Les laboratoires d'ingénierie sont essentiels à l'innovation en recherche et développement, mais ils sont réputés pour avoir consommé d'énormes quantités d'énergie, souvent 4 à 5 fois plus par pied carré que les bâtiments de bureaux ou les salles de classe.Cette intensité est due à des exigences exigeantes en matière de ventilation, à des charges élevées d'équipement et à des protocoles de sécurité rigoureux.

Comprendre l'utilisation de l'énergie dans les laboratoires d'ingénierie

Dans la plupart des laboratoires d'ingénierie, les systèmes CVC représentent environ 50 à 60 % de l'utilisation totale de l'énergie, en raison des taux élevés de changement d'air requis pour l'échappement des fumées, de la chaleur et des substances toxiques. La consommation restante est répartie entre les équipements spécialisés (tels que les fours, les machines CNC, les compresseurs et les microscopes électroniques), l'éclairage et les charges de prise. Les hottes à elles seules peuvent consommer autant d'énergie que la maison typique chaque année en raison de l'air conditionné qu'elles épuisent.

Au-delà du simple mesurage, il est essentiel de comprendre l'interaction entre la conception du laboratoire, les modes d'utilisation et les horaires opérationnels. Beaucoup de laboratoires maintiennent des opérations continues même en cas d'inoccupation et l'équipement fonctionne souvent en mode veille en tirant la puissance au ralenti.

Stratégies de réduction de la consommation d'énergie

Optimiser les systèmes d'éclairage

L'éclairage, bien qu'il s'agisse généralement d'une fraction plus petite de la consommation énergétique des laboratoires (10 à 15 %), offre des fruits à faible inclinaison pour économiser. L'amélioration des installations fluorescentes ou incandescentes aux sources LED à haut rendement peut réduire la consommation d'énergie de 50 à 75 %. Les lampes à DEL génèrent également moins de chaleur, ce qui réduit le fardeau des systèmes de refroidissement, avantage synergique dans les laboratoires climatisés. Au-delà de la source lumineuse elle-même, les commandes avancées amplifient les économies. Les capteurs d'occupation diminuent automatiquement ou éteindre les lumières dans les zones inoccupées telles que les salles de stockage, les couloirs et les postes de travail.

Moderniser les systèmes de ventilation et de CVC

Les systèmes VAV modulent l'alimentation en air en fonction de la demande en temps réel, par exemple en réduisant le débit d'air lorsque les hottes sont fermées ou lorsque l'espace est inoccupé, en réduisant les coûts d'énergie et de conditionnement des ventilateurs. Les roues de récupération de chaleur ou les roues en enthalpie captent l'énergie de l'air d'échappement et le transfèrent à l'air frais entrant, en le préchauffant ou en le refroidissant sans contamination croisée. Les hottes à faible débit réduisent le débit d'échappement requis sans compromettre la sécurité, coupant directement le volume d'air conditionné qui doit être remplacé. L'Institut international des laboratoires durables (I2SL) offre des lignes directrices et des ressources pour le nettoyage des hottes à haute performance HVAC dans les laboratoires. De plus, le réajustement des points de température pendant les heures inoccupées, sans violer les seuils d'humidité ou de sécurité, peut réduire sensiblement l'utilisation d'énergie.

Mettre en œuvre la gestion intelligente de l'équipement

Une approche systématique de la gestion des équipements réduit les déchets sans entraver la recherche. D'abord, acheter des modèles certifiés ENERGY STAR ou d'autres modèles d'efficacité pour les appareils communs comme les réfrigérateurs, les congélateurs et les ordinateurs. Deuxièmement, mettre en place des politiques strictes de « réduction des émissions » : désactiver les instruments après utilisation et, si possible, utiliser des minuteries programmables ou des bandes de puissance intelligentes pour couper la puissance de secours. Troisièmement, consolider les charges de travail en planifiant des processus à forte intensité énergétique pendant les heures creuses (lorsque les services publics peuvent offrir des tarifs plus bas).

Améliorer l'enveloppe et l'isolation du bâtiment

Bien que souvent négligée dans les travaux de rénovation en laboratoire, l'enveloppe du bâtiment joue un rôle vital dans l'efficacité thermique. L'amélioration de l'isolation des murs, des toits et des planchers réduit les charges de chauffage et de refroidissement, tandis que l'étanchéité de l'air empêche l'infiltration incontrôlée. Un vitrage à double ou triple vitrage à faible émissivité limite le gain de chaleur solaire en été et les pertes de chaleur en hiver.

Tirer parti des énergies renouvelables et de la production sur place

La réduction de la consommation n'est que la moitié de la bataille; la production d'énergie propre sur place peut neutraliser l'empreinte carbone restante d'un laboratoire. Les réseaux photovoltaïques solaires (PV) montés sur le toit ou au sol sont de plus en plus viables en raison de la baisse des coûts des panneaux et des incitations fiscales disponibles.Pour les laboratoires qui ont une forte demande en eau chaude, les capteurs solaires thermiques peuvent préchauffer les besoins en lavage et en traitement.

Pratiques exemplaires supplémentaires

  • Conduire des vérifications régulières de l'énergie:[ Planifier des vérifications exhaustives tous les uns et les trois ans afin de cerner de nouvelles possibilités, de vérifier le rendement des mesures installées et d'ajuster les stratégies à mesure que la technologie et l'occupation évoluent.
  • Éduquer et engager les occupants de laboratoire :[ Favoriser une culture de la conservation de l'énergie par la formation obligatoire, l'affichage et les incitatifs.
  • Les certifications de laboratoire vert :[ Des programmes comme LEED pour les laboratoires, My Green Lab ou l'outil de benchmarking Labs21 fournissent des cadres structurés pour l'amélioration et la reconnaissance des réalisations.
  • Déployer des systèmes d'automatisation de bâtiments avec des tableaux de bord qui affichent une consommation d'énergie en temps réel. Les alertes automatisées peuvent signaler des pics anormaux, tandis que les rapports mensuels permettent de comparer les points de repère et les périodes précédentes.
  • Optimiser la gestion des fumées :[ Fermer les sashs de la hotte lorsqu'ils ne sont pas utilisés, et envisager d'installer des sashs de fermeture automatique ou des commandes VAV sur les hottes pour réduire le débit d'échappement.Ces mesures seules peuvent réduire l'énergie de ventilation de 30 à 50 pour cent dans les laboratoires avec de nombreux hottes.
  • Intégrer la conception de laboratoire pour l'efficacité:[ Dans les nouvelles constructions, incorporer des plans de planchers ouverts et des couloirs utilitaires partagés pour réduire le volume conditionné.
  • Explorer la ventilation à commande de demande:[ Utiliser des capteurs pour l'occupation, le CO2, les composés organiques volatils (COV) et la température pour moduler les débits de ventilation en temps réel, en assurant la sécurité tout en évitant la surventilation.
  • Fusion de prises de courant :[ Encourager les politiques de réduction de puissance pour les moniteurs, chargeurs et autres appareils électroniques personnels.
  • Mise en oeuvre d'une politique d'approvisionnement écologique:[ Prioriser les achats d'équipement et d'appareils de laboratoire écoénergétique et tenir compte du coût du cycle de vie (y compris l'énergie) plutôt que du prix de l'autocollant.
  • Entretien et partage des résultats :[ Participer à des programmes nationaux ou institutionnels d'analyse comparative de la performance énergétique par rapport aux laboratoires de pairs.

Conclusion

La réduction de la consommation d'énergie dans les laboratoires d'ingénierie est une entreprise multiforme qui combine des améliorations techniques, des changements opérationnels et des changements culturels.Les stratégies décrites ici, allant de l'éclairage et des optimisations de CVC à la gestion des équipements, aux énergies renouvelables et à l'engagement des occupants, offrent une feuille de route pour obtenir des réductions significatives tant en termes de consommation d'énergie que de coûts opérationnels.