Une association efficace
Le vitrage intelligent et la technologie géothermique s’associent pour former un système de chauffage/climatisation unique en son genre
Comment le vitrage dynamique et la technologie géothermique peuvent-ils s’associer pour former un système de chauffage/climatisation ultra-efficace et à la pointe de la modernité pour les bâtiments commerciaux ? Les experts de SageGlass et la société de géothermie GEOptimize ont décidé de se pencher sur la question et ont conçu un double système utilisant la technologie de vitrage électrochrome de SageGlass pour compléter un système géothermique existant. Les concepteurs espèrent que ce système unique en son genre servira de modèle pour les bâtiments à haute efficacité énergétique du monde entier.
Le projet
Arvig, fournisseur d’accès à Internet (FAI) basé dans le Minnesota, a prévu d’étendre son immeuble de bureaux de 5000 à 7000 m² dans le cadre d’une vaste opération de rénovation. L’entreprise a pour cela sollicité l’aide de The Design Group afin d’évaluer le système de pompes à chaleur géothermiques (GSHP) actuel. Otter Tail Power Company, une compagnie d’électricité locale, a vu dans la rénovation du bâtiment d’Arvig une occasion d’améliorer l’efficacité du réseau électrique du FAI et s’est associée à la société de géothermie GEOptimize pour réaliser quelques projets de pompes à chaleur géothermiques. Ed Lohrenz, fondateur de GEOptimize, a alors eu une idée tout à fait originale.
Plutôt que d’associer le système GSHP à une source d’énergie complémentaire en vue de gérer les charges de chauffage/climatisation (comme le font la plupart des systèmes GSHP traditionnels), l’équipe de projet d’Arvig a choisi d’utiliser le vitrage dynamique comme dispositif de gestion de la charge du bâtiment. « Une fois rénové, le nouveau bâtiment devrait afficher une diminution de 30 % de son ratio surface vitrée/surface murale », explique Connor Dacquay de GEOptimize. « Cette augmentation importante de la surface vitrée aura un plus grand impact sur les gains de chaleur solaire. »
Concrètement, le système tire parti d’une source déjà disponible – la lumière du soleil traversant les vitres – afin de réduire les besoins en chaleur du bâtiment. Et lorsque le vitrage intelligent est teinté, il contribue également à réduire les besoins en climatisation. Le résultat se traduit par un projet renouvelable à faible émission de carbone, qui garantit en outre un espace de travail confortable pour les occupant(e)s du bâtiment.
« La difficulté posée par l’intégration de ce type de [double] système réside dans le fait qu’il s’agit d’une première », déclare Connor Dacquay. Pour prédire avec précision l’impact du vitrage intelligent sur les besoins en chaleur/climatisation du bâtiment, Connor Dacquay et ses collègues ont développé un modèle énergétique de bâtiment et effectué des simulations.
Les résultats
Les chercheurs ont développé quatre modèles énergétiques de bâtiment avec différents coefficients de gains de chaleur solaire et ont effectué des simulations évaluant l’efficacité des systèmes et les tendances de température sur une période de 20 ans (un résumé de leurs résultats a été récemment publié dans un article paru dans le Journal of Building Engineering1). Pour ce faire, ils ont pris en compte des modèles climatiques, des scénarios de changement climatique, des scénarios d’utilisation des bureaux et d’autres facteurs.
Les résultats de la modélisation ont montré que les besoins annuels en climatisation du bâtiment diminuaient de 32 % lorsque le vitrage dynamique était entièrement teinté (par rapport à un vitrage transparent). Le système intégré permettait en outre une réduction de 30 % des émissions de CO2 et présentait un intérêt majeur sur le plan financier : la valeur actuelle nette du système sur une période de 30 ans, par rapport à un système conventionnel, était inférieure de 142 273 dollars. Les coûts d’investissement pour le système géothermique ont également été réduits, car aucun trou de forage n’a été nécessaire malgré l’augmentation importante de la superficie du bâtiment.
Perspectives pour l’avenir
L’achèvement du projet d’Arvig est prévu pour 2022, date à laquelle le système pourra être entièrement automatisé : des capteurs de température et des débitmètres installés sur l’échangeur de chaleur géothermique recueilleront des données et le système d’automatisation du bâtiment du client utilisera ces informations pour ajuster le niveau de teinte du vitrage intelligent.
« Dans un contexte où les préoccupations liées au changement climatique et la sensibilisation aux émissions de gaz à effet de serre augmentent, les propriétaires de bâtiments commerciaux se retrouvent dans l’obligation de concevoir des bâtiments à haute efficacité énergétique », précise Connor Dacquay. « Un bâtiment présentant un ratio surface vitrée/surface murale élevé permet une relation symbiotique entre un système géothermique et un vitrage dynamique. » Selon Connor Dacquay, ce type de double système devrait rapidement s’imposer dans la conception des bâtiments commerciaux. « La question n’est plus de savoir si cela se fera, mais quand. »