Solutions rentables pour les bâtiments à consommation énergétique nette zéro, les bâtiments prêts à la consommation énergétique nette zéro et les bâtiments neutres en carbone

Contexte

Les bâtiments prêts à la consommation énergétique nette zéro (PCENZ) représentent une infime fraction du parc immobilier au Canada. Bien qu’on ait mis au point des technologies visant à améliorer l’efficacité énergétique et à réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES), on n’a pas encore constaté au Canada une adoption à grande échelle de la conception de bâtiments à consommation énergétique nette zéro (CENZ).

L’industrie de la construction a signalé la nécessité de quantifier la rentabilité des solutions à CENZ. Le fait de disposer de renseignements détaillés sur les coûts associés aux technologies existantes et nouvelles – combinés aux outils de simulation existants qui enregistrent le rendement par tranche de minutes – permettraient aux autorités locales, aux chercheurs et aux concepteurs de quantifier la rentabilité et d’établir les périodes de récupération.

Description du projet

Le projet a pour objet de développer et de vérifier des solutions rentables pour la construction de bâtiments à haut rendement. Il soutient également l’industrie, puisque notre équipe prépare des études de cas, des ensembles de solutions assorties d’un coût, et élabore des lignes directrices visant la conception et la construction.

Nous travaillons en étroite collaboration avec le département de l’Énergie (DOE) des États-Unis (le National Renewable Energy Laboratory (NREL)), l’Office de l’efficacité énergétique (OEE) de Ressources naturelles Canada (RNCan), et plusieurs autres intervenants canadiens.

Notre approche

Tâche 1 : Constituer une bibliothèque publique de solutions de conception assorties d’un coût pour différents niveaux de rendement énergétique et de réduction des émissions de GES qui tendent vers la CENZ.

Cette bibliothèque comprendra des milliers d’ensembles de solutions, et utilisera les archétypes développés pour les habitations, les écoles et les immeubles à bureaux standard dans au moins trois grandes villes du Canada.

Tâche 2 : Concevoir un modèle énergétique pour les bâtiments commerciaux.

Nous avons entrepris de dresser la liste des mesures pouvant contribuer à l’économie d’énergie dans les bâtiments commerciaux; elle sera intégrée à la plateforme d’évaluation de la technologie du bâtiment (PETB) de RNCan. Cette liste constitue une priorité pour les intervenants. La PETB s’appuie sur les outils de source ouverte OpenStudio et EnergyPlus, conçus par le DOE américain.

Photo de l'application OpenStudio fournie par le DOE des États-Unis. Le tableau de bord présente la liste des profils de systèmes de chauffage, de ventilation et de conditionnement d’air (CVCA) dans un graphique, et illustre les conditions selon la zone dans une carte thermique.

Tâche 3 : Valider les ensembles de solutions en les utilisant dans des situations de conception réelles, afin de déterminer quelles sont les données requises, et à quel moment, dès le début du processus de conception.

Cette initiative impliquera l’observation au poste de travail des concepteurs et des modélisateurs au cours d’un processus réel de conception. Les solutions seront publiées dans un tableau de bord pour permettre aux utilisateurs d’y choisir les solutions de conception en fonction des contraintes de construction de leurs bâtiments. Le tableau de bord pourra servir de point de départ pour la conception. Une image du tableau de bord de l’application OpenStudio du NREL est reproduite à droite. Les utilisateurs peuvent consulter, par exemple, le profil de charge d’un système de chauffage, de ventilation et de conditionnement d’air (CVCA) ainsi qu’une carte thermique des températures par zone

État d’avancement du projet

Décembre 2020

Parmi les mesures d’économie d’énergie assorties des coûts détaillés, sur lesquelles nous avons travaillé jusqu’à présent, figurent les suivantes :

• les sources de combustible (gaz naturel, électricité);
• la mise à l’échelle et la rotation du modèle;
• le rapport fenêtrage-mur;
• le rapport puits de lumière-toit;
• les normes du Code national de l’énergie pour les bâtiments (CNÉB) visant les systèmes de CVCA (2011/2015/2020);
• les thermopompes à air pour climats froids;
• les réfrigérants à débit variable selon la zone;
• la ventilation commandée à la demande;
• les ventilateurs-récupérateurs d’énergie (VRE);
• les ventilateurs à vitesse variable;
• l’efficacité de la chaudière et de l’appareil à air chaud;
• le chauffage de l’eau sanitaire (gaz naturel);
• les constructions isolées pour l’enveloppe du bâtiment (bois, acier, béton);
• toit (0,121 à 0,227 W/m2 * K);
• murs (0,183 à 0,314 W/m2 * K);
• murs de fondation (0,210 à 0,568 W/m2 * K);
• dalle (0,379 à 0,758 W/m2 * K);
• les systèmes d’éclairage (ampoules fluocompactes 240V, diodes électroluminescentes [DEL] 120V);
• les commandes des détecteurs de lumière du jour;
• Dispositifs photovoltaïques au sol.

Le code source à jour concernant ce projet est conservé sur GitHub, accessible au moyen du lien suivant : https://github.com/NREL/openstudio-standards/tree/nrcan. L’image ci-dessous est un exemple des résultats affichés dans le code source sur GitHub. L’interface permet aux chercheurs et aux concepteurs de choisir différentes caractéristiques de conception du bâtiment et d’afficher les relations entre les variables de sortie. Ainsi, les concepteurs peuvent explorer différents scénarios de conception et déterminer la solution la plus rentable pour leurs conceptions.

Un prototype de tableau de bord des solutions a été mis au point et a été utilisé dans la charrette de conception initiée au début de décembre 2020.

Capture d’écran du code source ouvert de CanmetÉNERGIE Ottawa sur GitHub, affichant deux exemples de graphiques illustrant des résultats.

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