Chauffer les écoles du Québec pourrait être plus facile et coûter moins cher grâce à une nouvelle recherche menée par l’Université Concordia

Un nouveau système de chauffage pourrait améliorer le bien-être des élèves, améliorer la ventilation au moyen d’air propre chauffé à l’énergie solaire et faire économiser gros aux centres de services scolaires québécois pendant les mois d’hiver.

Cette approche misant sur la flexibilité énergétique a été conçue par des chercheurs du Centre d’études sur les bâtiments à consommation énergétique nulle de l’Université Concordia et de l’Université de Sherbrooke. Le système utilise des stratégies de commande basées sur la prédiction par modèle pour chauffer les écoles et accroître la quantité d’air propre chauffé à l’énergie solaire en dehors des périodes de pointe. Ainsi, on soulage le réseau d’Hydro-Québec pendant les heures de pointe, soit de 6 h à 9 h et de 16 h à 20 h, et l’on évite de payer le tarif majoré applicable durant ces périodes.

« Il y a plus de cinq millions d’élèves dans 15 000 écoles au Canada. Nous devons penser au confort thermique et à la qualité de l’air intérieur tout en modérant la consommation d’énergie », résume Navid Morovat, doctorant au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental de l’École de génie et d’informatique Gina-Cody.

Les chercheurs ont utilisé une école de la région de Montréal comme étude de cas. En utilisant les données des capteurs installés dans l'école, les données de la station météorologique, l'occupation des classes, la taille des classes et d'autres mesures liées à l'âge et à la conception du bâtiment, ainsi que les tarifs énergétiques dynamiques d'Hydro, ils ont pu prédire la consommation d'électricité dans une fenêtre de quelques heures à quelques jours. Cela leur a permis d'examiner et d'optimiser les schémas d'utilisation de l'énergie.

Grâce à ces données, les chercheurs ont pu non seulement prédire la consommation d’électricité pendant une période pouvant aller de quelques heures à quelques jours, mais aussi examiner et optimiser les schémas de consommation d’énergie.

« Au lieu d’utiliser des appareils de commande réactifs classiques comme les thermostats, il est possible de programmer le système CVC de l’école pour qu’il se mette en marche quelques heures avant l’ouverture de l’école, explique M. Morovat. Nous pouvons ainsi amener progressivement le bâtiment à la température désirée et en renouveler l’air intérieur.

« Selon les prévisions météorologiques quotidiennes et le nombre de personnes à l’intérieur de l’école, nous pouvons augmenter la température de consigne à l’avance pour faire en sorte que, lorsque les enfants arrivent, le degré de confort thermique voulu ait été atteint et l’air soit frais. En prime, la facture d’électricité s’en trouvera réduite. »

Les coauteurs de l’étude sont Andreas Athienitis, professeur au Département de génie du bâtiment, civil et environnemental, et José A. Candanedo, de l’Université de Sherbrooke. Ils ont présenté leurs résultats pour la première fois lors du 13^e symposium nordique sur la physique du bâtiment qui s’est tenu l’an dernier à Aalborg, au Danemark.

Un modèle adaptable

Les chercheurs affirment que leur système est nettement supérieur aux appareils classiques, car il permet une réduction de la consommation d’énergie en période de pointe pouvant atteindre 100 % tout en maintenant un degré de confort acceptable.

Selon M. Morovat, le système peut facilement être utilisé dans différentes écoles et même dans différents types de bâtiments, à condition que l’on dispose de données exactes. On peut même s’en servir pour réguler la climatisation par temps chaud.

Fruit d’une collaboration avec Hydro-Québec et d’un partenariat avec le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, ce projet s’inscrit dans le cadre de la chaire de recherche industrielle CRSNG-Hydro-Québec occupée par le P^r Athienitis. Par ces travaux, l’Université Concordia consolide son rôle de chef de file de l’électrification de la société et prépare ses étudiantes et étudiants au monde du travail de demain.

Le P^r Athienitis est également président du comité scientifique et responsable du thème 1 du programme de recherche Volt-Age de Concordia. L’initiative, qui bénéficie de l’appui du Fonds d’excellence en recherche Apogée Canada, vise à électrifier la société pour favoriser l’émergence de collectivités décarbonées et résilientes.

« Cette collaboration nous aide à comprendre ce que l’industrie nous demandera dans l’avenir, estime M. Morovat. Or, nous faisons exactement ce qu’elle recherche. En tant qu’étudiant, il est utile de savoir que nos travaux ont des retombées concrètes et que nous allons dans la bonne direction. » 

Le P^r Athienitis ajoute que les recherches novatrices dans ce domaine aident l’Université à lancer l’avant-gardiste programme de recherche Volt-Age.

M. Morovat tient à remercier le Fonds de recherche du Québec – Nature et Technologies (FRQNT) pour la bourse de recherche doctorale qu’il a reçue.

Lisez l’article cité (en anglais seulement) : « Model predictive control for demand response in all-electric school buildings ».