Efficacité énergétique des bâtiments : Stratégies éprouvées pour des économies

Conseils & Techniques pour la conservation d'énergie dans les bâtiments

Les coûts élevés de l'énergie affectent négativement tous les secteurs de l'économie et un effort déterminé pour réduire la consommation et les coûts énergétiques est donc nécessaire. Nous avons besoin de conservation de l'énergie et d'un système écoénergétique dans nos maisons ainsi que dans les secteurs industriels et commerciaux. L'énergie est l'un des principaux intrants pour l'industrie et est le pilier du développement économique du pays.

Pour un pays en développement, le secteur de l'énergie revêt une importance critique compte tenu des besoins énergétiques sans cesse croissants nécessitant d'énormes investissements en capital. L'objectif principal de l'audit énergétique est de déterminer les moyens de réduire la consommation d'énergie pour abaisser les coûts d'exploitation.

L'énergie peut également être conservée si elle est correctement gérée. Utiliser la même énergie pour une utilisation maximale est la clé d'un système efficace.

Note : Les coûts pris pour le calcul sont donnés à titre d'exemple et peuvent varier d'un pays à l'autre.

Voici quelques-unes des méthodes pratiques et les plus utilisées pour la conservation d'énergie dans les bâtiments :

• À lire aussi : Calcul de conception d'éclairage dans un bâtiment – Étape par étape

Remplacement des luminaires à haute puissance par des lumières basses consommation (LED) dans le bâtiment

Considérons un vieux bâtiment avec les éclairages traditionnels suivants, et les économies si nous remplaçons les anciennes lumières par les LED respectives :

(Toutes les données varient selon les pays et les fabricants et sont données à titre indicatif seulement, les prix sont en USD ($) utilisés pour le calcul du délai de récupération seulement)

300 CFL de 36 W remplacées par des 18 W LED

Économie = (nombre de lumières) x (puissance éclairage existant – puissance éclairage remplacé)

Économie = 300×36 - 300×18 = 5 400 W

• 250 tubes fluorescents de 40 W avec 20 W LED

Économie = 250×40 - 250×20 = 5 000 W

• 20 lampes aux halogénures métalliques de 150 W avec 45 W LED blanc chaud

Économie = 20×150 - 20×45 = 2 100 W

• 5 lampes sodium haute pression de 250 W avec 90 W LED blanc chaud

Économie = 5×250 - 5×90 = 800 W

Économie totale après remplacement = (5 400 + 5 000 + 2 100 + 800) Watt = 13,32 kW

Supposons que le bureau fonctionne 10 heures par jour, 300 jours par an et que le coût de l'énergie est de 0,1 $/unité.

Économie en $ = 13,32 × 10 × 300 × 0,1 = 3 996 $/an (ce sera plus pour les bureaux fonctionnant 24/7)

Investissement : – (i)

Lumières LED – coût du LED/watt est 1 $ = (300×18 + 250×20 + 20×45 + 5×90) × 1 $/W = 11 750 $

Délai de récupération = (Investissement total) / (Économie par an) = 11 750 / 3 996 = 2 ans 11 mois.

Caractéristiques de performance lumineuse des luminaires couramment utilisés

Typiquement, l'éclairage LED donne 80-105 lumens/watt.

• Gardez les murs intérieurs propres et peints avec des couleurs claires pour réfléchir la lumière.
• Utilisez des cloisons basses pour « partager » la lumière dans les zones de bureau. Au lieu d'utiliser deux tubes T5 de 20 W, un tube de 40 W peut être partagé dans les toilettes. Privilégiez l'éclairage de tâche au lieu de l'éclairage général de la pièce.

À lire aussi : Éclairage écoénergétique et techniques à mettre en œuvre à la maison.

Capteurs de présence :

Les capteurs de présence peuvent être utilisés pour la conservation et l'économie d'énergie. Ils détectent la présence dans la pièce et éteignent les lumières lorsqu'il n'y a pas de présence. Ils sont placés sur le tableau d'interrupteurs. Lorsqu'il n'y a pas de présence dans la pièce, ils coupent l'alimentation des lumières et ventilateurs du tableau même si l'interrupteur est allumé.

Cela réduirait aussi le risque de surchauffe et d'incendie dans les appareils si quelqu'un oublie de les éteindre. Nous pouvons sélectionner quels appareils nous voulons éteindre automatiquement quand nous ne sommes pas dans la pièce, comme climatisation, ventilateurs, lumières, etc. par un seul capteur de présence pour réduire le coût d'utilisation de capteurs individuels pour chaque appareil. D'autres appareils comme le réfrigérateur, etc. peuvent être allumés et éteints manuellement.

Cela peut économiser jusqu'à 10 % de la consommation d'énergie pour l'éclairage, ce qui est une meilleure pratique pour atteindre la conservation d'énergie dans les secteurs résidentiel et commercial.

Pour 60 capteurs de présence à utiliser (charge éclairage 10 kW)

Économie = 20 % de 10 kW × 10 × 300 × 0,1 = 600 $

Investissement (coût d'un capteur 16 $) = 60 × 16 = 960 $

Délai de récupération = 960 / 600 = 1 an 7 mois.

L'interrupteur pour la climatisation sera différent de celui des lumières, donc nous devons utiliser 60 autres capteurs pour la climatisation (1,5 TR chacun). Ils économiseront aussi 10 % de la consommation d'énergie mais leur coût sera plus élevé en raison du courant nominal plus élevé.

Économie = 60 × 1,5 TR = 90 × 1,2 = 108 kW

20 % de 108 kW = 21,6 kW

Économie en $ = 21,6 × 10 × 300 × 0,1 = 6 480 $

Investissement en $ = 60 × 40 = 2 400 $

Délai de récupération = 2 400 / 6 480 = 4,5 mois.

Réglez la vitesse du ventilateur sur « élevé » sauf par temps très humide. Quand il fait humide, une vitesse basse du ventilateur extraira plus d'humidité de l'air. Éloignez les appareils de votre thermostat de climatisation. La chaleur des appareils fait fonctionner le climatiseur plus longtemps. Ouvrez les fenêtres au lieu d'utiliser la climatisation ou les ventilateurs les jours et soirées frais. Habillez-vous appropriément pour les conditions extérieures.

Autres domaines d'intérêt – Utilisation de capteurs de présence, cellules photoélectriques / minuteurs pour l'éclairage extérieur

Des minuteurs automatiques peuvent être installés pour les lumières extérieures. Avec les avancées technologiques, des interrupteurs crépusculaires peuvent être utilisés pour commuter l'éclairage en fonction de la disponibilité de la lumière du jour. Cependant, il faut veiller à ce que le capteur soit installé dans un endroit exempt d'ombres, de faisceaux lumineux des véhicules et d'interférences d'oiseaux. Des variateurs peuvent aussi être utilisés en association avec le photo-contrôle.

Des capteurs de présence infrarouges et ultrasoniques peuvent être utilisés pour contrôler l'éclairage dans les bureaux. Il faut noter que les capteurs de présence plus sophistiqués combinent détection infrarouge et ultrasonique ; ces capteurs intègrent un microprocesseur dans chaque unité qui surveille en continu les capteurs, ajustant les niveaux de sensibilité pour optimiser les performances.

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Zones générales

• Là où l'éclairage naturel est disponible, prévoyez des contrôles d'éclairage naturel.
• Utilisez un gradateur continu pour les espaces avec activité de mouvement mineure comme la lecture, l'écriture, les conférences. Utilisez un gradateur par paliers (marche/arrêt) pour les espaces avec activité de mouvement majeure comme la marche et le stockage en rayonnage.
• Montez toujours les capteurs de présence ultrasoniques à au moins 1,8 à 2,4 m des gaines CVC sur des surfaces sans vibration et placez-les de façon qu'il n'y ait pas de détection hors de la porte ou de l'ouverture de l'espace.
• Dans les espaces à forte appropriation par les occupants comme les bureaux privés et les salles de conférence, incluez toujours des interrupteurs pour le contrôle manuel de l'éclairage.

Salle de conférence :

• Utilisez des capteurs de présence à double technologie dans les grandes salles de conférence pour une détection optimale des petits mouvements de main et des grands mouvements du corps.
• Des capteurs de présence infrarouges passifs montés au plafond ou dans les coins sont utilisés pour les salles de conférence moyennes et petites.
• Incluez toujours des interrupteurs permettant le contrôle manuel de l'éclairage.
• Contrôle de l'éclairage extérieur
• Utilisez un panneau de contrôle d'éclairage avec horloge et cellule photoélectrique pour contrôler l'éclairage extérieur afin qu'il s'allume au crépuscule et s'éteigne à l'aube et éteigne l'éclairage non sécuritaire plus tôt dans la soirée pour la conservation d'énergie et les économies.

Variateur de tension et de fréquence (VVVF)

Le VVVF (Variateur de tension et de fréquence) pour le système d'exploitation des portes est une unité très efficace qui est maintenant utilisée par les fabricants d'ascenseurs pour le moteur d'exploitation des portes dans tous les ascenseurs. Il y aura environ 20 % d'économie de consommation d'électricité pendant le fonctionnement du moteur de porte lors de l'ouverture et la fermeture des portes d'ascenseur.

Puissance moteur de porte - 11 kW × 10 ascenseurs = 110 kW

Économie = 0,20 × 110 × 300 × 10 × 0,1 = 6 600 $

Coût par ascenseur = 1 400 $

Investissement = 1 400 × 10 = 14 000 $

Délai de récupération = 14 000 / 6 600 = 2 ans 2 mois.

Système solaire pour lumières extérieures

Si les lumières extérieures ont une consommation de 5 kW, utilisez un système solaire pour les lumières extérieures dont la puissance devrait être 11 kW. Car il ne peut supporter que 45 % de sa puissance nominale.

Économie = 5 kW × 11 × 365 × 0,1 = 1 980 $ par an

Coût du système solaire sera 11 880 $ (environ)

Délai de récupération = 6 ans.

La durée de vie typique d'un panneau solaire est de 15-20 ans donc ils doivent être correctement entretenus pour un ROI (Retour sur Investissement) maximal. La poussière et l'humidité doivent être nettoyées à intervalles réguliers car elles diminuent l'efficacité de conversion.

Climatisation centrale

Au lieu d'utiliser différents climatiseurs dans toutes les pièces, une climatisation centrale peut être installée dans le bâtiment. La consommation d'énergie de la climatisation centrale (0,66 kW par tonne) est presque la moitié de celle des climatiseurs fenêtre ou split (1,2 kW par tonne).

Coût d'installation fenêtre ou split = 670 $ par tonne.

Coût d'installation climatisation centrale = 1 350 $ par tonne mais le prix diminue avec l'augmentation de la capacité.

Économie = (1,2 - 0,66) × (1,5 TR × 60) × 10 × 300 × 0,1 = 14 580 $

Investissement = (670 × 1,5 × 60) = 60 300 $ (670 $/tonne pour 90 tonnes de capacité)

Délai de récupération = 60 300 / 14 580 = 4 ans 1 mois

• Fermez toutes les fenêtres et portes pendant les saisons de chauffage et de refroidissement.

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Chauffage par le sol

Les radiateurs traditionnels consomment beaucoup d'électricité car ils produisent de la chaleur par pertes I²R alors que le système de chauffage central n'est pas très efficace et a un coût d'installation et de maintenance élevé. Le chauffage par le sol est une solution moderne à ce problème.

Au lieu de chauffer la pièce depuis le sol via les conduits du chauffage central, il chauffe le sol à l'aide de bobines posées sous le sol. Comme l'air chaud a tendance à monter vers le sol, il y aura une meilleure distribution de la chaleur dans la pièce comparé au chauffage central où seulement 20 % de l'air chaud atteint le sol, ce qui signifie une économie considérable en électricité et en maintenance.

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Infiltration et pertes de chauffage

L'infiltration cause une perte de chaleur pendant la saison de chauffage ou un gain pendant la saison de refroidissement, résultant en un inconfort pour les occupants du bâtiment. De plus, c'est un contributeur majeur aux coûts inutiles de chauffage et de refroidissement. Pour éviter cela, fermez toutes les fenêtres et portes pendant les saisons de chauffage et de refroidissement.

Coupez les radiateurs et registres de chauffage dans les couloirs, vestibules, escaliers et halls. Utilisez des thermostats avec abaissement automatique nocturne. Assurez-vous que les thermostats de votre bâtiment sont inviolables. Maintenez votre équipement de chauffage bien réglé. Un système de chauffage inefficace gaspille 30-50 % de l'énergie qu'il utilise, ce qui n'est pas adapté à un système de conservation d'énergie.

Recommandations spéciales pour la conservation d'énergie dans les bâtiments

• Dans les cas où des courroies en V sont utilisées sur les ventilateurs, il est suggéré d'utiliser des courroies crantées au lieu des courroies en V. Cela économise 3 % d'énergie en consommation d'énergie et réduit le glissement.
• En augmentant le réglage de température de la climatisation de 1 °C, cela économisera 3 % de la consommation d'énergie de la climatisation. Donc si la température de la pièce est réglée à 21 °C au lieu de 20 °C, cela n'aura pas beaucoup d'effet sur la température de la pièce mais une bonne quantité d'énergie sera économisée. Aussi, avec l'augmentation de la différence de température entre la pièce et l'extérieur, le travail effectué par la climatisation augmente. Donc les portes et fenêtres doivent être correctement fermées.
• Gardez les filtres propres des climatiseurs split et fenêtre sinon en consommant la même énergie, la climatisation refroidira la pièce lentement. Cela prendra plus de temps pour maintenir la température de la pièce et plus d'énergie sera gaspillée. Envisagez d'acheter un réfrigérateur/congélateur qui doit être dégivré manuellement. Ceux-ci sont plus économes en énergie ; cependant, ne laissez pas le givre s'accumuler au-delà de 6 mm.
• Régler la température de la climatisation à 16 °C ne permet pas de refroidir la pièce plus rapidement, c'est juste une référence pour le thermostat de la climatisation pour arrêter le refroidissement quand la température réglée est atteinte. En laissant le réglage à 16 °C, la climatisation continue de refroidir la pièce même quand ce n'est pas nécessaire et consomme donc plus d'énergie.
• Utilisez des pales en PRFV (polyester renforcé de fibres de verre) dans les tours de refroidissement à la place des pales en aluminium. Elles ont une consommation d'énergie moindre pour la même sortie. Elles ont moins d'inertie et une bonne résistance.
• Installez un capteur de niveau d'eau dans le réservoir pour que quand il est plein, le moteur s'arrête automatiquement car après que le réservoir soit plein, l'eau n'y entre plus mais le moteur continue de tourner, donc de l'énergie peut être économisée. Un capteur devrait être installé sur la pompe pour que quand l'eau ne vient pas, elle ne pompe pas inutilement.

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Gestion de l'énergie

Pour répondre aux exigences de consommation d'énergie au quotidien, un système de gestion de conservation d'énergie en ligne peut être installé pour une surveillance rapprochée. Cela fournit une meilleure vue de la distribution d'énergie dans les différentes parties du bâtiment.

Nous pouvons surveiller la quantité d'énergie consommée par différentes pièces et auxiliaires. Ainsi, si une lumière ou un auxiliaire reste allumé inutilement la nuit, cela peut être détecté et éteint. Planifiez, gérez et mettez en œuvre des programmes de conservation d'énergie selon la Loi sur la conservation d'énergie. Pour aider la mise en œuvre du CECB (Code de conservation d'énergie pour les bâtiments), diverses mesures facilitatrices sont entreprises/planifiées par le BEE (Bureau of Energy Efficiency).

Celles-ci incluent le programme de prix de conservation d'énergie, la génération de sensibilisation et les activités de formation liées, le renforcement des capacités des agences de mise en œuvre étatiques et municipales, les manuels de conception, logiciels, formation et support technique pour architectes, ingénieurs, officiels du code & programmes de sensibilisation pour propriétaires, concepteurs et utilisateurs de bâtiments.

Efficacité énergétique dans les bâtiments

• IEEE 519–1992 traite même les harmoniques en les limitant à 25 % des limites pour les ordres impairs dans la même gamme. Les harmoniques d'ordre pair résultent en une onde de courant asymétrique qui peut contenir une composante continue qui saturera les cœurs magnétiques.
• Les limites permises pour les divers paramètres sont : Courant neutre : 8-10 % du courant RMS et Tension neutre : 2 V
• Selon les normes IEEE 519, les limites recommandées des harmoniques sont :

Harmoniques de courant : 8 % THD, Harmoniques de tension : 5 % THD

Déséquilibre :

Déséquilibre de courant : 5 %, Déséquilibre de tension : 4 %

• Le facteur de puissance doit être maintenu proche de l'unité via des batteries de condensateurs afin que les pertes de courant dans les câbles et tableaux soient réduites et qu'il n'y ait pas de pénalité de la part du distributeur d'électricité.

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Note : En pratique, il n'existe pas de système idéal dans aucune branche de la physique, on ne peut que tenter de minimiser les pertes dans les limites de tolérance mais elles ne peuvent pas être réduites à zéro pour obtenir une conservation d'énergie à 100 % et un système écoénergétique dans la maison. Néanmoins, nous devrions continuellement essayer d'améliorer le système existant pour débloquer et comprendre le potentiel maximal de la science.