Science du bâtiment durable et efficace

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1 Science du bâtiment durable et efficace
Module 5 - Systèmes mécaniques et bâtiment durable Version : janvier 2015

2 Plan du module Systèmes CVCA
Ventilation Chauffage et climatisation de l'air Principe des effets croisés Approche traditionnelle par rapport à approche intégrée Introduction au concept de bâtiment sain et durable Qualité de l'air intérieur Gestion efficace de l'eau et des ressources Énergies renouvelables

3 Systèmes CVCA Ventilation

4 Ventiler, c’est : Évacuer l’air vicié ou contaminé;
Renouveler l’air ambiant; Brasser et déplacer de l’air; Compenser l’air consommé ou évacué; Traiter l’air intérieur. Source : Ressources naturelles Canada

5 Pourquoi faut-il ventiler?
préserver la santé des occupants en maintenant une bonne qualité d’air intérieur; assurer un apport d’air frais; évacuer et filtrer les polluants; contrôler l’humidité ambiante; contrôler les pressions; assurer le confort des occupants. Source : Ressources naturelles Canada

6 Renouvellement de l’air des espaces habitables
Il existe deux types de ventilation : la ventilation naturelle; la ventilation mécanique.

7 Comment s’effectue la ventilation naturelle?
Circulation d’air : par l’ouverture des portes et des fenêtres; au travers des ouvertures de l’enveloppe du bâtiment : par infiltrations et exfiltrations sous l’effet de la pression du vent et de l’effet de cheminée; donc hors du contrôle des occupants. Source : Ressources naturelles Canada

8 Pourquoi ne pas utiliser uniquement la ventilation naturelle?
Elle nécessite des différences de pression pour fonctionner. Elle est incapable de retirer l’excès d’humidité et de contaminants présents dans l’air. Elle implique la présence de courants d’air froid et d’inconfort. Elle n’est pas distribuée uniformément : certains espaces seraient sous- ventilés et d’autres surventilés. Source : Ressources naturelles Canada

9 Pourquoi ne pas utiliser uniquement la ventilation naturelle?
Elle est grandement réduite par une meilleure étanchéité à l’air de l’enveloppe. Une habitation peu étanche consomme plus d’énergie. Le taux d’infiltration n’est pas constant : il dépend des conditions météorologiques. Source : Ressources naturelles Canada

10 Comment s’effectue la ventilation mécanique?
Circulation d’air sous l’effet de la force motrice du système de ventilation. Contrôlée et planifiée par les occupants à l’aide de dispositifs de contrôle. Débits adaptés en fonction des besoins spécifiques de chacune des pièces de l’habitation.

11 Principaux objectifs de la ventilation mécanique
Assurer une qualité d’air adéquate à l’intérieur du logement. Assurer la durabilité du bâtiment en contrôlant, entre autres, le niveau d’humidité. Éviter que le système incommode les occupants par : des courants d’air inconfortables; l’assèchement de l’air excessif; le bruit.

12 Ventilateur récupérateur de chaleur (VRC)
Un VRC fournit un apport d’air frais à l’habitation, tout en expulsant de l’air vicié et l’excès d’humidité à l’extérieur. Source : venmar.ca

13 Ventilateur récupérateur de chaleur (VRC)
Un noyau récupérateur de chaleur permet également, en saison de chauffe, de préchauffer l’entrée d’air frais à partir de l’extraction d’air vicié. Entrée d’air frais Extraction d’air vicié 13

14 Comportement de l’air dans un VRC
L’air extérieur entrant à basse température est réchauffé par l’air intérieur évacué. Le % d’humidité relative de cet air subit alors une réduction (). À l’opposé, l’air intérieur évacué est refroidi dans le noyau du VRC par l’air extérieur. Le % d’humidité relative de cet air subit alors une augmentation (). Lorsque la température de l’air intérieur évacué chute sous son point de rosée, il y a condensation. Si la température chute sous 0 °C (32 °F), il y a formation de givre. Le drainage et le cycle de dégivrage de l’appareil deviennent alors essentiels afin d’assurer le bon fonctionnement du VRC. Expliquer que ce processus démontre aussi qu’un VRC fonctionnant en continu en échange d’air intérieur / extérieur peut assécher l’air intérieur, en abaissant ainsi le taux d’humidité relative à l’intérieur de l’habitation. Il est donc nécessaire d’utiliser le VRC de façon intermittente à l’aide: Du déshumidistat pour régler le niveau d’humidité relative intérieur désiré; Du dispositif de contrôle principal pour programmer les différents cycles de ventilation; Du mode recirculation pour permettre périodiquement une circulation d’air à l’intérieure du logement, sans pour autant qu’il y ait d’échange d’air avec l’extérieur. 14

15 Ventilateur récupérateur d’énergie (VRE)
En plus de la chaleur, le VRE transfert également l’humidité de l’air expulsé vers l’air frais entrant. Source : Eden Energy Equipment Limited

16 Ventilateur récupérateur d’énergie (VRE)
En période de chauffe, Un VRE réduit l’excès d’humidité intérieure, mais ne l’élimine pas complètement. Il permettra par contre de réduire davantage les charges de climatisation en période estivale. VRE: dans les régions au climat humide et dans les maisons climatisées, où le taux d’humidité est plus élevé à l’extérieur qu’à l’intérieur, le système VRE limite la quantité d’humidité entrant dans la maison. Dans les régions au climat sec et dans les maisons humidifiées, lorsque les taux d’humidité sont inversés, le système VRE limite la quantité d’humidité rejetée à l’extérieur de la maison. Source : venmar.ca

17 VRC ou VRE? De façon générale :
Un VRC sera préférable pour les habitations où : le climat est particulièrement froid et les besoins en chauffage sont élevés; l’air climatisé est peu ou n’est pas utilisé en période estivale; les sources d’humidité intérieures sont relativement élevées; Ex. : ménage avec plusieurs occupants. Un VRE sera préférable dans les habitations où : le climat est plus doux et les besoins de chauffage sont modérés; l’air climatisé est largement utilisé en période estivale; les sources d’humidité intérieure sont plus faibles; l’environnement intérieur nécessite un taux d’humidité intérieure relativement élevé et soutenu. VRE - Ventilateur Récupérateur d’Énergie - Ventilation à l’année Le VRE est le choix idéal pour tous les types de climats incluant des étés chauds et humides, où les maisons sont climatisées et déshumidifiées pendant presque toute l’année. Tout comme le VRC, le VRE récupère la chaleur en saison froide, mais récupère de plus l’énergie emprisonnée dans l’humidité ambiante, ce qui augmente considérablement l’efficacité de récupération globale.

18 Principales stratégies pour une ventilation efficace
Meilleure étanchéité à l’air de l’enveloppe du bâtiment. Réduit les effets indésirables de la ventilation naturelle en période de chauffe. Débits de ventilation équilibrés et adaptés aux besoins de l’habitation. Dispositifs de contrôle précis et simples d’utilisation.

19 Importance de l’équilibrage des débits
Ventilation équilibrée Importance de l’équilibrage des débits Une ventilation équilibrée neutralise l’effet de ventilation, ce qui permet notamment : d’éviter l’émergence de problèmes tels que : l’augmentation des infiltrations ou des exfiltrations; l’augmentation des déperditions thermiques; l’augmentation de la migration d’humidité par déplacement d’air; la propagation d’odeurs et de polluants; la présence de courants d’air froid (inconfort); d’assurer le bon fonctionnement de l’appareil et de maximiser son rendement pour : réduire les charges de chauffage et de climatisation; préserver une bonne qualité d’air intérieure (QAI). Source : Heating, Refrigeration and Air Conditioning Institute of Canada (HRAI)

20 Importance de l’équilibrage des débits
L’équilibrage doit être effectué par l’installateur du système ou par une firme spécialisée, et il doit inclure : l’équilibrage des débits principaux à l’appareil : débit total d'air neuf ≈ débit total d'air évacué; l’équilibrage des débits aux grilles : ajustement et vérification du débit à chaque grille selon les besoins spécifiques requis par pièce.

21 Appareil avec prises de mesure intégrées
Afin de faciliter l’équilibrage, certains VRC/VRE possèdent des stations de mesure intégrées.

22 Dispositifs de contrôle du système de ventilation
Les dispositifs de contrôle devraient toujours être faciles d’accès et d’utilisation la plus simple possible pour l’occupant. Source : venmar.ca (à droite)

23 Chauffage et climatisation de l’air
Systèmes CVCA Chauffage et climatisation de l’air

24 Calcul des charges et dimensionnement des appareils
Le calcul des besoins en chauffage et en climatisation repose sur le bilan des gains et des pertes de chaleur du bâtiment. Il sera donc affecté par des facteurs tels que : le niveau d’isolation des composantes de l’enveloppe; l’étanchéité à l’air du bâtiment; l’orientation et les caractéristiques des systèmes de fenêtrage; les débits de ventilation; l’emplacement et la configuration du bâtiment. En conséquence, une habitation efficace aura évidemment des besoins inférieurs en chauffage et en climatisation.

25 Calcul des charges et dimensionnement des appareils
La puissance des appareils installés devra donc être réduite pour : optimiser la performance des appareils; améliorer le confort des occupants; réduire les coûts d’installation et d’utilisation. Un calcul des besoins pièce par pièce effectué selon la norme CSA-F280 permet d’assurer un dimensionnement précis des appareils. CMMTQ, Bonnes pratiques : Estimation des besoins en chauffage d’un bâtiment résidentiel », 2012 : Si les besoins en chauffage sont sous-évalués, l’appareil de chauffage sélectionné sera sous-dimensionné. Le système ne sera donc pas assez puissant pour maintenir une température adéquate dans certaines zones du bâtiment lors des journées les plus froides de l’année. Les occupants souffriront alors d’inconfort, ce qui n’est évidemment pas souhaitable. À l’opposé, si les besoins en chauffage sont surévalués, l’appareil de chauffage sélectionné sera surdimensionné. Il ne pourra donc jamais fonctionner à son plein potentiel. Non seulement l’appareil aura coûté trop cher pour rien, mais il ne pourra pas atteindre sa pleine efficacité puisqu’il fonctionnera presque exclusivement à basse capacité. La norme CAN/CSA-F280 servant au calcul de la puissance des appareils a été mise à jour récemment, avec d'importants changements qui se traduiront par une réduction des valeurs totales calculées des pertes thermiques et des apports de chaleur dans les bâtiments plus récents. En résumé, une mauvaise estimation des besoins en chauffage risque d’entraîner des problèmes d’inconfort, de perte d’efficacité et/ou de coûts superflus. C’est pourquoi il est important d’estimer le plus précisément possible les besoins réels du bâtiment avant d’en concevoir le système de chauffage.

26 Thermostats précis et simples d’utilisation
Des thermostats électroniques précis permettent d’optimiser l’efficacité des systèmes de chauffage et de climatisation. Par contre, des thermostats complexes à utiliser peuvent entraîner une hausse de la consommation énergétique s’ils sont mal utilisés. « Les thermostats électroniques », Mars 2013 Les thermostats électroniques programmables permettent de contrôler plus efficacement le chauffage et la climatisation de l’habitation. Ils contribuent ainsi à l’amélioration du confort mais, surtout, aident à faire des économies d’énergie. En abaissant la température d’un seul degré la nuit, il est possible de réduire d’environ 2 % la consommation d’électricité par tranche de huit heures. Ainsi, en réglant le thermostat à 16°C plutôt qu’à 20°C la nuit, l’économie peut atteindre jusqu’à 8 % d’énergie. Évidemment, le climat, le mode de vie, la qualité des matériaux isolants et l’étanchéité de l’habitation auront une incidence importante sur cette économie d’énergie. Opter pour un thermostat homologué Energy Star permet d’économiser jusqu’à 10 % d’énergie. Au Québec, l’économie maximale réalisable est de 15 à 20 %. 

27 Apport en air requis pour les systèmes CVCA
L’air de ventilation est nécessaire pour : fournir un apport d’air frais à l’habitation; évacuer les contaminants; contrôler le niveau d’humidité intérieure. L’air de combustion est nécessaire pour : fournir l’oxygène requis pour assurer une bonne combustion du combustible dans les appareils à combustion; assurer la stabilité du brûleur en opération. L’air de compensation est nécessaire pour : remplacer l’air évacué par les équipements autres que le système de ventilation principal (ex. : hotte, sécheuse, aspirateur central); prévenir le refoulement des appareils à combustion. Discuter de l’importance spécifique de chacun de ces apport d’air.

28 Appareils à combustion scellés
Les appareils à combustion scellés permettent d’isoler le processus de combustion de l’air intérieur des aires habitables. Expliquer brièvement le fonctionnement des appareils à combustion scellés et leurs principaux avantages. Les appareils à combustion scellés isolent l’air comburant et les gaz de combustion des aires habitables. Ainsi, ils : assurent une combustion plus efficace et stable; permettent de limiter davantage la possibilité d’émanation et de contamination de l’air; réduisent les risques de refoulement mais ne les éliminent pas complètement. Par exemple, une hotte très puissante pourra occasionner un refoulement si aucun air de compensation n’est prévu. D’où l’importance de prévoir un dispositif de compensation lorsque des équipement sont susceptibles d’entraîner une dépressurisation nuisible à l’intérieur du bâtiment.

29 Principe des « effets croisés »
Systèmes CVCA Principe des « effets croisés »

30 Que sont les « effets croisés »?
Les effets croisés sont des interactions qui se produisent entre les différents éléments du bâtiment. Plusieurs de ces effets ont été abordés tout au long de cette formation, par exemple : meilleure étanchéité à l’air de l’enveloppe = réduction de ventilation naturelle par infiltrations ou exfiltrations = besoin plus important en ventilation mécanique; meilleure isolation de l’enveloppe = réduction des déperditions thermiques du bâtiment = réduction des besoins en chauffage = dimensionnement réduit des systèmes de chauffage; extraction d’air des équipements = dépressurisation interne = infiltrations d’air forcées au travers de l’enveloppe = risque de refoulement des appareils à combustion. Mentionner que s’ils sont sous-estimés, les effets croisés peuvent : nuire considérablement à la performance globale du bâtiment; constituer un risque pour le confort et la santé des occupants.

31 Solutions à préconiser
Considérer le « bâtiment en tant que système » interactif dès la conception, notamment : en optant pour une orientation optimale et des mesures d’enveloppe efficaces, favorisant un meilleur contrôle des forces s’exerçant sur le bâtiment; en considérant les gains et les pertes réelles du bâtiment, afin de dimensionner adéquatement les systèmes mécaniques. Opter pour une approche intégrée plutôt qu’une approche traditionnelle peut également : favoriser une meilleure évaluation des risques liés aux effets croisés; permettre de contrer plus efficacement leurs conséquences potentielles.

32 Approche traditionnelle par rapport à approche intégrée
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33 Approche traditionnelle par rapport à approche intégrée
L’approche traditionnelle : se caractérise par une conception et une mise en œuvre séquentielle, où très peu d’interactions surviennent entre les différents intervenants concernés; s’apparente à une production en série. L’approche intégrée : est un processus collaboratif permettant de faire participer tous les intervenants du projet, de l’étape de conception jusqu’à la fin de sa construction; ces derniers sont ainsi appelés à collaborer et à communiquer, de manière à contribuer efficacement à la réalisation de chacune des étapes du projet; s’apparente davantage à une production en parallèle. De façon générale, l’approche traditionnelle se déroule comme suit : L’architecte élabore les plans puis les transmet à l’ingénieur; L’ingénieur conçoit alors les systèmes mécaniques en fonction des plans architecturaux et, lorsque le tout est fixé de manière définitive; L’entrepreneur est appelé pour l’étape de construction afin réaliser les travaux selon les plans conçus; Enfin, chacun des sous-traitants est appelé à effectuer sa portion des travaux en chantier de façon quasi indépendante par rapport aux autres intervenants l’ayant précédé. L’approche intégrée se déroule plutôt comme suit : Les membres de l’équipe de projet sont invités à participer en amont de la réalisation des plans et devis, de manière à optimiser le design final. Cela inclut : les concepteurs (architectes, ingénieurs); les spécialistes des contrôles automatisés; le client; l’entrepreneur général; tout autre intervenant dont la contribution peut être pertinente selon la complexité du projet. Puis, tout au long du processus de conception et de construction, la collaboration et la communication sont valorisées afin d’optimiser la réalisation de chacune des étapes du projet.

34 Approche traditionnelle par rapport à approche intégrée
Un manque de communication, d’interaction et de collaboration entre les divers intervenants entraîne fréquemment de nombreuses défaillances qui nuisent à la qualité, à la durabilité et à la performance globale du bâtiment.

35 Approche intégrée à l’étape de conception
Charrettes de conception (activités clés du processus) Rencontres de travail où les différentes options et solutions sont confrontées et les consensus obtenus. Objectifs : créer une synergie en offrant l’occasion à chacun de présenter les considérations et les solutions qu’il estime pertinentes; donner la chance de débattre avec le reste de l’équipe au moment où toutes les options peuvent encore être envisagées. Les rencontres permettent de mettre à profit l’expertise et les connaissances de chacun des intervenants, en s’appuyant sur une vision et des objectifs clairement définis dès le départ.

36 Approche intégrée lors de la construction
Cette approche collaborative doit également se poursuivre lors de la construction en chantier, afin d’atteindre les objectifs initialement fixés. L’entrepreneur général et/ou le responsable de chantier devient alors le pilier central qui doit notamment : Communiquer et collaborer avec les concepteurs lorsque des modifications sont requises en chantier, afin de s’assurer qu’elles respectent la vision initiale. Communiquer clairement les directives de mise en œuvre aux divers sous-traitants en cause et superviser leurs travaux, afin d’en vérifier la qualité et la conformité.

37 Principaux avantages de l’approche intégrée
Une meilleure anticipation des problèmes potentiels et la réduction des « mauvaises surprises » lors de la mise en œuvre en chantier. Une meilleure évaluation des risques liés aux effets croisés et des principales solutions à adopter afin d’optimiser la performance du bâtiment. Un arbitrage plus éclairé entre les différentes solutions techniques envisageables, sur la base des cibles clairement établies dès le départ. Une intégration mieux coordonnée des différents éléments du bâtiment.

38 Introduction au concept de bâtiment sain et durable
Qualité de l’air intérieur (QAI)

39 Considérations relatives à la QAI
Santé liée à la QAI des bâtiments où nous évoluons. Majorité du temps passé à l’intérieur plutôt qu’à l’extérieur. Habitations plus étanches = apport d’air frais inférieur en l’absence d’une ventilation efficace Utilisation massive de produits manufacturés colles, additifs et autres polluants de l’air Proportion grandissante de personnes atteintes de symptômes liés à une mauvaise QAI ex. : asthme, allergies, toux persistante

40 Quelle quantité d’air respirons-nous par jour?
Un adulte moyen au repos respire de 5 à 8 litres d’air par minute; Cela correspond à presque litres (388 pied cubes) d’air / jour; À 5 litres / minutes = 24,5 kg (54 livres) d’air / jour. Source : Ressources naturelles Canada

41 Principaux contaminants de l’air intérieur
Composés organiques volatils (COV) Sources : produits ménagers, mobilier, produits de bois aggloméré (ex: mélamine), peinture, vernis et colles, etc. Formaldéhyde Sources : produits de bois aggloméré, certains isolants, peintures, papiers peints, adhésifs, vernis et finis de plancher, etc. Monoxyde de carbone (CO) et dioxyde d’azote (NO2) Sources : foyers et poêles au bois, appareils au gaz non ventilés, garage attenant, etc.

42 Principaux contaminants de l’air intérieur
Ozone (O3) Source : smog urbain pénétrant par infiltration ou ventilation Particules en suspension ou matières particulaires (PM) Sources : appareil à combustion, poussière, fumée de cigarettes, etc. Radon (Rn) et autres gaz souterrains Source : sol à proximité du bâtiment Humidité et moisissure Sources : lavage, bain/douche, cuisson, respiration, infiltrations, etc.

43 Taux d’humidité optimal pour assurer une bonne QAI
Source : Santé Canada 43

44 Principaux risques pour la santé
Les risques pour la santé liés à une mauvaise QAI varient principalement en fonction de : la nature du contaminant en question; sa concentration; la durée d’exposition. À faible exposition, les principaux symptômes d’une mauvaise QAI s’apparentent à ceux de la grippe : nausées, maux de tête, fatigue, irritation des yeux, du nez et de la gorge, toux, mucosités, essoufflement, douleurs à la poitrine, etc.

45 Principaux risques pour la santé
À plus forte exposition, les risques et symptômes varieront largement en fonction du contaminant. Troubles respiratoires / cardiovasculaires (ex. : symptômes d'asthme, réactions allergiques) Formaldéhyde, dioxyde d’azote (NO2), ozone (O3), particules fines (PM2,5), moisissures Troubles cognitifs / moteurs (ex. : désorientation, confusion) Monoxyde de carbone (CO) Troubles graves de la santé (ex. : lésions cérébrales, cancer, décès prématuré) COV, monoxyde de carbone (CO), particules fines (PM2,5), radon

46 Mesures pour assurer une bonne qualité de l'air
Réduire à la source les activités polluantes et opter pour des produits à faibles émissions de contaminants. Sceller les armoires, les comptoirs, les sous-planchers et les autres produits de bois aggloméré. Assurer un bon contrôle de l’humidité et une bonne étanchéité à l’air intérieur. Filtrer efficacement les contaminants. Évacuer périodiquement les polluants (ventilation).

47 Produits à faibles émissions de contaminants
Opter pour des produits, des matériaux et du mobilier portant les mentions : sans COV ou à faible taux de COV; sans urée-formaldéhyde. Rechercher les sceaux de certifications indépendantes reconnues pour la QAI : ex. : Ecologo canadien, Greenguard, Green Seal, tapis CRI green label ou green label +.

48 Filtration de l’air Les pellicules, poils et poussières en suspension sont généralement bien contrôlés par les filtres des systèmes mécaniques. Par contre, la majorité des filtres courants sont peu efficaces pour la filtration des microparticules. Malgré leur dimension microscopique, ces particules sont souvent celles qui représentent le plus grand risque pour la santé. L’échelle « MERV » mise au point par l’ASHRAE permet de déterminer l’efficacité d’un filtre en fonction de sa capacité à traiter ces microparticules. La société américaine des ingénieurs en réfrigération, chauffage et climatisation (ASHRAE) et l'industrie du filtre à air ont mis au point un système d'évaluation standardisé basé sur le concept européen afin de mesurer l'efficacité des filtres. Chaque type de filtre à air est donc coté selon l’échelle MERV (acronyme pour Minimum Efficiency Reporting Value – la classification MERV est donc la mesure d’efficacité minimum d’un filtre).  Ce système de classification rend plus facile d'évaluer et de comparer les filtres à air mécaniques et élimine toute confusion quant à leur efficacité générale pour supprimer les particules en suspension dans l'air de n'importe quel type de filtre à air, plus particulièrement pour les particules qui ont une taille de moins de 2 microns.  Comme la plupart des compagnies utilisent maintenant le système de classification MERV, il est possible d’observer la notation MERV sur les filtres et, selon les cas, leur capacité de filtration. 

49 Échelle MERV L’échelle MERV est basée sur la dimension des particules filtrées. Plus la cote du filtre est élevée (), plus celui-ci sera en mesure de traiter efficacement les microparticules. Une cote plus élevée entraîne habituellement une restriction plus importante du débit d’air. Le dimensionnement des conduits doit donc être ajusté en conséquence pour maintenir une pression et un débit d'air adéquats. Discuter brièvement de l’efficacité et du type de particules que chaque palier de cote MERV permet de traiter. L’échelle MERV complète s’étend de 1 à 20. L’ASHRAE recommande d’utiliser des filtres ayant une cote MERV d’au moins 6 pour s’assurer que les systèmes CVCA ne deviennent pas eux-mêmes une source de contamination intérieure. Les microparticules sont les plus difficiles à filtrer et sont également les plus dommageables pour l’organisme. Seuls les filtres possédant une cote MERV de 9 ou plus (ex.: filtres HEPA) peuvent filtrer les particules fines (2.5 microns et moins). Par contre, ces filtres entraînent des restrictions supplémentaires. Ces restrictions doivent être considérés préalablement à l’installation de tels filtres sans quoi ils risquent d’endommager les équipements et de réduire l’efficacité de ceux-ci. Source :

50 Évacuation de polluants postconstruction
À la fin de la construction, une ventilation à haut débit est nécessaire. Celle-ci réduira considérablement la concentration des émanations polluantes intérieures avant l'occupation des lieux.

51 Introduction au concept de bâtiment sain et durable
Gestion efficace de l’eau et des ressources

52 Conception et choix d’équipements
Une gestion plus efficace de l’eau et des ressources repose souvent sur des choix simples mais éclairés, tels que : un réseau de conduits plus compact; le dimensionnement optimal des conduits (ex. : un diamètre réduit); l’isolation du réseau de distribution; des équipements de plomberie à faible débit; une conception et une construction selon le concept des « 3R » : réduire; réutiliser; recycler. Une gestion plus efficace de l’eau et des ressources n’exige pas un changement draconien des façons de faire ou encore l’implantation de systèmes complexes et coûteux. Bien souvent, il ne suffit que d’être conscient des options disponibles et de faire des choix un peu plus éclairés à l’étape de la conception, ainsi que lors de l’achat des différents équipement et matériaux.

53 Équipements de plomberie à faible débit
L’utilisation d’équipements de plomberie à faible débit permet de réduire la consommation d’eau de la robinetterie jusqu’à 40 % . Les aérateurs de robinet standards ne permettent pas de compenser le débit en fonction des changements de pression. Ainsi, lorsque la pression est plus élevée, la quantité d’eau consommée est automatiquement plus élevée. Les aérateurs à faible débit offrent cette compensation, ce qui permet d’avoir un débit d’eau constant indépendamment de la pression exercée. La réduction du débit maximal rend ainsi possible une diminution de la consommation d’eau globale. Les pommes de douches utilisent une technologie similaire. Cette nouvelle technologie permet des économies d’eau et d’énergie considérables, puisqu’un plus faible débit signifie également une moins grande demande en eau chaude. Seul petit bémol, le délai pour obtenir de l’eau chaude peut être légèrement plus long. Cela s’explique par le fait qu’un plus faible débit implique une circulation plus lente de l’eau dans le réseau d’alimentation. Source : Ressources naturelles Canada

54 Toilette à haute efficacité
Une toilette à haute efficacité utilise en moyenne 20 % moins d’eau qu’une toilette standard. Pression assistée Double chasse Les toilettes à haute efficacité consomme en moyenne 20% moins d’eau par chasse d’eau qu’une toilette standard de 6L. Les toilettes à faible débit ont recours à différentes technologies visant à rendre la toilette plus fonctionnelle malgré un débit d’eau réduit. Pour certaines, c’est le drain qui est surdimensionné ou encore le design de la cuve et du réservoir qui permet une meilleure évacuation. D’autres utilisent la pression assistée, en couplant le système à gravité avec un réservoir pressurisée utilisant de l’air comprimé ou encore une pompe à vide. Ces dispositifs permettent de générer une force additionnelle afin de rendre la toilette plus efficace, sans pour autant utiliser plus d’eau. La technologie a beaucoup évoluée au fil du temps. Alors qu’en 2003 une toilette à faible débit avait de la difficulté à évacuer 250g de déchets solides, elles sont aujourd’hui capable d’évacuer 4 fois plus de matière en 1 seule chasse (jusqu’à g). Référence : Ressources naturelles Canada Source : Ressources naturelles Canada

55 Réseau de distribution d’eau chaude optimisé
Le chauffe-eau domestique devrait idéalement être situé le plus près possible des équipements de plomberie qui utilisent de l’eau chaude. Cela permet de réduire la quantité d’eau perdue dans le drain en attendant que l’eau chaude soit acheminée jusqu’à l’équipement de plomberie en question. Les conduits surdimensionnés et non isolés accentuent davantage ce problème en raison des pertes de chaleur occasionnées par un tel réseau de distribution. Chauffe-eau 3 éléments: Choix écoresponsable se traduisant par une plus faible demande collective d'électricité en période de pointe; Prix comparable à celui d'un chauffe-eau traditionnel à deux éléments; Aucune différence dans les coûts d'électricité pour le chauffage de l'eau; Aucun impact sur la disponibilité de l'eau chaude; Composantes électriques moins sollicitées que celles des chauffe-eau traditionnels à deux éléments, résultant en une durée de vie et une fiabilité supérieures. Chauffe-eau à 3 éléments Source : Ressources naturelles Canada (image à gauche); Hydro-Québec (image à droite)

56 Récupérateur de chaleur des eaux de drainage (RCED)
Permet une réduction de 20 à 40 % des coûts d’eau chaude. Est simple d’utilisation, sans entretien et durable : durée de vie de 30 à 50 ans. Le chauffage de l'eau représente entre 20% et 30% de la consommation énergétique totale d'une habitation. En envoyant de l'eau chaude directement vers les égouts, nous gaspillons cette énergie.  Comment ça fonctionne? Au moment où la douche fonctionne, l'eau de drainage s'écoule à travers le tuyau de cuivre, formant un mince film sur la paroi interne de ce dernier. Simultanément, l'eau froide de l'aqueduc circule de bas en haut à travers les tubes du serpentin. La chaleur de l'eau de drainage est transférée efficacement à l'eau froide, sans aucun risque de contamination. Avantages : Simple d’utilisation, sans entretien et durable (durée de vie de 30 à 50 ans), le dispositif RCED permet de récupérer la chaleur de l’eau évacuée tout en augmentant la capacité utile en eau chaude, en prolongeant la durée de vie du chauffe-eau et en n'occasionnant aucune perte de pression perceptible. On peut ainsi réduire de 20 à 40 % les coûts annuels liés à l’eau chaude. Le système RCED peut être installé dans la plupart des maisons et remplace simplement une section verticale de la colonne de drainage principale, généralement localisée au sous-sol. Un modèle résidentiel typique possède un diamètre de 3 pouces et une longueur de 60 pouces (R3-60). Note : Le système RCED n’est pas destiné à servir les douches pour lesquelles aucune colonne d’évacuation verticale n’est prévue sous le niveau du drain (ex : douche au sous-sol). Références : Hydro-Québec et RenewABILITY Energy Source : RenewABILITY (image au centre); Gaz Métro (image à droite)

57 Choix des matériaux Plusieurs caractéristiques permettent d’identifier des matériaux plus écoresponsables, dont : Haute teneur en matériaux recyclés; ex. : matériaux certifiés ÉcoLogo; Source d’origine renouvelable exploitée durablement; ex. : bois certifié FSC, PEFC ou SFI; Provenance locale; ex. : matériaux extraits, traités et fabriqués au Québec. Faible impact environnemental; ex. : béton avec matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) tels que cendres volantes, laitier ou fumée de silice; Durée de vie prolongée; ex. : revêtement de toiture garantie 35 ans ou plus. Les matériaux cimentaires supplémentaires (MCS) peuvent réduire de façon significative le contenu énergétique des produits de béton préfabriqués, en substituant des résidus au ciment hydraulique dont la fabrication consomme une quantité d’énergie relativement élevée. Les MCS sont de façon générale les résidus d’autres processus industriels. Leur utilisation judicieuse dans la production du béton est souhaitable tant sur le plan environnemental que sur celui de la conservation de l’énergie et que pour les bénéfices techniques qu’ils peuvent fournir. Les MCS sont ajoutés au béton et font partie du système de cimentation total ou sont ajoutés ou remplacent partiellement le ciment de Portland. Le fait de remplacer le ciment par des matériaux cimentaires supplémentaires a un effet appréciable sur le contenu énergétique du béton. Par exemple, le remplacement par des cendres volantes de 1 % du ciment réduit d’environ 0,7 % la consommation d’énergie par unité de béton. Selon leur nature, les MCS peuvent remplacer en moyenne de 10 % à 35 % de ciment de Portland.

58 Gestion efficace des déchets en chantier
Une gestion efficace des rebuts de chantier, par recyclage et valorisation, devrait faire partie intégrante de tout projet de construction. Le saviez-vous? Près de 35 % des matières résiduelles au Québec proviennent des chantiers; Plus de 90 % des résidus de construction peuvent être réutilisés ou recyclés et près de 100 % valorisés. [En ligne] [ En 2008, au Québec, ce sont 4,57 millions de tonnes de débris issus de la construction, rénovation, démolition qui sont allés vers les centres d’enfouissement ou d’incinération, c'est-à-dire, qui n’ont pas été récupérés ou valorisés. Non seulement cela prend de l’espace qui pourrait être utilisé autrement, mais en plus, certains matériaux enfouis ou incinérés contiennent des polluants toxiques ou des métaux lourds qui peuvent contaminer l’air ou l’eau. [En ligne] [ Saviez-vous que près de 35 % de toutes les matières résiduelles générées au Québec proviennent des chantiers de construction, de rénovation et de démolition? Saviez-vous que plus de 90 % des résidus de construction peuvent être réutilisés ou recyclés et près de 100 % valorisés? Près de 38 % des émissions totales de méthane au Canada proviennent des décharges. Le méthane est un gaz à effet de serre 20 fois plus puissant que le CO2. . Source : Source statistiques :

59 Introduction au concept de bâtiment sain et durable
Énergies renouvelables

60 Énergie solaire Énergie solaire passive Énergie solaire active
L’énergie solaire est dite « passive » lorsque aucune transformation du rayonnement n'est nécessaire pour l’exploiter. Elle repose sur la conception initiale du bâtiment et le choix de composantes d’enveloppe appropriées afin de tirer profit de l’énergie gratuite du soleil, sans avoir recours aux systèmes mécaniques du bâtiment. Ex. : chauffage naturel de l’air par gains solaires et éclairage naturel. Énergie solaire active L’énergie solaire est dite « active » lorsqu’on utilise des équipements mécaniques pour la capter, la concentrer et la transformer en électricité ou en chaleur. Ex. : modules photovoltaïques et capteurs thermiques. Malgré son climat rigoureux, le Québec bénéficie d’un niveau d’ensoleillement élevé, même en hiver. Le potentiel est là, il suffit d’en tirer le meilleur parti, au meilleur coût possible. SCHL L’énergie solaire passive convient le mieux aux bâtiments qui affichent de faibles gains thermiques internes et dans lesquels les gains solaires directs sont stockés dans la masse thermique absorbante. Le coût du solaire passif est minime, mais il faut en tenir compte dès les étapes de conception initiales.

61 Conception solaire passive
Tel que discuté dans le premier module de la formation, cette technique repose sur une conception initiale réfléchie basée sur des aspects tels que l’orientation et la configuration du bâtiment, l’installation de systèmes de fenêtrage performants, bien dimensionnés et bien localisés (majoritairement au sud), ainsi que l’utilisation de matériaux à forte masse thermique et d’une enveloppe étanche et bien isolée. La conception solaire passive est la solution meilleure marché et la plus efficace. Elle ne nécessite qu'une bonne expertise en conception. Le bâtiment est conçu tel un système de captation solaire géant. Ceci nécessite un emplacement stratégique des fenestrations, un bâtiment avec une enveloppe performante ainsi que l'intégration d'un montant de masse thermique importante dans les bâtiments. L'énergie du soleil est absorbée par une masse thermique abondante. Dans les faits, ceci fournis un montant incroyable d'énergie en hivers, réduisant les besoins de chauffage de 60 à 70%.( L’orientation de la plupart des collectifs d’habitation présente des difficultés. Une stratégie efficace consiste à assortir le choix des vitrages selon l’orientation de chacune des façades.(SCHL) Source : (image à gauche); (image en haut à droite)

62 Prêt pour le solaire Consiste à concevoir le bâtiment afin qu’il soit facile d’y intégrer des technologies solaires actives ultérieurement. Le concept « Prêt pour le solaire » développé en collaboration par RNCan et CANSIA consiste à concevoir le bâtiment de manière à ce qu’ils soient facile d’y intégrer des technologies solaires actives ultérieurement. Ex: surface et structure de la toiture suffisante pour accueillir l’installation éventuelle de panneaux, canalisation déjà en place pour pouvoir y passer le filage travaux additionnels. Bon complément à la conception solaire passive, afin de permettre une transition progressive vers les systèmes actif lorsque leur efficacité et leur rentabilité deviendront + intéressantes. RNCan, “Prêt pour le solaire”, 2012: Les avantages d’une maison prête à accueillir une installation à l’énergie solaire : pour les propriétaires, il s’agit d’économies sur l’installation éventuelle d’un CESD et/ou d’une installation PV tout en augmentant la valeur de la maison; pour les constructeurs, il s’agit d’outils fournis leur donnant un moyen peu coûteux et écologique pour améliorer les nouvelles maisons; pour les fabricants et les installateurs, il s’agit d’encourager le marché à adopter les systèmes à énergie solaire. Source : Ressources naturelles Canada

63 Solaire photovoltaïque (PV)
Les installations PV permettent de convertir le rayonnement solaire en électricité. MRN : Les systèmes photovoltaïques peuvent constituer une solution viable pour les endroits isolés, où l'on doit avoir recours à des piles ou à des groupes électrogènes, systèmes eux-mêmes très coûteux. On estime que le coût de production d'électricité d'origine photovoltaïque se situe présentement entre 0,30 et 0,60 $ par kWh, ce qui est plus élevé que les tarifs habituels d’électricité mais comparable aux coûts de l’électricité produite par des génératrices diesel. Les travaux de recherche-développement en cours dans ce domaine permettraient de réduire les coûts et d’intégrer plus facilement les capteurs photovoltaïques à l’infrastructure d’un bâtiment. SCHL: À l’heure actuelle, les panneaux photovoltaïques constituent une façon coûteuse de fournir de l’électricité et ils sont plus efficaces s’ils sont jumelés à des installations de récupération de chaleur. Cependant, les coûts de construction des systèmes PV intégrés aux bâtiments (SPVIB) reculent à mesure que la concurrence et la part de marché augmentent. Source : RNCan, Prêt pour le solaire, 2012 Source : SCHL

64 Installation solaire thermique
Les installations solaires thermiques permettent de convertir le rayonnement solaire en chaleur, puis d’emmagasiner celle-ci et de l’utiliser pour le chauffage de l’air et de l’eau. Chauffe-eau solaire MRN : Au Québec, les systèmes solaires thermiques sont déjà utilisés pour le chauffage de l’eau domestique, des locaux ou des piscines. Les systèmes disponibles sont toutefois encore coûteux. Les capteurs thermiques donnent des rendements relativement faibles. Des efforts de recherche-développement doivent être faits pour les rendre attrayants sur le plan économique. Source : Ressources naturelles Canada (image en bas à gauche); SCHL (image à droite)

65 Pompes à chaleur géothermiques
Les installations géothermiques utilisent l’énergie du sol pour le chauffage de l’air et de l’eau, ainsi que pour la climatisation. [En ligne] [ Comment cela fonctionne-t-il? La terre est chauffée à la fois par le soleil, l’air, le vent et l’eau de pluie. Le sol autour d’une maison constitue donc un réservoir qui reçoit en permanence de l’énergie sous forme de calories. Pour capter ces calories puis assurer le confort thermique d’une maison (chauffage, rafraîchissement) ou produire de l’eau chaude, l’installation géothermique comporte trois éléments majeurs: des capteurs extérieurs, une pompe à chaleur et un circuit de chauffage à l’intérieur de l’habitation. Un système en trois temps Le captage de la chaleur peut être effectué par 3 procédés différents (captage horizontal, vertical ou sur nappe d’eau souterraine) utilisant un fluide pour récupérer et transporter la chaleur, généralement de l’eau glycolée. Une fois captée, l’énergie est amplifiée par une pompe à chaleur (PAC), constituée d’un circuit fermé et étanche dans lequel circule un fluide frigorigène. La PAC restitue ensuite la chaleur dans l’habitation, par le circuit de chauffage (plancher chauffant, radiateur ou ventilo-convecteur). Un même appareil sert pour chauffer, rafraîchir et climatiser. Pour rafraîchir ses locaux d’environ 2°à 4 °C ou pour les climatiser, il n’est pas nécessaire de changer de PAC. Il suffit juste d’actionner son mode réversible et le cycle du fluide s’inverse : la PAC exporte alors les calories de l’intérieur de l’habitation vers l’extérieur et fait ainsi baisser la température. Les chercheurs de RNCan collaborent aussi avec l’École de technologie supérieure et Polytechnique Montréal pour étudier une nouvelle configuration des pompes à chaleur géothermique qui réduira la pointe de la demande d’énergie et les coûts d’installation. Cette équipe teste actuellement une nouvelle configuration de forage, qui consiste en un double tube en « U » et à du sable saturé d’eau, combinés avec l’énergie solaire pour permettre le stockage d’énergie thermique autour du puits. Captage vertical Captage horizontal Source : France Géothermie (image en bas); (image en haut)

66 Le point sur les technologies d’énergie renouvelable (TER)
Considérer en premier lieu l’efficacité énergétique Il est moins coûteux d’économiser un kilowattheure que d’en produire un. Accorder la priorité à la réduction de toutes les charges électriques à un minimum absolu. Ex. : conception solaire passive, maximisation de l’enveloppe (isolation, étanchéité, systèmes de fenêtrage performants). Opter pour des systèmes mécaniques à haute efficacité, bien dimensionnés en fonction des charges réelles. Considérer le concept de « prêt pour le solaire » comme un moyen d’évoluer vers une intégration progressive des TER solaires actives. Il est recommandé d'investir d'abord dans la maximisation des mesures d'enveloppe (ex. : isolation, étanchéité, systèmes de fenêtrage performant) et d'intégrer des techniques solaires passives avant d'investir massivement dans les TER. Les efforts doivent viser la réduction de toutes les charges électriques à un minimum absolu et l'intégration des systèmes les plus efficaces avant d'envisager l'installation des TER. Favoriser le solaire passif comme moteur d’optimisation énergétique derrière la conception de toute habitation. Réduire toutes les charges électriques à un minimum absolu, dimensionner les appareils en fonction des charges réelles et intégrer les systèmes les plus efficaces. 66

67 Point sur les technologies d’énergie renouvelable (TER)
Considérer les TER comme : un choix d’abord environnemental qui favorise l’utilisation d’énergies propres alternatives; un investissement à moyen et long termes; un complément intéressant à un bâtiment efficace, et non pas une solution de remplacement à l’efficacité énergétique. Opter pour des systèmes simples, efficaces, durables et exigeant peu d’entretien. Les mesures d’efficacité énergétique appliquées permettront éventuellement d’introduire des systèmes de TER plus petits et moins coûteux. Les efforts de recherche sur les TER doivent toutefois être poursuivis, intensifiés et diversifiés afin de permettre l'installation de technologies abordables, fiables et simples d'utilisation. 67

68 En résumé

69 En résumé Le bâtiment est un système interactif à l’intérieur duquel surviennent divers effets croisés. Ces effets croisés doivent être considérés afin d’assurer un dimensionnement adéquat des systèmes mécaniques. Un mauvais dimensionnement des systèmes mécaniques peut : nuire à leur bon fonctionnement; réduire leur efficacité ainsi que la performance globale du bâtiment; nuire au confort des occupants; augmenter inutilement leurs coûts d’installation et d’opération. 69

70 En résumé Les dispositifs de contrôle des systèmes mécaniques devraient toujours être : précis; facilement accessibles; simples d’utilisation. 70

71 En résumé Un bâtiment sain et durable permet de fournir de nombreux avantages qui s’ajoutent à la simple performance énergétique, notamment : une meilleure qualité de l’air et des environnements intérieurs plus sains; des matériaux et des équipements plus écoresponsables, durables et efficaces; une durée de vie prolongée et une meilleure valeur de revente de l’habitation; une conception maximisée tirant profit des caractéristiques naturelles et gratuites du lieu d’implantation (ex. : énergie solaire passive, éclairage naturel).

72 Questions ou commentaires?
Fin du module Questions ou commentaires?