Le rôle des systèmes primaires dans le soutien des objectifs énergétiques leed zéro
Le rôle des systèmes primaires dans le soutien aux objectifs de zéro énergie LEED
La certification LEED Zero Energy représente le pôle de performance durable des bâtiments.Cette norme rigoureuse exige que les bâtiments produisent autant d'énergie provenant de sources renouvelables qu'ils consomment sur une période de 12 mois. Bien que les stratégies de conception, le comportement des occupants et les choix de matériaux contribuent tous, l'épine dorsale de tout bâtiment zéro énergie réside dans ses systèmes primaires. Ce sont les composants mécaniques, électriques et structurels de base qui dictent comment l'énergie est utilisée, gérée et générée.
La certification LEED Zero Energy, administrée par le Green Building Council (USGBC), s'appuie sur le système de notation LEED existant. Elle nécessite au moins deux ans de données continues sur la performance énergétique, démontrant une utilisation nette zéro source d'énergie. Cela signifie que les systèmes primaires doivent non seulement être efficaces individuellement mais aussi travailler ensemble de manière transparente pour minimiser les charges et maximiser la production d'énergie renouvelable sur place.
Comprendre les systèmes primaires dans la conception des bâtiments
Les systèmes primaires sont les principaux composants consommateurs et producteurs d'énergie dans un bâtiment. Ils diffèrent des systèmes secondaires (tels que les charges de prise ou les ascenseurs) en ce sens qu'ils conditionnent directement l'environnement ou produisent de l'énergie renouvelable.
- Héchauffement, ventilation et climatisation (CVAC)[ – le plus grand consommateur d'énergie dans la plupart des bâtiments commerciaux.
- L'éclairage – généralement la deuxième charge la plus importante, mais fortement influencée par les contrôles et la lumière du jour.
- Systèmes énergétiques renouvelables[ – génération sur site, le plus souvent des réseaux photovoltaïques (PV).
- Enveloppe de bâtiment – séparateur physique entre l'intérieur et l'extérieur, y compris les murs, les toits, les fenêtres et l'isolation.
- Stockage et gestion de l'énergie[ – batteries, stockage thermique et contrôles intelligents qui équilibrent l'offre et la demande.
Ces systèmes sont interdépendants. Par exemple, une enveloppe de bâtiment haute performance réduit le calibrage et l'extraction d'énergie des équipements CVC, ce qui réduit la capacité requise du système d'énergie renouvelable. De même, les commandes d'éclairage automatisées liées aux capteurs d'occupation peuvent réduire les charges de refroidissement en réduisant le gain de chaleur interne.
Principaux systèmes primaires soutenant LEED Zéro énergie
Systèmes de CVC à haute performance
Les systèmes CVC représentent 40 à 60 % de l'énergie totale utilisée dans les bâtiments commerciaux typiques. Pour les projets LEED Zero Energy, les concepteurs doivent dépasser le minimum de code.
- Géothermie (GHP):[ Ces systèmes utilisent la température stable de la terre pour fournir le chauffage et le refroidissement avec des coefficients de performance extrêmement élevés (COP de 4,0 à 6,0).Les GHP réduisent la consommation d'électricité de 30 à 60 % par rapport aux pompes à chaleur conventionnelles à source d'air.
- Systèmes de flux frigorigènes variables: Le VRF permet le chauffage et le refroidissement simultanés dans différentes zones, récupérant la chaleur des zones qui ont besoin de refroidissement et la réorientant vers les zones qui ont besoin de chauffage, ce qui réduit considérablement l'énergie globale du compresseur.
- Récupération d'énergie Ventilateurs (ERV):[ Les ERV captent la chaleur et l'humidité de l'air d'échappement jusqu'à l'air frais d'arrivée préalable, en coupant l'énergie nécessaire pour conditionner l'air de ventilation.
- Systèmes d'air extérieur dédiés (DOAS):[ La séparation de l'air de ventilation de la boucle de conditionnement thermique permet à chaque système de fonctionner à un rendement maximal.
Les stratégies de contrôle sont également importantes. La ventilation à commande de demande (DCV) ajuste l'admission d'air extérieur en fonction des niveaux de CO2 en temps réel, tandis que les économiseurs apportent un refroidissement libre lorsque les conditions extérieures sont favorables.
Systèmes d'éclairage avancés
Les charges d'éclairage ont chuté de façon spectaculaire avec l'adoption généralisée de LED. Cependant, atteindre LEED Zero Energy nécessite plus que des appareils efficaces.
- Faisceaux de jour:Les photocapteurs diminuent ou éteindre les feux électriques lorsque la lumière du jour est suffisante. Les bureaux ouverts peuvent réduire l'énergie lumineuse de 20% à 60% avec des contrôles de lumière du jour appropriés.
- Capteurs d'occupation et de vacance: Ces capteurs éteindre les lumières dans les espaces inoccupés. L'intégration avec le BAS permet l'ordonnancement et le contrôle de zone.
- Éclairage de tâche/d'ambiance:[ La réduction des niveaux de lumière ambiante (p. ex., 30 à 40 bougies de pied) avec éclairage de tâche réglable aux postes de travail réduit la puissance globale tout en améliorant la satisfaction des occupants.
- Luminaires à haute efficacité: Le choix de luminaires ayant une efficacité supérieure à 150 lumens par watt est maintenant possible.
L'éclairage affecte également les charges de refroidissement. Les LED produisent moins de chaleur que les sources incandescentes ou fluorescentes, abaissant directement la demande de CVC. Dans les bâtiments à énergie nulle, le système d'éclairage est conçu comme un système de faible puissance, hautement contrôlable qui complète la stratégie CVC.
Systèmes d'énergies renouvelables
La production d'énergie renouvelable sur place est une exigence pour LEED Zero Energy. Le choix le plus courant est les réseaux photovoltaïques solaires sur toit ou au sol. Pour répondre à la valeur nette zéro, le système renouvelable doit compenser la consommation annuelle totale d'énergie à partir de sources d'énergie.
- Taille: La capacité du réseau PV doit être calculée à partir des données météorologiques historiques, des modèles énergétiques de construction et des pertes d'efficacité attendues (ombrage, efficacité de l'onduleur, dégradation).
- Orientation et inclinaison:[ Des tableaux orientés vers le sud à angle d'inclinaison égal à la latitude donnent une production annuelle maximale. Les orientations est/ouest peuvent fournir une meilleure adéquation de charge pour les bâtiments avec des pics du matin et du soir.
- Intégration avec stockage:[ Le stockage de batterie permet d'utiliser la surproduction pendant la journée la nuit, améliorant le rapport d'autoconsommation du bâtiment. Le stockage thermique (p. ex., réservoirs d'eau réfrigérée) peut également déplacer les charges.
- Autres énergies renouvelables:[ Les éoliennes, la chaleur solaire pour l'eau chaude domestique ou l'échange géothermique peuvent compléter ou remplacer la VP lorsque les conditions du site sont favorables.
L'USGBC exige que les énergies renouvelables soient produites sur l'empreinte du bâtiment ou sur place à l'intérieur du périmètre du projet. Les achats ou compensations hors site ne sont pas admissibles à la certification LEED Zero Energy.
Performance de l'enveloppe de construction
L'enveloppe du bâtiment est la première ligne de défense contre le gain et la perte de chaleur. Même le système CVC le plus efficace ne peut pas surmonter une enveloppe étanche et mal isolée. Pour LEED Zero Energy, l'enveloppe doit être conçue pour minimiser le pont thermique et l'infiltration d'air.
- Isolation continue:[ L'installation d'isolation à l'extérieur du cadre structurel élimine les ponts thermiques par des clous et des poutrelles. Les valeurs R de R-20 à R-40 pour les murs et R-40 à R-60 pour les toits sont courantes dans les conceptions à énergie nulle.
- Fenêtres hautes performances: Fenêtres à revêtement triple à faible teneur en e avec remplissage argon ou krypton obtiennent des valeurs en U inférieures à 0,25 Btu/h·ft2·°F. Les dispositifs d'ombrage (sangles extérieurs, surplombs) contrôlent le gain de chaleur solaire.
- Construction étanche:[ Les essais de porte de souffleur devraient atteindre des taux de fuite inférieurs à 0,15 cfm/ft2 à 75 Pa. Il est essentiel de sceller toutes les pénétrations, joints et transitions.
- Toits de col et toits verts: La toiture réfléchissante réduit l'effet de l'île de chaleur et réduit les charges de refroidissement.
Une enveloppe optimisée réduit la capacité requise de CVC, ce qui réduit la taille et le coût du système d'énergie renouvelable. Ce cycle vertueux est la marque d'une conception rentable à zéro énergie.
Systèmes de stockage et de gestion de l'énergie
Avec des systèmes primaires très efficaces et la génération sur place, la dernière pièce est de gérer l'inadéquation temporelle entre la production d'énergie et la consommation. Batteries, stockage thermique, et contrôles intelligents aident à atteindre net-zéro sur une base horaire, quotidienne et saisonnière.
- Les systèmes de batteries au lithium-ion[ stockent l'énergie solaire excédentaire pour une utilisation pendant les pics du soir ou les journées nuageuses.
- L'eau en contact ou le stockage de glace déplace les charges de refroidissement vers les heures creuses, réduisant les charges de demande et permettant au refroidisseur de fonctionner la nuit lorsque les températures ambiantes sont plus basses (rendement accru).