ÉTUDE DE FAISABILITÉ
Remplacement du système
au R-22
Projet : Complexe sportif Robert-Hartley
Distribution:
Nicole Trudeau, Director of Recreation
and Tourism
Préparé par:
Samuel Desmeules, Ing., M. Ing.
OIQ #: 5047092
Systèmes Énergie TST inc.
________________________________
Version 1.0
Date : 11 novembre 2019
SOMMAIRE EXÉCUTIF
L’entreprise Systèmes Énergie TST inc. (TST) a été mandatée afin de réaliser une étude de faisabilité pour
le remplacement des systèmes de réfrigération actuels utilisant le réfrigérant R-22 du Complexe sportif
Robert-Hartley. L’objectif de l’étude consiste à analyser les différentes options en réfrigération pour
remplacer le système de réfrigération actuel au R-22. L’analyse permet de déterminer l’option de
remplacement à privilégier pour les besoins de l’aréna et présente également des recommandations de
mise aux normes et de mise à niveau de systèmes mécaniques ainsi que des mesures d’économies
d’énergie. L’analyse financière considère l’évaluation des coûts énergétiques et d’entretien sur une
période de 20 ans.
Trois options de systèmes de réfrigération ont été étudiées dans le cadre de cette étude :
Option A – Nouveau système au CO2 (R-744)
Option B – Nouveau système à l’ammoniac (R-717)
Option C – Nouveau système au réfrigérant synthétique HFO R-513A
L’analyse s’est basée sur un nouveau système de réfrigération avec les spécifications suivantes :
Capacité frigorifique de 70 Tonnes de réfrigération (TR);
Pression de tête flottante;
Refroidisseur de liquide (ou de gaz) de type adiabatique, permettant de limiter la pression de
décharge des compresseurs;
Une pompe de saumure de 25 HP avec entrainement à fréquence variable;
Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau;
Un serpentin au glycol de 200 kW (680 MBH) pour le chauffage de l’air de l’enceinte;
Un échangeur de chaleur pour le chauffage de la fosse à neige et du sous-dalle de 80 kW (275
MBH).
Les options de systèmes de réfrigération étudiées incluent des concepts de récupération de chaleur
remplaçant les systèmes existants ainsi que des mesures d’économies d’énergie. Ces mesures consistent :
Installation d’une nouvelle unité de traitement de l’air suspendu pour le chauffage de l’enceinte
de l’aréna;
Installation d’un VRC pour la ventilation des vestiaires, permettant de préchauffé l’air neuf par
l’air évacué;
Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude par un nouveau réservoir de 800
gallons ou plus;
Ajout d’un serpentin de récupération de chaleur de 50 kW (170 MBH) pour la fonte des neiges
dans la fosse prévue à cet effet;
Installation d’un serpentin de récupération de chaleur au glycol de 200 kW (680 MBH) dans la
nouvelle unité de ventilation;
Installation d’un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude
domestique;
Échangeur de chaleur pour le chauffage sous-dalle (30 kW (102 MBH) ).
Installation d’un entrainement à fréquence variable sur la pompe de saumure;
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Installation d’une toile réfléchissante au-dessus de la glace.
Selon notre analyse énergétique et économique effectuée, l’option de réfrigération ayant le coût global
annualisé le plus faible est l’option C, soit un nouveau système au réfrigérant synthétique (R-513a).
L’investissement total net pour le remplacement du système, incluant l’ensemble des travaux connexes
définis ci-haut, est de 1 628 000 $ avant taxes (1 839 640 $ avec des taxes à un taux de 13 %). Sur une
période de 20 ans, en tenant compte des coûts d'investissements, d'énergie, de réfrigérant, d'opération,
d'entretien et de remplacement ainsi que de la valeur résiduelle des équipements, le coût global
annualisé est de 264 576 $/an avant taxes pour cette option. La valeur annualisée du R-744 (CO2) est de
270 870 $ et celle du R-717 (ammoniac) est de 274 575 $. L’analyse s’est réalisée en l’absence de
subventions pour financer le projet.
EXECUTIVE SUMMARY
TST Energy Systems Inc. (TST) was mandated to perform a feasibility study concerning the replacement of
an existing refrigeration system that uses R-22 refrigerant (under phase-out), at the Robert-Hartley sports
complex. The study’s main goal is to analyze the various options that could replace the existing system.
The analysis determines the preferred replacement option for the arena's needs, presents
recommendations to reach present-day building codes and standards, upgrade the mechanical
systems, as well as propose energy saving measures. The accompanying financial analysis considers the
evaluation of energy and maintenance costs over a 20-year period.
In the present study, three (3) options were evaluated:
Option A – New CO2 (R-744) system
Option B – New ammonia (R-717) system
Option C – New synthetic refrigerant HFO R-513A system (innovative refrigerant)
The analysis was based on the following specifications:
Refrigeration capacity of 70 tons of refrigeration (TR);
Floating head pressure;
Adiabatic-type liquid chiller (or gas), to limit the discharge pressure of the compressors;
25 HP brine pump with a variable frequency drive;
Desuperheater (heat reclaim) for water pre-heating, with a capacity of 88 kW (300 MBH);
Glycol fan coil for space heating, with a capacity of 200 kW (680 MBH);
Heat exchanger for heating of the arena snow pit and the sub-slab, with a capacity of 80 kW (275
MBH).
Heat reclaim reuses energy that might otherwise not be harnessed and can be used to reduce
operational cost, energy consumption and equipment requirements. The proposed options to replace
the refrigeration system introduce heat recovery concepts, as well as certain energy efficiency measures.
These measures are:
Installation of a new suspended air handler unit for space heating;
Installation of a Heat Recovery Ventilation (HRV) unit dedicated to the changing room, allowing
the preheating of fresh air with exhaust air;
Replacement of the hot water storage tank with a new 800 gallon tank (or more);
Adding a 50 kW (170 MBH) heat recovery coil for melting snow in the pit;
Installation of a 200 kW (680 MBH) glycol coil for heat recovery in the new air handler unit;
Installation of a desuperheater for pre-heating domestic hot water, with a capacity of 88 kW (300
MBH);
Installation of a heat exchanger to provide for sub-slab heating, with a capacity of 30 kW (102
MBH);
Installation of a variable frequency drive on the brine pump;
Installation of a reflective foil above the ice rink.
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According to our energy and financial analysis, the refrigeration option with the lowest annualized cost is
Option C, a system that uses the synthetic refrigerant (R513a). The total net investment cost for the system
replacement, including the related works defined above, is $1,628,000 before taxes ($1,839,640 with taxes
at 13%). Over a 20-year period, considering costs related to investment, energy, refrigerant, operation,
maintenance, as well as residual value of the equipment, the annualized cost is $264,576/year, before
taxes, for Option C. The annualized value of the R-744 (CO2) system is $270,870 and that of the R-717
(ammonia) system is $274,575. The analysis was performed without considering potential incentives.
TABLE DES MATIÈRES
1. INTRODUCTION ............................................................................................................8
2. BUILDING DESCRIPTION ............................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.
2.1 Generalities ............................................................................................................................................ 9
2.2 Actual refrigeration system description ..................................................... Erreur ! Signet non défini.
2.3 Description des systèmes CVCA ........................................................................................................ 11
2.3.1 Enceinte de la patinoire ......................................................................................................... 11
2.3.2 Vestiaires .................................................................................................................................... 11
2.4 Réseau d’eau chaude sanitaire........................................................................................................ 12
2.5 Éclairage .............................................................................................................................................. 13
3. BILAN ÉNERGÉTIQUE .................................................................................................. 13
3.1 Électricité .............................................................................................................................................. 13
3.2 Gaz naturel .......................................................................................................................................... 15
3.3 Energy assesment ......................................................................................... Erreur ! Signet non défini.
4. OPTIONS – SYSTÈMES DE RÉFRIGÉRATION ................................................................ 20
4.1 Description des réfrigérants................................................................................................................ 20
4.2 Considérations pour le remplacement des systèmes ..................................................................... 21
4.3 Option A - Système au CO2 (R-744) .................................................................................................. 22
4.3.1 Spécifications du système de réfrigération ......................................................................... 22
4.3.2 Spécifications du système de rejet de chaleur .................................................................. 22
4.3.3 Spécifications du système de récupération de chaleur .................................................. 22
4.3.4 Spécifications du dimensionnement .................................................................................... 24
4.4 Option B - système à l’ammoniac (R-717) ........................................................................................ 26
4.4.1 Spécifications du système de réfrigération ......................................................................... 26
4.4.2 Spécifications du système de rejet de chaleur .................................................................. 26
4.4.3 Spécifications du système de récupération de chaleur .................................................. 26
4.4.4 Spécifications du dimensionnement .................................................................................... 27
4.5 Option C - système préassemblé au réfrigérant synthétique (R-513a) ......................................... 29
4.5.1 Spécifications du système de réfrigération ......................................................................... 29
4.5.2 Spécifications du système de rejet de chaleur .................................................................. 29
4.5.3 Spécifications du système de récupération de chaleur .................................................. 29
4.5.4 Spécifications du dimensionnement .................................................................................... 30
5. RECOMMANDATIONS ............................................................................................... 32
5.1 Ventilation de l’enceinte .................................................................................................................... 32
5.2 Ventilation des vestiaires .................................................................................................................... 33
5.3 Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude ...................................................... 34
5.4 Ajout d’un serpentin de fosse à neige .............................................................................................. 34
6. MESURES ÉCONERGÉTIQUES ..................................................................................... 35
6.1 Mesures éconergétiques .................................................................................................................... 35
6.1.1 Serpentin de récupération de chaleur de l’enceinte ...................................................... 35
6.1.2 Désurchauffeur ......................................................................................................................... 36
6.1.3 Pompe de saumure avec entraînement à fréquence variable .................................... 36
6.1.4 Plafond à faible indice d’émissivité ...................................................................................... 36
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7. GESTION DE RISQUES................................................................................................. 37
8. IMPACT ENVIRONNEMENTAL .................................................................................... 38
9. ANALYSE FINANCIÈRE ............................................................................................... 39
9.1 Présentation des résultats de l’analyse financière .......................................................................... 39
9.2 Analyse du coût global et recommandation .................................................................................. 41
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1. INTRODUCTION
La ville d’Hawkesbury a mandaté l’équipe de Systèmes Énergie TST Inc. (TST) pour réaliser une étude
de faisabilité pour le remplacement du système de réfrigération de l’aréna de la ville. L’objectif de
l’analyse consiste à détailler trois options viables pour le remplacement du système actuel afin de
permettre à la municipalité de choisir l’option répondant le mieux aux besoins actuels et futurs de l’aréna.
La première option consiste à l’implantation d’un système préfabriqué fonctionnant au réfrigérant
naturel R-744 (CO2) localisé dans la salle mécanique existante.
La deuxième option consiste à l’implantation d’un système fonctionnant au R-717 (ammoniac)
dans un local préfabriqué et localisé à l’extérieur du bâtiment.
La troisième option consiste à l’implantation d’un système préfabriqué fonctionnant au réfrigérant
synthétique HFO R-513a localisé dans la salle mécanique existante.
Le présent rapport y détaille :
la description générale du bâtiment;
le bilan énergétique des différentes sources d’énergie;
l’analyse des systèmes électromécaniques de l’aréna;
des mesures d’économies d’énergie;
des recommandations;
la gestion de risques;
les impacts environnementaux;
l’analyse financière.
Les recommandations de TST
L'étude technico-économique et l'analyse énergétique soumis dans ce rapport sont basées sur les
informations suivantes :
Le relevé des factures mensuelles de consommation électrique et de gaz naturel pour la période
du 01 janvier 2016 au 31 décembre 2018.
Le relevé technique des caractéristiques des équipements électromécaniques effectué par TST
en date du 08 août 2019.
L'utilisation du chiffrier d’évaluation financière d’options en réfrigération (CÉFOR) développé par
Ressources naturelles Canada.
Les résultats financiers présentés dans ce rapport sont des estimations de type classe 3 (± 20%). Les
montants indiqués sont des estimations établies par des entrepreneurs ou par des fournisseurs et basé sur
des projets similaires. À moins d’indication contraire, ces estimations incluent le matériel et l'installation,
l’administration et profits (15%) et une contingence (10%).
Note importante : Les capacités de certains systèmes mécaniques (pompes, réfrigération, etc.) sont
basées sur des hypothèses pour la réalisation de cette étude. Les valeurs présentées doivent être revues,
validées et confirmées par l’ingénieur concepteur ou une personne autorisée lors de la réalisation du
projet. De plus, le bâtiment est un complexe sportif qui inclut une piscine, un gymnase et un aréna. Seuls
seront considérés, dans la présente étude, les éléments concernant l’aréna.
Remerciements : L’équipe de TST tient à remercier la ville d’Hawkesbury pour sa confiance envers
Systèmes Énergie TST pour l’élaboration de cette étude.
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2. DESCRIPTION DU BÂTIMENT
2.1 Généralités
Le complexe sportif Robert-Hartley, localisé dans la ville d’Hawkesbury, est le centre sportif le plus
important pour la ville et les environs. Le complexe est composé d’une piscine, d’un gymnase et d’un
aréna. La portée de la présente étude se limite uniquement à l’aréna.
L’aréna du complexe a été construit en 1978. À l’origine, le bâtiment a été conçu et construit pour
deux glaces. Toutefois, aujourd’hui, une des deux glaces a été fermée et le complexe opère seulement
avec une seule glace. La deuxième glace a été remplacée par un gymnase. L’aréna est en mesure
d’opérer pour 12 mois, mais les administrateurs opèrent actuellement l’aréna sur une période de 8 mois,
de septembre jusqu’à fin avril. L’aréna a une superficie de 3 050 m2 (32 800 pi2), où l’on retrouve
l’enceinte de la glace, huit vestiaires, des salles de rangement, une salle mécanique et le garage de la
surfaceuse. Le prochain tableau présente l’horaire typique de l’aréna.
Tableau 1 : Heures d’ouverture de l’aréna
Zones Semaine Fin de semaine
Hiver Été Hiver Été
Glace et gradins 10h00 à 23h00 Fermé 6h30 à 0h00 Fermé
Vestiaires 10h00 à 23h00 Fermé 6h30 à 0h00 Fermé
Les gradins ont une capacité de places assises à pleine capacité de ±250 spectateurs. Il est aussi possible
d’avoir près d’une centaine de spectateurs debout.
2.2 Description du système de réfrigération actuel
Le système de réfrigération actuel de l’aréna est composé de deux unités de réfrigération construites
sur place, une unité pour chaque glace. Chaque unité de réfrigération est composée de quatre
compresseurs réciproques au R-22. Chaque compresseur fonctionne à entrainement direct avec un
moteur électrique. Les deux systèmes sont utilisés lors du démarrage de la glace mais les opérations
normales utilisent seulement un seul système. Le système est installé dans une salle mécanique située à
proximité du garage de la surfaceuse. Les spécifications d’un des systèmes de réfrigération se résument
comme suit :
4 compresseurs réciproques de type ouvert équipés d’un moteur de 25 HP chaque.
Capacité nominale du système de réfrigération de 193,5 kW (55 TR) pour une T°evap=-14°C (7°F)
et T°cond=38°C (100°F)
Évaporateur noyé de type tubes et calandre
Réfrigérant secondaire : Calcium Chloride 21%
Une pompe de circulation de la saumure froide :
o Débit nominal : 850 GPM
o Puissance nominale : 30 HP
Quantité de réfrigérant R-22 : Estimation à ± 365 kg ( 800 lbs)
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Contrôles autonomes
Figure 1a) et b) : Systèmes de réfrigération utilisés au complexe sportif Robert-Hartley
On retrouve un total de quatre condenseurs Keeprite (deux par unité de réfrigération), situés au toit,
pour le rejet de chaleur des deux systèmes de réfrigération. Chaque condenseur possède les
caractéristiques suivantes :
Fluide utilisé : R-22
Nombre de ventilateurs : 6
Puissance nominale des ventilateurs : 2,3 kW (3 HP)
Figure 2 : Condenseurs utilisés pour le rejet de chaleur de l’aréna
Il n’y a aucune récupération de chaleur du système de réfrigération pour le chauffage de l’air des
espaces de l’aréna et pour le préchauffage de l’eau chaude utilisée pour les douches et pour la
surfaceuse.
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2.3 Description des systèmes CVCA
2.3.1 Enceinte de la patinoire
Le seul équipement de ventilation qui alimente l’enceinte de l’aréna est une unité de déshumidification
de marque CDI avec les caractéristiques suivantes :
Déshumidification par roue dessicante régénérée au gaz naturel;
Débit d’alimentation de 2 740 L/s (5 800 CFM) avec un ventilateur de 7,5 kW (10 HP);
Capacité maximale du brûleur de régénération au gaz naturel de 122 kW (417 MBH);
Débit de régénération de 640 L/s (1 350 CFM) avec un ventilateur de 1,5 kW (2 HP);
Figure 3 : Unité de déshumidification de l’enceinte de l’aréna
On retrouve aussi deux ventilateurs d’évacuation qui permettent de ventiler l’enceinte lorsque requis.
Les spécifications de ces ventilateurs, obtenues à partir des plans existants, sont :
Débit d’évacuation de ±1 415 L/s (±3 000 CFM) par ventilateur;
Puissance du ventilateur à 0,38 kW (½ HP);
Contrôles manuels;
On retrouve aussi cinq tubes radiatifs chauffant au gaz naturel pour les gradins de l’enceinte. Chaque
tube a une capacité estimée à 115 000 MBH avec une efficacité nominale de 80%.
2.3.2 Vestiaires
Les vestiaires sont alimentés par une unité 100% air frais (Make-up air unit) de Price industries qui alimente
l’ensemble le corridor des vestiaires. L’unité possède les caractéristiques suivantes :
Débit d’alimentation de 1 415 L/s (3 000 CFM) avec un moteur ayant une capacité nominale de
1,5 kW (2 HP)
Brûleur au gaz naturel de 117 kW (400 MBH )
Efficacité de combustion à 80%
On retrouve aussi un réseau d’évacuation par un système avec les caractéristiques suivantes :
Débit d’évacuation de 1 250 L/s (2 650 CFM) avec un moteur ayant une capacité nominale de
0,75 kW (1 HP)
Finalement, on retrouve des plinthes électriques dans chaque vestiaire.
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2.4 Réseau d’eau chaude sanitaire
L’eau chaude sanitaire du bâtiment (vestiaires de la piscine et de l’aréna) et de la surfaçeuse est
produite à l’aide de deux chaudières Laars à condensation :
Capacité de 399 MBH
Ratio de modulation de 5 :1
Efficacité de combustion pouvant atteindre 96,5%
Figure 4 : Chaudière à condensation pour les besoins d’eau chaude domestique du bâtiment
L’eau chaude de la resurfaceuse est produite à l’aide de deux thermo-2000 d’une capacité de 120
gallons chaque, un pour chaque glace. Avec la fermeture d’une des glaces, un des thermo-2000 n’est
plus utilisé.
Un réservoir d’environ 1 700 gallon est localisé dans la salle mécanique. Ce réservoir, servant à
accumuler l’eau chaude par la récupération de chaleur du système de réfrigération, a été installé lors
de la construction du bâtiment. Ce réservoir n’est plus utilisé depuis plusieurs années.
Figure 5: Réservoir d'accumulation de l'eau chaude par le désurchauffeur
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2.5 Éclairage
On retrouve, dans le bâtiment, quatre principaux types d’éclairage.
Luminaires high bay au LED : Luminaires utilisés pour éclairer l’enceinte de la glace. La charge
de ces luminaires est estimée à 6,8 kW (44 luminaires à +/- 150 W).
Tubes fluorescent T81 : Luminaires utilisés dans les vestiaires, au niveau des gradins, dans la salle
mécanique et la salle d’entreposage. La charge de ces luminaires est estimée à 4,7 kW. (±160
luminaires à 32 W)
Tubes Fluorescent T12 : Luminaires utilisés dans la salle mécanique et dans l’enceinte. La
charge de ces luminaires est estimée à 0,6 kW (14 luminaires à 45 W).
La charge totale des luminaires est établie à 12 kW.
3. BILAN ÉNERGÉTIQUE
Le bâtiment utilise l’électricité et le gaz naturel comme sources d’énergie. Dans le cadre de l’aréna,
l’électricité est utilisé pour les besoins d’éclairage, des forces motrices des pompes, des ventilateurs, des
compresseurs, du condenseur et des charges aux prises diverses. Le gaz naturel est utilisé pour le
chauffage de l’enceinte et des vestiaires, de la production d’eau chaude sanitaire et d’eau de
procédé (surfaçage) ainsi que du fonctionnement de la zamboni.
3.1 Électricité
Le bâtiment possède un seul compteur d’électricité. Ce dernier a subi des travaux dans la période de
2017-2018 suite à un problème sanitaire. Étant donné que la facturation de cette période ne reflète pas
les activités normales de l’aréna, ce sont les données de facturation de l’année 2016 qui seront utilisées
pour définir le bilan énergétique de l’électricité du bâtiment. Cette période est considérée comme
étant la période de référence.
En l’absence de sous-compteurs pour la consommation de l’aréna seulement, le prochain tableau
présente la facturation de l’électricité pour l’ensemble du bâtiment.
1 Le remplacement de ces luminaires par des tubes au DEL permettrait de réduire la consommation de ces luminaires de 50% tout
en ayant une durée de vie augmentée de plus du double par rapport aux tubes T8/T12 actuels.
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Table 2 : Consommation électrique de 2016 du complexe sportif Robert-Hartley
Facture d’électricité
de à jours Consommation
nette
(kWh)
Consommation
brute
(kWh)
Puissance
réelle
(kW)
Coûts $
taxes incl.
Coûts $
taxes excl.
2016-01-01 2016-01-31 31 178 200 378 25 953 $ 22 967 $
2016-02-01 2016-02-28 28 197 400 368 32 789 $ 29 016 $
2016-03-01 2016-03-31 31 174 600 376 25 130 $ 22 239 $
2016-04-01 2016-04-30 30 155 400 314 27 967 $ 24 749 $
2016-05-01 2016-05-31 31 72 000 166 12 302 $ 10 866 $
2016-06-01 2016-06-30 30 62 400 138 12 094 $ 10 702 $
2016-07-01 2016-07-31 31 74 400 363 12 381 $ 10 956 $
2016-08-01 2016-08-31 31 181 800 372 31 090 $ 27 513 $
2016-09-01 2016-09-30 30 160 800 332 21 265 $ 18 818 $
2016-10-01 2016-10-31 31 174 000 347 31 740 $ 28 088 $
2016-11-01 2016-11-30 30 174 000 379 27 641 $ 24 461 $
2016-12-01 2016-12-31 31 184 200 W/O W/O W/O
Total : 365 1 789 200 232 712,01 $ 205 939,81 $
Coûts moyen 0,144 $
La consommation annuelle d’électricité du complexe sportif est de 1 789 200 kWh avec des coûts de
215 907,55 $ avant taxes. Le coût moyen de l’électricité est approximativement de 0,144$/kWh sans les
taxes. La prochaine figure présente la consommation sous forme graphique.
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Figure 6 : Consommation électrique de 2016 du complexe sportif Robert-Hartley sur une base
journalière.
Il n’a pas été possible d’établir un profil de consommation en lien avec la météo, pour la simple raison
que l’électricité n’est que très peu utilisé pour le chauffage du bâtiment. La consommation électrique
dépend des activités du bâtiment et non de la météo.
3.2 Gaz naturel
Le bâtiment possède un seul compteur de gaz naturel. Le bilan énergétique du gaz naturel a été
effectué en fonction du relevé des factures mensuelles de consommation de gaz naturel pour la
période allant de janvier 2018 à décembre 2018. Cette période est considérée comme étant la période
de référence. En l’absence de sous-compteurs pour la consommation de l’aréna seulement, le prochain
tableau présente la facturation de gaz naturel pour l’ensemble du bâtiment.
0
1 000
2 000
3 000
4 000
5 000
6 000
7 000
8 000M
on
thly
co
nsu
mp
tio
n o
n d
ay-t
o-d
ay b
asis
(kW
h/d
ay)
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Table 3 : Consommation mensuelle de gaz naturel au complexe sportif Robert-Hartley
Facture de gaz naturel
De À Jours Consommation
(m3) Eq. kWh
Coûts $
taxes incl.
Coûts $
taxes excl.
2017-12-21 2018-01-22 33 28 451 299 589 9644,88 8535,30
2018-01-23 2018-02-21 30 27 143 285 816 9201,47 8142,90
2018-02-22 2018-03-20 27 27 636 291 007 9368,60 8290,80
2018-03-21 2018-04-20 31 18 172 191 351 6160,30 5451,60
2018-04-21 2018-05-19 29 15 157 159 603 5138,22 4547,10
2018-05-20 2018-06-21 33 3 548 37 360 1202,77 1064,40
2018-06-22 2018-07-20 29 3 220 33 907 1091,58 966,00
2018-07-21 2018-08-22 33 7 073 74 479 2397,74 2121,90
2018-08-23 2018-09-22 31 8 093 85 219 2743,52 2427,90
2018-09-23 2018-10-22 30 14 898 156 876 5050,42 4469,40
2018-10-23 2018-11-19 28 20 660 217 550 7003,74 6198,00
2018-11-20 2018-12-20 31 24 199 254 815 8203,46 7259,70
Total : 365 198 250 2 087 573 62 726 $ 55 510 $
Coûts moyen 0,28 $
La consommation annuelle de gaz naturel est de 198 250 m3 pour un coût total de 55 510 $ avant taxes..
La prochaine figure présente la consommation mensuelle sous forme graphique.
Figure 7 : Consommation de gaz naturel du complexe sportif Robert-Hartley sur une base journalière.
À partir de ces données, il a été possible d’établir une corrélation entre la consommation de gaz naturel
et de la météo. Le prochain tableau présente la consommation normalisée du bâtiment à partir des
données de facturation de 2016.
0
200
400
600
800
1000
1200
Mo
nth
ly C
on
sum
pti
on
on
day
-to
-day
b
aqis
(m
3/d
ay)
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Table 1 : Consommation mensuelle normalisée du bâtiment
Modèle de régression du gaz naturel
Mois normalisé Nb jours DJC18 Consom. (m3/jr) Consom. Mens.
(m3) Cons. Mens. (kWh) Coût ($ av taxes)
Janvier 31 902 1 019 31 603 332 782 9 480
Février 28 759 963 26 955 283 836 8 086
Mars 31 657 794 24 611 259 156 7 383
Avril 30 378 549 16 460 173 322 4 938
Mai 31 164 340 10 542 111 002 3 162
Juin 30 12 200 6 015 63 333 1 804
Juillet 31 0 189 5 861 61 718 1 758
Août 31 0 189 5 861 61 718 1 758
Septembre 30 120 303 9 097 95 789 2 729
Octobre 31 332 495 15 336 161 489 4 600
Novembre 30 516 680 20 398 214 793 6 119
Décembre 31 769 897 27 808 292 814 8 342
Total : 365 4 609 200 546 2 111 752 60 164
La prochaine figure présente les résultats sous forme graphique.
Figure 8 : Consommation de gaz naturel normalisée du complexe sportif Robert-Hartley sur une
base journalière.
0
200
400
600
800
1000
1200
Mo
nth
ly C
on
sum
pti
on
on
day
-to
-day
b
aqis
(m
3/d
ay)
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3.3 Bilan énergétique
La facturation est basée sur l’ensemble du bâtiment, qui inclut un aréna, une piscine et un gymnase.
Les activités de l’aréna se passent sur 8 mois alors que les activités du reste du bâtiment sont à l’année.
En l’absence de compteur distinct, la consommation énergétique de l’aréna a été basée par des
analyse comparative de bâtiments similaires. Le prochain tableau présente les résultats de ces
approximations de la consommation énergétiques de l’aréna.
Tableau 4 : Consommation globale de l’aréna
Consommation globale
Type d’énergie Consommation totale Consommation aréna Ratio (%)
Électricité 1 789 200 kWh 577 370 kWh 32 %
Gaz naturel 200 546 m3 65 550 m3 33 %
La consommation énergétique se répartit dans différents postes de consommation. Le prochain
tableau présente les estimations de la consommation énergétique totale (électricité et gaz naturel)
selon différents postes pour l’aréna seulement. Ces valeurs sont basées sur la capacité des équipements
obtenus par les plaques signalétiques, les horaires typiques de l’aréna ainsi que par des études similaires
d’autres arénas.
Tableau 5 : Bilan énergétique de l’aréna
Bilan énergétique de l’aréna
Description Électricité
(kWh)
Gaz naturel
(m3)
Total
(kWh)
%
Réfrigeration
(compresseurs, condenseur & pompes) 473 630 0 473 630
41,3
Ventilation (Exhaust fan, MUA) 1 620 0 1 620 0,1
Déshumidification
(Ventilateur et roue dessicante) 12 310 7 180 72 820
6,3
Éclairage 56 930 0 56 930 5,0
Charge aux prises
(surfaceuse ordinateur, outils, varia) 10 540 3 160 46 280
4,0
Chauffage
(glace et vestiaire) 17 850 42 965 379 800
33,1
Eau chaude domestique
(Douche et surfaçage) 4 470 12 245 116 065
10,1
Total 577 350 65 550 1 147 145 100%
La prochaine figure présente la répartition énergétique sous forme de graphique :
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Figure 9 : Répartition des postes de consommation énergétique de l’aréna d’Hawkesbury
Le graphique démontre que le poste de consommation le plus élevé est celui de la réfrigération (total
de 41,3 %) suivi par le chauffage des espaces (33,1 %) et de l’eau chaude domestique (10,1%). À noter
que la consommation pour le chauffage est très élevée pour ce type de bâtiment en comparaison
avec d’autres études effectuées pour des arénas similaires. Cette consommation élevé est
principalement causée par l’absence de récupération de chaleur du système de réfrigération.
41,3%
0,1%6,3%5,0%4,0%
33,1%
10,1%
Bilan énerrgétique de l'aréna du complexe
Refrigeration Ventilation Deshumidification Lighting
Plug loads Heating DHW
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4. OPTIONS – SYSTÈMES DE RÉFRIGÉRATION
Le concept fondamental est basé pour un système alimentant une seule glace pour une période
typique de 9 mois. Trois options de systèmes de réfrigération sont étudiées dans le cadre de cette étude
pour le système de l’aréna. Les options ont été analysées en fonction des prix budgétaires provenant
d’entrepreneurs et de fournisseurs en réfrigération :
Option A – Nouveau système préassemblé au réfrigérant naturel CO2 (R-744).
Option B – Nouveau système préassemblé à l’ammoniac (R-717).
Option C – Nouveau système monobloc au réfrigérant synthétique HFO R-513a.
4.1 Description des réfrigérants
Réfrigérant R-22 (scénario actuel): Le réfrigérant R-22 est de la famille des hydrochlorofluorocarbures
(HCFC). L’utilisation de cette famille de réfrigérant est règlementée selon le Règlement sur les substances
appauvrissant la couche d’ozone de la Loi canadienne sur la protection de l’environnement. Il s’agit
d’un réfrigérant possédant un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone de 0,05 ainsi qu’un
potentiel de réchauffement climatique de 1 810. Ce type de réfrigérant est voué à une élimination
complète du marché. Face à cette élimination, le coût d’achat pour l’entretien et la réparation des
fuites augmentera rapidement.
Réfrigérant R-744 (CO2) : Le R-744 est un réfrigérant naturel et ne contribue pas à l’appauvrissement de
la couche d’ozone. Son impact environnemental est quasi nul en comparaison avec les réfrigérants
synthétiques. Son potentiel de réchauffement climatique est de 1. Ce réfrigérant ne peut être utilisé
qu’avec un nouveau système de réfrigération conçu spécifiquement pour cette application.
L’utilisation de ce type de réfrigérant ne demande généralement pas de mesures spécifiques au niveau
de la salle de mécanique et de l’entretien. Les principaux désavantages de l’utilisation de ce réfrigérant
sont la disponibilité limitée de la main-d’œuvre spécialisée (la disponibilité est sujette à changement).
De plus, les pressions élevées, au niveau du réfrigérant utilisé, demande une attention particulière en
lien avec la sécurité et la gestion de risques.
Réfrigérant R-513a (HFO) : Le réfrigérant HFO R-513a fait partie de la famille des hydrofluoroléfines (HFO).
Ce réfrigérant azéotrope est un réfrigérant synthétique, au même titre que le R-22, mais n’affecte
toutefois pas la couche d’ozone. Le potentiel de réchauffement climatique du R-513a est d’environ 650.
L’utilisation de ce type de réfrigérant ne demande pas de mesures particulières au niveau de la salle de
mécanique et de l’entretien. Le principal inconvénient de l’utilisation de ce réfrigérant est la
performance énergétique généralement moindre en comparaison avec d’autres réfrigérants.
Réfrigérant R-717 (ammoniac) : Le R-717 est un réfrigérant naturel et ne contribue pas à
l’appauvrissement de la couche d’ozone ni à l’émission de gaz à effet de serre (GES). Son impact
environnemental est nul. Toutefois, ce réfrigérant se classe dans le type B-2 du CSA-B52, ce qui signifie
que ce réfrigérant est toxique pour l’homme et qu’il est inflammable. Son utilisation nécessite donc des
exigences particulières pour la sécurité, tels qu’une salle mécanique de classe T (salle étanche avec
une résistance aux incendies accrue), un système d’évacuation avec un cône d’accélération, un plan
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de mesure d’urgence avec les autorités de la ville, etc. Une maintenance rigoureuse est aussi requise
pour minimiser les risques de fuites.
Le tableau suivant présente les caractéristiques des réfrigérants, soit le R-22 (référence actuelle), le
R-744 (CO2) et le R-513a (synthétique).
Tableau 6 : Tableau comparatif des réfrigérants à l’étude
Description R-22
(HCFC)
R-744
(CO2)
R-513a
(HFO)
R-717
(ammoniac)
Potentiel d’appauvrissement de
la couche d’ozone (PDO)
0,05 (Élimination en
2020) 0 0 0
Potentiel d’émission de gaz à
effet de serre (PRG) 1 810 1 ±650 1
Quantité de réfrigérant dans le
système de réfrigération Importante Moyenne Moyenne Faible
Disponibilité de la main-
d’œuvre qualifiée Très bonne Moyenne Très bonne Très bonne
Classification du frigorigène1
(toxicité et inflammabilité) A1 (faible) A1 (Faible) A1 (faible) B2 (élevé)
Avancement technologique Maturité Avancé Maturité Maturité
Disposition particulière salle
mécanique Aucune Aucune Aucune Classe T
Performance énergétique Bonne Moyenne Moyenne Excellente
Récupération de chaleur Bonne Bonne Moyenne Bonne
1 La classification présente une lettre (A ou B) qui définisse le niveau de toxicité et un chiffre (1,2 ou 3) qui définisse le niveau d’inflammabilité.
4.2 Considérations pour le remplacement des systèmes
Les options de remplacement de ce système de réfrigération considèrent les éléments suivants :
Les mesures d’économies d’énergie suivantes sont appliquées pour chaque option :
o Système de contrôle DDC permettant, entre autres, la programmation de séquences,
d’horaires de fonctionnement, de variation des points de consigne, d’opération à
pression de tête flottante des compresseurs et autres.
o Réseau de récupération de chaleur incluant :
Chauffage pour l’unité de ventilation de la glace.
Préchauffage de l’eau chaude des douches et pour la surfaceuse.
Chauffage de la fosse à neige
Chauffage sous-dalle
o Entraînement à fréquence variable sur la pompe de saumure froide.
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4.3 Option A - Système au CO2 (R-744)
L’option A présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la
production de glace artificielle par un nouveau système au CO2. L’installation comprend un système de
réfrigération préassemblé qui sera installé dans la salle mécanique actuelle.
4.3.1 Spécifications du système de réfrigération
Capacité frigorifique de 246 kW (70 tonnes).
Quatre compresseurs semi-hermétiques à piston d’une capacité de 30,5 kW (40,8 BHP) chacun
(moteur nominal de 33,6 kW (45 HP)). Un compresseur sera équipé d’un entraînement à
fréquence variable pour moduler la charge de réfrigération.
COP de conception des compresseurs à 2,05 avec Tévaporation -14 °C (7°F) et Tsortie_refroidisseur 29 °C
(84°F).
Pression de tête flottante.
Évaporateur de type tubes et calandre au CO2/Saumure.
Une pompe de saumure froide de 18,7 kW (25 HP) munie d’un entraînement à fréquence
variable.
Une pompe de glycol pour la fosse à neige de 0,75 kW (1 HP) et une pompe de 1,12 kW (1,5
HP) pour le chauffage sous-dalle
Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude.
Un (1) serpentin de récupération de chaleur direct au CO2 pour l’unité de ventilation d’une
capacité totale de 200 kW (680 MBH).
Un échangeur de chaleur de CO2/glycol avec une capacité de 80 kW (272 MBH) pour le
chauffage du serpentin de fosse à neige et pour le chauffage du sous-dalle.
Panneau de contrôles et de démarreurs.
Contrôle DDC avec poste opérateur, affichage graphique et accès à distance.
Durée de vie moyenne du système de 25 ans.
Charge de réfrigérant de ±350 kg.
Le COPcompresseur en conception du système est de 2,05 (T°évap :7°F/T°cond :84°F) tandis que son
COPglobal (performance incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 1,7.
4.3.2 Spécifications du système de rejet de chaleur
Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de gaz adiabatique dans lequel circule
directement le CO2. Le refroidisseur de gaz utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller des
tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce type d’installation
permet de réduire le nombre de ventilateurs requis pour assurer sa fonction dans les conditions de
conception, permettant des économies à l’achat et d’énergie. Ce système n’est pas soumis au
Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite pas de
système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de gaz adiabatique est équipé de trois ventilateurs munis
d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le refroidisseur de gaz
peut être localisé sur le toit, à l’emplacement des condenseurs actuels, ou au sol.
4.3.3 Spécifications du système de récupération de chaleur
Cette configuration sera équipée des éléments suivants :
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Un désurchauffeur d’une capacité de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude
raccorder sur un réservoir d’accumulation.
Un serpentin de récupération de chaleur direct au CO2 sera installé dans l’unité de traitement
de l’air d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).
Un serpentin pour la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW (170 MBH)
Échangeur de chaleur avec une capacité de 30 kW (102 MBH) pour le chauffage sous-dalle
La prochaine figure présente un schéma explicatif du réseau.
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Figure 10 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système au CO2
4.3.4 Spécifications du dimensionnement
L’unité de réfrigération sera localisée dans la salle mécanique actuelle selon les dimensions
approximatives illustrées à la figure suivante, soit 6 m (20’) x 1,8 m (6’) avec des dégagements de
maintenance de 0,9 m (3’) sur trois côtés du système.
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Figure 11 : Aménagement de la salle mécanique avec système de réfrigération CO2
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4.4 Option B - système à l’ammoniac (R-717)
L’option B présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la
production de glace artificielle par un nouveau système à l’ammoniac. L’installation comprend un
système de réfrigération préassemblé qui sera installé dans une salle mécanique de classe T, externe au
bâtiment.
4.4.1 Spécifications du système de réfrigération
Capacité frigorifique totale de 246 kW (70 tonnes)
2 compresseurs à piston ouvert d’une capacité de 42 kW (56 BHP) chacun (moteur nominal
de 44,8 kW (60 HP)).
COP de conception à 2,9 avec Tévaporation -14,0 °C (7°F) et Tcondensation de 35,0 °C (95 °F)
Un évaporateur de type à plaques ammoniac/saumure.
Une pompe de saumure froide de 18,7 kW (25 HP) munie d’un entraînement à fréquence
variable.
Une pompe primaire de glycol de 3,73 kW (5 HP) et une pompe secondaire pour le sous-dalle
de 1,12 kW (1,5 HP)
Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude.
Un Échangeur de chaleur ammoniac/glycol d’une capacité de 280 kW (955 MBH) pour
alimenter le serpentin au glycol de l’unité de ventilation de l’enceinte, le serpentin de fosse
à neige et le chauffage sous-dalle.
Panneau de contrôles et de démarreurs.
Contrôle DDC avec poste opérateur, affichage graphique et accès à distance.
Durée de vie moyenne du système de 25 ans.
Charge de réfrigérant de ±75 kg.
Le COPcompresseur en conception du système est de 2,9 tandis que son COPglobal (performance
incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 2,2.
4.4.2 Spécifications du système de rejet de chaleur
Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de liquide adiabatique dans lequel circule une
boucle de glycol. Le condenseur adiabatique utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller
des tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce système n’est pas
soumis au Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite
pas de système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de liquide adiabatique est équipé de trois
ventilateurs munis d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le
refroidisseur de liquide adiabatique sera localisé au-dessus de la salle mécanique externe.
4.4.3 Spécifications du système de récupération de chaleur
Le rejet de chaleur se fera à l’aide d’un échangeur de type à plaques connecté à un réseau de glycol.
Cette boucle de chauffage alimentera les éléments suivants :
Un désurchauffeur d’une capacité de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude
raccorder sur un réservoir d’accumulation.
Un serpentin de récupération de chaleur au glycol sera installé dans l’unité de traitement de l’air
d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).
Un serpentin au glycol pour le chauffage de la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW
(170 MBH)
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Échangeur de chaleur avec une capacité de 30 kW (102 MBH) pour le chauffage sous-dalle
La prochaine figure présente un schéma explicatif du réseau.
Figure 12 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système à l’ammoniac
4.4.4 Spécifications du dimensionnement
Les spécifications de la salle mécanique, pour un système à l’ammoniac, sont de classe T selon la norme
B52. La configuration actuelle de la salle mécanique ne permet pas de respecter ces critères. Une
solution consiste à construire une nouvelle salle mécanique qui pourrait être localisée à l’arrière du
bâtiment tel qu’illustré à la figure suivante. La salle mécanique préfabriquée aura une dimension de 10,4
m (34’) de long par 3,7 m (12’) de large par 3,3 m (10’) de haut. Le refroidisseur de liquide adiabatique
sera localisé sur le dessus de cette salle mécanique.
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Figure 12 : Emplacement potentiel de la nouvelle salle mécanique
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4.5 Option C - système préassemblé au réfrigérant synthétique (R-513a)
L’option C présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la
production de glace artificielle par un nouveau système au HFO R-513a. L’installation comprend un
système de réfrigération préassemblé qui sera installé dans la salle mécanique actuelle.
4.5.1 Spécifications du système de réfrigération
Capacité frigorifique total de 246 kW (70 tonnes).
2 compresseurs semi-hermétiques à vis d’une capacité de 53,5 kW (72 BHP) chacun
(moteur nominal de 56 kW (75 HP)).
COP de conception à 2,2 avec Tévaporation -14,0 °C (7°F) et Tcondensation de 38,0 °C (100 °F)
Un évaporateur de type tubes et calandre HFO/saumure.
Une pompe de saumure froide de 15 kW (20 HP) munie d’un entraînement à fréquence
variable.
Une pompe primaire de glycol de 3,73 kW (5 HP) et une pompe secondaire pour le sous-dalle
de 1,12 kW (1,5 HP)
Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude.
Un Échangeur de chaleur ammoniac/glycol d’une capacité de 280 kW (955 MBH) pour
alimenter le serpentin au glycol de l’unité de ventilation de l’enceinte, le serpentin de fosse
à neige et le chauffage sous-dalle.
Panneau de contrôle et de démarreurs.
Contrôle DDC avec poste opérateur, affichage graphique et accès à distance.
Durée de vie moyenne du système de 25 ans.
Charge de HFO de ±260 kg.
Le COPcompresseur en conception du système est de 2,2 tandis que son COPglobal (performance
incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 1,8.
4.5.2 Spécifications du système de rejet de chaleur
Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de liquide adiabatique dans lequel circule une
boucle de glycol. Le condenseur adiabatique utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller
des tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce système n’est pas
soumis au Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite
pas de système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de liquide adiabatique est équipé de trois
ventilateurs munis d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le
refroidisseur de liquide adiabatique sera localisé au-dessus de la salle mécanique externe.
4.5.3 Spécifications du système de récupération de chaleur
Le rejet de chaleur se fera à l’aide d’un échangeur de type à plaques connecté à un réseau de glycol.
Cette boucle de chauffage alimentera les éléments suivants :
Un désurchauffeur d’une capacité de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude
raccorder sur un réservoir d’accumulation. La température de surchauffe des compresseurs ne
dépasse généralement pas 65°C (150 °F) à pleine charge, limitant le potentiel de récupération
de l’eau chaude.
Un serpentin de récupération de chaleur au glycol sera installé dans l’unité de traitement de l’air
d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).
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Un serpentin au glycol pour le chauffage de la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW
(170 MBH)
Échangeur de chaleur avec une capacité de 30 kW (102 MBH) pour le chauffage sous-dalle
Figure 13 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système au R-513a
4.5.4 Spécifications du dimensionnement
L’unité de réfrigération sera localisée dans la salle mécanique actuelle selon les dimensions
approximatives illustrées à la figure suivante, soit 6 m (20’) x 1,8 m (6’) avec des dégagements de
maintenance de 0,9 m (3’) sur trois côtés du système.
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Figure 14 : Aménagement de la salle mécanique avec un système de réfrigération R-513a
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5. RECOMMANDATIONS
Les recommandations décrites dans cette section sont des éléments qui ne sont pas nécessairement
associés à des mesures d’efficacité énergétiques mais plutôt des éléments qui sont considérés comme
des éléments essentiels au bon fonctionnement d’un aréna.
Dans les recommandations suivante, TST cherche toujours à proposer des solutions d’efficacité
énergétiques mais la prise décisionnelle de ces recommandations ne doit pas être basée sur la
rentabilité des économies d’énergies mais plutôt sur le respect des normes et règlementations en vigueur
et sur les bonnes pratiques retrouvées dans les autres arénas du même type.
5.1 Ventilation de l’enceinte
L’aréna ne possède actuellement aucun système de ventilation pour le traitement de l’air de l’enceinte
et pour l’admission de l’air neuf lorsque le niveau de CO2 et/ou CO dépasse les seuils acceptables selon
les normes et règlementation en vigueur. Le chauffage se fait majoritairement par les tubes radiatifs. Le
déshumidificateur aide à chauffer les espaces par son processus de déshumidification de la roue
dessicante mais cette unité est principalement en fonction en début et en fin de saison, là où la
demande de chauffage est la plus faible. De plus, les règlements en vigueur exigent d’avoir une
ventilation permettant un renouvellement de l’air des espaces (ASHRAE 62.1 du CNB). L’admission de
l’air sans chauffage peut engendrer d’importants problèmes de confort.
Les unités de ventilation que l’on retrouve généralement dans les arénas sont des unités de traitement
d’air personnalisée munis d’une prise d’air neuf, d’un retour, d’un serpentin de récupération de chaleur
provenant du système de réfrigération et d’un chauffage d’appoint qui peut être soit à l’électricité ou
au gaz naturel. L’unité de ventilation proposée pour le projet possède les caractéristiques suivantes :
Unité de traitement de l’air avec un débit de 4 000 L/s (8 500 CFM)
Alimentation en air frais de 1 890 L/s (4 000 CFM)
Serpentin de récupération de chaleur de 200 kW (680 MBH)
Brûleur au gaz d’une capacité nette de 203 kW (700 MBH)
Les travaux incluent aussi l’ajout de conduits de ventilation installés au-dessus des gradins pour une
distribution adéquate de l’air dans l’espace de l’enceinte. Les coûts associés à cette mesure sont
estimés à ±153 300$. Ces travaux incluent :
Fourniture et installation de l’unité de traitement de l’air
Conduit d’alimentation d’air neuf avec volet motorisé et persienne
Conduit de distribution de l’air traité dans l’enceinte
Raccordement électrique
Travaux de contrôles (sondes seulement)
Fourniture et installation d’un brûleur au gaz dans le conduit
Fourniture et installation d’un serpentin de récupération au glycol (raccordement
exclue)
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Installation d’un serpentin de récupération d’énergie
Contingence de 10%
Frais généraux (administration et profit) de 15%.
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception.
5.2 Ventilation des vestiaires
Les vestiaires de l’aréna sont seulement alimentés par une unité 100% air neuf de type make-up air. La
recommandation suivante consiste à remplacer l’unité de ventilation make-up air par une unité de type
ventilateur récupérateur de chaleur (VRC). Ce type de système permet l’admission simultanément avec
l’évacuation de l’air de l’espace desservi. L’air frais est chauffé à partir de l’air évacué à partir d’un
échangeur à plaque. Ces échangeurs à plaque peuvent avoir une efficacité variant entre 50% jusqu’à
70%, dépendant du matériel utilisé.
Figure 15 : Schema of a heat recovery ventilator (HRV)
(© https://barrieheatingcooling.ca/blog/what-is-an-hrv/)
Un serpentin de chauffage d’appoint est requis pour permettre une alimentation adéquate dans les
zones desservies. Les travaux incluent aussi l’ajout de conduit d’alimentation d’air pour une meilleure
distribution de l’air neuf dans le corridor des vestiaires. La capacité de l’unité devra être évaluée en
conception, mais TST estime qu’une alimentation approximative de 950 L/s (2000 CFM) serait suffisante
pour respecter les normes de ventilation applicables.
Les économies énergétiques associées à l’implantation de cette mesure sont de l’ordre de ±5 400 m3
pour un échangeur ayant une efficacité de 70%. Cela permet des économies nettes de 1 510 $
(0,28$/m3).
Les coûts associés à cette mesure sont estimés à ±42 100$. Ces travaux incluent :
Fourniture et installation d’un VRC
Modification des conduits actuels
Raccordement électrique
Travaux de contrôles (sondes seulement)
Travaux de plomberie (drainage de l’unité)
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Contingence de 10%
Frais généraux (administration et profit) de 15%.
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception.
5.3 Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude
Le réservoir actuel date de l’année de construction du bâtiment et il n’est plus utilisé depuis des années.
TST n’a pas été en mesure de constaté l’état actuel du réservoir à l’intérieur, mais par expérience avec
un autre aréna où un remplacement d’un réservoir de 40 ans est en cours, nous avons des raisons de
croire que ce réservoir âgé de 45 ans ait dépassé sa fin de vie utile. De plus, l’isolation est probablement
à base d’amiante. Une étude de confirmation doit être réalisée à ce propos.
TST recommande le remplacement du réservoir actuel par un nouveau réservoir de 800 gallons. Cette
capacité permet une récupération de chaleur optimale provenant du système de réfrigération pour les
besoins de l’aréna. Les coûts pour le remplacement du réservoir actuel par un nouveau réservoir de 800
gallons sont estimés à 68 900$. Les travaux incluent :
Démolition du réservoir actuel (travaux d’amiante)
Fourniture et installation d’un nouveau réservoir de 800 gallons
Raccordement à la tuyauterie existante et au système de réfrigération
Contingence de 10%
Frais généraux (administration et profit) de 15%.
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. Le réservoir peut aussi être utilisé pour
les besoins d’eau chaude des douches des vestiaires de la piscine et du gymnase. Dans ce cas, une
étude approfondie sur le dimensionnement du réservoir serait requise afin de déterminer un
dimensionnement adéquat pour répondre à l’ensemble du bâtiment.
5.4 Ajout d’un serpentin de fosse à neige
Actuellement, les opérations de l’aréna oblige d’aller vider la neige à l’extérieur du bâtiment. Cette
situation a deux enjeux :
Une importante infiltration d’air dans l’enceinte du bâtiment lors de l’ouverture de porte
La neige envoyée à l’extérieur est considérée comme des déchets biologiques2
La Ville a une responsabilité légale à propos de cette neige souillée. Une solution pour remédier à cette
situation est l’ajout d’un serpentin de fonte des neiges. L’ajout de ce serpentin permettrait une
économie de gaz naturel de 1 575 m3, ce qui revient à une économie de 400$ annuellement (0,28$/m3).
Les coûts d’installation de ce serpentin sont estimés à ±40 000$. Ces travaux incluent :
Serpentin de fonte de neige
2 https://www.orfa.com/page-1863184
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Tuyauterie et pompes
Tranché dans le béton et coulage de béton
Raccordement de la pompe circulatrice
Travaux de contrôles
Contingence (10%)
Frais généraux (administration et profit) de 15%.
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception.
6. MESURES ÉCONERGÉTIQUES
6.1 Mesures éconergétiques
Dans un objectif d’amélioration de l’efficacité énergétique du Complexe Sportif Robert-Hartley, cinq
mesures d’efficacité énergétique sont proposées en fonction de leur faisabilité et de leur intégration au
bâtiment actuel. Chaque mesure est analysée indépendamment sans tenir compte des effets croisés
entre les mesures.
Les mesures sont analysées d’un point de vue économique afin de déterminer si leur implantation
représente un investissement intéressant. Le retour sur l’investissement simple est également présenté.
6.1.1 Serpentin de récupération de chaleur de l’enceinte
Actuellement, il n’y a aucune unité de ventilation pour permettre la récupération de chaleur. Toutefois,
si une unité de ventilation sera installée, il deviendra possible d’installer un serpentin de récupération
dans l’unité de ventilation. Le serpentin permet de récupérer la chaleur provenant des compresseurs et
de chauffer l’enceinte, minimisant l’énergie requise pour chauffer l’espace. Les économies associées
d’un serpentin de 200 kW (680 MBH) sont de ±28 800 m3, ce qui représente des économies de 8 070$
(0,28$/m3) annuellement.
Les coûts d’installation d’un serpentin sont estimés à 45 735$. Ces travaux incluent :
Fourniture et installation d’un serpentin au glycol de 200 kW (680 MBH)
Tuyauterie, valves et accessoires de plomberie
Fourniture et installation d’une pompe circulatrice
Travaux électriques (raccordement de la pompe)
Travaux de contrôles
Contingence (10%)
Frais généraux (administration et profit) de 15%
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. À noter que l’estimé budgétaire est
basé pour 45 m (150’) de tuyauterie. Ce montant est sujet à changement en fonction de l’emplacement
du serpentin. Le retour sur investissement revient à 5,7 ans.
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6.1.2 Désurchauffeur
Le désurchauffeur est un échangeur de chaleur haute température utilisé pour le chauffage de l’eau
chaude sanitaire utilisé pour les douches et pour le procédé de la resurfaceuse. Afin d’offrir un maximum
de récupération, il est généralement prévu d’avoir un réservoir d’accumulation de l’eau préchauffé
(voir section 5.3). Ce réservoir permet de récupérer en continue la chaleur provenant de la surchauffe
des compresseurs et de réduire grandement la consommation de gaz naturel destiné au chauffage de
l’eau chaude. Les économies associées à l’installation d’un désurchauffeur raccordé à un réservoir
d’accumulation sont de 6 200 m3, ce qui revient à des économies de 1 700$ annuellement (0,28$/m3).
Les coûts d’installation d’un désurchauffeur sont de 13 500$. Ces travaux incluent :
Fournir et installer un désurchauffeur
Tuyauterie et accessoires de plomberie
Travaux de contrôles
Raccordement électrique de la pompe
Contingence (10%)
Frais généraux (administration et profit) de 15%
L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. Le retour sur investissement revient à 8
ans.
6.1.3 Pompe de saumure avec entraînement à fréquence variable
La pompe de saumure actuelle fonctionne à pleine capacité et ce, en tout temps lors de la période
d’ouverture de l’aréna. La pompe actuelle a une puissance nominale de 22,4 kW (30 HP), la pompe
consomme près de 128 780 kWh annuellement. Toutefois, la charge de réfrigération est moins
importante la nuit car on y retrouve aucune charge solaire, des luminaires, du surfaçage et des
occupants. Ainsi, l’ajout d’un entraînement à fréquence variable permet de réduire le débit de la
saumure jusqu’à 50% du débit nominal lors des périodes nocturnes.
Le remplacement par une pompe de 18,7 kW (25 HP) équipé d’un entraînement à fréquence variable
permettrait de générer des économies d’électricité de 44 900 kWh, ce qui équivaut à 4 900$
(0,115$/kWh). Les coûts d’investissements budgétaires sont estimés à 9 780$ pour la fourniture et
l’installation de l’équipement. On obtient une période de retour sur investissement de 2,0 années.
6.1.4 Plafond à faible indice d’émissivité
Le plafond de la glace est actuellement un pontage métallique en acier galvanisé. Lorsque ce matériau
est neuf, son émissivité est relativement basse (émissivité (ε)=25%) et permet d’avoir une charge radiative
faible entre le plafond et la glace. Toutefois, avec le temps, ce matériau s’oxyde et son émissivité se
dégrade jusqu’à un facteur estimé à 85%. Cette valeur est proche de celle d’un corps noir (ε=100%), le
facteur d’émissivité le plus haut possible. Ainsi, un plafond possédant une émissivité plus élevée
augmente de manière significative la charge de refroidissement du système de réfrigération.
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Afin de diminuer la charge de réfrigération, nous recommandons l’installation d’une toile à faible indice
d’émissivité (ε=5%) au niveau de la glace. Cette toile peut être installée sous le pontage métallique avec
des fourrures créant ainsi un espace d’air pour la circulation. L’installation de cette toile augmente aussi
le niveau d’éclairage sur la glace et réduit la possibilité de condensation au plafond. Les économies
associées à l’installation de cette toile sont estimées à 42 600 kWh, ce qui équivaut à 4 900 $
(0,115$/kWh).
Les coûts budgétaires pour l’installation de cette toile sont de 52 000$. Ces coûts incluent la fourniture
et l’installation de la toile au-dessus de la glace. La période de retour sur investissement (PRI) nette est
donc de 10,6 années.
7. GESTION DE RISQUES
Un profil de vulnérabilité indiquant les infrastructures vulnérables et les populations à risque vivant dans
un rayon de 300 m autour de l’établissement est présenté ci-dessous.
Figure 7 : Étendue d’un rayon de 300 m autour de l’établissement
Selon les informations obtenues sur Google Maps, les établissements à risque dans ce rayon sont :
École secondaire Paul VI Catholic
École primaire Nouvel Horizon
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Mairie
Bureau de police
Chevalier de Colomb Conseil Dollar 2183
Complexe sportif Robert-Hartley
Résidences
Pour les options utilisant le CO2 ou le R-513a, il est considéré qu’il n’y a pas de dangers significatifs pour
les habitants de la ville d’Hawkesbury. Cependant, pour l’option de l’ammoniac, il est fortement
recommandé de procéder à une analyse de risques avec les habitants circonscrits par le rayon identifié.
8. IMPACT ENVIRONNEMENTAL
Cette section présente l’impact environnemental au niveau de la réduction des gaz à effet de serre
(GES) pour chaque option. Le tableau suivant présente la réduction totale de GES par rapport au statu
quo en considérant la diminution des GES pour le changement de réfrigérant et la diminution de
consommation d’électricité pour les différentes options présentées. Le prochain tableau présente cette
analyse.
Tableau 7 : Bilan environnemental des solutions proposées pour le complexe sportif Robert-Hartley
Statu quo A B C
R-22
HCFC
CO2
(R-744)
Ammoniac
(R-717)R-513A
PRG 1810 1 0 650
Quantité de réfrigérant (kg) 365 350 75 260
Pertes annuelles 10% 10% 2% 5%
GES équivalents (Tonnes de CO2 équivalents) 76 0,04 0 8
PRG (0,03 kg CO2 équivalent/kWh) 0,03 0,03 0,03 0,03
Consommation annuelle électrique (kWh) 473 651 557 236 430 591 526278
GES équivalents (Tonnes de CO2 équivalents) 14,2 16,7 12,9 15,8
Émission total de GES anuellement 90,2 16,8 12,9 24,2
Diminuation total de GES par rapport au Statu quo N/A 73,5 77,3 66,0
Source de GES
Réfr
igéra
nt
Éle
ctr
icit
éT
ota
l
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9. ANALYSE FINANCIÈRE
9.1 Présentation des résultats de l’analyse financière
L’analyse financière a été réalisée à l’aide du chiffrier d’évaluation financière d’options en réfrigération
(CÉFOR) développé par Ressources naturelles Canada. Les résultats de l’analyse financière sont
présentés pour chacune des options. Les résultats ont été obtenus en considérant une analyse financière
sur un horizon de 20 ans.
Les résultats détaillés des coûts des options pour l’aréna sont présentés dans le tableau 7.
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Tableau 8 : Résultats détaillés des coûts des options pour le remplacement du système de réfrigération
Le prochain tableau présente l’analyse économique du cycle de vie de l’équipement sur une période
de 20 ans. Le taux d’actualisation est établi à 5% alors que l’inflation pour la main d’œuvre et dépenses
d’entretien est établi à 2% et à 3% pour l’énergie (électricité et gaz naturel).
Tableau 9 : Résultats détaillés des coûts des options pour le remplacement du système de réfrigération
Option A B C
CO2
(R-744)
Ammoniac
(R-717)
HFO
(R-513A)
Primary refrigerant CO2 Ammoniac R-513A
Refrigeration system 675 000 $ 828 000 $ 642 000 $
Heat recovery (coils, desuperheater) 78 447 $ 90 214 $ 78 447 $
Labour time 113 017 $ 91 821 $ 108 067 $
Commisionning 30 000 $ 30 000 $ 30 000 $
Contingency (10%) 89 646 $ 104 004 $ 85 851 $
Overhead and profits (15% ) 147 917 $ 171 606 $ 141 655 $
Sub-total - Refrigeration system 1 104 027 $ 1 285 645 $ 1 056 020 $
Installation - Custom fan coil 133 304 $ 133 304 $ 133 304 $
Installation - HRV player's rooms 36 609 $ 36 609 $ 36 609 $
Snow pit coil 34 783 $ 34 783 $ 34 783 $
Water tank Replacement 59 913 $ 59 913 $ 59 913 $
Contingency (incl.)
Overhead and profits (15% ) 39 691 $ 39 691 $ 39 691 $
Sub-total - Recommendation 304 300 $ 304 300 $ 304 300 $
Intallation - variable frequency drive 8 504 $ 8 504 $ 8 504 $
Low emissivity ceiling 45 304 $ 45 304 $ 45 304 $
Contingency (incl.)
Overhead and profits (15% ) 8 071 $ 8 071 $ 8 071 $
Sub-total - Energy efficiency measures 61 880 $ 61 880 $ 61 880 $
Structural and civil 95 563 $ 49 555 $ 95 563 $
Conception (design and drawing) 110 300 $ 93 755 $ 110 300 $
Risk analysis study 0 $ 12 000 $ 0 $
Ammoniac release emergency plan 0 $ 15 000 $ 0 $
HAZMAT fees (57 000$ every 5 years. Actualized value from year 0 up to year 15) 0 $ 175 000 $ 0 $
Total des investissements avant taxes : 1 676 000 $ 1 997 000 $ 1 628 000 $
Total des investissements avec taxes (13%) : 1 893 880 $ 2 256 610 $ 1 839 640 $
Option A B C
CO2
(R-744)
Ammoniac
(R-717)R-513A
Nouveau Nouveau Nouveau
Consommation annuelle d'énergie- aréna (kWh eq) 923 568 839 553 956 554
Coût annuel d'énergie - aréna 101 999 $ 84 896 $ 99 242 $
Budget d'investissement initial 1 676 000 $ 1 997 000 $ 1 628 000 $
Coûts d'entretien sur 20 ans - VA 87 368 $ 87 368 $ 87 368 $
Coûts de réparation majeure sur 20 ans - VA 45 794 $ 32 369 $ 32 369 $
Coûts d'énergie sur 20 ans - VA 1 677 248 $ 1 396 007 $ 1 631 903 $
Valeur résiduelle actualisée des équipements - VA -149 949 $ -144 503 $ -137 953 $
Coût global actualisé sur 20 ans - VA : 3 375 600 $ 3 421 800 $ 3 297 200 $
Coût global annualisé : 270 867 $ 274 574 $ 264 576 $
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9.2 Analyse du coût global et recommandation
Selon l’analyse énergétique et économique effectuée, l’option de réfrigération ayant le coût global
annualisé le plus faible pour le remplacement du système de l’aréna est un nouveau système au R-513.
Sur une période de 20 ans, en tenant compte des coûts d'investissements, d'énergie, d'opération et
d'entretien ainsi que de la valeur résiduelle des équipements, le coût global annualisé évalué est de 264
580 $/an pour un tel système.
Le réfrigérant R-744 (CO2) présente une valeur annualisée un peu plus importante, causé par les
contraintes technologiques d’un réfrigérant à haute pression. Pour ce qui est du R-717 (ammoniac), le
service d’incendie d’Hawkesbury n’est pas muni d’une équipe Hazmat technicians, rendant les frais,
associées à cette exigences, onéreux pour la ville. Le R-513a est un réfrigérant synthétique dérivé du R-
134a, un réfrigérant bien implanté dans le milieu de la réfrigération. Ce type de réfrigérant est bien
connu dans le domaine et permet d’obtenir une plus grande ouverture du marché, permettant de
réduire légèrement les coûts d’investissement par rapport aux autres réfrigérants étudiés dans la
présente étude. Toutefois, Il est important de préciser que ce réfrigérant est considéré par plusieurs
experts comme un réfrigérant de transition et que malgré son impact environnemental réduit, il est
probable de le voir, un jour, substitué par des réfrigérants naturels tel le R-744 (CO2) ou le R-717
(Ammoniac). L’impact environnemental du R-513a est toutefois moindre que l’utilisation d’autres
réfrigérants synthétiques fortement utilisé par l’industrie, tel le R-410a.
Malgré tout, Système Énergie TST recommande d’y aller avec l’option du R-513a comme nouveau
réfrigérant pour remplacer le système de réfrigération au R-22.