Making Building Electrification Real

L’électrification est l’avenir (proche)

Partout au pays, l’électrification des bâtiments prend de l’ampleur en tant que stratégie pratique de décarbonisation des bâtiments. C’est efficace et logique dans les endroits où le réseau électrique est en transition vers des sources d’énergie propres et renouvelables. La majeure partie de la production d’électricité provient encore aujourd’hui de combustibles fossiles ; Cependant, la croissance rapide des énergies renouvelables à grande échelle et sur site dans le bouquet énergétique du monde entier rend possible la décarbonisation par l’électrification. ¹

Il convient de noter qu’à l’échelle nationale, le secteur de l’énergie électrique a réduit ses émissions de plus de 25 %. D’autre part, il n’y a pas eu de véritable changement dans les émissions de carbone dues à l’utilisation directe de combustibles fossiles dans les foyers et les entreprises depuis des décennies. ^deux

Le refroidissement (climatisation) est déjà électrique. La majorité des émissions provenant directement du bâtiment sont imputables à l’utilisation de combustibles fossiles pour les systèmes de chauffage. 

Le changement est dans l’air. Un effort croissant pour éliminer l’utilisation directe de combustibles fossiles à l’intérieur des bâtiments bat son plein dans le monde entier et aura bientôt un impact sur les propriétaires d’immeubles des rues principales et influencera les rapports ESG des entreprises. De nombreux États et villes ont mis en place des politiques qui incitent à l’électrification en Amérique du Nord : la Climate Mobilization Act de New York oblige les bâtiments de plus de 25 000 pieds carrés à réduire les émissions de 40 % d’ici 2030. L’État impose une réduction de 80 % d’ici 2050. Le plan d’efficacité énergétique de 3 ans du Massachusetts comprend des incitatifs pour l’électrification stratégique, y compris des programmes d’incitatifs pour le remplacement des combustibles, ciblant les clients du mazout et du propane pour la conversion du combustible aux pompes à chaleur à air et à d’autres technologies. Minneapolis, dans le Minnesota, vise une réduction de 30 % des émissions de GES d’ici 2025 et de 80 % d’ici 2050. Parmi les voies prévues pour réduire les émissions de GES des bâtiments, mentionnons l’électrification. ³

Plus de 20 États ont déjà fixé des objectifs obligatoires de décarbonisation pour réduire leur dépendance aux combustibles fossiles. Pour aider à réduire les émissions, de nombreuses autres entités mettent également en place des incitations financières pour l’électrification des bâtiments, c’est-à-dire qu’elles remplacent les systèmes CVC alimentés par des combustibles fossiles par des alternatives électriques telles que les pompes à chaleur. Ils doivent le faire. Pour atteindre ces objectifs, il est nécessaire de réduire les émissions de_CO2 des bâtiments, car les bâtiments représentent 38 % des émissions mondiales de_CO2 liées à l’énergie et le CVC 40 % de la consommation d’énergie des bâtiments. ⁴

Jusqu’à présent, 48 États ont mis en place des incitations pour l’utilisation de pompes à chaleur par les bâtiments, et 13 ont mis en place des incitations pour les systèmes de chauffage entièrement électriques. De plus, les objectifs de durabilité de nombreuses entreprises – que 92 % des entreprises du S&P 500 ont – comprennent des engagements de zéro émission nette qui nécessiteront probablement des mesures de réduction des émissions de carbone et accéléreront la transition vers des systèmes CVC hybrides ou entièrement électriques. ⁵ Quarante-deux pour cent des entreprises du Fortune 500 ont un objectif de réduction des émissions absolu ou basé sur l’intensité. ⁶ Les changements législatifs prennent du temps. Les pressions sociales et financières inciteront probablement à agir plus tôt.

Que ce soit par conviction sur le fond ou en conformité avec des réglementations et des incitations financières changeantes, l’électrification des bâtiments incitera de nombreux propriétaires d’immeubles à chercher des conseils auprès d’ingénieurs consultants et spécifiants.

Les pompes à chaleur ont un rôle clé à jouer

Alors, pourquoi se concentrer sur les pompes à chaleur ? D’autres formes de chauffage électrique existent, comme le chauffage par résistance, qui comprend les fournaises électriques et les plinthes chauffantes. La technologie des pompes à chaleur s’est imposée comme le leader de l’industrie en raison de sa faible consommation d’énergie et, par conséquent, de ses coûts d’exploitation réduits et de son impact réduit sur la demande de charge de pointe. De plus, les systèmes de thermopompes hydroniques, qui font l’objet de cet article, ont fait leurs preuves et sont facilement disponibles en Amérique du Nord. Il s’agit d’un exemple rare de la façon dont une transformation significative de l’industrie peut être basée sur une solution éprouvée qui existe déjà.

Certains de vos clients connaissent peut-être la technologie des pompes à chaleur, si ce n’est dans leurs bâtiments commerciaux, du moins dans un usage résidentiel. La plupart auront besoin d’une explication de ses avantages, et vous pouvez le garder aussi simple que ceci : les solutions de pompe à chaleur ne génèrent pas de chaleur ; Ils déplacent la chaleur des zones où la chaleur est excessive vers les zones qui ont besoin de plus de chaleur. En raison des lois de la thermodynamique, il faut moins d’énergie pour transférer la chaleur que pour la générer, ce qui permet de réaliser d’importantes économies d’énergie et de coûts. Pensez-y comme au « recyclage et à la réutilisation » de l’énergie thermique d’un bâtiment. 

La solution Trane : un nouveau système complet de refroidissement-chauffage doté de la pompe à chaleur air/eau Ascend®

Traditionnellement, les pompes à chaleur étaient considérées comme une solution de chauffage et de refroidissement résidentielles, et étaient rarement adaptées aux dimensions requises pour les grands bâtiments. Et leur utilisation était limitée aux climats avec des températures extérieures supérieures à, disons, 20 ° F. En dessous de cette température, la chaleur du deuxième étage provenant d’un combustible fossile ou d’une résistance électrique est activée. Et même dans les climats tempérés, les pompes à chaleur doivent dégivrer périodiquement. Les mêmes contraintes qui limitent les pompes à chaleur dans l’utilisation résidentielle dans les climats plus froids nécessitent les mêmes considérations pour les bâtiments commerciaux, à une échelle beaucoup plus grande.

Le nouveau système de Trane offre aux utilisateurs commerciaux des options fiables, rentables et économes en énergie pour refroidir et chauffer leurs installations tout en réduisant les émissions de carbone, sans sacrifier le confort des occupants. Nos solutions préfabriquées facilitent la spécification et la mise en œuvre du CVC électrifié tout en offrant les avantages attendus par les propriétaires de bâtiments :

• Flexibilité : pour satisfaire diverses charges de chauffage et de refroidissement et se conformer aux réglementations en matière d’électrification et aux objectifs de durabilité.
• Haute performance – en exploitant les améliorations significatives du chauffage par pompe à chaleur pour permettre aux bâtiments de mieux fonctionner et de réduire les émissions de carbone.
• Fiabilité : en gérant les capacités de l’équipement pour réduire l’impact du dégivrage sur les performances du système et permettre un fonctionnement par temps froid.
• Réduire le coût de possession, en réduisant les coûts d’équipement et d’énergie tout en augmentant l’efficacité et la fiabilité pour les propriétaires de bâtiments.

Schéma complet du système de refroidissement-chauffage

Solution flexible avec des options pour répondre à vos besoins

Les systèmes complets de refroidissement-chauffage peuvent également soutenir les objectifs de QAI d’un bâtiment, car ils peuvent être installés pour s’adapter à de nombreux systèmes hydroniques existants côté air, y compris les ventilo-convecteurs, les appareils de traitement de l’air et les systèmes radiants. Et ces systèmes sont pris en charge par Trane avec des outils qui facilitent la spécification et la mise en œuvre d’un système CVC électrifié

Ascend® ACX est livré avec de nombreuses fonctionnalités standard et un large éventail d’options. Trane vous fournira la pompe à chaleur qui répond à vos exigences en termes d’efficacité, de coût et d’acoustique :

• La technologie du compresseur Scroll est abordable et pratique, sans compromettre l’efficacité ou le son
• La large cartographie de fonctionnement s’adapte à la charge dans des conditions extrêmes
• Plusieurs packs de sons pour choisir le niveau de performance acoustique souhaité
• La bobine à ailettes et à tube réduit l’encombrement

Considérations relatives à la conception du système

Certains principes de conception et de contrôle des systèmes d’eau glacée s’appliquent bien aux systèmes de chauffage de refroidisseur. Mais il y a aussi quelques considérations importantes que les concepteurs doivent prendre en compte concernant le dimensionnement de l’équipement, l’emplacement du réservoir tampon, la nécessité d’un chauffage supplémentaire dans certains climats et la gestion du dégivrage.

Fiabilité –Les conséquences d’une mauvaise performance du système de chauffage sont potentiellement plus importantes qu’une défaillance du système de refroidissement. Les ingénieurs doivent tenir compte dans la conception du système de la possibilité d’un événement météorologique de 50 ans. Les pompes à chaleur air-eau Ascend® peuvent fournir une température de fluide de 140^° F à une température de l’air extérieur de 55^° F (OAT) et sont capables de chauffer jusqu’à 0^°F tout en fournissant une température de fluide de 100^° F.

Étant donné que les pompes à chaleur air/eau ont des limites de fonctionnement qui deviennent plus restrictives à mesure que les températures baissent, les ingénieurs doivent s’assurer qu’ils prennent en compte dans leurs plans une stratégie de chauffage d’appoint redondante et fiable pour s’adapter au potentiel d’un OAT extrêmement faible. Des solutions complètes de refroidisseur-chauffage peuvent être configurées en option pour permettre un chauffage supplémentaire ou bicombustible si nécessaire, avec davantage d’options de configuration du système telles que la récupération de chaleur dédiée, le refroidissement naturel et le stockage d’énergie diurne.

Flexibilité – Les pompes à chaleur sont conçues pour desservir deux systèmes aux attentes différentes : le refroidissement et le chauffage. Un système de refroidissement, par exemple, peut être conçu pour un delta T de 10^° F-12^° F, tandis qu’un système de chauffage traditionnel peut avoir été conçu pour un delta T de 20^° F-30^° F. Le système doit être en mesure de répondre à ces deux besoins. Un système complet de refroidissement-chauffage peut être configuré avec deux (ou plusieurs) pompes à chaleur - une pour le chauffage et une pour le refroidissement - avec le volume de système approprié pour s’adapter aux charges de chauffage et de refroidissement en temps réel.

Température de l’air extérieur – La capacité de la pompe à chaleur et la température maximale du fluide d’alimentation sont réduites à mesure que l’OAT baisse, et le système a des limites de fonctionnement de la température de l’air extérieur. Le dimensionnement de l’équipement est affecté par ces conditions de température, le double rôle de chauffage-refroidissement et la disponibilité de sources de chaleur supplémentaires. Il est important de déterminer la taille de l’équipement qui correspond à la température, aux débits et aux exigences de redondance pour répondre à vos besoins de refroidissement et de chauffage tout au long de l’année.

Mode dégivrage – Une pompe à chaleur air-eau fonctionnera occasionnellement en mode dégivrage pour assurer un échange de chaleur fiable avec l’air ambiant. Lorsque le système est en mode dégivrage, le chauffage du système hydronique est interrompu. Cette interruption peut être atténuée par le dimensionnement de l’équipement, l’utilisation d’un réservoir tampon et/ou l’utilisation d’une chaudière d’appoint. Une stratégie d’atténuation appropriée peut minimiser ces perturbations.

Climats froids – Un système complet de refroidissement-chauffage doté de pompes à chaleur air/eau peut également être configuré pour les climats plus froids grâce à l’utilisation d’un stockage d’énergie à changement de phase et de pompes à chaleur eau-eau. Le concept est de permettre à la pompe à chaleur air/eau d’apporter de l’énergie supplémentaire dans le bâtiment uniquement lorsque les conditions de l’air extérieur sont adaptées au fonctionnement, pour une meilleure efficacité et pour une meilleure capacité de chauffage. L’énergie apportée est stockée dans le changement de phase de l’eau. Plus tard, soit lorsque les conditions de l’air extérieur ne sont pas adaptées, que les prix de l’énergie sont élevés ou que les charges sont plus élevées, la pompe à chaleur eau-eau récupère l’énergie stockée et la pompe à un niveau de chaleur supérieur pour la distribution. Ce système peut être associé à d’autres sources de chaleur de faible intensité telles que l’énergie solaire thermique, les systèmes d’eaux usées et la récupération d’énergie côté air.

Une autre solution pour les climats froids est d’utiliser de la chaleur supplémentaire. Il peut s’agir de chaudières à combustibles fossiles à utiliser uniquement à des températures extrêmes, d’un chauffage électro-hydronique auxiliaire sous la forme d’une chaudière électrique, d’une chaleur à résistance électrique dans les éléments de traitement de l’air ou de panneaux rayonnants électriques dans l’espace.

Un soutien et une expertise en matière de conception pour simplifier la tâche

L’électrification apporte de nouveaux types de composants de système et d’exigences de conception de système pour les ingénieurs consultants et spécifiants. Trane dispose d’un ensemble complet de ressources pour soutenir la conception, les spécifications de l’équipement et la sélection afin de garantir qu’un système complet de refroidissement-chauffage doté de la pompe à chaleur Ascend® réponde aux besoins de votre application. Contactez un Trane pour plus d’informations.

Notre guide d’application fournit des informations détaillées sur les codes et les normes du système, le dimensionnement du système et de l’unité, la configuration et les composants système en option. Nous proposons également des agencements de systèmes et des séquences de contrôle, ainsi que des outils de calcul du volume d’eau et du carbone.

Il existe également de nombreux outils de conception et d’analyse de systèmes de Trane pour sélectionner l’équipement dont vous avez besoin sur PC, tablette ou smartphone, ainsi que des ressources de conception de systèmes, des outils d’analyse de systèmes et divers calculateurs, y compris la conformité LEED.

Trane Design Assist

L’engagement au-delà de la décision.

Toute décision de décarbonisation à l’aide d’une pompe à chaleur nécessite un engagement continu à maintenir ses avantages. Au-delà de la consultation et de l’installation, des prestataires professionnels doivent être disponibles pour optimiser les performances du système année après année. Les conséquences d’une défaillance du système de chauffage peuvent être plus importantes que pour les systèmes de refroidissement. Au-delà de l’entretien typique requis d’un système de chauffage au gaz, les systèmes de pompe à chaleur doivent être préparés aux événements météorologiques extrêmes. Toutes les entreprises de services ne connaissent pas la technologie des pompes à chaleur et ses exigences uniques. Trane peut fournir tous les services d’experts dont les propriétaires de bâtiments auront besoin pour maintenir la capacité du système à offrir un confort constant et fiable et une efficacité énergétique maximale au fil du temps.