Mariposa
Trouver une solution climatique à Denver, CO
Étude de cas
Les villes comme Denver continueront de faire avancer les énergies propres. Nous avons la responsabilité de faire tout ce qui est en notre pouvoir pour garantir un air pur et un climat stable à nos enfants. Les villes génèrent plus de 70 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre, et nous sommes un élément essentiel de la solution climatique.
Michael B. Hancock, maire de la ville et du comté de Denver.
Un avenir durable pour la Mile High City
En 2018, le Département de la santé et de l'environnement de Denver a publié le Plan d'action climatique 80×50 de la ville. Ce plan met en évidence les stratégies clés des trois secteurs les plus responsables des émissions de gaz à effet de serre : le bâtiment, les transports et la production d'électricité.
Les objectifs de construction à long terme de Denver incluent une réduction de la consommation d'énergie de 30 % d'ici 2030 et de 50 % d'ici 2050. De plus, tous les nouveaux bâtiments commerciaux doivent avoir une consommation énergétique nette zéro d'ici 2035. Cet effort est l'un des nombreux nouveaux programmes que Denver a récemment mis en œuvre pour créer une ville plus durable.
En 2017, les électeurs de Denver ont choisi de mettre en œuvre l'ordonnance sur les bâtiments verts de Denver, exigeant que tous les nouveaux bâtiments de 25,000 XNUMX pieds carrés ou plus incluent un toit vert, de l'énergie solaire sur place, de l'énergie solaire hors site, des mesures de conservation de l'énergie ou une certification de bâtiment vert.
Si le nouveau plan 80×50 et l'initiative Green Roof augmentent la mise, la réduction de la consommation d'énergie et la diminution des émissions nettes de carbone ne sont pas des concepts nouveaux dans la Mile High City. L'état d'esprit écologique est palpable dans et autour de Front Range, du nombre de voitures électriques sur la route aux sacs d'épicerie réutilisables omniprésents dans les supermarchés.
D'une manière générale, la culture de Denver – et du Colorado d'ailleurs – est celle d'un mode de vie sain et actif associé à la préservation des ressources naturelles. Les habitants s'intéressent à leur impact environnemental et à celui de leur ville. C'est au moins en partie la raison pour laquelle le programme énergétique et l'ordonnance d'évaluation comparative d'Energize Denver ont été élaborés.
La carte de référence Energize Denver est une base de données cartographique publique et interactive qui suit la performance énergétique de plus de 3,000 XNUMX immeubles multifamiliaux dans la région métropolitaine de Denver. Parmi les nombreux points verts, jaunes, violets, rouges et noirs qui marquent divers grands bâtiments de la ville, on trouve un établissement du HUD (Department of Housing and Urban Development) dont les performances dépassent largement les attentes.
Fusillade sur le système CVC
« Le 1425 Mariposa St. est un immeuble multifamilial de quatre étages et de 130 logements construit il y a environ sept ans », explique Brad Letourneau, de McCoy Sales, une société de représentation de fabricants. « Ce qui le rend unique et offre une performance énergétique exceptionnelle en matière de CVC, c'est son système de chauffage et de climatisation IPS (Integrated Piping System). Mariposa III, comme s'appelle cet immeuble en particulier, était le septième projet IPS auquel McCoy a participé à Denver, et les résultats ont été fantastiques. »
Lorsque la Denver Housing Authority (DHA) a lancé le projet de développement en cinq phases (Mariposa 2, 3, 4, 6 et 7), il a été décidé que les installations presque identiques serviraient de test entre cinq types de systèmes CVC pour déterminer celui qui fonctionne le mieux dans des installations presque identiques.
Mariposa II est équipé d'un système PTAC conventionnel, ou climatiseur terminal intégré. Le chauffage et la climatisation de Mariposa IV sont assurés par des systèmes VRF (débit de réfrigérant variable), tandis que Mariposa VII utilise un système GSHP (pompe à chaleur géothermique). Mariposa III – et plus tard Mariposa VI – est équipé du système IPS produit par Williams Comfort Products. Le cinquième bâtiment est un système combiné de chauffage au gaz et de refroidissement DX.
Qu'est-ce qu'IPS ?
IPS est un système de tuyauterie qui utilise les canalisations d'eau domestique pour alimenter en eau chaude et froide les unités terminales de ventilo-convecteurs. Cela réduit considérablement les coûts et le temps d'installation, tout en offrant le confort et la contrôlabilité communs aux systèmes de ventilo-convecteurs à quatre tuyaux. Ainsi, les systèmes IPS sont capables de fournir simultanément le chauffage et le refroidissement dans les zones adjacentes.
Non seulement le matériel de tuyauterie et la main-d'œuvre sont minimisés, mais toutes les dépenses liées aux équipements hydroniques sont considérablement réduites (pompes, etc.) sans renoncer aux avantages de confort et d'efficacité communs aux systèmes hydroniques.
Les systèmes IPS offrent également des niveaux d'efficacité énergétique qui rivalisent avec tout autre système CVC commercial sur le marché et offrent la possibilité de capitaliser sur le refroidissement économiseur (refroidissement gratuit).
Essentiellement, l’IPS offre l’efficacité et les économies d’énergie d’un système écologique, mais l’abordabilité d’une solution low-tech sans placer de composants bruyants et nécessitant beaucoup d’entretien dans l’espace occupé.
Sans plomb certifié NSF/ANSI
Le système IPS des bâtiments Mariposa III et VI est équipé de ventilo-convecteurs Williams Comfort Products avec des bobines fabriquées en cuivre certifié NSF/ANSI 61 et 372 pour les produits de plomberie sans plomb jusqu'à une température d'eau de 190 °F (l'ensemble des ventilo-convecteurs sont certifiés NSF/ANSI, pas seulement les bobines ou le matériau des bobines), ce qui signifie qu'ils sont conçus pour une utilisation en eau potable. La tuyauterie d'eau chaude et froide domestique du bâtiment remplit une double fonction, transportant l'eau d'alimentation et de retour de chauffage et de refroidissement vers chaque ventilo-convecteur du bâtiment, en plus de tous les appareils de plomberie.
Dans ces projets particuliers, les unités ont été construites sur mesure pour s'adapter à l'espace, avec une moyenne de 24,000 XNUMX BTU chacune. Les ventilo-convecteurs de type dissimulé utilisés dans les appartements sont à retour libre avec une alimentation par conduits. Chaque unité terminale est équipée d'un thermostat individuel permettant aux occupants d'avoir un contrôle total de leur environnement.
Le même tuyau qui alimente en eau les douches et les éviers alimente également en eau de chauffage ou de refroidissement les unités terminales (ventilo-convecteurs). L'eau provenant de la conduite d'alimentation en plomberie est introduite dans l'unité de ventilo-convecteur via une vanne de zone lorsque le thermostat de la pièce demande de la chaleur. Après avoir traversé le serpentin de chauffage approuvé pour l'eau potable, elle est renvoyée vers la conduite de retour d'eau chaude, qui pour le système d'eau de chauffage est la conduite de recirculation d'eau chaude sanitaire du bâtiment, éliminant ainsi un autre tuyau.
La fonction de refroidissement du système fonctionne de manière similaire. Après avoir traversé le ventilo-convecteur, l'eau réfrigérée est renvoyée vers la conduite de retour d'eau réfrigérée.
En cas d'absence de demande de chauffage ou de refroidissement pendant une période prolongée, le panneau de commande exclusif de Williams est doté d'une minuterie de purge de la bobine. Conformément à la norme ANSI, le panneau de commande ouvre la vanne de zone de la bobine pendant une brève période chaque jour pour éliminer la possibilité de stagnation dans le système. Comme pour presque tous les systèmes d'eau chaude domestique commerciaux, des chaudières ou des chauffe-eau sont utilisés pour produire de l'eau chaude. Lorsqu'il y a un besoin d'appoint en eau chaude, le retour d'eau réfrigérée est utilisé pour fournir l'eau d'appoint de la chaudière, car elle est plus chaude que l'eau de service provenant de la rue. Cela permettra d'économiser de l'énergie.
Free Cooling
L'eau froide est fournie par le service public de la ville et peut être utilisée pour le refroidissement sans aide extérieure tant que sa température est inférieure à 50°F. C'est ce qu'on appelle le refroidissement par économiseur.
Williams Comfort Products a rencontré Denver Water, le service des eaux de la ville de Denver, pour déterminer les températures de l'eau d'alimentation des services publics tout au long de l'année. Les systèmes IPS de la région de Denver assurent généralement un refroidissement par économiseur pendant la moitié de la saison de refroidissement.
Lorsque l'eau de distribution n'est pas suffisamment froide pour satisfaire entièrement la demande de refroidissement, le refroidisseur du bâtiment complète la capacité de refroidissement de la boucle de recirculation d'eau froide. Pour garantir la sécurité de l'eau potable, le refroidisseur est isolé de l'eau domestique par un échangeur de chaleur à double paroi en acier inoxydable.
Williams Comfort Products a été le pionnier du système IPS et a perfectionné la conception des ventilo-convecteurs IPS. Au cours des 12 dernières années, les systèmes Williams ont été installés dans 170 bâtiments aux États-Unis. Le résultat final est un système de chauffage et de climatisation silencieux et conforme aux normes LEED qui permet de réaliser des économies importantes sur les coûts d'installation, de maintenance et d'exploitation pour un confort de haute qualité. Les systèmes IPS sont idéaux pour l'hôtellerie, les résidences-services, les copropriétés, les appartements ou toute autre installation occupée XNUMX heures sur XNUMX.
Étude approfondie
Les données de performance énergétique d'Energize Denver ont montré très tôt que Mariposa III surpassait les autres installations. Pour comprendre pourquoi et comment, ainsi que pour comparer les coûts d'installation et de maintenance, Williams Comfort Products s'est associé à Group14 Engineering. Le cabinet de conseil en efficacité énergétique et en développement durable possède des bureaux à Denver et à Delray Beach, en Floride.
L'étude qui en a résulté a comparé l'IPS aux systèmes PTAC, VRF, chauffage combiné et refroidissement DX et GSHP dans les autres bâtiments de Mariposa. L'étude a examiné les coûts annuels du gaz naturel et de l'électricité pour les immeubles multifamiliaux entre 2015 et 2018, ainsi que les coûts d'installation et de maintenance estimés, lorsqu'ils étaient disponibles.
« La DHA nous a fourni toutes les factures de services publics et les coûts initiaux du système », a déclaré Anna McCullough, ingénieure en performance des bâtiments chez Group14. « Ils sont toujours intéressés par le fonctionnement de leurs bâtiments et par les raisons pour lesquelles ils fonctionnent. »
Au total, Group14 Engineering s'est appuyé sur trois années complètes de données de services publics pour un bâtiment avec un système à débit de réfrigérant variable (VRF), un bâtiment avec une pompe à chaleur géothermique (GSHP), quatre bâtiments avec des unités PTAC électriques, un bâtiment avec un chauffage au gaz combiné et un refroidissement DX séparé, et deux bâtiments avec des systèmes IPS.
« Nous avons également installé des enregistreurs de données dans tous les bâtiments équipés de systèmes IPS », a-t-elle poursuivi. « Les températures de l’eau ont été enregistrées de chaque côté de l’échangeur de chaleur à eau glacée, ainsi que les températures d’alimentation et de retour des chaudières. Les températures ambiantes ont été enregistrées à l’intérieur et à l’extérieur des bâtiments. »
Coût moyen de l'énergie
En moyenne, l’étude a révélé que les coûts des services publics IPS sont 11 % inférieurs à ceux des autres systèmes étudiés.
« Lorsque les résultats ont été envoyés à la DHA, ils n'ont pas été surpris de voir à quel point le système de Mariposa fonctionnait bien », a déclaré McCullough.
Au cours de la période de trois ans, les bâtiments de Mariposa équipés de systèmes de ventilation intégrés (IPS) avaient un coût énergétique moyen par pied carré de 0.69 $ par pied carré par an, tandis que les autres systèmes étudiés avaient un coût moyen de 0.80 $ par pied carré. Plus précisément, l'étude montre que les systèmes de ventilation intégrés (IPS) surpassent les systèmes PTAC de 04 $ par pied carré, les pompes à chaleur géothermiques de 13 $, les systèmes VRF de 18 $ et le chauffage au gaz combiné et le refroidissement DX séparé de 07 $ par pied carré.
Les comparaisons des coûts des services publics des IPS par rapport à la moyenne de tous les bâtiments non IPS ont montré que les IPS surperformaient chaque mois, en particulier en janvier de chacune des trois années étudiées, lorsque les IPS surpassaient les autres systèmes de près de 100 %.
Première comparaison des coûts
Lors de la comparaison des dépenses initiales de chaque installation, le Groupe 14 a inclus les chiffres du système de plomberie pour chaque type de système. Les coûts de construction définitifs, les coûts de construction mécanique et les coûts de construction de la plomberie ont été collectés.
Par pied carré d'espace climatisé, le coût mécanique et de plomberie par pied carré pour le système IPS de Mariposa III (construit en 2014) était de 19.04 $. C'est 2.03 $ de moins que le système VRF (construit en 2014), 4.36 $ de moins qu'un système GSHP (construit en 2016) et 6.38 $ de moins par pied carré qu'un système PTAC (construit en 2013). Ces chiffres de coût ne tiennent compte que de la superficie climatisée.
Coûts de maintenance
En utilisant les chiffres de maintenance de 2016, 2017 et 2018 fournis par la DHA, Group14 a généré une comparaison des coûts de maintenance annuels moyens.
La comparaison de bâtiments quasiment identiques, gérés par le même gestionnaire immobilier et desservis par des entreprises de maintenance similaires, a permis d’obtenir une analyse relativement cohérente des coûts de maintenance. Toutefois, plusieurs des bâtiments étudiés ont été construits suffisamment récemment pour que les données de maintenance ne soient pas encore disponibles.
Comparé aux bâtiments équipés de systèmes PTAC et VRF, le système IPS de Mariposa III a permis d'économiser respectivement 06 $ et 12 $ par pied carré et par an sur les coûts de maintenance. Si les estimations des dépenses de maintenance de 2018 pour Mariposa VI sont exactes, le système IPS de ce bâtiment permet d'économiser 03 $ par pied carré de plus que Mariposa III.
« Les bâtiments de Mariposa ont tous une superficie d’environ 100,000 10,000 pieds carrés », a déclaré Letourneau. « En moyenne, tous types de systèmes confondus, IPS réduit les coûts d’entretien annuels d’un bâtiment de cette taille d’environ XNUMX XNUMX $. Si l’on considère le nombre de bâtiments exploités par une autorité de logement comme Denver, on se rend vite compte du potentiel d’économies en matière de coûts d’entretien uniquement. »
HV
Les systèmes IPS présentent des avantages qui vont au-delà des économies de coût initial, d'exploitation et de maintenance, en particulier à Denver. Les nouvelles exigences de l'Initiative sur les toits verts sont dans de nombreux cas réduites en fonction de l'efficacité des systèmes du bâtiment. Pour le DHA, limiter les exigences en matière de toits verts permet d'économiser des fonds supplémentaires et de libérer de l'espace sur le toit pour d'autres équipements, qu'ils soient solaires, mécaniques ou de communication.
« Il n’y a pas eu une seule plainte de la part des occupants ou des gestionnaires depuis la construction du Mariposa III il y a plus de cinq ans », a déclaré Letourneau. « La DHA a récemment construit un établissement identique de l’autre côté de la rue avec un système IPS. Ce qui est important, c’est qu’ils reproduisent le système. Quelle que soit la façon dont on l’envisage, c’est un grand succès. Je n’ai pas reçu un seul appel du personnel d’entretien concernant le confort des occupants ou une seule question sur le fonctionnement du système. C’est un système extrêmement simple, c’est ce qui en fait toute la beauté ! »
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