Préface - Fiches techniques sur les impacts de nouvelles

L’Association des Arénas du Québec présente

Dans le cadre du programme d’intervention en réfrigération dans les arénas du Québec (PIRAQ)

Fiches techniques sur les impacts de nouvelles technologies et de mesures d’efficacité

énergétique dans les arénas

Produites et réalisées par

Fiches techniques sur les impacts de nouvelles technologies et de mesures d’efficacité énergétique

dans les arénas

Une initiative du Programme d’intervention en réfrigération dans les arénas du Québec (PIRAQ)

En collaboration avec

Préface

L’Association des Arénas du Québec (AAQ) est fière de présenter les fiches techniques sur les impacts de nouvelles technologies et de mesures d’efficacité énergétique dans les arénas. Réalisées dans le cadre du Programme d’intervention en réfrigération dans les arénas du Québec (PIRAQ), ces fiches seront un outil de choix pour tout expert en réfrigération et en bâtiment, intervenant dans les arénas et les curlings.

Je tiens à remercier les partenaires de l’AAQ dans la réalisation de ces fiches : Ressources naturelles Canada, dont le Centre de la technologie de l’énergie de CANMET-Varennes et l’Office de l’efficacité énergétique pour leur expertise et leur soutien, l’Agence de l’efficacité énergétique du Québec, Hydro-Québec et la Fédération canadienne des municipalités pour leur soutien.

Le président de l’Association des Arénas du Québec,

Benoît Lazure

*Nous remercions M. Daniel Giguère et Mme Ethel Mayrena Zelaya du Centre de la technologie de l’énergie de CANMET – Varennes et le professeur Radu Zmeureanu de

l’Université Concordia pour leur participation à la réalisation des fiches techniques.

TABLE DES MATIÈRES

SOMMAIRE

CONTEXTE

MODÉLISATION – SIMULATION

DESCRIPTION DES FICHES TECHNIQUES

ARÉNA DE RÉFÉRENCE

FICHE 1 : INFLUENCE DU TYPE DE PLAFOND DE L’ENCEINTE PRINCIPALE

FICHE 2 : RELATION ENTRE LE CIRCUIT CALOPORTEUR ET LA PUISSANCE DE POMPAGE

FICHE 3 : OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DE CONDENSATION

FICHE 4 : RÉDUCTION DE LA PUISSANCE D’ÉCLAIRAGE DANS L’ENCEINTE PRINCIPALE

FICHE 5 : OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DANS LES GRADINS

FICHE 6 : GESTION DE LA TEMPÉRATURE DE LA GLACE

FICHE 7 : UTILISATION D’UN RÉSEAU DE POMPES À CHALEUR

FICHE 8 : OPTIMISATION DE L’ÉPAISSEUR DE LA GLACE ET DE LA DALLE DE BÉTON

SOMMAIRE

Ce document comprend un ensemble de neuf fiches techniques destinées aux intervenants du milieu des arénas et plus spécifiquement aux experts-conseils et gestionnaires d’arénas. Ces fiches ont pour objectif de permettre d’estimer et de comparer les impacts de diverses mesures et technologies d’efficacité énergétique sur la consommation d’énergie et la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans les arénas.

Une fiche a été préparée pour représenter l’aréna type1 du Québec. Elle sert de référence aux autres fiches qui traitent d’une mesure d’efficacité énergétique en particulier.

Cette initiative s’inscrit dans le cadre du Programme d’intervention en réfrigération dans les arénas du Québec (PIRAQ), qui vise à promouvoir l’efficacité énergétique dans le milieu des arénas.

1 Pour connaître les caractéristiques de l’aréna type québécois, nous référons le lecteur au rapport :

Potentiel d’économies d’énergie dans les arénas du Québec, CTEC-Varennes, octobre 2000. http://ctec-varennes.nrcan.gc.ca/fr/publication/r2000-96f.html

CONTEXTE

L’Association des Arénas du Québec (AAQ), l’Agence de l’efficacité énergétique du Québec (AEE), le Centre de la technologie de l’énergie de CANMET – Varennes (CTEC-Varennes), l’Office de l’efficacité énergétique (OEE), Hydro-Québec et la Société en Commandite Gaz Métropolitain se sont associés pour la réalisation du Programme d’intervention en réfrigération dans les arénas du Québec (PIRAQ). Le PIRAQ a pour objectif d’introduire, de promouvoir et de faire progresser l’idée d’efficacité énergétique dans les comportements et les décisions des consommateurs d’énergie, des opérateurs, des concepteurs des arénas ainsi que des installateurs d’équipements par le transfert des connaissances en réfrigération.

Dans le cadre du PIRAQ, l’étude " Potentiel d’économies d’énergie en réfrigération dans les arénas du Québec " réalisée par le CTEC-Varennes a montré qu’il existe un potentiel d’efficacité énergétique de 270 GWh/an et un potentiel de réduction des émissions de gaz à effet de serre de 81 kilotonnes-équivalents de CO2/an dans les arénas du Québec par l’implantation de mesures d’efficacité énergétique dans les systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation et de réfrigération (CVC-R) des arénas. Ce potentiel est actuellement quasi-inexploité.

Les enquêtes réalisées dans les arénas ayant révélé que la majorité d’entre eux ont l’intention de rénover leurs systèmes de réfrigération dans les cinq prochaines années, il est important de mettre en place un programme d’intervention pour faciliter la mise en place des mesures d’efficacité énergétique proposées.

Les fiches techniques contenues dans ce document sont l’une de ces interventions. Elles serviront de guide aux intervenants du milieu des arénas (gestionnaires d’arénas, propriétaires, experts-conseils) pour estimer et pour comparer les impacts de différentes mesures et technologies d’efficacité énergétique sur la consommation d’énergie, la facture énergétique et la réduction des émissions de gaz à effet de serre dans les arénas. Elles permettront ainsi de choisir de façon éclairée les technologies et les mesures éconergétiques qui répondront le mieux à leurs besoins et ce, dans un contexte de développement durable.

MODÉLISATION - SIMULATION

Dans le cadre du PIRAQ, le CTEC-Varennes a développé, en collaboration avec l’Université Concordia, un outil informatique de modélisation de la consommation énergétique des arénas, fondé sur le logiciel DOE-2.1E.

L’outil de simulation a été développé en vue d’étudier la sensibilité de différentes technologies éconergétiques appliquées spécifiquement aux arénas. Les résultats des simulations réalisées ont permis de préparer les huit fiches techniques rassemblées dans ce document. Le logiciel de calcul énergétique DOE-2.1E a été utilisé pour simuler les échanges thermiques de l’aréna. Ce logiciel permet de calculer la consommation d’énergie pour le chauffage et la réfrigération, d’incorporer plusieurs types d’équipements CVC-R et de démontrer différentes stratégies d’opération. Pour pouvoir tenir compte des effets de la glace à l’intérieur d’un bâtiment à la fois chauffé et refroidi, des routines de calculs sous forme de Functionals Values ont été ajoutées au fichier Input File du logiciel DOE 2.1E pour tenir compte des particularités techniques des arénas.

Le modèle de base a été validé avec les données de monitorage d’un aréna dont la conception et l’opération correspondent à la grande majorité des arénas du Québec. Les résultats du modèle permettent de comparer les économies d'énergie générées par l'implantation de différentes mesures d'efficacité énergétique. Le bâtiment comprend une patinoire intérieure avec des gradins pour les spectateurs, des vestiaires et des douches pour les joueurs, des locaux de services et de soutien administratif.

Pour calculer la consommation d’énergie horaire de chaque zone et faire le bilan énergétique du bâtiment, le modèle tient compte entre autres des paramètres suivants :

Le climat ;

Les caractéristiques de l’enveloppe du bâtiment telles que l’isolation thermique ;

La puissance d’éclairage ;

La température de l’eau de surfaçage de la patinoire ;

La température de la glace ;

Le taux d’humidité de l’enceinte principale ;

L’apport d’air frais type ;

L’indice d’émissivité du plafond de l’enceinte principale de l’aréna ;

Le type, la capacité, le rendement et le mode de modulation du système de réfrigération ;

La capacité, le rendement et le mode de modulation du système de chauffage de l’air incluant la récupération de la chaleur du système de réfrigération ;

La capacité, le rendement et le mode de modulation du système de chauffage de l’eau chaude domestique et de surfaçage incluant la récupération de la chaleur du système de réfrigération;

DESCRIPTION DES FICHES TECHNIQUES

Chaque fiche technique comprend huit sections : le titre de la mesure, sa description technique, ses bénéfices directs ou indirects, son potentiel d’économies d’énergie, ses impacts environnementaux, les commentaires particuliers des spécialistes, ainsi que des graphiques pour faciliter la compréhension. La consommation d’énergie est indiquée en kWh-équivalents/an pour la contribution combinée de l’électricité et du gaz naturel, pour une période de 12 mois d’utilisation dont seulement 9 mois d’opération de la surface glacée.

Le potentiel de réduction des émissions des gaz à effet de serre (GES) est indiqué en kilotonnes-équivalents de CO2/an. Ceci inclut les impacts environnementaux dus à la réduction annuelle des fuites de réfrigérant de synthèse et de la consommation de gaz naturel et d’électricité.

Ressources naturelles CanadaCentre de la technologie de l'énergie de CANMET - Varennes1615, boul. Lionel-Boulet, C.P. 4800Varennes (Québec) J3X 1S6Téléphone : (450) 652-4621 Courriel : [email protected] web : http://ctec-varennes.rncan.gc.ca

La version originale de cette fiche peut être téléchargée du site internet : http://www.arenas.qc.ca

Superficie du bâtiment 3 000 m2

Durée d’opération 9 mois Nombre d’évaporateurs 2 Capacité de refroidissement 280 kWDimensions de la glace 26 x 61 m Hres d’opération/semaine 93 h Type d’évaporateur DX T°alimentation de la glace -10°CÉpaisseur de la glace 25 mm Hres d’éclairage/semaine 80 Nombre de compresseurs 5 Moteurs compresseurs 110 kWNombre de glaces 1 Éclairage de l’enceinte princ. 18 kW Nombre de condenseurs 2 Moteurs condenseurs 7,5 kWEmissivité du plafond 0,85 Nbre surfaçages/semaine 67 Nbre de pompes à saumure 1 Moteur de la pompe 20 kWAnnée de construction 1974 T° eau de surfaçage 65°C Type de réfrigérant R-22 Débit de la pompe 50 L/s

TECHNOLOGIE APPLICABLE AUX ARÉNAS DU QUÉBEC

Les caractéristiques principales ainsi que les modes d’opération de l’aréna type ont été extraits de l’étude « Potentiel d’économies d’énergie enréfrigération dans les arénas du Québec », réalisé par le Centre de la technologie de l’énergie de CANMET-Varennes en décembre 2000.Les consommations d’énergie calculées de l’aréna de référence ci-contre serviront de point de départ aux calculs futurs des économies d’énergieengendrées par l’implantation des mesures éconergétiques.


DESCRIPTION DES CARACTÉRISTIQUES

REMARQUES DU SPÉCIALISTE EN RÉFRIGÉRATION

ÉMISSIONS ANNUELLES DE GAZ À EFFET DE SERRE (GES) POUR L’ARÉNA

* Les calculs des émissions de GES incluent l'énergie électrique, l'énergie fossile ainsi que les fuites de réfrigérant.

PROFIL GÉNÉRAL

AVIS AU LECTEUR : LA PRÉSENTE PUBLICATION EST DIFFUSÉE UNIQUEMENT À TITRE D'INFORMATION. NI LE GOUVERNEMENT DU CANADA, NI SES MINISTRES, AGENTS, EMPLOYÉS OU MANDATAIRES NE DONNENT DE GARANTIEÀ L'ÉGARD DE LA PRÉSENTE FICHE ET N'ASSUMENT AUCUNE RESPONSABILITÉ RELATIVEMENT À L'EXACTITUDE DE L'INFORMATION, À SON CONTENU, À SON USAGE OU AUX DOMMAGES RÉSULTANTS DE SON UTILISATION.

Résistances thermiques globales• Plafond RSI-3,5• Murs extérieurs hors sol RSI-3,2• Fenêtres RSI-0,35

Éclairage et conditionnement de l’airZones Surface Éclairage Tempé- Apport

ratures d’air neuf(Occupation) (%) (W/m

2) (jour/nuit) (L/s/m

2)

• Vestiaires 15 7,9 21°C/13°C 0,60 • Administration 10 10,5 21°C/13°C 0,52• Patinoire 60 10,0 S/O 0,60• Gradins 10 4,4 18°C/13°C 0,60• S. mécanique 5 S/O S/O S/O

• Le chauffage sous la dalle de béton fonctionne à l’électricité. Latempérature de consigne du sol a été fixée à 5°C.

• L’espace des zones « Administration » et « Vestiaires » est chauffé pardeux serpentins électriques de 50 kW chacun. Le chauffage péri-métrique de l’aréna est assuré par des plinthes électriques de 60 kWau total.

• La zone « Gradins » est la seule zone à profiter de la chaleur récu-pérée des gaz chauds de deux compresseurs du système de réfrigé-ration. Le chauffage auxiliaire est assuré par un serpentin électriquede 150 kW.

• Les systèmes de ventilation fonctionnent à débit constant et sontopérationnels 24 heures par jour.

• Les locaux de services électromécaniques ne font pas partie de cetteétude étant donné leur faible influence sur la consommationd’énergie de l’aréna. La surface du sol correspondante est prise en

compte dans le calcul de la surface totale du bâtiment.• Les zones ne sont pas climatisées.

Eau chaude sanitaire• Le chauffage de l’eau sanitaire est assuré par la récupération d’une

partie de l’énergie des gaz chauds de désurchauffe du réfrigérant dedeux compresseurs du système de réfrigération et par un chauffe-eau d’appoint fonctionnant au gaz naturel.

Taux d’humidité de l’air• La zone « Patinoire » a deux déshumidificateurs qui maintiennent

l’humidité relative ambiante à 50%. La charge de refroidissement aété calculée en fonction de cette humidité limite. Il n’y a pas dedéshumidificateurs ou humidificateurs dans les autres zones del’aréna.

Réfrigération• Le rendement du système de réfrigération (EER) est de 1,5 kW/ton

ou 7,85 BTU/hre/Watt• La charge de réfrigérant R-22 du système de réfrigération est de 750

kg avec des pertes annuelles moyennes de 10 % de la charge totaleou de 75 Kg.

Éclairage extérieur• L’éclairage extérieur ne fait pas partie de cette étude.

Données climatiques• Les consommations énergétiques ont été estimées à partir du profil

climatique horaire de la ville de Montréal en 1996.

PROCÉDÉ DE RÉFRIGÉRATION

Réf.

Total des émissions*Tonnes de CO2-éq./an

Aréna de référence 278

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

Eau chaudeRéfrigération Chauffage TotalVentilation

Aréna de référence 105 000 (8 %)670 000 (50 %) 330 000 (25 % ) 1 331 000 (100 % )124 000 (9 %)102 000 (8 %)

Éclairage

KW

h-éq

uiva

lent

s/an

KWh-équivalents/an

Figure 1

Réf.© Sa Majesté la Reine en chef du Canada représentée par le Ministre des Ressources naturelles du Canada, 2003N° de catalogue : M39-83/2003FISBN 0-662-88851-02003/01


Consommation d'énergie de l'aréna



Situation de référence Améliorations proposéesLe rayonnement infrarouge émis par le plafond au-dessus dela patinoire représente jusqu’à 30 % de la charge thermiquedu système de réfrigération. Lors des journées ensoleillées, latoiture de l’aréna atteint des températures bien supérieures àla température ambiante. Cette température se transmet parconduction au plafond de l’enceinte de l’aréna. La tempéra-ture, la couleur et l’émissivité de la surface intérieure du pla-fond sont les principales causes de cette charge thermiquepar rayonnement. L’indice d’émissivitée de la plupart des matériaux utilisés pourles plafonds (bois, acier, etc.), varie entre 0,85 <e< 0,95. Cesmatériaux à indices d’émissivité élevés favorisent le transfertde chaleur entre la surface glacée et le plafond et augmen-tent ainsi la charge de réfrigération.

Pour diminuer la charge de réfrigération due à la radiation duplafond au moins quatre options peuvent être envisagées :• Installer un faux plafond en toile aluminisée à faible indice

d’émissivité;• Couvrir directement le plafond avec un recouvrement alu-

minisé à faible indice d’émissivité (0,05);• Installer un faux plafond avec une toile opaque ayant un

indice d’émissivité de 0,85;• Peindre le plafond avec une peinture à faible indice d’émis-

sivité (0,24).

Impacts directs Impacts indirects• La consommation d’énergie du système de refroidisse-

ment diminue de 93 000 kWh par an, soit une diminutionde 14 % de la charge totale de réfrigération ou près de 7 %d’économies de la consommation totale d’énergie.

• La charge due à la radiation du plafond ne représente plusque 15 % ou 16 % de la charge totale de réfrigération, soitune réduction de près de 50 % de la charge de radiation.

• La réflectivité des plafonds à faible émissivité permet deréduire la puissance d’éclairage (la diminution de laconsommation électrique associée n’est pas comptabiliséedans cette fiche).

• Les conditions de condensation de la vapeur d’eau sur lastructure au-dessus du plafond à faible indice d'émissivitésont réduites.

• La qualité acoustique de l’enceinte principale est améliorée.


L’ajout d’une simple toile entre la glace et le plafond diminue la consommation d’électricité de 77 000 kWh par an. Cette dimi-nution représente plus de 80 % de la diminution potentielle d’énergie consommée calculée pour un faux plafond en toile alu-minisée de faible émissivité. En effet, en plus de masquer le plafond, la toile crée un espace d’air ayant une température moyen-ne moins élevée que celle du toit. La quantité de chaleur radiante échangée entre la toile et la surface glacée est ainsi réduiteconsidérablement.

NOTE : Les consommations énergétiques ainsi que les économies d'énergie ont été estimées à partir du profil climatique de la ville à Montréalen 1996. Le lecteur peut se référer à la fiche technique : Aréna de référence.

INFLUENCE DU TYPE DE PLAFOND DE L'ENCEINTE PRINCIPALE

BÉNÉFICES





Toile suspendue; ε = 0,05 260 ( - 6 % ) Toile intégrée; ε = 0,05 263 ( - 5 % )Toile suspendue; ε = 0,85 263 ( - 5 % )Plafond peint; ε = 0,24 266 ( - 4 % )Plafond de référence; ε = 0,85 278 ( R é f . )

CONTEXTE

1


Toile suspendue ; Toile intégrée ; Toile suspendue ;Plafond peint ; Référence ;

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

105 000 105 000 105 000 105 000 105 000

Eau chaude

577 000 (-14 %)592 000 (-12 %)593 000 (-12 %)611 000 ( -9 % )670 000 ( Réf. )

Réfrigération

329 000329 000329 000329 000330 000

Chauffage air

1 237 000 ( -7 % ) 1 252 000 ( -6 % ) 1 253 000 ( -6 % )1 271 000 ( -5 % )1 331 000 ( Réf. )

Total

124 000 124 000 124 000 124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000 102 000 102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

ε = 0,05ε = 0,05ε = 0,85ε = 0,24ε = 0,85

Figure 1

1© Sa Majesté la Reine en chef du Canada représentée par le Ministre des Ressources naturelles du Canada, 2003N° de catalogue : M39-84/2003FISBN 0-662-88852-92003/01

INFLUENCE DU TYPE DE PLAFOND DE L'ENCEINTE PRINCIPALE




Situation de référence Améliorations proposéesPour la majorité des arénas, la glace de la patinoire est refroi-die par la saumure circulant dans un réseau de tuyauterieencastrée dans la dalle de béton. Une pompe à vitesse constante fait circuler la saumure dansle réseau de tuyauterie en faisant deux passes avant deretourner à l’évaporateur. La pompe à saumure est responsable de plus de 15 % de laconsommation énergétique du système de réfrigération.

L’énergie consommée par le système de réfrigération et lapompe à saumure peut être minimisée par l’utilisation :• de moteurs à 2 vitesses fonctionnant à plein régime le jour

et à bas régime en période d’inoccupation (nuit);• de moteurs à vitesse variable contrôlée par le différentiel

de la température de la saumure;• de 2 ou plusieurs pompes contrôlées par le différentiel de

la température de la saumure ou par une minuterie jour-nuit;

• de circuits de saumure à 4 passes ou plus.

Impacts directs Impacts indirectsEn réduisant la puissance de la pompe à saumure :• La consommation d’énergie de la pompe à saumure et du

système de réfrigération diminue jusqu’à 93 000 kWh/anou soit de 14 %.

• Les réseaux multipasses peuvent affecter l’uniformité de latempérature de la glace.

• La diminution du débit de saumure influence le rendementdu système de réfrigération.


La consommation d’énergie du moteur de la pompe de saumure augmente d’autant la charge de réfrigération. Ce double effetde la pompe sur la consommation d’énergie de l’aréna explique l’impact important que peuvent apporter les stratégies depompage exposées ci-haut. Une de ces stratégies, circuits multipasses de saumure, permet de réduire de moitié le débit néces-saire au refroidissement de la surface glacée. Il faut cependant s’assurer que le système de réfrigération a été conçu ou modifiépour fournir la puissance de réfrigération aux nouvelles conditions de débit.


RELATION ENTRE LE CIRCUIT CALOPORTEUR ET LA PUISSANCE DE POMPAGE

BÉNÉFICES




Total des émissions*Réseau à saumure / type de pompage Tonnes de CO2-éq./ancircuit 4 passes / basse vitesse la nuit 260 ( -6 % ) circuit 5 passes / vitesse fixe 262 ( -6 % ) circuit 4 passes / vitesse fixe 264 ( -5 % ) circuit 2 passes / basse vitesse la nuit 271 ( -3 % ) circuit 2 passes / vitesse variable 269 ( -3 % ) circuit 2 passes / vitesse fixe 278 ( Réf. )

CONTEXTE

2


4 passes/2 vitesses5 passes/vitesse fixe4 passes/vitesse fixe2 passes/vitesse var.2 passes/2 vitesses 2 passes/vitesse fixe

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

105 000 105 000 105 000 105 000 105 000105 000

Eau chaude

577 000 (-14 %) 586 000 (-13 %)595 000 (-11 %)623 000 ( -7 % ) 632 000 ( -6 % ) 670 000 ( Réf. )

Réfrigération

330 000330 000330 000330 000330 000330 000

Chauffage air

1 238 000 ( -7 % ) 1 247 000 ( -6 % ) 1 256 000 ( -6 % )1 284 000 ( -4 % )1 293 000 ( -3 % )1 331 000 ( Réf. )

Total

124 000 124 000 124 000 124 000 124 000124 000

Ventilation

102 000 102 000 102 000 102 000 102 000102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1


RELATION ENTRE LE CIRCUIT CALOPORTEUR ET LA PUISSANCE DE POMPAGE




Situation de référence Améliorations proposéesLes systèmes de réfrigération refroidis à l’air utilisent des com-mandes pressostatiques pour maintenir la température decondensation à plus de 35°C quelle que soit la températurede l’air extérieur. La raison principale pour maintenir la température decondensation à plus de 35°C est d’assurer le démarrage et lafiabilité du système de réfrigération par temps froid.Une autre raison pour maintenir la température de conden-sation élevée est d’assurer une bonne récupération de la cha-leur pour les besoins de chauffage.

Pour diminuer la consommation d’énergie :• Installer un système de réfrigération qui permet la variation

de la température de condensation selon la températureextérieure et la demande de chauffage.

• S’assurer que les échangeurs qui récupèrent la chaleur reje-tée aient une efficacité thermodynamique élevée (aumoins 75 %).

Impacts directs Impacts indirectsEn faisant fonctionner le système à 24°C de température decondensation :• La capacité de réfrigération du système augmente de plus

de 10%.• La consommation d’énergie du système de réfrigération

diminue de 170 000 kWh/an (-25%).• L’abaissement de la température de condensation diminue

cependant l’efficacité de la récupération de chaleur.

• La température de condensation modérée du système deréfrigération prolongera la vie utile des compresseurs etcontribuera à réduire les fuites de réfrigérant des systèmesouverts.


La figure 2 au verso montre l’influence de la température de condensation sur la consommation d’énergie pour le chauffage del’enceinte principale, le système de réfrigération et la somme de ces deux consommations. La consommation du système deréfrigération augmente rapidement avec la température de condensation alors que la consommation d’énergie pour le chauf-fage diminue à cause de la récupération d’énergie. Cependant la somme des deux consommations d’énergie est minimale àune température de condensation située entre 24 et 27°C. Cela démontre que le maximum d’efficacité énergétique de l’arénatype n'est pas nécessairement atteint aux conditions produisant le maximum de récupération de chaleur ni à la température decondensation la plus basse. Même si cette mesure semble simple, elle exige l’intervention d’un spécialiste reconnu en réfrigé-ration pour assurer les performances et la fiabilité de l’opération du système de réfrigération.


OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DE CONDENSATION

BÉNÉFICES




Température variable de condensation 246 (-11 %)Aréna de référence 278 ( Réf. )

CONTEXTE

3



Effet de la température de condensation sur la charge de chauffage et de réfrigération

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

1000000

Température de condensation en (°C)

KW

h-éq

uiva

lent

s/an

Chauffage

Réfrigération

Réfrigération + Chauffage

15 25 3520 4030

Figure 2

T˚condensation 24˚CAréna de référence

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

105 000 105 000

Eau chaude

501 136 (-25 %)670 000 ( Réf. )

Réfrigération

346 000 ( 5 %)330 000 (Réf. )

Chauffage air

1 178 136 (-11 %)1 331 000 ( Réf. )

Total

124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1


OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DE CONDENSATION




Situation de référence Améliorations proposéesLa chaleur émise par l’éclairage dans l'enceinte principalecontribue simultanément à augmenter la charge de réfrigéra-tion de la patinoire et à diminuer la charge de chauffage desgradins. Le bilan se traduit cependant par une augmentationde la consommation d’énergie.La puissance installée de l’éclairage influence directementl’appel de puissance électrique du bâtiment. La consommation d’énergie annuelle de l’aréna de références’établit à 4 500 kWh/kW d’éclairage dans l'enceinte princi-pale soit 4 500 heures d’usage par an, en moyenne.

Il est possible de diminuer les impacts de l’éclairage sur laconsommation d’énergie de l’aréna de la façon suivante :• Utiliser des lampes à plusieurs niveaux d’éclairage et

moduler l’allumage des lampes selon le type d’activité et letaux d’occupation.

• Optimiser la hauteur des luminaires en tenant compte dela réflectance des murs et du plafond à faible indiced’émissivité selon le dégagement nécessaire au-dessus dela patinoire.

Impacts directs Impacts indirects• Chaque kW en moins d’éclairage installé réduit l’appel de

puissance électrique du bâtiment doublement : 1 kW pourl’éclairage même et 0,25 kW pour le système de réfrigéra-tion qui doit extraire la chaleur émise par l’éclairage.

• La consommation d’énergie pour chauffer l’aréna diminuede 500 kWh/an/kW d’éclairage supplémentaire.

• L’utilisation de l’éclairage naturel offre une ambiance quipourrait favoriser l’occupation de jour de l’aréna.


La consommation d’énergie annuelle du système de réfrigération de l’aréna type augmente au taux de 1 200 kWh/kW d’éclai-rage supplémentaire soit 0,2 %. Cette valeur semble marginale si on la compare aux 500 000 kWh/an que les compresseurs dusystème de réfrigération consomment, cependant, l’augmentation de la puissance d’éclairage de 10 kW à 50 kW augmente de10 % la consommation du système de réfrigération.


RÉDUCTION DE LA PUISSANCE D’ÉCLAIRAGE DANS L'ENCEINTE PRINCIPALE

BÉNÉFICES





Éclairage des gradins 10 kW 271 ( -3 % )Éclairage des gradins 18 kW 278 ( Réf. )Éclairage des gradins 24 kW 284 ( 2 % )Éclairage des gradins 48 kW 307 ( 11 % )

CONTEXTE

4


Consommation d'énergie d'éclairageen fonction de la puissance raccordée

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55Puissance de l'éclairage dans l'enceinte de la patinoire (kW)

kWh-

équi

vale

nts/

an

250000

230000

210000

190000

170000

150000

130000

110000

90000

70000

50000

Figure 2

Éclairage 10 kWÉclairage 18 kWÉclairage 24 kWÉclairage 48 kW

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

105 000 105 000 105 000 105 000

Eau chaude

662 000 ( -1 % ) 670 000 ( Réf. )678 000 ( 1 % )706 000 ( 5 % )

Réfrigération

334 000 ( 1 % )330 000 ( Réf. )326 000 ( -1 % ) 315 000 ( -5 % )

Chauffage air

1 297 000 (-3 % ) 1 331 000 ( Réf. ) 1 361 000 ( 2 % )1 474 000 (11 % )

Total

124 000 124 000 124 000 124 000

Ventilation

72 000 ( -29 %) 102 000 ( Réf. ) 128 000 ( 25 %) 224 000 (120 %)

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1


RÉDUCTION DE LA PUISSANCE D’ÉCLAIRAGE DANS L'ENCEINTE PRINCIPALE




Situation de référence Améliorations proposéesPour maintenir le confort des spectateurs, plusieurs opéra-teurs d'arénas maintiennent la température dans les gradinsentre 10°C et 15°C, certains allant jusqu’à 18°C en périoded’occupation. Pour l'aréna de référence, cette températureest responsable de plus de 30 % de la consommation du sys-tème de réfrigération.

Pour diminuer la consommation d'énergie pour le chauffageet la réfrigération :• Diminuer la température dans les gradins la nuit comme le

jour.• Chauffer la zone des gradins avec un plancher radiant à

basse température (< 32°C). Le liquide circulant dans leréseau de tuyauterie encastrée dans le plancher récupère lachaleur rejetée du système de réfrigération.

Impacts directs Impacts indirectsEn diminuant la température de consigne dans les gradins :• La consommation d’énergie du système de refroidisse-

ment diminue.• La consommation d’énergie du système d’énergie de

chauffage des gradins diminue.

• La température dans les gradins affecte le confort des spec-tateurs.


La figure 2, au verso, montre le double effet de la température de consigne dans les gradins sur la consommation des du sys-tème de réfrigération et la consommation pour le chauffage des gradins. Selon les données du modèle, chaque 1°C d'aug-mentation de la température de consigne des gradins correspond à une augmentation de 13 000 kWh/an de la consommationdu système de réfrigération et à une augmentation de 12 000 kWh/an du système de chauffage. Cette augmentation de laconsommation d'énergie de 25 000 kWh/an/°C, qui représente 2 %/°C de la consommation totale, tient compte de la récupé-ration de chaleur du système de réfrigération.

OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DANS LES GRADINS

BÉNÉFICES



CONTEXTE

5





Température des gradins = 10°C 254 ( - 9 % ) Température des gradins = 13°C 262 ( - 6 % ) Température des gradins = 15°C 268 ( - 4 % ) Température des gradins = 18°C 278 ( Réf. ) Température des gradins = 20°C 286 ( + 3 % )

OPTIMISATION DE LA TEMPÉRATURE DANS LES GRADINS


Gradin T=10°CGradin T=13°C Gradin T=15°C Gradin T=18°C Gradin T=20°C

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

1600000

105 000 105 000 105 000 105 000 105 000

Eau chaude

558 000 (-17 %) 598 000 (-11 %) 625 000 ( -7 % ) 670 000 ( Réf. ) 702 000 ( 5 % )

Réfrigération

266 000 (-19 %) 277 000 (-16 %) 289 000 (-12 %) 330 000 ( Réf. )375 000 ( 14 %)

Chauffage

1 155 000 (-13 %) 1 206 000 ( -9 % ) 1 245 000 ( -6 % )1 331 000 ( Réf. )1 408 000 ( 6 % )

Total

124 000 124 000 124 000 124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000 102 000 102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Influence de la température de l’air sur la consommation d’énergie pour le chauffage des gradins et des compresseurs

350000

400000

450000

500000

550000

Compresseurs

Chauffage

KW

h-éq

uiva

lent

s/an

Température des gradins en °C10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Figure 1

Figure 2




Situation de référence Améliorations proposéesLa plupart de arénas maintiennent la température de la glaceconstante durant toute la saison. Une minorité d'opérateursd’arénas varient la température de consigne de la glace selonles activités ou durant la nuit en période d’inoccupation.

Il est possible de diminuer la consommation énergétique dusystème de réfrigération de la façon suivante :• Faire varier la température de consigne de la glace pen-

dant les saisons selon la nature des activités :Hockey : -6 °C et –5 °CPatinage artistique : -4 °C et –3 °CPatinage libre : -3 °C et –2 °CAucune activité : -2 °C et –1 °C

• Arrêter la pompe à saumure et le système de réfrigérationdurant les périodes d’inactivité prolongée. La mesure de latempérature de la glace par un capteur infrarouge permetde redémarrer la réfrigération à une température de glacepréétablie.

Impacts directs Impacts indirectsEn permettant l’augmentation de la température de la glacedurant la nuit :• La consommation d’énergie du système de réfrigération

diminue.• La capacité du système de réfrigération augmente.

• La consommation d’énergie de chauffage diminue légère-ment au niveau des gradins en arrêtant le système de réfri-gération et la pompe de saumure.

• Les coûts d’entretien sont diminués.• La longévité des composantes est accrue.


La figure 1 montre que le seul fait de permettre l’augmentation de la température de la glace durant la nuit permet d’écono-miser 18 000 kWh (1 %) par année. Ce chiffre d’inclut pas la diminution de consommation d’énergie qui pourrait résulter del’arrêt du système de réfrigération et de la pompe à saumure. La figure 2 montre que la consommation d’énergie varie de 21 000 kWh/an/°C de variation de la température de glace.

GESTION DE LA TEMPÉRATURE DE LA GLACE

BÉNÉFICES



CONTEXTE

6





T°glace constante jour/nuit ( T°JOUR = -5°C ) 278 ( Réf. )T°glace variable durant la nuit ( T°JOUR = -5°C et T°NUIT = -1°C ) 275 ( -1 % )T°glace variable jour/nuit ( T°JOUR = -5°C et T°NUIT = -3°C ) 274 ( -1 % )

Effet de la température de la glacesur la consommation totale d'énergie de l'aréna

1200000

1220000

1250000

1270000

1300000

1320000

1350000

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0Température de la glace en °C

Consommation totale d'énergie

KW

h-éq

uiva

lent

s/an

Figure 2

T˚Glace variableT˚Glace variable nuitT˚Glace constante

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

105 000 105 000 105 000

Eau chaude

652 000 ( -3 % )655 000 ( -2 % )670 000 ( Réf. )

Réfrigération

328 000328 000330 000

Chauffage air

1 311 000 (-2 % )1 314 000 (-1 % )1 331 000 ( Réf. )

Total

124 000 124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1

6© Sa Majesté la Reine en chef du Canada représentée par le Ministre des Ressources naturelles du Canada, 2003N° de catalogue : M39-89/2003FISBN 0-662-88857-X2003/01

GESTION DE LA TEMPÉRATURE DE LA GLACE




Situation de référence Améliorations proposéesL’aréna type actuel n’utilise pas de pompes à chaleur. Une par-tie de l’énergie contenue dans les gaz chauds au refoulementdes compresseurs est récupérée pour produire de l’eau chaudedomestique et pour chauffer l’air de l’enceinte principale. Pourmaximiser la récupération de chaleur, la température decondensation du système de réfrigération est maintenue à plusde 40°C au détriment de la perte de puissance du système derefroidissement et de la consommation d’énergie des compres-seurs. La température de condensation de 40°C et plus estmaintenue même si la demande de chauffage diminue.Contrairement à l’enceinte principale, les locaux périmétriquescomme l’entrée principale, les bureaux et les vestiaires ne béné-ficient pas de l’énergie récupérée du système de réfrigération.

Pour diminuer la consommation d’énergie :• Utiliser un système de réfrigération refroidi par un fluide

secondaire qui alimente un réseau de pompes à chaleur.Celui-ci valorisera l’énergie rejetée en chauffage utile pourl’enceinte principale, les bureaux, les vestiaires, les locauxpérimétriques, l’eau chaude domestique et en préchauffa-ge utile pour l’eau de la surfaçeuse.

Impacts directs Impacts indirects• En faisant fonctionner le système à 24°C de température

de condensation, la capacité de réfrigération du systèmeaugmente de plus de 10 %.

• La consommation d’énergie du système de réfrigérationdiminue de 170 000 kWh/an (-25 %).

• Lorsque le système de réfrigération est en opération, lademande de chauffage de tous les locaux de l’aréna peutêtre complètement satisfaite par le réseau de pompes àchaleur.

• La consommation de toutes les autres sources d’énergie dechauffage de l’espace est remplacée par la consommationd’électricité du réseau de pompes à chaleur.

• La consommation totale d’énergie de l’aréna diminue de360 000 kWh (-27 %).

• La température de condensation modérée du système deréfrigération prolongera la vie utile des compresseurs.

• L’utilisation d’un réseau de pompes à chaleur peut aug-menter l’appel de puissance électrique de l’aréna.


L’intégration du système de réfrigération à un réseau de pompes à chaleur diminue la consommation totale d’énergie de plusde 27 % par rapport à l’aréna de référence. Cette réduction majeure de consommation d’énergie résulte de l’utilisation de lachaleur de condensation pour satisfaire les besoins de chauffage de l’enceinte principale et des autres locaux de l’aréna.L’utilisation d’un refroidisseur de fluide évaporatif diminuera encore plus la consommation du système de réfrigération tout enmaintenant la récupération de chaleur.

UTILISATION D’UN RÉSEAU DE POMPES À CHALEUR

BÉNÉFICES



CONTEXTE

7





Aréna avec réseau de pompes à chaleur 166 ( -40 % )Aréna de référence 278 ( Réf. )

Réseau de pompes à chaleurAréna de référence

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

105 000 105 000

Eau chaude

501 000 (-25 %)670 000 ( Réf. )

Réfrigération

136 000 (-25 %)330 000 ( Réf. )

Chauffage air

968 000 (-27 %)1 331 000 ( Réf. )

Total

124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1


UTILISATION D’UN RÉSEAU DE POMPES À CHALEUR




Situation de référence Améliorations proposéesDans la majorité des arénas, l’épaisseur de la glace varie de20 mm à 40 mm et l’épaisseur de béton qui recouvre leréseau de tuyaux de saumure est de 25 mm.

Pour diminuer la consommation d’énergie du système deréfrigération :• Maintenir l’épaisseur de la glace à une épaisseur optimale

de 25 mm.• S’assurer que l’épaisseur du béton qui recouvre la tuyauterie

où circule le réfrigérant secondaire, n’excède pas 25 mm.

Impacts directs Impacts indirectsLa puissance et le rendement du système de réfrigérationsont directement affectés par l’épaisseur de la glace et dubéton. Plus l’épaisseur de ces matériaux est importante, plusle système de réfrigération consomme de l’énergie électriquepour maintenir la surface glacée à la température désirée :10 000 kWh/an/pouce de glace et 3 000 kWh/an/pouce debéton.

En raison de l’augmentation de l’épaisseur de la glace ou dubéton, la consommation supplémentaire d’énergie électriquedu système de réfrigération offre plus d’énergie à récupérerpour satisfaire les besoins de chauffage de l’aréna.


Tel que démontré à la figure 2, la diminution de l’épaisseur de la glace ou du béton a un impact important sur la consomma-tion d'énergie du système de réfrigération. Par contre, la consommation totale d’énergie n’est pas affectée parce que l’aug-mentation de la consommation d’énergie du système de réfrigération est compensée par la quantité de chaleur récupérée.Malgré cette constatation, nous recommandons de diminuer l’épaisseur de la glace et du béton pour deux raisons : le systèmede réfrigération fournit plus de puissance de froid avec un meilleur rendement et il opère dans des conditions moins sévères cequi augmente sa durée de vie. Un réseau de pompes à chaleur revalorisant l’énergie rejetée par le système de réfrigération rédui-rait significativement la consommation d’énergie pour le chauffage (voir Fiche technique N° 7 : Utilisation d’un réseau depompes à chaleur).

IMPACT DE L’ÉPAISSEUR DE LA GLACE ET DE LA DALLE DE BÉTON

BÉNÉFICES


CONTEXTE

8






Épaisseur de la glace 20 mm et béton 25 mm 266 ( -1 % )Épaisseur de la glace 20 mm et béton 50 mm 267 (-0,5 %)Épaisseur de la glace 25 mm et béton 25 mm 267 (-0,5 %)Épaisseur de la glace 50 mm et béton 50 mm 268 ( Réf. )Épaisseur de la glace 50 mm et béton 25 mm 268 ( - )

Consommation d'énergie du système de réfrigération en fonction de l'épaisseur de la glace et du béton.

445000

450000

455000

460000

465000

10 20 30 40 50 60Épaisseur de la glace en mm

KW

h-éq

uiva

lent

s/an

Béton 25 mm. (1 po.)

Béton 50 mm. (2 po.)

Figure 2

Glace 20mm/Béton 25mmGlace 25mm/Béton 25mmGlace 50mm/Béton 25mmGlace 20mm/Béton 50mmGlace 50mm/Béton 50mm

0

200000

400000

600000

800000

1000000

1200000

1400000

105 000 105 000 105 000 105 000 105 000

Eau chaude

605 000 (-2 %) 607 000 (-2 %)616 000 (-1 %)608 000 (-2 %) 619 000 ( Réf.)

Réfrigération

352 000 ( 4 %)350 000 ( 3 %)340 000 ( 1 %)349 000 ( 3 %)338 000 ( Réf.)

Chauffage air

1 288 000 ( - ) 1 288 000 ( - ) 1 287 000 ( - )1 288 000 ( - )1 288 000 (Réf.)

Total

124 000 124 000 124 000 124 000 124 000

Ventilation

102 000 102 000 102 000 102 000 102 000

Éclairage

kWh-

équi

vale

nts/

an

kWh-équivalents/an

Figure 1


IMPACT DE L’ÉPAISSEUR DE LA GLACE ET DE LA DALLE DE BÉTON


Documents

Préface - Fiches techniques sur les impacts de nouvelles