur présentation.

Consultez la présentation de la conférence technique

Par Magdalena Stanescu, Comité édition

Conférence principale

Gauche à droite : M. Bob Phillips accompagné de M. Hugo St-Amant 

La conférence principale du 7 octobre portait sur le design et la déshumidification des installations de piscines intérieures. Ces installations sont complexes à concevoir et leur coût d’opération peut grimper facilement. Pour débuter son exposé, M. Phillips nous présente plusieurs photos de bâtiments endommagés à cause d’un mauvais contrôle de l’humidité. On y voit des toits qui s’écroulent à cause de la dégradation des matériaux, des briques humides qui éclatent en période de gel, ou encore des plafonds suspendus qui tombent sous le poids de l’eau qui s’y est imbibée. Ces exemples démontrent clairement que le contrôle de l’humidité ne peut être pris à la légère. M. Phillips explique les problématiques de design des natatoriums :

• le calcul de la charge d’humidité ;
• le control de la condensation sur les surfaces ;
• l’évacuation de l’air ;
• l’apport d’air neuf extérieur ;
• la distribution de l’air ;
• le design des conduits ;
• le refroidissement et le chauffage ;
• la récupération d’énergie ;
• la déshumidification mécanique.

Ensuite, M. Phillips passe en revue les critères de design principaux:

Critère #1 : Le point de rosé dans la pièce

Selon M. Phillips, établir le point de rosée de l’enceinte de la piscine influence tous les autres aspects du design.

Calcul du taux d’évaporation

M. Phillips présente l’équation du taux d’évaporation de l’eau de la piscine dans l’air. Cette équation doit être pondérée par un facteur d’activité (« activity factor or AF») pour tenir compte du degré d’agitation de l’eau, que ce soit par les baigneurs eux-mêmes ou par des moyens mécaniques comme une fontaine.

CONDITIONS DE DESIGN TYPIQUES

Puis, M. Phillips insiste sur l’importance de connaître le type d’usage et les conditions souhaitées par le propriétaire du bâtiment, car cela affecte les critères de design. Par exemple, des nageurs de compétition voudront une eau et une température ambiante plus froides que des personnes âgées ou des usagers de spa. Par ailleurs, M. Phillips rappelle que le facteur d’activité doit être connu dès la conception des systèmes et du bâtiment. Le tableau suivant présente des conditions typiques.

Tableau 1 - Conditions de design typiques

Puis, M. Phillips explique que le taux d’évaporation et la perte de chaleur qui en découle dépendent des conditions de l’air ambiant. La règle empirique pour garder les pertes par évaporation à un niveau acceptable est de maintenir l’air ambiant 2 °F plus chaud que l’eau. Le tableau 2 présente la différence de perte de chaleur par évaporation en fonction de la température de l’air ambiant.

Tableau 2 - Taux d'évaporation et perte de chaleur pour une piscine olympique

Contrôle de la condensation

M. Phillips démontre ensuite avec plusieurs photos de bâtiments que le contrôle de la condensation peut être problématique s’il n’est pas considéré dès le départ. On y voit des vitres complètement recouvertes de condensation à travers lesquelles on ne peut plus voir, de l’eau qui perle sur les surfaces de l’enceinte, bref tout ce qu’il faut pour que des moisissures se développent. Pour M. Phillips, une des façons d’éviter cela est d’amener l’air déshumidifié de la centrale d’air directement sur les surfaces vitrées, et de manière uniforme, afin d’en contrôler la température et rester en dehors du point de rosée. Une coordination avec l’architecte peut être nécessaire afin d’éviter de créer des obstacles à l’écoulement de l’air.

Contrôle de la migration de l’humidité

Ce phénomène se produit lorsque l’humidité de l’air migre vers un milieu plus sec, comme les cloisons et les murs extérieurs où la pression de vapeur est plus faible. M. Phillips rappelle qu’il faut assurer la continuité du pare-vapeur et empêcher le point de rosée de se retrouver dans le mur où la condensation pourrait dégrader l’isolant, faire rouiller la structure ou faire éclater la brique. M. Phillips montre plusieurs exemples de parements extérieurs abimés par la glace.

Qualité de l’eau et qualité de l’air intérieur

M. Phillips insiste sur le fait que la qualité de l’eau des bassins a une influence sur la qualité de l’air intérieur et que cette qualité d’air a lui-même un impact sur les équipements du bâtiment. Il explique qu’un mauvais contrôle des chloramines nuit à la qualité de l’air. Ces dérivés organiques chlorés accélèrent la corrosion et réduisent la durée de vie des équipements mécaniques.

Pour éliminer ce problème il faut bien gérer l’apport d’air neuf et l’évacuation d’air souillé. M. Phillips se réfère au standard ASHRAE 62-2004 et ajoute que pour les parcs aquatiques, il faut doubler cet apport! Par ailleurs, le bon usage veut que l’on évacue 110% de l’air neuf afin de garder l’enceinte de la piscine à pression négative (0,05 à 0,15 po H₂O). Une autre bonne pratique est de caper les trichloramines à la source, soit près de la surface de l’eau. Pour ce faire, il existe des systèmes de captation qui s’installent au sol autour du ou des bassin(s).

Distribution de l’air

M. Phillips revient sur les bonnes pratiques de design de distribution d’air. Il insiste sur le fait que l’air doit être amené directement vers les surfaces plus froides où la condensation est susceptible de se produire, comme les fenêtres extérieures et les portes. Il présente plusieurs exemples d’aménagements et nous met aussi en garde contre les ponts thermiques.

Le design des conduits

M. Phillips présente ensuite des cas où le choix des matériaux des conduits de ventilation n’était pas adapté à l’environnement d’une piscine. Il recommande l’aluminium galvanisé et les tuyaux flexibles sans armature. L’acier inoxydable doit être évité!

La récupération d’énergie

M. Philliips poursuit en présentant les principes de base de la récupération d’énergie applicables aux natatoriums, à savoir que la chaleur extraite de l’air pour le déshumidifié peut être utilisée pour chauffer l’eau des bassins. Des unités et systèmes de traitement d’air spécialement conçues pour cela sont disponibles sur le marché.

CONCLUSION

M. Phillips conclut son exposé en nous présentant des erreurs de conception relativement à la localisation des équipements. Il rappelle que les installations mécaniques et électriques doivent être accessibles pour l’entretien et le remplacement et qu’il est de notre responsabilité de voir à la sécurité des gens qui vont y travailler.

Consultez la présentation de la conférence principale

Par Mariline Fréchette, Comité édition

NOUVEAUX MEMBRES D’ASHRAE

Nous souhaitons la bienvenue aux personnes suivantes qui sont des nouveaux ou qui ont réintégré les rangs de membres ASHRAE :

GAGNANT DE LA BOUTEILLE DE VIN - Sondage conférenciers

M. Michel Landry s’est mérité une carte-cadeau à la SAQ lors du tirage effectué parmi tous les formulaires reçus pour l’évaluation des conférenciers de la soirée du mois d'octobre 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 carte-cadeau est remise lors du trirage du souper-conférence suivant parmi tous les répondants. Le prochain tirage aura lieu le 4 novembre 2019. Bonne chance à tous ! 

VOICI UN APERÇU DES DIFFÉRENTS PRÉSENTOIRS DE NOTRE DERNIÈRE SOIRÉE