Concevoir pour l'énergie

Note : les passages en bleu indiquent des adaptations au contexte québécois.

Si vous ne pouvez faire qu’une chose (ou quelques-unes) : 

Note : les passages en bleu indiquent des adaptations au contexte québécois.

Les ressources proposées dans cette boîte à outils portent sur ce que les architectes peuvent accomplir. En général, il incombe à l’architecte d’intégrer des stratégies de conception passive, qui ont inévitablement des incidences sur d’autres systèmes, tels que l’éclairage, le chauffage, la ventilation et la climatisation.  

  

Stratégies de conception passive 

Pour qu’une conception soit hautement performante, la collaboration du client et de l’ensemble de l’équipe de conception est essentielle, et des décisions doivent être prises très tôt dans le processus. La mise en place de stratégies de conception passive simples et adaptées au climat actuel et aux prévisions futures, et ce, dès la phase de conception, peut grandement influencer la performance d’un bâtiment. Ces stratégies concernent notamment l’orientation du bâtiment, le ratio fenêtre-mur (RFM), et l’ombrage extérieur. 

Actions : 

• Les typologies indigènes et autochtones sont une excellente source d’inspiration pour la conception de projets adaptés au climat. Appuyez-vous sur les concepts d’architecture vernaculaire et autochtone pour déterminer les stratégies de conception passive les mieux adaptées à une région donnée. 

• Déterminez l’orientation optimale du bâtiment. Positionnez-le de manière à tirer parti de la trajectoire du soleil dans le ciel. En règle générale, cela signifie que les façades les plus longues doivent être orientées vers le nord et le sud, et les façades les plus courtes, vers l’est et l’ouest. 

• Portez une attention particulière au RFM, à l’orientation des fenêtres et à l’ombrage en tant que principales stratégies de conception passive. Quel que soit le climat, le RFM devrait être limité. Toutefois, en général, l’emplacement des fenêtres varie en fonction de la latitude. Dans les climats plus froids de l’hémisphère Nord, les fenêtres doivent être orientées vers le sud afin de capter le plus possible les bénéfiques rayons du soleil. Dans les climats plus chauds de l’hémisphère Nord, les fenêtres doivent être orientées vers le nord pour réduire au minimum l’apport de chaleur solaire. Dans l’hémisphère Sud, il convient de faire le contraire. En général, les fenêtres doivent être abritées du soleil au sud, à l’est et à l’ouest (dans l’hémisphère Nord) et être limitées au minimum à l’est et à l’ouest dans tous les climats. Envisagez la fonction des pièces situées le long du périmètre et la façon dont elles peuvent bénéficier de la lumière naturelle. Cette stratégie profite d’ailleurs aux occupants et occupantes en leur permettant de réaliser des économies d’énergie sur l’éclairage intérieur. 

• Tenez compte de la forme du bâtiment : pour les projets de petite et moyenne envergure, une forme compacte est plus efficace sur le plan énergétique qu’une forme tentaculaire. Un bâtiment dont la surface extérieure est étendue perdra plus de chaleur (dans les climats froids) ou en captera plus (dans les climats chauds). 

• L’étanchéité à l’air de l’enveloppe est tout aussi importante que l’isolation, mais elle reçoit souvent moins d’attention. Désignez une couche de l’assemblage comme pare-air, puis confirmez qu’elle s’étend en continu dans toutes les directions (sur six côtés), que tous les joints sont scellés et que tous les interstices sont remplis. Planifiez la mise en service de l’enveloppe dès la conception et procédez à un test d’infiltrométrie en chantier pour vérifier l’étanchéité à l’air du bâtiment, à la fois pour les modèles en vraie grandeur et pour l’ensemble du bâtiment. 

• La résistance thermique prescrite dans les codes de construction se veut une norme minimale. Une plus grande résistance thermique peut réduire la demande de pointe énergétique et réduire la taille des équipements mécaniques, ou encore améliorer la résilience de nombreux bâtiments. Analysez les assemblages du bâtiment pour déterminer la résistance thermique qui permettra à la fois de garantir le confort thermique et d’obtenir une bonne performance énergétique sans pour autant diminuer le rendement du capital investi en raison d’une augmentation des coûts d’exploitation. 

• Une masse thermique peut servir à absorber l’énergie pendant la journée et à la restituer pendant les heures plus fraîches de la nuit, dans les endroits où il y a des changements de température diurnes (jour/nuit). 

• Prévoyez des fenêtres ouvrantes pour toutes les personnes occupant le bâtiment afin qu’elles puissent profiter de l’air extérieur lorsque le temps est agréable et que la qualité de l’air extérieur est conforme aux seuils de sécurité. Un dispositif d’interverrouillage entre l’ouverture de la fenêtre et le système mécanique empêche la perte d’air traité. Sur le plan de la résilience, les fenêtres ouvrantes contribueront à la ventilation et à la qualité de l’air en cas de panne du réseau électrique et des systèmes mécaniques du bâtiment. 

  

Analyse de la consommation d’énergie et établissement d’objectifs 

Il s’agit d’une première étape cruciale pour chaque projet. Consultez la norme 90.1 de l’ASHRAE ou son équivalent canadien, le Code National de l’énergie pour les bâtiments (RNCan), afin d’obtenir les bases de référence à intégrer dans vos modélisations. 

Actions : 

• Au début du processus de conception, établissez des points de référence et fixez un objectif d’intensité énergétique (IE) ainsi que d’autres indicateurs clés de performance, tels que les émissions de carbone. Ces points de référence peuvent être facilement communiqués à l’équipe de conception et au propriétaire; ils constituent la base d’une conversation plus approfondie sur la manière dont le bâtiment est censé fonctionner. L’ensemble des membres de l’équipe doivent comprendre les points de référence d’un projet et ses objectifs énergétiques. 

• Établissez un point de référence et fixez un objectif de puissance d’éclairage intérieur (PEI) dès le début du processus de conception. La PEI est mesurée en watts par mètre carré (W/m²) d’éclairage installé. C’est un excellent indicateur du rendement énergétique d’un projet. Les projets dont la PEI est faible consomment moins d’énergie. Une conception holistique de l’éclairage doit prendre en compte toutes les sources d’éclairage (lumière du jour, éclairage zénithal et éclairage direct) afin de trouver un équilibre maintenant la charge d’éclairage de base aussi basse que possible. 

• Pour les projets intérieurs (y compris les projets avec conception de l’éclairage, modifications des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation ou modifications substantielles de l’enveloppe du bâtiment), fixez un objectif de PEI de 25 à 50 % inférieur à ce qui est prescrit dans les codes de construction. Vérifiez la PEI périodiquement tout au long du processus de conception. 

• Au moment d’évaluer différents types de bâtiments pour une ou un possible locataire, tenez compte de l’apport en lumière du jour. Concevez le bâtiment de manière à ce que la plus grande partie possible de la surface de plancher régulièrement occupée se trouve dans la zone éclairée naturellement. Certaines finitions de matériaux intérieurs peuvent améliorer la qualité de la lumière du jour ou, au contraire, en exacerber l’éblouissement en raison du contraste ou des reflets, ce qui peut nuire au confort des occupantes et occupants. 

• Un rapport fenêtre/mur (RFM) optimal permet d’obtenir un bon éclairage naturel et un excellent rendement énergétique. Les fenêtres sont un indicateur important de la consommation totale d’énergie d’un bâtiment. Un RFM supérieur à 40 % ne bonifiera en rien l’éclairage naturel, mais il accentuera considérablement les besoins en chauffage et climatisation. 

• Les architectes peuvent également envisager des stratégies d’éclairage utilisant des lanterneaux pour s’assurer que la lumière du jour pénètre dans les bâtiments à large surface de plancher. 

• Analysez la charge aux prises du projet (en W/m²). Les bâtiments très efficaces ont tendance à avoir un pourcentage plus élevé de consommation d’énergie en provenance des charges aux prises. Comme pour la PEI, il est important de fixer un objectif pour les charges aux prises et d’en faire le suivi tout au long du processus de conception. Déterminez la charge aux prises typique (en W/m²) pour les bâtiments ayant une fonction similaire et visez une réduction de 25 à 50 %. Pour atteindre une réduction de 50 %, une bonne stratégie consiste à programmer l’extinction des charges aux prises non essentielles lorsqu’elles ne sont pas utilisées. 

  

Élimination des combustibles fossiles 

Électrification est synonyme de décarbonisation lorsque l’électricité est produite avec des ressources propres telles que l’hydroélectricité, l’énergie éolienne et solaire. De plus en plus de régions des États-Unis et du Canada s’orientent vers la production d’énergie à faibles émissions de carbone pour alimenter leur réseau.  

Afin d’atteindre les objectifs en matière de carbone, il faut opter pour des systèmes de chauffage et de refroidissement électriques performants ou urbains alimentés par des sources d’énergie renouvelables décarbonées. L’électrification dans les bâtiments consiste à utiliser l’électricité pour toutes les fonctions essentielles telles que le chauffage, la climatisation et la cuisson. 

Une bonne électrification permet de réduire les coûts énergétiques pour les consommateurs et consommatrices ainsi que les émissions nocives dans toute la chaîne d’approvisionnement. De plus, elle doit être coordonnée avec la réduction de la demande en période de pointe. 

Actions : 

• Vérifiez les exigences réglementaires relatives aux combustibles fossiles. De nombreuses collectivités à travers les États-Unis et le Canada limitent l’utilisation de combustibles fossiles.  

• Utilisez des thermopompes puisant l’énergie dans le sol, des thermopompes à l’air, des systèmes de récupération d’énergie à haut rendement et d’autres équipements permettant d’améliorer sensiblement le rendement énergétique. Ces innovations font de l’électrification une solution viable pour la plupart des projets. 

• Optez pour des surfaces de cuisson et des cuisinières à induction. Il a été prouvé qu’elles ont des effets bénéfiques sur la qualité de l’air intérieur. 

• Informez votre clientèle des subventions (accordées par les services publics ou le gouvernement) auxquelles elle peut avoir droit pour compenser les coûts d’une transition du mazout à l’électricité. 

  

Modélisation énergétique  

L’engagement 2030 de l’AIA démontre clairement la relation entre la modélisation de l’énergie, une performance élevée et une réduction efficace des émissions de carbone opérationnel. À la suite d’une modélisation énergétique, il est typique de voir une amélioration des performances. Bien que la modélisation énergétique exige des compétences pointues d’un ou une spécialiste, l’architecte devrait toujours superviser le processus. 

Les équipes de projet devraient envisager de faire appel à un expert ou une experte en modélisation énergétique pendant les phases d’avant-projet et de conception. Une approche de modélisation sommaire est particulièrement utile lorsque des scénarios de performance doivent être réalisés en parallèle aux discussions sur la conception. Faites savoir à votre client que les résultats de la modélisation des performances sont approximatifs et qu’ils sont destinés à définir l’orientation du projet et à aider l’équipe d’architectes à prendre des décisions de conception avant même qu’un concept n’ait été élaboré. La portée de la modélisation peut varier en fonction de la taille, de la complexité et du budget du projet. 

La modélisation énergétique peut être réalisée à différents degrés de détail et d’échelle. Un modèle sommaire élaboré en début de projet permettra de mettre en évidence l’importance des stratégies de conception passive, telles que la masse et l’orientation du bâtiment, la fenestration (y compris l’orientation et les différents ratios fenêtres-murs), les options d’ombrage et la performance thermique de l’enveloppe du bâtiment. À mesure que la conception évolue, un modèle plus détaillé peut permettre de choisir les stratégies de réduction des besoins énergétiques, notamment ceux liés à l’éclairage intérieur et à l’équipement, les stratégies de ventilation et les options du système de CVCA. Selon la complexité du projet et la portée du modèle, il faut prévoir de quelques jours à deux semaines pour établir ce modèle énergétique détaillé. 

Une modélisation énergétique visant à démontrer la conformité aux codes énergétiques des bâtiments ou à d’autres programmes de certification (par exemple, LEED, Living Building Challenge) nécessitera l’expertise d’un professionnel ou une professionnelle de la modélisation énergétique disposant d’un logiciel approuvé, conformément à la norme 140 de l’ASHRAE. Une telle preuve de conformité offre à l’architecte une plus grande flexibilité dans ses choix de conception. En effet, tout compromis lié à la performance est pris en compte de manière dynamique dans la conception de l’enveloppe du bâtiment ainsi que dans celle des composants mécaniques, électriques et de plomberie. 

Actions : 

• Intégrez la modélisation énergétique itérative dans le budget de conception de votre projet. Que le travail soit effectué en interne, en coopération avec un programme de services publics ou par une société de conseil, il existe de nombreuses façons d’intégrer des données analytiques guidant la conception dans votre projet. 

• Considérez le modèle énergétique comme une mesure de contrôle des coûts, non pas comme une composante de durabilité supplémentaire. L’énergie et le carbone sont relativement faciles à quantifier et à prévoir. En outre, les résultats annuels prévus peuvent être utilisés pour gérer les coûts d’investissement (taille de l’installation), les coûts d’exploitation (factures de services publics) et d’autres avantages non énergétiques tels que le confort thermique. 

• Si la portée du projet est trop petite pour élaborer un modèle énergétique, gérez le rapport fenêtre/mur et la densité de puissance d’éclairage. Ces calculs simples sont d’excellents équivalents à une modélisation énergétique complète. 

• Examinez attentivement les horaires d’occupation, la densité d’occupation, les heures d’exploitation et la forme du bâtiment. Une grande partie de la consommation d’énergie et de l’émission de carbone d’un bâtiment est liée à sa fonction et à sa zone climatique. Prenez soin de comprendre comment ces variables influent sur les mesures employées. 

  

Mise en service 

La mise en service des systèmes électromécaniques est extrêmement importante pour garantir que le propriétaire reçoive le bâtiment pour lequel il a payé. Bien qu’elle puisse être dispendieuse, la mise en service tend à se rentabiliser rapidement, en plus de fournir une assurance et un contrôle de qualité précieux. La portée peut varier considérablement et doit être soigneusement coordonnée en fonction des systèmes proposés à la phase de conception. Veillez à ce que toutes les exigences obligatoires locales de mise en service soient respectées. Au Québec, on se réfère aux lignes directrices d’ASHRAE ou aux exigences gouvernementales. 

La mise en service de l’enveloppe d’un bâtiment permet d’évaluer les performances de l’enveloppe afin de déterminer si les exigences du projet ont été respectées. L’enveloppe d’un bâtiment est essentielle à la haute performance de ce dernier, et la mise en service permet de s’assurer que l’installation répond aux exigences du projet. 

Actions : 

• Encouragez le propriétaire à faire appel à un agent de mise en service dès le début du processus de conception afin d’établir les exigences de performance et d’essai du projet. Cet agent est un tiers indépendant. 

• Encouragez l’utilisation de compteurs et de sous-compteurs divisionnaires pour mesurer et suivre les performances de l’ensemble des systèmes en exploitation et repérer les défaillances. 

  

Bâtiments à consommation énergétique nette zéro 

Un bâtiment à consommation énergétique nette zéro produit sur place autant d’énergie qu’il en consomme grâce à des sources renouvelables (généralement photovoltaïques ou éoliennes) au cours d’une année. Un bâtiment n’est considéré comme à consommation énergétique nette zéro qu’après au moins une année complète d’exploitation, et ce, lorsqu’il est possible de confirmer qu’il atteint ce niveau extrêmement élevé de performance. La vérification ou la certification par un tiers est fortement recommandée. 

Le concept de consommation nette zéro est reconnu dans le monde entier comme l’une des cibles les plus élevées en matière de performance énergétique de l’environnement bâti. La certification Zero Energy de l’International Living Future Institute a été créée afin de démontrer qu’un projet affiche une performance de consommation énergétique nette zéro. L’objectif était de favoriser une cohorte avancée de projets dont l’intégrité est attestée grâce à une performance certifiée par un tiers.  

Actions : 

• Intégrez des énergies renouvelables dans le projet. Vérifiez s’il existe des options de financement qui permettent d’intégrer, pendant la construction d’un bâtiment, l’infrastructure nécessaire pour recourir à des énergies renouvelables.  

• Concevez tous les bâtiments de manière à ce qu’ils soient compatibles avec l’ajout futur de systèmes d’énergie photovoltaïque . Il s’agit notamment d’accroître la capacité de charge des toits, de conserver de larges espaces libres sur les toits ou sur le site afin de pouvoir installer facilement des panneaux, de sélectionner des compteurs et des panneaux adéquats, de prévoir une capacité supplémentaire des panneaux électriques, de laisser de la place pour les onduleurs et d’installer des conduits appropriés. 

• Pour qu’un bâtiment puisse devenir à consommation énergétique nette zéro, il est essentiel de documenter les relevés de compteurs et d’en suivre les données. Envisagez de rendre ces données publiques sous la forme d’un tableau de bord afin de mettre de l’avant les objectifs à atteindre et de souligner les progrès réalisés. 

Bâtiments carboneutres 

La décarbonisation de l’environnement bâti est impérative pour atténuer les effets catastrophiques actuels et futurs des changements climatiques. Le secteur est en période de transition : nous cessons d’envisager l’efficacité énergétique comme un aspect distinct et la prenons en compte dans une réflexion globale sur la réduction des émissions de carbone. 

Bien que les bâtiments carboneutres possèdent de nombreuses qualités d’un bâtiment à consommation énergétique nette zéro, ils n’ont pas été conçus dans un simple souci de consommation d’énergie. Ils prennent en compte l’empreinte totale des émissions de carbone, qui comprend à la fois le carbone opérationnel et le carbone intrinsèque. Les émissions de carbone opérationnel sont liées aux sources d’énergie du bâtiment (charbon, mazout, électricité, etc.) et à l’efficacité des systèmes énergétiques du bâtiment. Les émissions de carbone intrinsèque sont quant à elles liées à l’incidence du cycle de vie des matériaux de construction, qui comprend l’extraction des matières premières, la production et le transport des matériaux vers le site du projet, la construction en soi et l’utilisation en fin de vie. 

Un bâtiment carboneutre doit compenser les émissions de carbone opérationnel qu’il génère au cours d’une année. Pour ce faire, il peut s’agir d’utiliser à la fois des énergies renouvelables sur le site et des crédits d’énergie renouvelable (CER) hors site vérifiés par des tiers. Objectif ambitieux pour tout bâtiment, la carboneutralité peut être plus accessible pour certains projets. En effet, le type de projet, la forme, la taille et l’accès à des sources d’énergie renouvelable adéquates déterminent la capacité d’un bâtiment à atteindre cet objectif. 

Actions : 

• Effectuez une analyse du cycle de vie de l’ensemble du bâtiment, laquelle comprend une évaluation des émissions du carbone opérationnel et du carbone intrinsèque. 

• Évitez d’utiliser des combustibles fossiles en concevant des bâtiments entièrement alimentés par des sources d’énergie renouvelable. Prévoyez des bornes de recharge pour véhicules électriques (VE) ou une infrastructure compatible avec la technologie des VE. 

• Priorisez des stratégies de conception passive et l’efficacité énergétique avant d’ajouter d’autres sources d’énergie renouvelable sur le site ou d’envisager les CER. Il convient d’accorder une plus grande priorité aux CER locaux ou régionaux. Minimiser l’énergie utilisée sur place a plus d’incidence que de recourir à une énergie propre provenant d’une source éloignée. Envisagez d’atteindre la carboneutralité grâce à un maximum de 20 % de CER. 

  

• L’engagement 2030 de l’AIA offre aux architectes un moyen d’afficher publiquement leur engagement, en utilisant le Design Data Exchange (DDx) pour suivre leurs progrès vers un avenir carboneutre. Lisez le rapport intitulé 2030 By the Numbers (en anglais) pour en savoir plus sur les progrès réalisés par le secteur pour atteindre les objectifs de 2030. 

• La boîte à outils sur le carbone intrinsèque de l’AIA-CLF pour les architectes (en anglais) a pour but de leur fournir une vue d’ensemble et de leur proposer des mesures à prendre pour réduire le carbone intrinsèque dans leurs projets. 

• Le guide de l’AIA sur la performance des bâtiments (en anglais) propose une approche complète de l’intégration des simulations de performance des bâtiments dans le processus de conception.  

• Energy Star Target Finder est un outil d’analyse comparative pour les nouveaux bâtiments, mis à jour pour utiliser un ensemble de données plus récent (CBECS 2012+) comme point de référence.  

• Climate Consultant de l’UCLA constitue une excellente ressource aux fins d’analyse climatique. Ce programme simple génère une variété de graphiques climatiques fondés sur des fichiers EnergyPlus Weather (. EPW). Il aide l’architecte qui l’utilise à visualiser les occasions de mettre en place les stratégies de conception passive les plus efficaces.  

• Le PV Watts Calculator calcule le potentiel de production solaire sur site et les surfaces nécessaires. C’est le seul outil d’énergie solaire dont vous aurez besoin.  

• Les guides de conception énergétique avancée (en anglais) de l’ASHRAE répertorient les valeurs d’isolation des murs, les coefficients d’apport par rayonnement solaire (CARS) des fenêtres et d’autres indicateurs pour les équipes de projet à la recherche de références efficaces supérieures à ce qui est prescrit dans les codes de construction.  

• 2030 Palette est une plateforme en ligne gratuite ayant pour mission de mettre les principes et mesures qui sous-tendent des environnements bâtis résilients et à neutralité carbone à la portée des concepteurs et conceptrices, des urbanistes et constructeurs du monde entier. Les stratégies de conception durable traitent de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre à toutes les échelles, de la planification régionale aux détails de construction.  

• Le document technique intitulé Off-Site Procurement of Renewable Energy (en anglais) vise à appuyer la norme ZERO Code d’Architecture 2030. Il décrit plusieurs options d’approvisionnement hors site en énergie renouvelable. 

À venir