Récupération de chaleur au Musée des sciences du Minnesota

Défi

Avec pour mission d’éduquer le public sur la science, l’ingénierie et la technologie, et de rendre la science accessible et applicable à tous, le Musée des sciences cherche continuellement à créer des solutions pour améliorer l’expérience humaine. À cette fin, l’organisation s’est fixé des objectifs de réduction des coûts énergétiques et de son empreinte carbone, en s’orientant vers la carboneutralité où la quantité totale d’énergie utilisée par le bâtiment serait égale à la quantité d’énergie renouvelable créée sur le site.

« Nous avons toutes sortes d’espaces – Omnitheater, boutique de cadeaux, salles d’exposition, restaurants et installations de restauration, ateliers d’exposition et de production graphique, salles de réunion et salles de classe, et une rampe de stationnement – qui ont tous des besoins énergétiques différents », a déclaré Todd Gray, surintendant adjoint des installations au Musée des sciences du Minnesota. « Les finances sont toujours importantes lorsque vous gérez un bâtiment, et il n’y a jamais un bâtiment qui a trop d’argent. Il est donc essentiel d’être économe en énergie.

Solution

L’entreprise locale de services publics, Xcel Energy®, a présenté l’équipe du Musée des sciences à un consultant local en mécanique, qui obtenait des résultats significatifs en matière d’efficacité énergétique. Le musée a retenu les services de l’expert-conseil pour effectuer une analyse de l’ensemble de ses installations. L’analyse a montré que la consommation d’électricité du Musée des sciences était de 6,3 millions de kWh par an, soit l’équivalent de la consommation annuelle d’électricité de 800 ménages. L’étude a également noté que cette électricité s’est dégradée à 20 milliards de BTU d’énergie thermique et que l’installation achetait 15 milliards de BTU d’énergie thermique par an.

« Il nous a demandé pourquoi nous gaspillions une énorme quantité de chaleur, puis achetions une énorme quantité de chaleur », a déclaré Patrick Hamilton, directeur des initiatives de changement mondial au Musée des sciences du Minnesota. « Nous avons été intrigués par les résultats et par le fait que le Musée des sciences pourrait avoir l’occasion de démontrer de nouvelles façons de fonctionner plus efficacement. Conformément à notre mission, nous nous sommes lancés dans une rénovation de la récupération de chaleur qui nous permettrait d’économiser de l’énergie et d’utiliser notre propre bâtiment comme lieu d’exposition.

Adopter une approche holistique du confort des bâtiments

Avec des besoins simultanés de chauffage et de climatisation tout au long de l’année, de nombreux bâtiments commerciaux utilisent simultanément un système de refroidissement et de chauffage. Le système de refroidissement est utilisé pour évacuer la chaleur générée par les grandes quantités d’électricité utilisées par le bâtiment pour alimenter tout, des lumières aux serveurs informatiques. Cette électricité se dégrade en chaleur, qui est généralement traitée comme un déchet et évacuée par le système de ventilation. La récupération de chaleur considère le CVC d’un bâtiment comme un système unique, permettant à un bâtiment d’utiliser la chaleur qu’il génère, plutôt que de créer de la nouvelle chaleur en brûlant des combustibles fossiles ou en faisant fonctionner une chaudière. Le processus extrait la chaleur des zones où elle n’est pas nécessaire et l’exporte vers les murs extérieurs en contact le plus étroit avec l’air froid extérieur. Un échangeur de chaleur est également utilisé pour tempérer l’air froid frais apporté dans le bâtiment avant qu’il ne soit poussé à travers le système de ventilation pour chauffer le bâtiment.

Répondre aux exigences grâce à une solution à haut rendement

Le consultant en mécanique a contacté Trane pour des solutions de récupération de chaleur. Trane a travaillé avec le consultant et le Science Museum pour évaluer les données d’efficacité à pleine charge et à charge partielle de diverses options et développer une solution qui répondrait aux exigences critiques de contrôle de la température et de l’humidité et améliorerait l’efficacité. Les refroidisseurs à récupération de chaleur Trane ont été jugés l’équipement le plus approprié pour le projet de modernisation du Musée des sciences en raison de leur fiabilité et de leurs performances exceptionnelles à haute portance, ainsi que du système de support offert par l’entreprise.

Optimisés pour la récupération de chaleur, deux refroidisseurs rotatifs hélicoïdaux Trane de 160 tonnes série R® (modèle RTWD) à haut rendement ont été installés pour répondre aux besoins du musée des sciences. Les refroidisseurs RTWD plus petits refroidissent non seulement l’installation, mais prennent la chaleur qui existe déjà dans le bâtiment et la convertissent en eau chaude, à des températures allant jusqu’à 140 degrés, qui est ensuite utilisée pour chauffer le Musée des sciences. Plutôt que de faire fonctionner deux systèmes, le refroidisseur à récupération de chaleur pompe la chaleur là où elle est nécessaire, ce qui permet de réduire la consommation d’énergie de pointe.

Résultats

Une rénovation de la récupération de chaleur au Musée des sciences du Minnesota permet à l’installation de capter et d’utiliser la chaleur qu’elle possède déjà pour réduire la charge de chauffage. Le projet a permis de réduire de 75 % les factures de chauffage de l’eau chaude du bâtiment, ce qui a permis d’économiser près de 300 000 $ par année, pour un retour sur investissement d’un peu plus de trois ans. La mise à niveau est également bénéfique pour l’environnement en réduisant les émissions et la pollution qui auraient résulté de la production de nouvelle énergie thermique.

« Notre expérience avec Trane a été extrêmement positive, de la sélection de l’équipement à la fiabilité, en passant par l’installation et l’assistance que nous recevons maintenant et que nous attendons à l’avenir », a déclaré M. Gray. « Nous avons de nombreux besoins en énergie et Trane nous a aidés à optimiser nos systèmes, ce qui nous a permis d’être financièrement responsables vis-à-vis de nos donateurs et de notre communauté. En utilisant la chaleur résiduelle que nous rejetions de manière constructive pour chauffer l’extérieur du bâtiment, nous nous dirigeons vers la neutralité carbone. Le projet a été un grand succès.

Le projet s’inscrit également dans la mission du Musée des sciences, qui consiste à éduquer et à améliorer la vie, le lieu utilisant son bâtiment comme laboratoire vivant pour étendre ses enseignements à des applications réelles. « Les grands bâtiments consomment de grandes quantités d’énergie, et il existe un énorme potentiel de réduction spectaculaire de cette consommation d’énergie, ce qui présente des avantages sur le plan économique, de l’emploi et de l’environnement », a déclaré M. Hamilton. « C’est une histoire très puissante, et une grande occasion de communiquer à la fois aux professionnels et au public que la récupération de chaleur n’est pas seulement théoriquement possible, mais pratiquement faisable. »