Projet : Complexe sportif Robert-Hartley ÉTUDE DE FAISABILITÉ

ÉTUDE DE FAISABILITÉ

Remplacement du système

au R-22

Projet : Complexe sportif Robert-Hartley

Distribution:

Nicole Trudeau, Director of Recreation

and Tourism

Préparé par:

Samuel Desmeules, Ing., M. Ing.

OIQ #: 5047092

Systèmes Énergie TST inc.

________________________________

Version 1.0

Date : 11 novembre 2019

SOMMAIRE EXÉCUTIF

L’entreprise Systèmes Énergie TST inc. (TST) a été mandatée afin de réaliser une étude de faisabilité pour

le remplacement des systèmes de réfrigération actuels utilisant le réfrigérant R-22 du Complexe sportif

Robert-Hartley. L’objectif de l’étude consiste à analyser les différentes options en réfrigération pour

remplacer le système de réfrigération actuel au R-22. L’analyse permet de déterminer l’option de

remplacement à privilégier pour les besoins de l’aréna et présente également des recommandations de

mise aux normes et de mise à niveau de systèmes mécaniques ainsi que des mesures d’économies

d’énergie. L’analyse financière considère l’évaluation des coûts énergétiques et d’entretien sur une

période de 20 ans.

Trois options de systèmes de réfrigération ont été étudiées dans le cadre de cette étude :

Option A – Nouveau système au CO2 (R-744)

Option B – Nouveau système à l’ammoniac (R-717)

Option C – Nouveau système au réfrigérant synthétique HFO R-513A

L’analyse s’est basée sur un nouveau système de réfrigération avec les spécifications suivantes :

Capacité frigorifique de 70 Tonnes de réfrigération (TR);

Pression de tête flottante;

Refroidisseur de liquide (ou de gaz) de type adiabatique, permettant de limiter la pression de

décharge des compresseurs;

Une pompe de saumure de 25 HP avec entrainement à fréquence variable;

Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau;

Un serpentin au glycol de 200 kW (680 MBH) pour le chauffage de l’air de l’enceinte;

Un échangeur de chaleur pour le chauffage de la fosse à neige et du sous-dalle de 80 kW (275

MBH).

Les options de systèmes de réfrigération étudiées incluent des concepts de récupération de chaleur

remplaçant les systèmes existants ainsi que des mesures d’économies d’énergie. Ces mesures consistent :

Installation d’une nouvelle unité de traitement de l’air suspendu pour le chauffage de l’enceinte

de l’aréna;

Installation d’un VRC pour la ventilation des vestiaires, permettant de préchauffé l’air neuf par

l’air évacué;

Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude par un nouveau réservoir de 800

gallons ou plus;

Ajout d’un serpentin de récupération de chaleur de 50 kW (170 MBH) pour la fonte des neiges

dans la fosse prévue à cet effet;

Installation d’un serpentin de récupération de chaleur au glycol de 200 kW (680 MBH) dans la

nouvelle unité de ventilation;

Installation d’un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude

domestique;

Échangeur de chaleur pour le chauffage sous-dalle (30 kW (102 MBH) ).

Installation d’un entrainement à fréquence variable sur la pompe de saumure;

Étude de faisabilité | Complexe Sportif Robert-Hartley| Systèmes Énergie TST Inc. | 3 of 41

Installation d’une toile réfléchissante au-dessus de la glace.

Selon notre analyse énergétique et économique effectuée, l’option de réfrigération ayant le coût global

annualisé le plus faible est l’option C, soit un nouveau système au réfrigérant synthétique (R-513a).

L’investissement total net pour le remplacement du système, incluant l’ensemble des travaux connexes

définis ci-haut, est de 1 628 000 $ avant taxes (1 839 640 $ avec des taxes à un taux de 13 %). Sur une

période de 20 ans, en tenant compte des coûts d'investissements, d'énergie, de réfrigérant, d'opération,

d'entretien et de remplacement ainsi que de la valeur résiduelle des équipements, le coût global

annualisé est de 264 576 $/an avant taxes pour cette option. La valeur annualisée du R-744 (CO2) est de

270 870 $ et celle du R-717 (ammoniac) est de 274 575 $. L’analyse s’est réalisée en l’absence de

subventions pour financer le projet.

EXECUTIVE SUMMARY

TST Energy Systems Inc. (TST) was mandated to perform a feasibility study concerning the replacement of

an existing refrigeration system that uses R-22 refrigerant (under phase-out), at the Robert-Hartley sports

complex. The study’s main goal is to analyze the various options that could replace the existing system.

The analysis determines the preferred replacement option for the arena's needs, presents

recommendations to reach present-day building codes and standards, upgrade the mechanical

systems, as well as propose energy saving measures. The accompanying financial analysis considers the

evaluation of energy and maintenance costs over a 20-year period.

In the present study, three (3) options were evaluated:

Option A – New CO2 (R-744) system

Option B – New ammonia (R-717) system

Option C – New synthetic refrigerant HFO R-513A system (innovative refrigerant)

The analysis was based on the following specifications:

Refrigeration capacity of 70 tons of refrigeration (TR);

Floating head pressure;

Adiabatic-type liquid chiller (or gas), to limit the discharge pressure of the compressors;

25 HP brine pump with a variable frequency drive;

Desuperheater (heat reclaim) for water pre-heating, with a capacity of 88 kW (300 MBH);

Glycol fan coil for space heating, with a capacity of 200 kW (680 MBH);

Heat exchanger for heating of the arena snow pit and the sub-slab, with a capacity of 80 kW (275

MBH).

Heat reclaim reuses energy that might otherwise not be harnessed and can be used to reduce

operational cost, energy consumption and equipment requirements. The proposed options to replace

the refrigeration system introduce heat recovery concepts, as well as certain energy efficiency measures.

These measures are:

Installation of a new suspended air handler unit for space heating;

Installation of a Heat Recovery Ventilation (HRV) unit dedicated to the changing room, allowing

the preheating of fresh air with exhaust air;

Replacement of the hot water storage tank with a new 800 gallon tank (or more);

Adding a 50 kW (170 MBH) heat recovery coil for melting snow in the pit;

Installation of a 200 kW (680 MBH) glycol coil for heat recovery in the new air handler unit;

Installation of a desuperheater for pre-heating domestic hot water, with a capacity of 88 kW (300

MBH);

Installation of a heat exchanger to provide for sub-slab heating, with a capacity of 30 kW (102

MBH);

Installation of a variable frequency drive on the brine pump;

Installation of a reflective foil above the ice rink.


According to our energy and financial analysis, the refrigeration option with the lowest annualized cost is

Option C, a system that uses the synthetic refrigerant (R513a). The total net investment cost for the system

replacement, including the related works defined above, is $1,628,000 before taxes ($1,839,640 with taxes

at 13%). Over a 20-year period, considering costs related to investment, energy, refrigerant, operation,

maintenance, as well as residual value of the equipment, the annualized cost is $264,576/year, before

taxes, for Option C. The annualized value of the R-744 (CO2) system is $270,870 and that of the R-717

(ammonia) system is $274,575. The analysis was performed without considering potential incentives.

TABLE DES MATIÈRES

1. INTRODUCTION ............................................................................................................8

2. BUILDING DESCRIPTION ............................................... ERREUR ! SIGNET NON DEFINI.

2.1 Generalities ............................................................................................................................................ 9

2.2 Actual refrigeration system description ..................................................... Erreur ! Signet non défini.

2.3 Description des systèmes CVCA ........................................................................................................ 11

2.3.1 Enceinte de la patinoire ......................................................................................................... 11

2.3.2 Vestiaires .................................................................................................................................... 11

2.4 Réseau d’eau chaude sanitaire........................................................................................................ 12

2.5 Éclairage .............................................................................................................................................. 13

3. BILAN ÉNERGÉTIQUE .................................................................................................. 13

3.1 Électricité .............................................................................................................................................. 13

3.2 Gaz naturel .......................................................................................................................................... 15

3.3 Energy assesment ......................................................................................... Erreur ! Signet non défini.

4. OPTIONS – SYSTÈMES DE RÉFRIGÉRATION ................................................................ 20

4.1 Description des réfrigérants................................................................................................................ 20

4.2 Considérations pour le remplacement des systèmes ..................................................................... 21

4.3 Option A - Système au CO2 (R-744) .................................................................................................. 22

4.3.1 Spécifications du système de réfrigération ......................................................................... 22

4.3.2 Spécifications du système de rejet de chaleur .................................................................. 22

4.3.3 Spécifications du système de récupération de chaleur .................................................. 22

4.3.4 Spécifications du dimensionnement .................................................................................... 24

4.4 Option B - système à l’ammoniac (R-717) ........................................................................................ 26





4.5 Option C - système préassemblé au réfrigérant synthétique (R-513a) ......................................... 29





5. RECOMMANDATIONS ............................................................................................... 32

5.1 Ventilation de l’enceinte .................................................................................................................... 32

5.2 Ventilation des vestiaires .................................................................................................................... 33

5.3 Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude ...................................................... 34

5.4 Ajout d’un serpentin de fosse à neige .............................................................................................. 34

6. MESURES ÉCONERGÉTIQUES ..................................................................................... 35

6.1 Mesures éconergétiques .................................................................................................................... 35

6.1.1 Serpentin de récupération de chaleur de l’enceinte ...................................................... 35

6.1.2 Désurchauffeur ......................................................................................................................... 36

6.1.3 Pompe de saumure avec entraînement à fréquence variable .................................... 36

6.1.4 Plafond à faible indice d’émissivité ...................................................................................... 36


7. GESTION DE RISQUES................................................................................................. 37

8. IMPACT ENVIRONNEMENTAL .................................................................................... 38

9. ANALYSE FINANCIÈRE ............................................................................................... 39

9.1 Présentation des résultats de l’analyse financière .......................................................................... 39

9.2 Analyse du coût global et recommandation .................................................................................. 41


1. INTRODUCTION

La ville d’Hawkesbury a mandaté l’équipe de Systèmes Énergie TST Inc. (TST) pour réaliser une étude

de faisabilité pour le remplacement du système de réfrigération de l’aréna de la ville. L’objectif de

l’analyse consiste à détailler trois options viables pour le remplacement du système actuel afin de

permettre à la municipalité de choisir l’option répondant le mieux aux besoins actuels et futurs de l’aréna.

La première option consiste à l’implantation d’un système préfabriqué fonctionnant au réfrigérant

naturel R-744 (CO2) localisé dans la salle mécanique existante.

La deuxième option consiste à l’implantation d’un système fonctionnant au R-717 (ammoniac)

dans un local préfabriqué et localisé à l’extérieur du bâtiment.

La troisième option consiste à l’implantation d’un système préfabriqué fonctionnant au réfrigérant

synthétique HFO R-513a localisé dans la salle mécanique existante.

Le présent rapport y détaille :

la description générale du bâtiment;

le bilan énergétique des différentes sources d’énergie;

l’analyse des systèmes électromécaniques de l’aréna;

des mesures d’économies d’énergie;

des recommandations;

la gestion de risques;

les impacts environnementaux;

l’analyse financière.

Les recommandations de TST

L'étude technico-économique et l'analyse énergétique soumis dans ce rapport sont basées sur les

informations suivantes :

Le relevé des factures mensuelles de consommation électrique et de gaz naturel pour la période

du 01 janvier 2016 au 31 décembre 2018.

Le relevé technique des caractéristiques des équipements électromécaniques effectué par TST

en date du 08 août 2019.

L'utilisation du chiffrier d’évaluation financière d’options en réfrigération (CÉFOR) développé par

Ressources naturelles Canada.

Les résultats financiers présentés dans ce rapport sont des estimations de type classe 3 (± 20%). Les

montants indiqués sont des estimations établies par des entrepreneurs ou par des fournisseurs et basé sur

des projets similaires. À moins d’indication contraire, ces estimations incluent le matériel et l'installation,

l’administration et profits (15%) et une contingence (10%).

Note importante : Les capacités de certains systèmes mécaniques (pompes, réfrigération, etc.) sont

basées sur des hypothèses pour la réalisation de cette étude. Les valeurs présentées doivent être revues,

validées et confirmées par l’ingénieur concepteur ou une personne autorisée lors de la réalisation du

projet. De plus, le bâtiment est un complexe sportif qui inclut une piscine, un gymnase et un aréna. Seuls

seront considérés, dans la présente étude, les éléments concernant l’aréna.

Remerciements : L’équipe de TST tient à remercier la ville d’Hawkesbury pour sa confiance envers

Systèmes Énergie TST pour l’élaboration de cette étude.


2. DESCRIPTION DU BÂTIMENT

2.1 Généralités

Le complexe sportif Robert-Hartley, localisé dans la ville d’Hawkesbury, est le centre sportif le plus

important pour la ville et les environs. Le complexe est composé d’une piscine, d’un gymnase et d’un

aréna. La portée de la présente étude se limite uniquement à l’aréna.

L’aréna du complexe a été construit en 1978. À l’origine, le bâtiment a été conçu et construit pour

deux glaces. Toutefois, aujourd’hui, une des deux glaces a été fermée et le complexe opère seulement

avec une seule glace. La deuxième glace a été remplacée par un gymnase. L’aréna est en mesure

d’opérer pour 12 mois, mais les administrateurs opèrent actuellement l’aréna sur une période de 8 mois,

de septembre jusqu’à fin avril. L’aréna a une superficie de 3 050 m2 (32 800 pi2), où l’on retrouve

l’enceinte de la glace, huit vestiaires, des salles de rangement, une salle mécanique et le garage de la

surfaceuse. Le prochain tableau présente l’horaire typique de l’aréna.

Tableau 1 : Heures d’ouverture de l’aréna

Zones Semaine Fin de semaine

Hiver Été Hiver Été

Glace et gradins 10h00 à 23h00 Fermé 6h30 à 0h00 Fermé

Vestiaires 10h00 à 23h00 Fermé 6h30 à 0h00 Fermé

Les gradins ont une capacité de places assises à pleine capacité de ±250 spectateurs. Il est aussi possible

d’avoir près d’une centaine de spectateurs debout.

2.2 Description du système de réfrigération actuel

Le système de réfrigération actuel de l’aréna est composé de deux unités de réfrigération construites

sur place, une unité pour chaque glace. Chaque unité de réfrigération est composée de quatre

compresseurs réciproques au R-22. Chaque compresseur fonctionne à entrainement direct avec un

moteur électrique. Les deux systèmes sont utilisés lors du démarrage de la glace mais les opérations

normales utilisent seulement un seul système. Le système est installé dans une salle mécanique située à

proximité du garage de la surfaceuse. Les spécifications d’un des systèmes de réfrigération se résument

comme suit :

4 compresseurs réciproques de type ouvert équipés d’un moteur de 25 HP chaque.

Capacité nominale du système de réfrigération de 193,5 kW (55 TR) pour une T°evap=-14°C (7°F)

et T°cond=38°C (100°F)

Évaporateur noyé de type tubes et calandre

Réfrigérant secondaire : Calcium Chloride 21%

Une pompe de circulation de la saumure froide :

o Débit nominal : 850 GPM

o Puissance nominale : 30 HP

Quantité de réfrigérant R-22 : Estimation à ± 365 kg ( 800 lbs)


Contrôles autonomes

Figure 1a) et b) : Systèmes de réfrigération utilisés au complexe sportif Robert-Hartley

On retrouve un total de quatre condenseurs Keeprite (deux par unité de réfrigération), situés au toit,

pour le rejet de chaleur des deux systèmes de réfrigération. Chaque condenseur possède les

caractéristiques suivantes :

Fluide utilisé : R-22

Nombre de ventilateurs : 6

Puissance nominale des ventilateurs : 2,3 kW (3 HP)

Figure 2 : Condenseurs utilisés pour le rejet de chaleur de l’aréna

Il n’y a aucune récupération de chaleur du système de réfrigération pour le chauffage de l’air des

espaces de l’aréna et pour le préchauffage de l’eau chaude utilisée pour les douches et pour la

surfaceuse.


2.3 Description des systèmes CVCA

2.3.1 Enceinte de la patinoire

Le seul équipement de ventilation qui alimente l’enceinte de l’aréna est une unité de déshumidification

de marque CDI avec les caractéristiques suivantes :

Déshumidification par roue dessicante régénérée au gaz naturel;

Débit d’alimentation de 2 740 L/s (5 800 CFM) avec un ventilateur de 7,5 kW (10 HP);

Capacité maximale du brûleur de régénération au gaz naturel de 122 kW (417 MBH);

Débit de régénération de 640 L/s (1 350 CFM) avec un ventilateur de 1,5 kW (2 HP);

Figure 3 : Unité de déshumidification de l’enceinte de l’aréna

On retrouve aussi deux ventilateurs d’évacuation qui permettent de ventiler l’enceinte lorsque requis.

Les spécifications de ces ventilateurs, obtenues à partir des plans existants, sont :

Débit d’évacuation de ±1 415 L/s (±3 000 CFM) par ventilateur;

Puissance du ventilateur à 0,38 kW (½ HP);

Contrôles manuels;

On retrouve aussi cinq tubes radiatifs chauffant au gaz naturel pour les gradins de l’enceinte. Chaque

tube a une capacité estimée à 115 000 MBH avec une efficacité nominale de 80%.

2.3.2 Vestiaires

Les vestiaires sont alimentés par une unité 100% air frais (Make-up air unit) de Price industries qui alimente

l’ensemble le corridor des vestiaires. L’unité possède les caractéristiques suivantes :

Débit d’alimentation de 1 415 L/s (3 000 CFM) avec un moteur ayant une capacité nominale de

1,5 kW (2 HP)

Brûleur au gaz naturel de 117 kW (400 MBH )

Efficacité de combustion à 80%

On retrouve aussi un réseau d’évacuation par un système avec les caractéristiques suivantes :

Débit d’évacuation de 1 250 L/s (2 650 CFM) avec un moteur ayant une capacité nominale de

0,75 kW (1 HP)

Finalement, on retrouve des plinthes électriques dans chaque vestiaire.


2.4 Réseau d’eau chaude sanitaire

L’eau chaude sanitaire du bâtiment (vestiaires de la piscine et de l’aréna) et de la surfaçeuse est

produite à l’aide de deux chaudières Laars à condensation :

Capacité de 399 MBH

Ratio de modulation de 5 :1

Efficacité de combustion pouvant atteindre 96,5%

Figure 4 : Chaudière à condensation pour les besoins d’eau chaude domestique du bâtiment

L’eau chaude de la resurfaceuse est produite à l’aide de deux thermo-2000 d’une capacité de 120

gallons chaque, un pour chaque glace. Avec la fermeture d’une des glaces, un des thermo-2000 n’est

plus utilisé.

Un réservoir d’environ 1 700 gallon est localisé dans la salle mécanique. Ce réservoir, servant à

accumuler l’eau chaude par la récupération de chaleur du système de réfrigération, a été installé lors

de la construction du bâtiment. Ce réservoir n’est plus utilisé depuis plusieurs années.

Figure 5: Réservoir d'accumulation de l'eau chaude par le désurchauffeur


2.5 Éclairage

On retrouve, dans le bâtiment, quatre principaux types d’éclairage.

Luminaires high bay au LED : Luminaires utilisés pour éclairer l’enceinte de la glace. La charge

de ces luminaires est estimée à 6,8 kW (44 luminaires à +/- 150 W).

Tubes fluorescent T81 : Luminaires utilisés dans les vestiaires, au niveau des gradins, dans la salle

mécanique et la salle d’entreposage. La charge de ces luminaires est estimée à 4,7 kW. (±160

luminaires à 32 W)

Tubes Fluorescent T12 : Luminaires utilisés dans la salle mécanique et dans l’enceinte. La

charge de ces luminaires est estimée à 0,6 kW (14 luminaires à 45 W).

La charge totale des luminaires est établie à 12 kW.

3. BILAN ÉNERGÉTIQUE

Le bâtiment utilise l’électricité et le gaz naturel comme sources d’énergie. Dans le cadre de l’aréna,

l’électricité est utilisé pour les besoins d’éclairage, des forces motrices des pompes, des ventilateurs, des

compresseurs, du condenseur et des charges aux prises diverses. Le gaz naturel est utilisé pour le

chauffage de l’enceinte et des vestiaires, de la production d’eau chaude sanitaire et d’eau de

procédé (surfaçage) ainsi que du fonctionnement de la zamboni.

3.1 Électricité

Le bâtiment possède un seul compteur d’électricité. Ce dernier a subi des travaux dans la période de

2017-2018 suite à un problème sanitaire. Étant donné que la facturation de cette période ne reflète pas

les activités normales de l’aréna, ce sont les données de facturation de l’année 2016 qui seront utilisées

pour définir le bilan énergétique de l’électricité du bâtiment. Cette période est considérée comme

étant la période de référence.

En l’absence de sous-compteurs pour la consommation de l’aréna seulement, le prochain tableau

présente la facturation de l’électricité pour l’ensemble du bâtiment.

1 Le remplacement de ces luminaires par des tubes au DEL permettrait de réduire la consommation de ces luminaires de 50% tout

en ayant une durée de vie augmentée de plus du double par rapport aux tubes T8/T12 actuels.


Table 2 : Consommation électrique de 2016 du complexe sportif Robert-Hartley

Facture d’électricité

de à jours Consommation

nette

(kWh)

Consommation

brute

(kWh)

Puissance

réelle

(kW)

Coûts $

taxes incl.

Coûts $

taxes excl.

2016-01-01 2016-01-31 31 178 200 378 25 953 $ 22 967 $

2016-02-01 2016-02-28 28 197 400 368 32 789 $ 29 016 $

2016-03-01 2016-03-31 31 174 600 376 25 130 $ 22 239 $

2016-04-01 2016-04-30 30 155 400 314 27 967 $ 24 749 $

2016-05-01 2016-05-31 31 72 000 166 12 302 $ 10 866 $

2016-06-01 2016-06-30 30 62 400 138 12 094 $ 10 702 $

2016-07-01 2016-07-31 31 74 400 363 12 381 $ 10 956 $

2016-08-01 2016-08-31 31 181 800 372 31 090 $ 27 513 $

2016-09-01 2016-09-30 30 160 800 332 21 265 $ 18 818 $

2016-10-01 2016-10-31 31 174 000 347 31 740 $ 28 088 $

2016-11-01 2016-11-30 30 174 000 379 27 641 $ 24 461 $

2016-12-01 2016-12-31 31 184 200 W/O W/O W/O

Total : 365 1 789 200 232 712,01 $ 205 939,81 $

Coûts moyen 0,144 $

La consommation annuelle d’électricité du complexe sportif est de 1 789 200 kWh avec des coûts de

215 907,55 $ avant taxes. Le coût moyen de l’électricité est approximativement de 0,144$/kWh sans les

taxes. La prochaine figure présente la consommation sous forme graphique.


Figure 6 : Consommation électrique de 2016 du complexe sportif Robert-Hartley sur une base

journalière.

Il n’a pas été possible d’établir un profil de consommation en lien avec la météo, pour la simple raison

que l’électricité n’est que très peu utilisé pour le chauffage du bâtiment. La consommation électrique

dépend des activités du bâtiment et non de la météo.

3.2 Gaz naturel

Le bâtiment possède un seul compteur de gaz naturel. Le bilan énergétique du gaz naturel a été

effectué en fonction du relevé des factures mensuelles de consommation de gaz naturel pour la

période allant de janvier 2018 à décembre 2018. Cette période est considérée comme étant la période

de référence. En l’absence de sous-compteurs pour la consommation de l’aréna seulement, le prochain

tableau présente la facturation de gaz naturel pour l’ensemble du bâtiment.

0

1 000

2 000

3 000

4 000

5 000

6 000

7 000

8 000M

on

thly

co

nsu

mp

tio

n o

n d

ay-t

o-d

ay b

asis

(kW

h/d

ay)


Table 3 : Consommation mensuelle de gaz naturel au complexe sportif Robert-Hartley

Facture de gaz naturel

De À Jours Consommation

(m3) Eq. kWh

Coûts $

taxes incl.

Coûts $

taxes excl.

2017-12-21 2018-01-22 33 28 451 299 589 9644,88 8535,30

2018-01-23 2018-02-21 30 27 143 285 816 9201,47 8142,90

2018-02-22 2018-03-20 27 27 636 291 007 9368,60 8290,80

2018-03-21 2018-04-20 31 18 172 191 351 6160,30 5451,60

2018-04-21 2018-05-19 29 15 157 159 603 5138,22 4547,10

2018-05-20 2018-06-21 33 3 548 37 360 1202,77 1064,40

2018-06-22 2018-07-20 29 3 220 33 907 1091,58 966,00

2018-07-21 2018-08-22 33 7 073 74 479 2397,74 2121,90

2018-08-23 2018-09-22 31 8 093 85 219 2743,52 2427,90

2018-09-23 2018-10-22 30 14 898 156 876 5050,42 4469,40

2018-10-23 2018-11-19 28 20 660 217 550 7003,74 6198,00

2018-11-20 2018-12-20 31 24 199 254 815 8203,46 7259,70

Total : 365 198 250 2 087 573 62 726 $ 55 510 $

Coûts moyen 0,28 $

La consommation annuelle de gaz naturel est de 198 250 m3 pour un coût total de 55 510 $ avant taxes..

La prochaine figure présente la consommation mensuelle sous forme graphique.

Figure 7 : Consommation de gaz naturel du complexe sportif Robert-Hartley sur une base journalière.

À partir de ces données, il a été possible d’établir une corrélation entre la consommation de gaz naturel

et de la météo. Le prochain tableau présente la consommation normalisée du bâtiment à partir des

données de facturation de 2016.

0

200

400

600

800

1000

1200

Mo

nth

ly C

on

sum

pti

on

on

day

-to

-day

b

aqis

(m

3/d

ay)


Table 1 : Consommation mensuelle normalisée du bâtiment

Modèle de régression du gaz naturel

Mois normalisé Nb jours DJC18 Consom. (m3/jr) Consom. Mens.

(m3) Cons. Mens. (kWh) Coût ($ av taxes)

Janvier 31 902 1 019 31 603 332 782 9 480

Février 28 759 963 26 955 283 836 8 086

Mars 31 657 794 24 611 259 156 7 383

Avril 30 378 549 16 460 173 322 4 938

Mai 31 164 340 10 542 111 002 3 162

Juin 30 12 200 6 015 63 333 1 804

Juillet 31 0 189 5 861 61 718 1 758

Août 31 0 189 5 861 61 718 1 758

Septembre 30 120 303 9 097 95 789 2 729

Octobre 31 332 495 15 336 161 489 4 600

Novembre 30 516 680 20 398 214 793 6 119

Décembre 31 769 897 27 808 292 814 8 342

Total : 365 4 609 200 546 2 111 752 60 164

La prochaine figure présente les résultats sous forme graphique.

Figure 8 : Consommation de gaz naturel normalisée du complexe sportif Robert-Hartley sur une

base journalière.

0

200

400

600

800

1000

1200

Mo

nth

ly C

on

sum

pti

on

on

day

-to

-day

b

aqis

(m

3/d

ay)


3.3 Bilan énergétique

La facturation est basée sur l’ensemble du bâtiment, qui inclut un aréna, une piscine et un gymnase.

Les activités de l’aréna se passent sur 8 mois alors que les activités du reste du bâtiment sont à l’année.

En l’absence de compteur distinct, la consommation énergétique de l’aréna a été basée par des

analyse comparative de bâtiments similaires. Le prochain tableau présente les résultats de ces

approximations de la consommation énergétiques de l’aréna.

Tableau 4 : Consommation globale de l’aréna

Consommation globale

Type d’énergie Consommation totale Consommation aréna Ratio (%)

Électricité 1 789 200 kWh 577 370 kWh 32 %

Gaz naturel 200 546 m3 65 550 m3 33 %

La consommation énergétique se répartit dans différents postes de consommation. Le prochain

tableau présente les estimations de la consommation énergétique totale (électricité et gaz naturel)

selon différents postes pour l’aréna seulement. Ces valeurs sont basées sur la capacité des équipements

obtenus par les plaques signalétiques, les horaires typiques de l’aréna ainsi que par des études similaires

d’autres arénas.

Tableau 5 : Bilan énergétique de l’aréna

Bilan énergétique de l’aréna

Description Électricité

(kWh)

Gaz naturel

(m3)

Total

(kWh)

%

Réfrigeration

(compresseurs, condenseur & pompes) 473 630 0 473 630

41,3

Ventilation (Exhaust fan, MUA) 1 620 0 1 620 0,1

Déshumidification

(Ventilateur et roue dessicante) 12 310 7 180 72 820

6,3

Éclairage 56 930 0 56 930 5,0

Charge aux prises

(surfaceuse ordinateur, outils, varia) 10 540 3 160 46 280

4,0

Chauffage

(glace et vestiaire) 17 850 42 965 379 800

33,1

Eau chaude domestique

(Douche et surfaçage) 4 470 12 245 116 065

10,1

Total 577 350 65 550 1 147 145 100%

La prochaine figure présente la répartition énergétique sous forme de graphique :


Figure 9 : Répartition des postes de consommation énergétique de l’aréna d’Hawkesbury

Le graphique démontre que le poste de consommation le plus élevé est celui de la réfrigération (total

de 41,3 %) suivi par le chauffage des espaces (33,1 %) et de l’eau chaude domestique (10,1%). À noter

que la consommation pour le chauffage est très élevée pour ce type de bâtiment en comparaison

avec d’autres études effectuées pour des arénas similaires. Cette consommation élevé est

principalement causée par l’absence de récupération de chaleur du système de réfrigération.

41,3%

0,1%6,3%5,0%4,0%

33,1%

10,1%

Bilan énerrgétique de l'aréna du complexe

Refrigeration Ventilation Deshumidification Lighting

Plug loads Heating DHW


4. OPTIONS – SYSTÈMES DE RÉFRIGÉRATION

Le concept fondamental est basé pour un système alimentant une seule glace pour une période

typique de 9 mois. Trois options de systèmes de réfrigération sont étudiées dans le cadre de cette étude

pour le système de l’aréna. Les options ont été analysées en fonction des prix budgétaires provenant

d’entrepreneurs et de fournisseurs en réfrigération :

Option A – Nouveau système préassemblé au réfrigérant naturel CO2 (R-744).

Option B – Nouveau système préassemblé à l’ammoniac (R-717).

Option C – Nouveau système monobloc au réfrigérant synthétique HFO R-513a.

4.1 Description des réfrigérants

Réfrigérant R-22 (scénario actuel): Le réfrigérant R-22 est de la famille des hydrochlorofluorocarbures

(HCFC). L’utilisation de cette famille de réfrigérant est règlementée selon le Règlement sur les substances

appauvrissant la couche d’ozone de la Loi canadienne sur la protection de l’environnement. Il s’agit

d’un réfrigérant possédant un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone de 0,05 ainsi qu’un

potentiel de réchauffement climatique de 1 810. Ce type de réfrigérant est voué à une élimination

complète du marché. Face à cette élimination, le coût d’achat pour l’entretien et la réparation des

fuites augmentera rapidement.

Réfrigérant R-744 (CO2) : Le R-744 est un réfrigérant naturel et ne contribue pas à l’appauvrissement de

la couche d’ozone. Son impact environnemental est quasi nul en comparaison avec les réfrigérants

synthétiques. Son potentiel de réchauffement climatique est de 1. Ce réfrigérant ne peut être utilisé

qu’avec un nouveau système de réfrigération conçu spécifiquement pour cette application.

L’utilisation de ce type de réfrigérant ne demande généralement pas de mesures spécifiques au niveau

de la salle de mécanique et de l’entretien. Les principaux désavantages de l’utilisation de ce réfrigérant

sont la disponibilité limitée de la main-d’œuvre spécialisée (la disponibilité est sujette à changement).

De plus, les pressions élevées, au niveau du réfrigérant utilisé, demande une attention particulière en

lien avec la sécurité et la gestion de risques.

Réfrigérant R-513a (HFO) : Le réfrigérant HFO R-513a fait partie de la famille des hydrofluoroléfines (HFO).

Ce réfrigérant azéotrope est un réfrigérant synthétique, au même titre que le R-22, mais n’affecte

toutefois pas la couche d’ozone. Le potentiel de réchauffement climatique du R-513a est d’environ 650.

L’utilisation de ce type de réfrigérant ne demande pas de mesures particulières au niveau de la salle de

mécanique et de l’entretien. Le principal inconvénient de l’utilisation de ce réfrigérant est la

performance énergétique généralement moindre en comparaison avec d’autres réfrigérants.

Réfrigérant R-717 (ammoniac) : Le R-717 est un réfrigérant naturel et ne contribue pas à

l’appauvrissement de la couche d’ozone ni à l’émission de gaz à effet de serre (GES). Son impact

environnemental est nul. Toutefois, ce réfrigérant se classe dans le type B-2 du CSA-B52, ce qui signifie

que ce réfrigérant est toxique pour l’homme et qu’il est inflammable. Son utilisation nécessite donc des

exigences particulières pour la sécurité, tels qu’une salle mécanique de classe T (salle étanche avec

une résistance aux incendies accrue), un système d’évacuation avec un cône d’accélération, un plan


de mesure d’urgence avec les autorités de la ville, etc. Une maintenance rigoureuse est aussi requise

pour minimiser les risques de fuites.

Le tableau suivant présente les caractéristiques des réfrigérants, soit le R-22 (référence actuelle), le

R-744 (CO2) et le R-513a (synthétique).

Tableau 6 : Tableau comparatif des réfrigérants à l’étude

Description R-22

(HCFC)

R-744

(CO2)

R-513a

(HFO)

R-717

(ammoniac)

Potentiel d’appauvrissement de

la couche d’ozone (PDO)

0,05 (Élimination en

2020) 0 0 0

Potentiel d’émission de gaz à

effet de serre (PRG) 1 810 1 ±650 1

Quantité de réfrigérant dans le

système de réfrigération Importante Moyenne Moyenne Faible

Disponibilité de la main-

d’œuvre qualifiée Très bonne Moyenne Très bonne Très bonne

Classification du frigorigène1

(toxicité et inflammabilité) A1 (faible) A1 (Faible) A1 (faible) B2 (élevé)

Avancement technologique Maturité Avancé Maturité Maturité

Disposition particulière salle

mécanique Aucune Aucune Aucune Classe T

Performance énergétique Bonne Moyenne Moyenne Excellente

Récupération de chaleur Bonne Bonne Moyenne Bonne

1 La classification présente une lettre (A ou B) qui définisse le niveau de toxicité et un chiffre (1,2 ou 3) qui définisse le niveau d’inflammabilité.

4.2 Considérations pour le remplacement des systèmes

Les options de remplacement de ce système de réfrigération considèrent les éléments suivants :

Les mesures d’économies d’énergie suivantes sont appliquées pour chaque option :

o Système de contrôle DDC permettant, entre autres, la programmation de séquences,

d’horaires de fonctionnement, de variation des points de consigne, d’opération à

pression de tête flottante des compresseurs et autres.

o Réseau de récupération de chaleur incluant :

Chauffage pour l’unité de ventilation de la glace.

Préchauffage de l’eau chaude des douches et pour la surfaceuse.

Chauffage de la fosse à neige

Chauffage sous-dalle

o Entraînement à fréquence variable sur la pompe de saumure froide.


4.3 Option A - Système au CO2 (R-744)

L’option A présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la

production de glace artificielle par un nouveau système au CO2. L’installation comprend un système de

réfrigération préassemblé qui sera installé dans la salle mécanique actuelle.

4.3.1 Spécifications du système de réfrigération

Capacité frigorifique de 246 kW (70 tonnes).

Quatre compresseurs semi-hermétiques à piston d’une capacité de 30,5 kW (40,8 BHP) chacun

(moteur nominal de 33,6 kW (45 HP)). Un compresseur sera équipé d’un entraînement à

fréquence variable pour moduler la charge de réfrigération.

COP de conception des compresseurs à 2,05 avec Tévaporation -14 °C (7°F) et Tsortie_refroidisseur 29 °C

(84°F).

Pression de tête flottante.

Évaporateur de type tubes et calandre au CO2/Saumure.

Une pompe de saumure froide de 18,7 kW (25 HP) munie d’un entraînement à fréquence

variable.

Une pompe de glycol pour la fosse à neige de 0,75 kW (1 HP) et une pompe de 1,12 kW (1,5

HP) pour le chauffage sous-dalle

Un désurchauffeur de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude.

Un (1) serpentin de récupération de chaleur direct au CO2 pour l’unité de ventilation d’une

capacité totale de 200 kW (680 MBH).

Un échangeur de chaleur de CO2/glycol avec une capacité de 80 kW (272 MBH) pour le

chauffage du serpentin de fosse à neige et pour le chauffage du sous-dalle.

Panneau de contrôles et de démarreurs.

Contrôle DDC avec poste opérateur, affichage graphique et accès à distance.

Durée de vie moyenne du système de 25 ans.

Charge de réfrigérant de ±350 kg.

Le COPcompresseur en conception du système est de 2,05 (T°évap :7°F/T°cond :84°F) tandis que son

COPglobal (performance incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 1,7.

4.3.2 Spécifications du système de rejet de chaleur

Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de gaz adiabatique dans lequel circule

directement le CO2. Le refroidisseur de gaz utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller des

tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce type d’installation

permet de réduire le nombre de ventilateurs requis pour assurer sa fonction dans les conditions de

conception, permettant des économies à l’achat et d’énergie. Ce système n’est pas soumis au

Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite pas de

système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de gaz adiabatique est équipé de trois ventilateurs munis

d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le refroidisseur de gaz

peut être localisé sur le toit, à l’emplacement des condenseurs actuels, ou au sol.

4.3.3 Spécifications du système de récupération de chaleur

Cette configuration sera équipée des éléments suivants :


Un désurchauffeur d’une capacité de 88 kW (300 MBH) pour le préchauffage de l’eau chaude

raccorder sur un réservoir d’accumulation.

Un serpentin de récupération de chaleur direct au CO2 sera installé dans l’unité de traitement

de l’air d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).

Un serpentin pour la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW (170 MBH)

Échangeur de chaleur avec une capacité de 30 kW (102 MBH) pour le chauffage sous-dalle

La prochaine figure présente un schéma explicatif du réseau.


Figure 10 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système au CO2

4.3.4 Spécifications du dimensionnement

L’unité de réfrigération sera localisée dans la salle mécanique actuelle selon les dimensions

approximatives illustrées à la figure suivante, soit 6 m (20’) x 1,8 m (6’) avec des dégagements de

maintenance de 0,9 m (3’) sur trois côtés du système.


Figure 11 : Aménagement de la salle mécanique avec système de réfrigération CO2


4.4 Option B - système à l’ammoniac (R-717)

L’option B présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la

production de glace artificielle par un nouveau système à l’ammoniac. L’installation comprend un

système de réfrigération préassemblé qui sera installé dans une salle mécanique de classe T, externe au

bâtiment.


Capacité frigorifique totale de 246 kW (70 tonnes)

2 compresseurs à piston ouvert d’une capacité de 42 kW (56 BHP) chacun (moteur nominal

de 44,8 kW (60 HP)).

COP de conception à 2,9 avec Tévaporation -14,0 °C (7°F) et Tcondensation de 35,0 °C (95 °F)

Un évaporateur de type à plaques ammoniac/saumure.

Une pompe de saumure froide de 18,7 kW (25 HP) munie d’un entraînement à fréquence

variable.

Une pompe primaire de glycol de 3,73 kW (5 HP) et une pompe secondaire pour le sous-dalle

de 1,12 kW (1,5 HP)


Un Échangeur de chaleur ammoniac/glycol d’une capacité de 280 kW (955 MBH) pour

alimenter le serpentin au glycol de l’unité de ventilation de l’enceinte, le serpentin de fosse

à neige et le chauffage sous-dalle.

Panneau de contrôles et de démarreurs.



Charge de réfrigérant de ±75 kg.

Le COPcompresseur en conception du système est de 2,9 tandis que son COPglobal (performance

incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 2,2.


Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de liquide adiabatique dans lequel circule une

boucle de glycol. Le condenseur adiabatique utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller

des tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce système n’est pas

soumis au Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite

pas de système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de liquide adiabatique est équipé de trois

ventilateurs munis d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le

refroidisseur de liquide adiabatique sera localisé au-dessus de la salle mécanique externe.


Le rejet de chaleur se fera à l’aide d’un échangeur de type à plaques connecté à un réseau de glycol.

Cette boucle de chauffage alimentera les éléments suivants :


raccorder sur un réservoir d’accumulation.

Un serpentin de récupération de chaleur au glycol sera installé dans l’unité de traitement de l’air

d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).

Un serpentin au glycol pour le chauffage de la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW

(170 MBH)



La prochaine figure présente un schéma explicatif du réseau.

Figure 12 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système à l’ammoniac


Les spécifications de la salle mécanique, pour un système à l’ammoniac, sont de classe T selon la norme

B52. La configuration actuelle de la salle mécanique ne permet pas de respecter ces critères. Une

solution consiste à construire une nouvelle salle mécanique qui pourrait être localisée à l’arrière du

bâtiment tel qu’illustré à la figure suivante. La salle mécanique préfabriquée aura une dimension de 10,4

m (34’) de long par 3,7 m (12’) de large par 3,3 m (10’) de haut. Le refroidisseur de liquide adiabatique

sera localisé sur le dessus de cette salle mécanique.


Figure 12 : Emplacement potentiel de la nouvelle salle mécanique


4.5 Option C - système préassemblé au réfrigérant synthétique (R-513a)

L’option C présente le scénario technico-économique du remplacement du système existant pour la

production de glace artificielle par un nouveau système au HFO R-513a. L’installation comprend un

système de réfrigération préassemblé qui sera installé dans la salle mécanique actuelle.


Capacité frigorifique total de 246 kW (70 tonnes).

2 compresseurs semi-hermétiques à vis d’une capacité de 53,5 kW (72 BHP) chacun

(moteur nominal de 56 kW (75 HP)).

COP de conception à 2,2 avec Tévaporation -14,0 °C (7°F) et Tcondensation de 38,0 °C (100 °F)

Un évaporateur de type tubes et calandre HFO/saumure.

Une pompe de saumure froide de 15 kW (20 HP) munie d’un entraînement à fréquence

variable.

Une pompe primaire de glycol de 3,73 kW (5 HP) et une pompe secondaire pour le sous-dalle

de 1,12 kW (1,5 HP)


Un Échangeur de chaleur ammoniac/glycol d’une capacité de 280 kW (955 MBH) pour

alimenter le serpentin au glycol de l’unité de ventilation de l’enceinte, le serpentin de fosse

à neige et le chauffage sous-dalle.

Panneau de contrôle et de démarreurs.



Charge de HFO de ±260 kg.

Le COPcompresseur en conception du système est de 2,2 tandis que son COPglobal (performance

incluant les pompes et les ventilateurs du refroidisseur) est de 1,8.


Le rejet de chaleur est réalisé à l’aide d’un refroidisseur de liquide adiabatique dans lequel circule une

boucle de glycol. Le condenseur adiabatique utilise de l’eau lors de la saison chaude afin de mouiller

des tampons adiabatiques permettant de refroidir l’air envoyé aux ventilateurs. Ce système n’est pas

soumis au Règlement sur l’entretien d’une installation de tour de refroidissement à l’eau et ne nécessite

pas de système de traitement de l’eau. Le refroidisseur de liquide adiabatique est équipé de trois

ventilateurs munis d’entraînement à fréquence variable d’une puissance totalisant 7,5 kW (10 HP). Le

refroidisseur de liquide adiabatique sera localisé au-dessus de la salle mécanique externe.


Le rejet de chaleur se fera à l’aide d’un échangeur de type à plaques connecté à un réseau de glycol.

Cette boucle de chauffage alimentera les éléments suivants :


raccorder sur un réservoir d’accumulation. La température de surchauffe des compresseurs ne

dépasse généralement pas 65°C (150 °F) à pleine charge, limitant le potentiel de récupération

de l’eau chaude.

Un serpentin de récupération de chaleur au glycol sera installé dans l’unité de traitement de l’air

d’une capacité nominale de 200 kW (680 MBH).


Un serpentin au glycol pour le chauffage de la fosse à neige d’une capacité nominale de 50 kW

(170 MBH)


Figure 13 : Schéma du réseau de récupération de chaleur pour le système au R-513a


L’unité de réfrigération sera localisée dans la salle mécanique actuelle selon les dimensions

approximatives illustrées à la figure suivante, soit 6 m (20’) x 1,8 m (6’) avec des dégagements de

maintenance de 0,9 m (3’) sur trois côtés du système.


Figure 14 : Aménagement de la salle mécanique avec un système de réfrigération R-513a


5. RECOMMANDATIONS

Les recommandations décrites dans cette section sont des éléments qui ne sont pas nécessairement

associés à des mesures d’efficacité énergétiques mais plutôt des éléments qui sont considérés comme

des éléments essentiels au bon fonctionnement d’un aréna.

Dans les recommandations suivante, TST cherche toujours à proposer des solutions d’efficacité

énergétiques mais la prise décisionnelle de ces recommandations ne doit pas être basée sur la

rentabilité des économies d’énergies mais plutôt sur le respect des normes et règlementations en vigueur

et sur les bonnes pratiques retrouvées dans les autres arénas du même type.

5.1 Ventilation de l’enceinte

L’aréna ne possède actuellement aucun système de ventilation pour le traitement de l’air de l’enceinte

et pour l’admission de l’air neuf lorsque le niveau de CO2 et/ou CO dépasse les seuils acceptables selon

les normes et règlementation en vigueur. Le chauffage se fait majoritairement par les tubes radiatifs. Le

déshumidificateur aide à chauffer les espaces par son processus de déshumidification de la roue

dessicante mais cette unité est principalement en fonction en début et en fin de saison, là où la

demande de chauffage est la plus faible. De plus, les règlements en vigueur exigent d’avoir une

ventilation permettant un renouvellement de l’air des espaces (ASHRAE 62.1 du CNB). L’admission de

l’air sans chauffage peut engendrer d’importants problèmes de confort.

Les unités de ventilation que l’on retrouve généralement dans les arénas sont des unités de traitement

d’air personnalisée munis d’une prise d’air neuf, d’un retour, d’un serpentin de récupération de chaleur

provenant du système de réfrigération et d’un chauffage d’appoint qui peut être soit à l’électricité ou

au gaz naturel. L’unité de ventilation proposée pour le projet possède les caractéristiques suivantes :

Unité de traitement de l’air avec un débit de 4 000 L/s (8 500 CFM)

Alimentation en air frais de 1 890 L/s (4 000 CFM)

Serpentin de récupération de chaleur de 200 kW (680 MBH)

Brûleur au gaz d’une capacité nette de 203 kW (700 MBH)

Les travaux incluent aussi l’ajout de conduits de ventilation installés au-dessus des gradins pour une

distribution adéquate de l’air dans l’espace de l’enceinte. Les coûts associés à cette mesure sont

estimés à ±153 300$. Ces travaux incluent :

Fourniture et installation de l’unité de traitement de l’air

Conduit d’alimentation d’air neuf avec volet motorisé et persienne

Conduit de distribution de l’air traité dans l’enceinte

Raccordement électrique

Travaux de contrôles (sondes seulement)

Fourniture et installation d’un brûleur au gaz dans le conduit

Fourniture et installation d’un serpentin de récupération au glycol (raccordement

exclue)


Installation d’un serpentin de récupération d’énergie

Contingence de 10%

Frais généraux (administration et profit) de 15%.

L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception.

5.2 Ventilation des vestiaires

Les vestiaires de l’aréna sont seulement alimentés par une unité 100% air neuf de type make-up air. La

recommandation suivante consiste à remplacer l’unité de ventilation make-up air par une unité de type

ventilateur récupérateur de chaleur (VRC). Ce type de système permet l’admission simultanément avec

l’évacuation de l’air de l’espace desservi. L’air frais est chauffé à partir de l’air évacué à partir d’un

échangeur à plaque. Ces échangeurs à plaque peuvent avoir une efficacité variant entre 50% jusqu’à

70%, dépendant du matériel utilisé.

Figure 15 : Schema of a heat recovery ventilator (HRV)

(© https://barrieheatingcooling.ca/blog/what-is-an-hrv/)

Un serpentin de chauffage d’appoint est requis pour permettre une alimentation adéquate dans les

zones desservies. Les travaux incluent aussi l’ajout de conduit d’alimentation d’air pour une meilleure

distribution de l’air neuf dans le corridor des vestiaires. La capacité de l’unité devra être évaluée en

conception, mais TST estime qu’une alimentation approximative de 950 L/s (2000 CFM) serait suffisante

pour respecter les normes de ventilation applicables.

Les économies énergétiques associées à l’implantation de cette mesure sont de l’ordre de ±5 400 m3

pour un échangeur ayant une efficacité de 70%. Cela permet des économies nettes de 1 510 $

(0,28$/m3).

Les coûts associés à cette mesure sont estimés à ±42 100$. Ces travaux incluent :

Fourniture et installation d’un VRC

Modification des conduits actuels

Raccordement électrique

Travaux de contrôles (sondes seulement)

Travaux de plomberie (drainage de l’unité)


Contingence de 10%



5.3 Remplacement du réservoir d’accumulation d’eau chaude

Le réservoir actuel date de l’année de construction du bâtiment et il n’est plus utilisé depuis des années.

TST n’a pas été en mesure de constaté l’état actuel du réservoir à l’intérieur, mais par expérience avec

un autre aréna où un remplacement d’un réservoir de 40 ans est en cours, nous avons des raisons de

croire que ce réservoir âgé de 45 ans ait dépassé sa fin de vie utile. De plus, l’isolation est probablement

à base d’amiante. Une étude de confirmation doit être réalisée à ce propos.

TST recommande le remplacement du réservoir actuel par un nouveau réservoir de 800 gallons. Cette

capacité permet une récupération de chaleur optimale provenant du système de réfrigération pour les

besoins de l’aréna. Les coûts pour le remplacement du réservoir actuel par un nouveau réservoir de 800

gallons sont estimés à 68 900$. Les travaux incluent :

Démolition du réservoir actuel (travaux d’amiante)

Fourniture et installation d’un nouveau réservoir de 800 gallons

Raccordement à la tuyauterie existante et au système de réfrigération

Contingence de 10%


L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. Le réservoir peut aussi être utilisé pour

les besoins d’eau chaude des douches des vestiaires de la piscine et du gymnase. Dans ce cas, une

étude approfondie sur le dimensionnement du réservoir serait requise afin de déterminer un

dimensionnement adéquat pour répondre à l’ensemble du bâtiment.

5.4 Ajout d’un serpentin de fosse à neige

Actuellement, les opérations de l’aréna oblige d’aller vider la neige à l’extérieur du bâtiment. Cette

situation a deux enjeux :

Une importante infiltration d’air dans l’enceinte du bâtiment lors de l’ouverture de porte

La neige envoyée à l’extérieur est considérée comme des déchets biologiques2

La Ville a une responsabilité légale à propos de cette neige souillée. Une solution pour remédier à cette

situation est l’ajout d’un serpentin de fonte des neiges. L’ajout de ce serpentin permettrait une

économie de gaz naturel de 1 575 m3, ce qui revient à une économie de 400$ annuellement (0,28$/m3).

Les coûts d’installation de ce serpentin sont estimés à ±40 000$. Ces travaux incluent :

Serpentin de fonte de neige

2 https://www.orfa.com/page-1863184


Tuyauterie et pompes

Tranché dans le béton et coulage de béton

Raccordement de la pompe circulatrice

Travaux de contrôles

Contingence (10%)



6. MESURES ÉCONERGÉTIQUES

6.1 Mesures éconergétiques

Dans un objectif d’amélioration de l’efficacité énergétique du Complexe Sportif Robert-Hartley, cinq

mesures d’efficacité énergétique sont proposées en fonction de leur faisabilité et de leur intégration au

bâtiment actuel. Chaque mesure est analysée indépendamment sans tenir compte des effets croisés

entre les mesures.

Les mesures sont analysées d’un point de vue économique afin de déterminer si leur implantation

représente un investissement intéressant. Le retour sur l’investissement simple est également présenté.

6.1.1 Serpentin de récupération de chaleur de l’enceinte

Actuellement, il n’y a aucune unité de ventilation pour permettre la récupération de chaleur. Toutefois,

si une unité de ventilation sera installée, il deviendra possible d’installer un serpentin de récupération

dans l’unité de ventilation. Le serpentin permet de récupérer la chaleur provenant des compresseurs et

de chauffer l’enceinte, minimisant l’énergie requise pour chauffer l’espace. Les économies associées

d’un serpentin de 200 kW (680 MBH) sont de ±28 800 m3, ce qui représente des économies de 8 070$

(0,28$/m3) annuellement.

Les coûts d’installation d’un serpentin sont estimés à 45 735$. Ces travaux incluent :

Fourniture et installation d’un serpentin au glycol de 200 kW (680 MBH)

Tuyauterie, valves et accessoires de plomberie

Fourniture et installation d’une pompe circulatrice

Travaux électriques (raccordement de la pompe)


Contingence (10%)

Frais généraux (administration et profit) de 15%

L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. À noter que l’estimé budgétaire est

basé pour 45 m (150’) de tuyauterie. Ce montant est sujet à changement en fonction de l’emplacement

du serpentin. Le retour sur investissement revient à 5,7 ans.


6.1.2 Désurchauffeur

Le désurchauffeur est un échangeur de chaleur haute température utilisé pour le chauffage de l’eau

chaude sanitaire utilisé pour les douches et pour le procédé de la resurfaceuse. Afin d’offrir un maximum

de récupération, il est généralement prévu d’avoir un réservoir d’accumulation de l’eau préchauffé

(voir section 5.3). Ce réservoir permet de récupérer en continue la chaleur provenant de la surchauffe

des compresseurs et de réduire grandement la consommation de gaz naturel destiné au chauffage de

l’eau chaude. Les économies associées à l’installation d’un désurchauffeur raccordé à un réservoir

d’accumulation sont de 6 200 m3, ce qui revient à des économies de 1 700$ annuellement (0,28$/m3).

Les coûts d’installation d’un désurchauffeur sont de 13 500$. Ces travaux incluent :

Fournir et installer un désurchauffeur

Tuyauterie et accessoires de plomberie


Raccordement électrique de la pompe

Contingence (10%)

Frais généraux (administration et profit) de 15%

L’estimé budgétaire ci-haut n’inclut pas les frais de conception. Le retour sur investissement revient à 8

ans.

6.1.3 Pompe de saumure avec entraînement à fréquence variable

La pompe de saumure actuelle fonctionne à pleine capacité et ce, en tout temps lors de la période

d’ouverture de l’aréna. La pompe actuelle a une puissance nominale de 22,4 kW (30 HP), la pompe

consomme près de 128 780 kWh annuellement. Toutefois, la charge de réfrigération est moins

importante la nuit car on y retrouve aucune charge solaire, des luminaires, du surfaçage et des

occupants. Ainsi, l’ajout d’un entraînement à fréquence variable permet de réduire le débit de la

saumure jusqu’à 50% du débit nominal lors des périodes nocturnes.

Le remplacement par une pompe de 18,7 kW (25 HP) équipé d’un entraînement à fréquence variable

permettrait de générer des économies d’électricité de 44 900 kWh, ce qui équivaut à 4 900$

(0,115$/kWh). Les coûts d’investissements budgétaires sont estimés à 9 780$ pour la fourniture et

l’installation de l’équipement. On obtient une période de retour sur investissement de 2,0 années.

6.1.4 Plafond à faible indice d’émissivité

Le plafond de la glace est actuellement un pontage métallique en acier galvanisé. Lorsque ce matériau

est neuf, son émissivité est relativement basse (émissivité (ε)=25%) et permet d’avoir une charge radiative

faible entre le plafond et la glace. Toutefois, avec le temps, ce matériau s’oxyde et son émissivité se

dégrade jusqu’à un facteur estimé à 85%. Cette valeur est proche de celle d’un corps noir (ε=100%), le

facteur d’émissivité le plus haut possible. Ainsi, un plafond possédant une émissivité plus élevée

augmente de manière significative la charge de refroidissement du système de réfrigération.


Afin de diminuer la charge de réfrigération, nous recommandons l’installation d’une toile à faible indice

d’émissivité (ε=5%) au niveau de la glace. Cette toile peut être installée sous le pontage métallique avec

des fourrures créant ainsi un espace d’air pour la circulation. L’installation de cette toile augmente aussi

le niveau d’éclairage sur la glace et réduit la possibilité de condensation au plafond. Les économies

associées à l’installation de cette toile sont estimées à 42 600 kWh, ce qui équivaut à 4 900 $

(0,115$/kWh).

Les coûts budgétaires pour l’installation de cette toile sont de 52 000$. Ces coûts incluent la fourniture

et l’installation de la toile au-dessus de la glace. La période de retour sur investissement (PRI) nette est

donc de 10,6 années.

7. GESTION DE RISQUES

Un profil de vulnérabilité indiquant les infrastructures vulnérables et les populations à risque vivant dans

un rayon de 300 m autour de l’établissement est présenté ci-dessous.

Figure 7 : Étendue d’un rayon de 300 m autour de l’établissement

Selon les informations obtenues sur Google Maps, les établissements à risque dans ce rayon sont :

École secondaire Paul VI Catholic

École primaire Nouvel Horizon


Mairie

Bureau de police

Chevalier de Colomb Conseil Dollar 2183

Complexe sportif Robert-Hartley

Résidences

Pour les options utilisant le CO2 ou le R-513a, il est considéré qu’il n’y a pas de dangers significatifs pour

les habitants de la ville d’Hawkesbury. Cependant, pour l’option de l’ammoniac, il est fortement

recommandé de procéder à une analyse de risques avec les habitants circonscrits par le rayon identifié.

8. IMPACT ENVIRONNEMENTAL

Cette section présente l’impact environnemental au niveau de la réduction des gaz à effet de serre

(GES) pour chaque option. Le tableau suivant présente la réduction totale de GES par rapport au statu

quo en considérant la diminution des GES pour le changement de réfrigérant et la diminution de

consommation d’électricité pour les différentes options présentées. Le prochain tableau présente cette

analyse.

Tableau 7 : Bilan environnemental des solutions proposées pour le complexe sportif Robert-Hartley

Statu quo A B C

R-22

HCFC

CO2

(R-744)

Ammoniac

(R-717)R-513A

PRG 1810 1 0 650

Quantité de réfrigérant (kg) 365 350 75 260

Pertes annuelles 10% 10% 2% 5%

GES équivalents (Tonnes de CO2 équivalents) 76 0,04 0 8

PRG (0,03 kg CO2 équivalent/kWh) 0,03 0,03 0,03 0,03

Consommation annuelle électrique (kWh) 473 651 557 236 430 591 526278

GES équivalents (Tonnes de CO2 équivalents) 14,2 16,7 12,9 15,8

Émission total de GES anuellement 90,2 16,8 12,9 24,2

Diminuation total de GES par rapport au Statu quo N/A 73,5 77,3 66,0

Source de GES

Réfr

igéra

nt

Éle

ctr

icit

éT

ota

l


9. ANALYSE FINANCIÈRE

9.1 Présentation des résultats de l’analyse financière

L’analyse financière a été réalisée à l’aide du chiffrier d’évaluation financière d’options en réfrigération

(CÉFOR) développé par Ressources naturelles Canada. Les résultats de l’analyse financière sont

présentés pour chacune des options. Les résultats ont été obtenus en considérant une analyse financière

sur un horizon de 20 ans.

Les résultats détaillés des coûts des options pour l’aréna sont présentés dans le tableau 7.


Tableau 8 : Résultats détaillés des coûts des options pour le remplacement du système de réfrigération

Le prochain tableau présente l’analyse économique du cycle de vie de l’équipement sur une période

de 20 ans. Le taux d’actualisation est établi à 5% alors que l’inflation pour la main d’œuvre et dépenses

d’entretien est établi à 2% et à 3% pour l’énergie (électricité et gaz naturel).

Tableau 9 : Résultats détaillés des coûts des options pour le remplacement du système de réfrigération

Option A B C

CO2

(R-744)

Ammoniac

(R-717)

HFO

(R-513A)

Primary refrigerant CO2 Ammoniac R-513A

Refrigeration system 675 000 $ 828 000 $ 642 000 $

Heat recovery (coils, desuperheater) 78 447 $ 90 214 $ 78 447 $

Labour time 113 017 $ 91 821 $ 108 067 $

Commisionning 30 000 $ 30 000 $ 30 000 $

Contingency (10%) 89 646 $ 104 004 $ 85 851 $

Overhead and profits (15% ) 147 917 $ 171 606 $ 141 655 $

Sub-total - Refrigeration system 1 104 027 $ 1 285 645 $ 1 056 020 $

Installation - Custom fan coil 133 304 $ 133 304 $ 133 304 $

Installation - HRV player's rooms 36 609 $ 36 609 $ 36 609 $

Snow pit coil 34 783 $ 34 783 $ 34 783 $

Water tank Replacement 59 913 $ 59 913 $ 59 913 $

Contingency (incl.)


Sub-total - Recommendation 304 300 $ 304 300 $ 304 300 $

Intallation - variable frequency drive 8 504 $ 8 504 $ 8 504 $

Low emissivity ceiling 45 304 $ 45 304 $ 45 304 $

Contingency (incl.)


Sub-total - Energy efficiency measures 61 880 $ 61 880 $ 61 880 $

Structural and civil 95 563 $ 49 555 $ 95 563 $

Conception (design and drawing) 110 300 $ 93 755 $ 110 300 $

Risk analysis study 0 $ 12 000 $ 0 $

Ammoniac release emergency plan 0 $ 15 000 $ 0 $

HAZMAT fees (57 000$ every 5 years. Actualized value from year 0 up to year 15) 0 $ 175 000 $ 0 $

Total des investissements avant taxes : 1 676 000 $ 1 997 000 $ 1 628 000 $

Total des investissements avec taxes (13%) : 1 893 880 $ 2 256 610 $ 1 839 640 $

Option A B C

CO2

(R-744)

Ammoniac

(R-717)R-513A

Nouveau Nouveau Nouveau

Consommation annuelle d'énergie- aréna (kWh eq) 923 568 839 553 956 554

Coût annuel d'énergie - aréna 101 999 $ 84 896 $ 99 242 $

Budget d'investissement initial 1 676 000 $ 1 997 000 $ 1 628 000 $

Coûts d'entretien sur 20 ans - VA 87 368 $ 87 368 $ 87 368 $

Coûts de réparation majeure sur 20 ans - VA 45 794 $ 32 369 $ 32 369 $

Coûts d'énergie sur 20 ans - VA 1 677 248 $ 1 396 007 $ 1 631 903 $

Valeur résiduelle actualisée des équipements - VA -149 949 $ -144 503 $ -137 953 $

Coût global actualisé sur 20 ans - VA : 3 375 600 $ 3 421 800 $ 3 297 200 $

Coût global annualisé : 270 867 $ 274 574 $ 264 576 $


9.2 Analyse du coût global et recommandation

Selon l’analyse énergétique et économique effectuée, l’option de réfrigération ayant le coût global

annualisé le plus faible pour le remplacement du système de l’aréna est un nouveau système au R-513.

Sur une période de 20 ans, en tenant compte des coûts d'investissements, d'énergie, d'opération et

d'entretien ainsi que de la valeur résiduelle des équipements, le coût global annualisé évalué est de 264

580 $/an pour un tel système.

Le réfrigérant R-744 (CO2) présente une valeur annualisée un peu plus importante, causé par les

contraintes technologiques d’un réfrigérant à haute pression. Pour ce qui est du R-717 (ammoniac), le

service d’incendie d’Hawkesbury n’est pas muni d’une équipe Hazmat technicians, rendant les frais,

associées à cette exigences, onéreux pour la ville. Le R-513a est un réfrigérant synthétique dérivé du R-

134a, un réfrigérant bien implanté dans le milieu de la réfrigération. Ce type de réfrigérant est bien

connu dans le domaine et permet d’obtenir une plus grande ouverture du marché, permettant de

réduire légèrement les coûts d’investissement par rapport aux autres réfrigérants étudiés dans la

présente étude. Toutefois, Il est important de préciser que ce réfrigérant est considéré par plusieurs

experts comme un réfrigérant de transition et que malgré son impact environnemental réduit, il est

probable de le voir, un jour, substitué par des réfrigérants naturels tel le R-744 (CO2) ou le R-717

(Ammoniac). L’impact environnemental du R-513a est toutefois moindre que l’utilisation d’autres

réfrigérants synthétiques fortement utilisé par l’industrie, tel le R-410a.

Malgré tout, Système Énergie TST recommande d’y aller avec l’option du R-513a comme nouveau

réfrigérant pour remplacer le système de réfrigération au R-22.

Projet : Complexe sportif Robert-Hartley ÉTUDE DE FAISABILITÉ

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