Cours danalyse de projets dénergies propres Photo : Pamm McFadden (NREL Pix) Analyse de projets de chauffage solaire passif Installation résidentielle

Cours d’analyse de projets d’énergies propresCours d’analyse de projets d’énergies propres

Photo : Pamm McFadden (NREL Pix)

Analyse de projets de Analyse de projets de chauffage solaire passifchauffage solaire passif

Installation résidentielle de chauffage solaire passif, France

© Ministre de Ressources naturelles Canada 2001 – 2004.


ObjectifsObjectifs

• Réviser les principes de baseRéviser les principes de based’un système de chauffaged’un système de chauffagesolaire passif (CSP)solaire passif (CSP)

• Présenter les enjeux importants Présenter les enjeux importants d’une analyse de projet de CSP d’une analyse de projet de CSP

• Présenter le modèle RETScreenPrésenter le modèle RETScreen®® pour les projets de CSP pour les projets de CSP


• De 20 à 50 % des besoins De 20 à 50 % des besoins en chauffage des locaux en chauffage des locaux

…mais aussi…

Augmente le confort

Plus de lumière du jour

Peut réduire les coûts de climatisation

Réduit la condensation dans les fenêtres

Permet de réduire la taille des systèmes de chauffage ou de climatisation

Qu’est-ce qu’un système Qu’est-ce qu’un système de chauffage solaire passif de chauffage solaire passif fournit?fournit?

Photo : Fraunhofer ISE (provenant du site internet de Siemens Research and Innovation)

Conception de chauffage solaire passif sur un bâtiment résidentiel, Allemagne

Le bâtiment de NREL à Golden, Colorado

Photo : Warren Gretz (NREL Pix)


Principes du chauffage solaire Principes du chauffage solaire passifpassif

Conventionnel

Été Hiver

Dispositifsd’ombrage

Fenêtresperformantes

Masse thermique

CSP


0 0,2 0,4 0,6 0,8

Coeff. de gains solaires

Technologie des fenêtres Technologie des fenêtres à haut rendement à haut rendement

0 2 4 6 8

Valeur U (W/(m2ºC))

• Double et triple vitrageDouble et triple vitrage• Basse émissivitéBasse émissivité• Remplissage avec gaz Remplissage avec gaz

inerteinerte

• Intercalaire isolantIntercalaire isolant• Cadres isolants et Cadres isolants et

isolant thermiqueisolant thermique

VitreVitress

ÉmÉm..

RemplRempl..

Interc.Interc. CadreCadre

33 0,10,1 InerteInerte IsolantIsolant BoisBois

33 0,80,8 AirAir AluminAlumin..

BoisBois

22 0,10,1 InerteInerte IsolantIsolant BoisBois


BoisBois


AluminiuAluminiumm

11 0,80,8 -- -- AluminiuAluminiumm

Centre du vitrage

Fenêtre complète


Ombrage et masse thermiqueOmbrage et masse thermique

• L’ombrage prévient les surchauffes en étéL’ombrage prévient les surchauffes en été

Toits en saillie faisant face à l’équateur pour les périodes où le soleil est haut

Arbres à feuilles caduques, adjacents aux structures et bâtiments

Auvents, volets, marquises, fenêtres en retrait, stores, etc.

• La masse thermique emmagasine la chaleur, minimisant La masse thermique emmagasine la chaleur, minimisant les variations de températureles variations de température

Une maison de construction légère traditionnelle surchauffera si l’aire des fenêtres faisant face à l’équateur excède de 8 à 10 % la surface de planchers chauffés

Utiliser des panneaux doubles de gypse pour les murs et les plafonds, de la céramique pour les planchers, de la brique pour les cheminées, etc.

• Des systèmes actifs peuvent être utilisés pour distribuer Des systèmes actifs peuvent être utilisés pour distribuer la chaleur dans le bâtimentla chaleur dans le bâtiment


Ressource solaire vs Ressource solaire vs besoins en chauffage des besoins en chauffage des locauxlocaux

Iqaluit, Canada, 64º NIqaluit, Canada, 64º N

Moscou, Russie, 55º NMoscou, Russie, 55º N

Buffalo, É.-U., 43º NBuffalo, É.-U., 43º N

Lanzhou, Chine, 36º NLanzhou, Chine, 36º N

kWh p

ar

jour

kWh p

ar

jour

Les mois ayant une température moyenne plus petite ou Les mois ayant une température moyenne plus petite ou égale à 10 ºC sont ombragéségale à 10 ºC sont ombragés

kWh p

ar

jour

kWh p

ar

jour

0

2

4

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0

2

4

6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12


Exemple des coûts et économies Exemple des coûts et économies du chauffage solaire du chauffage solaire passifpassif

0 100 200 300

Coût des fenêtres + installation ($/m2)

Double vitrage+faible émissivité+argon+intercalaire isolant+triple vitrage

• CoûtsCoûts additionnels additionnels des fenêtresdes fenêtres 5 à 35 %5 à 35 % 400 $ à 2 000 $ par 400 $ à 2 000 $ par

maisonmaison

• ÉconomiesÉconomies de 20 à 50 % des coûts de chauffage des de 20 à 50 % des coûts de chauffage des locauxlocaux GazGaz 0,25 $/m0,25 $/m33 150 $ à 380 $ par année150 $ à 380 $ par année MazoutMazout 0,35 $/l0,35 $/l 210 $ à 520 $ par année210 $ à 520 $ par année ÉlectricitéÉlectricité 0,06 $/kWh0,06 $/kWh 270 $ à 680 $ par année270 $ à 680 $ par année

Résidence unifamiliale canadienneRésidence unifamiliale canadienne


Enjeux d’un projet de Enjeux d’un projet de chauffage solaire passifchauffage solaire passif

• Plus rentable pour les nouvelles constructionsPlus rentable pour les nouvelles constructions Possibilité d’orienter les fenêtres face à l’équateur et d’éviter l’ouest La taille du système de chauffage et du chauffage périphérique

peut être diminuée

• Rentable lors de rénovations si, de toutes Rentable lors de rénovations si, de toutes façons, les fenêtres doivent être remplacéesfaçons, les fenêtres doivent être remplacées

• Plus rentable si la charge en chauffage est plus élevée que la Plus rentable si la charge en chauffage est plus élevée que la charge en climatisation charge en climatisation Les meilleurs cas : résidences de faible hauteur en climat tempéré ou

froid Les bâtiments commerciaux et industriels ont des gains internes élevés

• Les fenêtres doivent être prises en considération de concert Les fenêtres doivent être prises en considération de concert avec le reste de l’enveloppe du bâtimentavec le reste de l’enveloppe du bâtiment


Exemples : Canada et États-UnisExemples : Canada et États-UnisBâtiments à consommation réduite Bâtiments à consommation réduite

dd’’énergieénergie

• Les techniques du solaire passif incorporées dans des Les techniques du solaire passif incorporées dans des bâtiments d’apparence conventionnellebâtiments d’apparence conventionnelle

• Les considérations financières ne sont pas toujours Les considérations financières ne sont pas toujours celles qui ont le plus d’importance : confort, celles qui ont le plus d’importance : confort, diminution du bruit, appréciation de la qualité et de diminution du bruit, appréciation de la qualité et de l’environnementl’environnement

Photo : Hickory Corporation (NREL Pix)

La maison écologique de Waterloo, Ontario, CanadaBon ombrage et fenêtres performantes, É.-U.

Photo : Maison écologique de Waterloo


Exemples : Allemagne et LesothoExemples : Allemagne et Lesotho

Maisons solaires Maisons solaires autosuffisantesautosuffisantes

• Plus de vitrage, plus de masse thermique et contrôle de la Plus de vitrage, plus de masse thermique et contrôle de la distribution de l’airdistribution de l’air

• L’énergie solaire peut satisfaire tous les besoins en L’énergie solaire peut satisfaire tous les besoins en chauffage des locauxchauffage des locaux

• Les technologies de fenêtres performantes permettent plus Les technologies de fenêtres performantes permettent plus de flexibilité sur l’emplacement des fenêtres et des gains de flexibilité sur l’emplacement des fenêtres et des gains thermiques provenant des radiations diffusesthermiques provenant des radiations diffuses

Photo : Vadim Belotserkovsky Photo : Fraunhofer ISE (provenant du site internet de Siemens Research and Innovation)

Rondavel solaire, Thaba-Tseka, Lesotho Freiburg, Maison solaire


Modèle RETScreenModèle RETScreen®® pour les pour les projets de chauffage solaire projets de chauffage solaire passifpassif• Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la Pouvant être utilisé partout dans le monde pour l’analyse de la

production énergétique (ou économie), des coûts sur le cycle de vie production énergétique (ou économie), des coûts sur le cycle de vie et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre.et des réductions d’émissions de gaz à effet de serre. Résidences de faible hauteur et petits

bâtiments commerciaux Climats où le chauffage domine Gains et pertes par les fenêtres Effets moyens de l’ombrage

• RETScreenRETScreen®® nécessite seulement nécessite seulement 12 points de données contre 8 760 12 points de données contre 8 760 pour les modèles de simulation horaire pour les modèles de simulation horaire

• Non couvert actuellement :Non couvert actuellement : Fenêtres non-verticales Effets instantanés de l’ombrage L’usager spécifie la masse thermique du bâtiment


Voir le e-Manuel

Analyse de projets d’énergies propres :Manuel d’ingénierie et de cas RETScreen®

Chapitre Analyse de projets de chauffage solaire passif

Calculs Calculs

RETScreenRETScreen®® ::

chauffage solaire chauffage solaire passifpassif


Exemple : validation du modèleExemple : validation du modèleRETScreenRETScreen®® pour les projets de pour les projets de CSPCSP• Comparaison de RETScreenComparaison de RETScreen®® et de HOT2-XP pour un cadre typique et de HOT2-XP pour un cadre typique

en bois de 200 men bois de 200 m22, pour les maisons, pour les maisons Fenêtres à double vitrage remplacées par des

fenêtres de basse émissivité à double vitrage avec argon Résultats de RETScreen® à 18 % près de HOT2-XP

• Comparaison de RETScreenComparaison de RETScreen®® et de la et de la méthode de caractérisation méthode de caractérisation énergétique ERénergétique ER

Économies annuelles d’énergie de 8 fenêtres de haute performance comparées au cas de référence de fenêtres à double vitrage

0

50

100

150

200

250

300

Éco

no

mie

s d

’én

erg

ie

an

nu

elle

s (k

Wh

/m2) Méthode de caractérisation énergétique ER

RETScreen


ConclusionsConclusions

• Le CSP prend en compte : lLe CSP prend en compte : l’’orientation du bâtiment, les fenêtres éco-orientation du bâtiment, les fenêtres éco-énergétiques, l’ombrage et la masse thermique pour réduire les énergétiques, l’ombrage et la masse thermique pour réduire les coûts de chauffage des locauxcoûts de chauffage des locaux

• Un investissement additionnel minimum pour les fenêtres peut Un investissement additionnel minimum pour les fenêtres peut grandement améliorer la performance de l’enveloppe du bâtiment grandement améliorer la performance de l’enveloppe du bâtiment tout en assurant des bénéfices financiers à long termetout en assurant des bénéfices financiers à long terme

• RETScreenRETScreen®® calcule : calcule : Effet de l’orientation, de la dimension et de la technologie des fenêtres

sur les gains solaires Effet de la technologie des fenêtres sur les pertes thermiques Effet de l’ombrage sur la charge en climatisation

• RETScreenRETScreen®® calcule la production énergétique annuelle, en utilisant calcule la production énergétique annuelle, en utilisant des données de ressource mensuelles, donnant des résultats ddes données de ressource mensuelles, donnant des résultats d’’une une précision comparable à des outils de simulation horaireprécision comparable à des outils de simulation horaire

• RETScreenRETScreen®® permet des économies de coûts significatives pour la permet des économies de coûts significatives pour la réalisation dréalisation d’’études préliminaires de faisabilitéétudes préliminaires de faisabilité


Questions?Questions?

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