Emplacement du projet : CanmetÉNERGIE Ottawa, Ottawa, Ontario
Durée : 5 ans (2023-2028)
Programme : Financé par l’entremise du Programme de recherche et de développement énergétiques
Contexte
Le Canada s'est engagé à réduire les coûts d'investissement et d'exploitation des bâtiments, à réduire la consommation d'énergie des bâtiments et à réduire les émissions. La décarbonisation des bâtiments existants joue un rôle important dans la réduction des émissions de carbone du Canada, car le secteur du bâtiment contribue à 18 % des émissions de carbone et de nombreux bâtiments existeront encore en 2050. L'électrification des bâtiments est une stratégie à fort potentiel pour la décarbonisation des bâtiments existants, puisque 82 % de l'électricité au Canada est produite à partir de sources d'énergie propres. Cependant, l'électrification aura des effets négatifs sur le réseau électrique. Les connaissances sur la manière dont nous pouvons recourir à l’effacement de consommation électrique (demand side management ou DSM), aux mesures d'économie d'énergie (energy conservation measures ou ECM) et aux technologies émergentes pour atténuer ces impacts négatifs sur le réseau électrique sont limitées.
Nous pouvons analyser les schémas d'utilisation de l'énergie dans les bâtiments grâce à la modélisation et à la simulation d'archétypes. Cependant, il existe une différence entre la consommation d'énergie prévue par les modèles d'archétype et la consommation d'énergie réelle mesurée dans les bâtiments. En outre, peu d'efforts ont été faits pour les calibrer par rapport à des données à haute résolution. L'analyse des impacts de l'électrification nécessite l'utilisation de données à haute résolution pour calibrer les modèles énergétiques. Les modèles calibrés faciliteront l'évaluation des politiques de gestion de la demande d'énergie et fourniront des conseils aux parties prenantes pour une électrification efficace des bâtiments.
Description du projet
Ce projet vise à atténuer les effets négatifs de l'électrification des bâtiments en identifiant les DSM ECM pour une meilleure gestion des charges électriques de pointe des bâtiments existants de manière rentable. Nous développerons des lignes directrices sur la meilleure façon de moderniser les bâtiments existants tout en améliorant leur équilibre de charge. Ces lignes directrices aideront les gestionnaires de portefeuilles immobiliers, les services publics et les responsables de programmes à gérer leurs charges électriques. En outre, ces lignes directrices fourniront des indications aux organismes de réglementation pour qu'ils incluent les charges de pointe dans les futurs codes du bâtiment.
Notre approche
Nous développons des DSM ECM dans notre plateforme d'évaluation des technologies du bâtiment (PETB), car nous évaluerons leurs impacts sur les charges de pointe et la consommation d'énergie des archétypes de bâtiments canadiens pour les nouvelles constructions. Nous développerons ensuite des modèles d'archétypes de bâtiments canadiens pour les bâtiments existants et évaluerons les impacts des DSM ECM sur leurs charges électriques de pointe et leur consommation d'énergie afin d'élaborer des lignes directrices pour une électrification efficace des bâtiments. Notre approche est résumée ci-dessous :
- Développer des DSM ECM dans la plateforme PETB.
- Évaluer l'impact des DSM ECM sur les nouvelles constructions.
- Modifier les modèles des archétypes de bâtiments canadiens pour les bâtiments existants.
- Évaluer l'impact de chaque DSM ECM sur les bâtiments existants.
- Élaborer des lignes directrices pour le transfert des connaissances.
État actuel du projet
Bâtiments résidentiels
Alors que la PATB fournit les pas de temps nécessaires pour les archétypes de bâtiments commerciaux (Partie 3), les archétypes de bâtiments résidentiels ont été développés à l'aide d'un programme appelé HOT2000, qui ne fournit pas la granularité de pas de temps requise pour les études d'électrification.
Pour remédier à cela, nous élaborons un programme permettant de transférer les données de HOT2000 vers HPXML/Openstudio afin d'obtenir des résultats de simulation à un pas de temps subhoraire.
Home Performance eXtensible Markup Language (HPXML) est un langage qui permet de standardiser le nom, la définition, le format et l'échange de plus d'un millier de termes utilisés par l'industrie de l'efficacité énergétique résidentielle pour décrire les bâtiments, les caractéristiques et les systèmes d'efficacité énergétique et d'énergie renouvelable, ainsi que le rendement énergétique. Ce format est utilisé par les services publics et les autorités locales aux États-Unis pour fournir un format cohérent de données sur les logements à des fins d'analyse et d'audit, mais aussi pour alimenter de nombreuses ressources de données et outils logiciels de simulation.
Le logiciel Openstudio/EnergyPlus du département de l'Énergie des États-Unis est un outil de simulation horaire détaillé qui peut fournir une résolution subhoraire pour les charges de chauffage et de climatisation et la consommation d'énergie. Openstudio peut utiliser des données HPXML pour effectuer une simulation horaire.
En construisant une passerelle entre HOT2000 et EnergyPlus à l'aide de HPXML, nous serons en mesure d'examiner le rendement d'une variété de technologies avec plus de précision que nous ne pouvons le faire actuellement avec le programme HOT2000. Le stockage électrique/thermique, les mesures de résilience thermique et les technologies basées sur les contrôles ne sont que quelques-unes des méthodes que nous pourrons évaluer. Cela nous permettra également de tirer parti d'autres outils développés par le département de l'Énergie des États-Unis pour évaluer la modélisation du parc communautaire.
Bâtiments résidentiels – Défis en matière de données
Bien que nous ayons accès aux données contrôlées des bâtiments résidentiels grâce à un accord avec Hydro Québec, nous rencontrons actuellement des difficultés pour accéder aux données détaillées des bâtiments commerciaux. Par conséquent, nous avons développé un outil basé sur l'apprentissage automatique, qui est conçu pour surmonter les limites des données et permettre aux utilisateurs d'évaluer rapidement et facilement les scénarios liés à la modernisation. Contrairement aux approches traditionnelles, telles que les simulations de bâtiments, cet outil ne nécessite qu'une expertise minimale et fournit des résultats plus rapides et plus efficaces.
Bâtiments commerciaux – La base de données ComStock et ses limites
L'une des principales sources d'inspiration de cet outil est la base de données ComStock, développée par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) aux États-Unis. ComStock est un vaste ensemble de données contenant des informations détaillées sur plus de 300 000 bâtiments. Elle comprend des résultats de simulation calibrés et intègre des modèles stochastiques qui tiennent mieux compte du mode de vie des occupants. Bien que cet outil permette de relever un grand nombre de défis liés aux données pour mettre en place des modèles axés sur les données, il est limité géographiquement aux États-Unis. Pour les bâtiments canadiens, l'outil doit être adapté pour tenir compte des différences régionales et en assurer la compatibilité.
Contributions à la recherche
Ce nouvel outil vise à surmonter les difficultés liées aux différences entre les données régionales en intégrant l'apprentissage automatique aux techniques d'appariement des données. Les principales contributions sont les suivantes :
- Amélioration de la précision des données grâce à des algorithmes de comparaison
Le nouvel outil exploite la base de données ComStock, parallèlement aux données canadiennes provenant de l'Energy Star Portfolio Manager (ESPM). En utilisant un algorithme d'appariement basé sur la distance euclidienne, la recherche identifie les bâtiments de la base de données ComStock qui correspondent étroitement à leurs équivalents canadiens. Ce processus permet de résoudre le problème de la rareté des données et de garantir la précision des données utilisées pour des analyses ultérieures.
- Cadre d'évaluation évolutif des rénovations
Le nouvel outil utilise une méthode basée sur la distribution pour déterminer l'impact des rénovations sur une variété de types de bâtiments, d'emplacements et de zones climatiques. Cette méthode fournit un cadre solide aux parties prenantes et aux décideurs politiques pour prendre des décisions plus éclairées et fondées sur des données.
- Analyse de l'impact énergétique et environnemental
Les principaux scénarios de rénovation, tels que la transition des systèmes CVC vers des sources de carburant plus propres, sont évalués en fonction de leur potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) et des impacts de la demande de pointe. Ces résultats soulignent les avantages environnementaux significatifs de l'adoption de mesures de rénovation spécifiques.
Le processus d'élaboration de scénarios d’électrification
Le processus d'élaboration de scénarios d’électrification à partir de données brutes est décrit dans la figure ci-dessous. Le processus commence par la collecte de données à partir de deux sources principales : les données réelles fournies par les utilisateurs de la base de données ESPM (spécifiques aux utilisateurs canadiens) et la base de données ComStock basée aux États-Unis.
Figure 1. Organigramme général pour l'élaboration de scénarios de rénovation à partir de données brutes
Partage de l'information
Nous prévoyons partager les outils et les ensembles de données connexes par le biais de sites Web et de rapports publics.