Mettre en œuvre une « stratégie de prélèvement d'actifs » pour la décarbonation des sites

Un impact significatif sur le climat peut être obtenu avec une électrification hybride qui équilibre les dépenses d'investissement et les dépenses d'exploitation.

La tendance à l'électrification des bâtiments dans les propriétés commerciales dans une optique de décarbonation est de plus en plus à l'avant-garde de l'effort d'atténuation du changement climatique. Alors que le processus de planification pour électrifier les nouveaux projets de construction peut généralement être plus accommodant que celui des bâtiments existants, les propriétaires et les exploitants d'actifs existants disposent également d'outils qui leur permettent d'être compétitifs sur le marché actuel.

La tendance à l'électrification est accélérée par les prochaines exigences de déclaration de la Securities and Exchange Commission pour les grandes sociétés cotées en bourse ainsi que par l'écologisation continue du réseau. Le marché de l'énergie verte, un sous-ensemble du marché plus vaste de l'électricité aux États-Unis, est un système complexe qui fournit de l'électricité au fur et à mesure de sa production. Au fur et à mesure des progrès technologiques, en particulier dans le développement de systèmes de stockage d'électricité à grande capacité, les énergies renouvelables contribueront de plus en plus à l'écologisation du réseau.

Pour mettre cela en perspective, dans un seul État, l'Illinois, plus des deux tiers de la capacité du réseau proviennent de combustibles qui ne génèrent pas de carbone atmosphérique (Figure 1). La solidification d'un plan de décarbonation - ce que nous appelons une "stratégie de prélèvement d'actifs" - qui tient soigneusement compte des coûts d'investissement et d'exploitation représente une opportunité révolutionnaire pour les propriétés existantes de rivaliser avec de nouveaux projets et de se différencier sur le marché pour éviter de rester bloqués alors même que les concurrents innovent.

À mesure que l'empreinte carbone du réseau électrique diminue, l'élaboration d'une stratégie de réduction des actifs devient plus critique lors de la planification de l'avenir d'un actif. Bien qu'une électrification à 100 % ne soit pas réalisable, un impact climatique significatif peut être obtenu avec une électrification hybride qui équilibre les dépenses d'investissement (CapEx) et les dépenses d'exploitation (OpEx) tout en offrant une flexibilité pour l'avenir. Cela devrait être la principale motivation de la stratégie de retrait de tout actif immobilier.

L'électrification des actifs existants dans les climats à dominante de chauffage peut être particulièrement problématique. Il existe un inventaire substantiel de bâtiments devant faire l'objet d'améliorations majeures de l'infrastructure de manière imminente ; beaucoup d'entre eux, en particulier ceux conçus avant le milieu du XXe siècle, n'ont pas été conçus dans l'optique de l'électrification.

De nombreux propriétaires et exploitants de ces installations comprennent qu'il est essentiel de prendre des mesures pour limiter l'impact sur le climat, non seulement en raison de la concurrence, mais aussi par sens des responsabilités envers leurs communautés et leurs parties prenantes. La mise à jour des systèmes centraux dont la durée de vie prévue est de 20 ans ou plus aura un impact global significatif. Les rénovations d'infrastructures doivent donc inclure une analyse de faisabilité du déploiement de stratégies de gestion passive de l'énergie ainsi que le remplacement des équipements.

Bien qu'il puisse être impossible de changer l'orientation d'un bâtiment et impossible d'effectuer des modifications majeures de l'enveloppe, la gestion des pertes d'énergie liées à l'étanchéité de l'enveloppe, à la gestion de l'effet de cheminée, à l'éclairage et aux commandes, aux reculs opérationnels et à la rétro-mise en service des systèmes MEP existants peut réduire considérablement la demande énergétique d'un bâtiment.

Une fois que vous avez optimisé l'efficacité existante via des approches passives de conception, d'ingénierie et de construction, vous pouvez vous tourner vers des stratégies qui utilisent des technologies et des rénovations plus coûteuses, telles que les pompes à chaleur, les systèmes d'air extérieur dédiés (DOAS) avec récupération de chaleur et les énergies renouvelables sur site. Ces stratégies peuvent être déployées plus efficacement dans le cadre des mises à niveau de l'infrastructure en conjonction avec les plans d'amélioration des immobilisations existants.

Une approche suggérée consiste à utiliser une « solution relais » dans laquelle les pompes à chaleur sont sélectionnées et fonctionnent pendant une grande majorité des heures de fonctionnement tandis que le chauffage au gaz ou à résistance électrique est activé pendant les périodes de pointe de chauffage.

Cette approche peut être appliquée à la fois aux actifs nouveaux et existants. Dans les deux cas, des économies d'énergie sont réalisées grâce au fonctionnement efficace de la pompe à chaleur pendant la plupart des heures de fonctionnement, tandis que l'installation de pompe à chaleur, qui est nettement plus coûteuse et prend beaucoup plus de place que la technologie au gaz, est optimisée (Figure 2).

Figure 2. Pompe à chaleur air/eau par rapport à l'empreinte de la chaudière. Avec l'aimable autorisation de l'ESD

Les pompes à chaleur déplacent la chaleur plutôt que de générer de la chaleur. Ils peuvent fournir jusqu'à quatre unités de production d'énergie pour chaque unité d'apport d'énergie, alors que même les équipements au gaz naturel les plus efficaces atteignent un rendement de 99 %.

Cependant, le tarif moyen de l'électricité aux États-Unis est environ trois fois supérieur au coût par unité d'énergie du gaz naturel. Ainsi, bien que les systèmes de pompes à chaleur soient généralement plus écoénergétiques, ils ne sont pas toujours moins coûteux à exploiter.

De plus, l'efficacité des thermopompes à air diminue à mesure que la température de l'air extérieur baisse. Dans les climats froids comme Chicago, les heures de fonctionnement sous le point de congélation représentent moins de 25 % des quelque 6 000 heures de chauffage annuelles et se produisent souvent pendant les heures inoccupées lorsque des ralentissements opérationnels sont en place.

Plutôt que de consacrer des dépenses d'investissement et d'exploitation à un projet entièrement électrique, les propriétaires et exploitants d'immeubles devraient envisager une solution de pont qui optimise les systèmes de chauffage électrique à haut rendement (et à coût élevé), notamment les pompes à chaleur et les refroidisseurs à récupération de chaleur, pendant les 75 % des heures de fonctionnement lorsque les températures sont au-dessus du point de congélation, combinées à des chaudières à gaz ou électriques pour cibler l'équilibre. Cette approche réduit considérablement le carbone opérationnel et permet de futures rénovations lorsque la technologie de la pompe à chaleur sera vraisemblablement plus efficace en termes de coût et d'espace.

Une stratégie efficace de réduction des actifs pour un bâtiment existant peut être échelonnée et mise en œuvre au fil du temps afin que les dépenses en capital puissent être déployées progressivement et alignées au fur et à mesure que de nouveaux baux sont exécutés. Même lorsqu'il existe une centrale de chauffage qui dessert plusieurs locataires, une partie de la centrale peut être mise à niveau avec les coûts, l'énergie et la réduction de carbone associés alloués à des locataires spécifiques.

Cela permet une évolution progressive vers l'électrification en fonction de la demande des locataires. Cependant, cela nécessite également une compréhension approfondie de la configuration et du fonctionnement de la centrale hybride afin qu'un bail vert puisse être mis en œuvre avec succès, en gardant à l'esprit les coûts d'exploitation des nouveaux locataires et des locataires actuels.

L'électrification des bâtiments existants s'accompagne également de préoccupations uniques, notamment la modernisation des installations de chauffage existantes, qui sont souvent conçues pour des températures d'eau chaude élevées que les systèmes de pompe à chaleur ont du mal à atteindre.

Un récent projet de déménagement du siège social à Chicago a résolu ce problème en déployant des pompes à chaleur en cascade avec des machines de récupération de chaleur pour répondre aux exigences de température du fluide des radiateurs à tube à ailettes périmétriques existants.

La loi de 2022 sur la réduction de l'inflation contient des incitations importantes à utiliser des énergies renouvelables et des systèmes efficaces tels que les pompes à chaleur et les systèmes géothermiques, qui paient davantage l'impact capital initial de cette stratégie.

Un projet d'électrification en cours pour un client de services financiers à New York comprend la modernisation de son installation de chauffage/refroidissement existante pour ajouter 1 000 tonnes de capacité géothermique afin d'atteindre les objectifs de durabilité de l'entreprise et de réduire la consommation de combustibles fossiles sur place. Normalement une entreprise coûteuse, le système géothermique est sur la bonne voie car il cible jusqu'à 40% de crédit d'impôt fédéral à l'investissement en vertu de l'IRA.

L'objectif est de déplacer la chaleur des combustibles fossiles tout en évitant l'utilisation de la chaleur à résistance électrique, qui est beaucoup moins efficace que les pompes à chaleur aux heures de fonctionnement cibles et entraînera des coûts d'exploitation qui peuvent être considérablement plus élevés que ceux des propriétés commerciales concurrentes.

Alors que l'électrification des bâtiments peut être un outil puissant dans la lutte contre le changement climatique, une compréhension complète des coûts, des incitations, de la logistique et des exigences de planification doit être atteinte avant de poursuivre. Bien que l'électrification à 100 % doive être l'objectif, ce n'est pas toujours faisable, et des avantages positifs pour le climat peuvent encore être obtenus d'une manière rentable.

Le développement d'une stratégie de prélèvement d'actifs sur mesure pour les sites qui comprend le déploiement stratégique de solutions de pont peut empêcher la propriété de s'échouer tout en réalisant d'importantes réductions de carbone opérationnelles, en augmentant sa valeur et sa commercialisation, et en la mettant en place pour une viabilité à long terme.

Andrew Teacher, PE, LEED AP,est chef de pratique pour les bâtiments à haute performance chez ESD, une société d'ingénierie mondiale de premier plan spécialisée dans l'ingénierie mécanique, électrique, de plomberie, de protection contre les incendies, de sécurité des personnes, structurelle et technologique.

Lehrer se concentre sur les sciences de la vie, le repositionnement/la réutilisation adaptative d'actifs immobiliers majeurs, les sièges sociaux et les marchés de grande hauteur. Il est ingénieur professionnel agréé dans l'Illinois et en Californie, membre du conseil d'administration d'ACE Mentor Chicago et membre de longue date de l'ASHRAE.

En 2019, il a été nommé au tableau d'honneur "40 Under 40" de Building Design+Construction, reconnaissant les 40 "superstars montantes" de l'industrie AEC.

Tyler Jensen, PE, LEEP AP, est Studio Leader for High Performance Buildings chez ESD. Il possède une vaste expérience en tant qu'ingénieur en mécanique et chef de projet sur divers marchés, en particulier dans les nouvelles constructions, les immeubles de grande hauteur, les infrastructures, les grands intérieurs commerciaux et les projets de repositionnement. Il est membre de l'ASHRAE et du Council on Tall Buildings and Urban Habitat et a publié de nombreux articles dans l'industrie.

Le gouverneur du Minnesota, Tim Walz, devrait bientôt signer un projet de loi qui modifierait le code du bâtiment commercial de l'État afin que les nouvelles structures utilisent 80 % moins d'énergie par rapport à la norme de base de 2004. La législation vise la mise en œuvre complète du nouveau code d'ici 2036.

La quête de Perkins Eastman pour des écoles saines et nettes positives va au-delà de la santé environnementale; il cible tous ceux qui travaillent, enseignent et apprennent en leur sein.

La construction d'un complexe agricole de luxe de 325 acres à Franklin, au Tennessee, qui se consacre à l'innovation agricole et à l'utilisation durable et productive des terres, a été récemment achevée. La durabilité étant un objectif clé, l'auberge et le spa de Southall ont été construits avec du bois lamellé-croisé et lourd, et un système de chauffage et de refroidissement géothermique à flux de réfrigérant variable (VRF).

Ce mois-ci marque l'achèvement d'une nouvelle tour de bureaux de 16 étages qui est présentée comme la structure de bureaux la plus durable de New York. Cette vantardise est soutenue par un système CVC innovant qui comprend des puits géothermiques, des unités de système d'air extérieur dédié (DOAS), un chauffage et un refroidissement par rayonnement et un système de contrôle sophistiqué pour garantir que les éléments fonctionnent ensemble de manière optimale.