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evolv1 Un bâtiment à carbone zéro
evolv1Un bâtiment à carbone zéro
West elevationACOUSTIC PANELS GREEN WALL
PEDIMATSUSPENDED FEATURELIGHT FIXTURERECESSED STRIP LIGHTING
PORCELAIN TILES MEDIA/INFO WALL
WOOD SLAT CEILINGPAINTED METAL STAIRS
WITH GLASS RAILING
ÉTABLIR LA NORME : evolv1, premier projet de nouvelle construction à atteindre la Norme du bâtiment à carbone zéro pour le design
L’evolv1, de The Cora Group, est un bâtiment de trois étages situé dans le parc de recherches et de technologie David Johnston de l’Université de Waterloo, à Waterloo (Ontario). Il a été construit spécialement pour attirer des travailleurs millénariaux et férus de technologie. Les aménagements et les espaces de collaboration créative reflètent l’importance qu’accorde le groupe à la durabilité. Dès la conception du projet, Stantec a adopté un processus de conception intégrée pour atteindre l’objectif de carboneutralité du bâtiment. En avril 2018, evolv1 est devenu le premier bâtiment à obtenir la certification Bâtiment à carbone zéro (BCZ) – Design en vertu de la Norme du bâtiment à carbone zéro du Conseil du bâtiment durable du Canada.
RENSEIGNEMENTS CLÉS Propriétaire et promoteur du projet : The Cora Group
Consultant en durabilité : Stantec
Architecte et architecte paysagiste : Stantec
Ingénieur civil, électrique, énergétique et mécanique : Stantec
Responsable de la mise en service : CFMS-West Consulting
Entrepreneur : Melloul-Blamey Construction
Systèmes électriques – Aide à la conception : Stecho Electric
Systèmes mécaniques – Aide à la conception : Conestogo Mechanical
Superficie du terrain : 19 397 m2 (208 788) pi2
Type : Immeuble de bureaux à locataires multiples de classe A
IE : 81 kWh/m2/année
IDET : 24 kWh/m2/année
Demande de pointe : 389 kW
Capacité du générateur PV : Photovoltaïque, 619,4 kW AC/ 767,9 kW DC (825 014 kWh/année)
Intensité du carbone intrinsèque : 260 kg éq CO2/m2
Autres énergies renouvelables : Système de préchauffage de l’air de ventilation du mur solaire (500 GJ/année)
Zone climatique : Zone 6
evolv1 | Waterloo, ONBâtiment à carbone zéro – Design Certifié : avril 2018coragroup.com/project/evolv1 cagbc.org/evolv1FR
3 CBDCa | Étude de cas evolv1 | Octobre 2019
4 CBDCa | Étude de cas evolv1 | Octobre 2019 5 CBDCa | Étude de cas evolv1 | Octobre 2019
LE PROCESSUS Une équipe, un objectif
Stantec a dirigé la conception d’evolv1 du début à la fin. La firme a agi comme architecte, ingénieur dans plusieurs disciplines et consultant en durabilité, la plupart de ces professionnels travaillant dans le même bureau. Le projet a été conçu selon le processus de conception intégrée (PCI), qui suppose la participation de toutes les disciplines dès les premières discussions sur le projet.
Le contrôle de nombreux éléments de conception et la présence de l’équipe dans un même espace ont assuré une communication fluide et régulière pendant tout le processus de conception. Toutes les décisions importantes de cette étape ont été transmises au fur et à mesure au modélisateur énergétique. En vérifiant leur impact sur la consommation d’énergie du bâtiment, Stantec pouvait s’assurer que les cibles et les autres systèmes n’étaient pas compromis. Dans un projet standard, le modèle énergétique est réalisé à certaines étapes critiques, pour vérifier la conception, mais dans le cas d’evolv1, la modélisation énergétique était un travail constamment en cours.
La conception du mur solaire d’evolv1 est un exemple de cette approche. Pendant le processus de conception, il est devenu évident que la couleur du mur avait un impact important sur l’efficacité du système. L’équipe de modélisation énergétique, l’équipe de conception mécanique, l’équipe de durabilité et l’équipe d’architecture ont toutes contribué à la décision de conception finale.
Une couleur suffisamment foncée a été choisie pour respecter la vision de l’architecte par rapport à l’aspect esthétique du bâtiment tout en atteignant l’objectif des ingénieurs concernant le gain solaire et le budget total de l’énergie. Le positionnement et l’intégration du mur dans la façade illustrent comment la technologie peut être intégrée en douceur tout en comprenant certains indices visuels subtils pour permettre de repérer le mur dans le cadre de la mission éducative du bâtiment.
La sélection du vitrage est un autre exemple de l’interaction de l’équipe de conception pour optimiser les avantages. Les architectes cherchaient à obtenir une transmission optimale de la lumière visible et une vue sur l’extérieur, alors que les ingénieurs en mécanique voulaient réduire le gain solaire. Diverses options ont été modalisées pour optimiser une solution qui répond efficacement à ces deux objectifs.
Ces deux exemples illustrent comment l’approche de l’équipe a permis de rassembler plusieurs disciplines ayant différents points de vue, certains ayant une compréhension holistique de haut niveau de la conception du bâtiment et d’autres ayant une expertise plus ciblée. La collaboration et le partage de l’expertise ont permis à l’équipe de prendre les meilleures décisions pour la conception d’evolv1.
VISION Faire valoir les avantages des bâtiments à carbone zéro avec evolv1
La vision qui a orienté le projet evolv1 est la suivante : créer un bâtiment fonctionnel ayant peu ou pas d’impact sur l’environnement. Encouragés par la Sustainable Waterloo Region, les propriétaires d’evolv1, The Cora Group Inc., ont exprimé le souhait que le bâtiment serve d’inspiration pour la construction d’autres bâtiments régénératifs. Pour créer cette vague de soutien, The Cora Group savait qu’evolv1 devait être plus qu’un excellent bâtiment durable et qu’il devait être une solution économiquement viable qui relève les défis du marché immobilier. La participation au programme pilote du bâtiment à carbone zéro du CBDCa a donné à evolv1 une plateforme pour se joindre à 14 autres projets de propriétaires aux vues similaires.
Les promoteurs et les propriétaires immobiliers tirent souvent profit des leçons tirées de projets semblables. Dans ce cas-ci, comme il s’agissait d’un projet pilote, il y avait très peu d’exemples pour orienter la démarche. En l’absence d’une feuille de route établie, les promoteurs se sont tournés vers une équipe expérimentée et fiable qui partageait la vision de The Cora Group.
Cette équipe exceptionnelle était formée d’experts dans de nombreux domaines : géothermie, énergie solaire et enveloppe du bâtiment, et même d’entrepreneurs généraux et d’entrepreneurs en mécanique, en électricité et en fenestration. Cette approche a aidé The Cora Group à atteindre son objectif : un bâtiment à carbone zéro dans lequel les taux de location demeurent concurrentiels par rapport à ceux d’immeubles de bureaux moins écologiques.
« Je suis fier d’avoir dirigé l’équipe de Cora tout au long de la conception et de la réalisation de notre plus récent bâtiment : evolv1, le premier bâtiment certifié à carbone zéro pour le design au Canada. L’établissement d’une nouvelle norme du bâtiment pour l’industrie de l’aménagement était tout un défi. Nous l’avons accepté, et nous l’avons relevé. En tant que promoteur et gestionnaire immobilier, nos priorités vont aux immeubles de qualité et à nos locataires. evolv1 franchit un pas de plus dans la qualité et la durabilité de ses espaces de classe A, ce qui fait le bonheur de nos locataires. »
Adrian Conrad, directeur de l’exploitation, The Cora Group
L’un des premiers exercices effectués par l’équipe d’evolv1 a été d’équilibrer les exigences de planification usuelles avec la capacité des installations photovoltaïques et l’espace requis par le système géothermique – des décisions clés prises aux étapes initiales du projet.
Exigences de zonage Énergies renouvelables Chauffage et refroidissement Eau
S I T E A
RE
A
RAINWATER TANK
GEOEXCHANGE
BUILDING FOOTPRINT
S I T E A
RE
A
167 TON
S
125 TON
S
250 TON
S
GEOEXCHANGE
BUILDING FOOTPRINT
S I T E A
RE
A
OPEN SPACE
PARKING - CLIENT REQUIREM
ENTPARKING - 2016 (DRA
FT) BY-LA
W
PARKING - CURRENT BY-LA
W
BUILDING FOOTPRINT
S I T E A
RE
A
50kW
h/sq.m/ye
ar
75kWh/sq.m
/yea
r
100kWh/sq.m
/year
BUILDING FOOTPRINT
PARKING
PHOTOVOLTAICS
OPEN SPACE
GARDEN
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ENVELOPPE DU BÂTIMENT Très efficace, très attrayante
L’enveloppe du bâtiment a un impact important sur la commercialisation des espaces de bureaux, car les locataires d’aujourd’hui sont à la recherche de bâtiments qui se démarquent. Pour améliorer l’efficacité, tout comme l’expérience des locataires, le design d’evolv1 optimise l’accès à la lumière naturelle et aux vues sur l’extérieur. Le rapport fenêtrage-mur a été conçu pour atteindre un généreux 36,6 pour cent et un indice de transmission de la lumière visible de 0,53. Le vitrage continu placé stratégiquement dans la zone de vision permet une certaine flexibilité lors de l’aménagement des locaux locatifs et facilitera les modifications éventuelles à l’aménagement.
La valeur R s’établit à R-30 (valeur effective de R-12) dans les murs et à R-40 dans la toiture. Les fenêtres à triple vitrage ont quant à elles une valeur U de 0,20 W/m2 K et un coefficient d’apport par rayonnement solaire (SHGC) de 0,32. Ces mesures permettent d’atteindre une intensité de la demande en énergie thermique (IDET) de 24 kWh/m2/année.
Pour profiter encore davantage de la position du bâtiment, des dispositifs d’ombrage horizontaux extérieurs ont été installés du côté sud pour laisser pénétrer la chaleur du soleil en hiver tout en la bloquant en été. Des ailettes solaires verticales ont été installées sur les façades est et ouest pour empêcher les gains solaires indésirables lorsque le soleil se déplace autour du bâtiment à différents moments de la journée.
Par souci d’intérêt visuel, un élément architectural a été ajouté aux façades donnant sur l’est et l’ouest des deuxième et troisième étages. Les ailettes d’ombrage solaire verticales, intégrées au système de murs-rideaux sont de couleurs et de teintes différentes sur les façades nord et sud. Cela donne un aspect dynamique au bâtiment pour les passagers des trains de banlieue adjacents et les navetteurs, selon qu’ils se rendent au centre-ville ou qu’ils le quittent.
SYSTÈME DE VENTILATION Contrôler la qualité de l’air
La ventilation du bâtiment est assurée par un système dédié d’air extérieur (DOAS). Pour assurer une qualité constante de l’air, des détecteurs de dioxyde de carbone (CO2) sont installés dans tout le bâtiment et contrôlent les niveaux de CO2 et la quantité d’air de ventilation provenant du groupe d’appoint d’air centralisé. Pour maintenir les niveaux de CO2 aux points de réglage requis et réduire la quantité d’air extérieur requise, la vitesse du ventilateur de soufflage du groupe d’appoint d’air est modulée selon les lectures de CO2 à l’intérieur de l’espace (régulation de la demande de ventilation). Le groupe d’appoint d’air comprend également une roue enthalpique d’une efficacité de 81 pour cent, qui récupère la chaleur sensible et latente de l’air d’évacuation du bâtiment à longueur d’année.
L’utilisation d’un capteur solaire passif intégré dans la façade du bâtiment (le mur solaire) pour préchauffer l’air de ventilation avant sa distribution par le DOAS central dans tout le bâtiment est une autre stratégie de ventilation adoptée dans evolv1. Le système mécanique de pointe peut automatiquement déterminer quand l’énergie thermique du mur solaire est nécessaire pour chauffer le bâtiment durant la saison de chauffage en mesurant continuellement les températures intérieure et extérieure. Ce mécanisme permet de contourner le mur solaire pendant la saison de climatisation.
LA CONCEPTIONIntégrée et informée
Pour atteindre un bilan carbone zéro, l’équipe de conception a mis en œuvre des mesures passives dans la conception du bâtiment. Par exemple, evolv1 a été construit à l’extrémité nord du terrain pour optimiser la surface non obstruée, donnant sur le sud, des panneaux solaires photovoltaïques dans le stationnement. Le bâtiment a également été orienté dans l’axe est-ouest pour optimiser le contrôle du gain solaire. Même la configuration du plan d’étage a été déterminée pour optimiser l’accès à la lumière naturelle et aux vues sur l’extérieur dans un aménagement de bureaux à aires ouvertes.
La modélisation des données a été un élément déterminant pour de nombreuses décisions de conception. La modélisation des paramètres a permis de bien comprendre les conséquences de chaque décision de conception et les coûts qui y sont rattachés. Elle a permis à l’équipe d’analyser soigneusement les différentes stratégies de bâtiment durable et de choisir la voie la plus efficace pour atteindre ses objectifs. L’équipe du projet a été en mesure de réaliser une conception qui ne comportait qu’une modeste augmentation du coût en capital – facilement justifiée par les rendements d’exploitation.
« Dès que nous avons commencé à examiner nos besoins pour réaliser un bâtiment à carbone zéro, d’autres personnes qui partageaient la même vision se sont jointes à nous. evolv1 a été imaginé en collaboration – ce qui a donné les bases nécessaires pour établir un plan d’action. Nous savions qu’il était important de réunir la bonne équipe dès le début. »
Adrian Conrad, directeur de l’exploitation, The Cora Group
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SYSTÈME DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT L’efficacité en action
Le confort est une priorité pour les locataires et c’est pourquoi il est essentiel que le système de chauffage et de refroidissement assure une température constante dans tout le bâtiment. Le chauffage et le refroidissement d’evolv1 sont assurés par des thermopompes à modulation ou à débit de réfrigérant variable (DRV) qui ont un coefficient de rendement de 3,1. Le système comprend des unités de condensation individuelles ayant une capacité de refroidissement qui varie entre 18 et 24 tonnes.
evolv1 comprend également un système géothermique à boucle ouverte. Ce système capte l’eau d’un aquifère situé à 160 mètres sous le niveau du sol, ce qui fournit de l’eau à une température constante de 10 °C pendant toute l’année. L’eau est pompée de l’aquifère, filtrée et passée à travers un échangeur de chaleur de l’eau potable à double paroi, en acier inoxydable, qui injecte ou rejette la chaleur du sol dans la boucle du condenseur.
L’efficacité du système à DRV vient de sa capacité à déplacer l’énergie, à prendre la chaleur d’un côté du bâtiment et à la déplacer de l’autre côté au besoin.
De plus, le bâtiment comprend une chaudière électrique d’appoint de 211 kW. On s’attend à ce que la chaudière fonctionne pendant une période minimale pendant l’opération normale – par exemple, elle pourrait fonctionner pendant la période de réchauffement du matin, pendant les jours les plus froids de l’année.
SYSTÈME ÉLECTRIQUE Répondre à la demande variable
La demande en électricité varie selon l’heure du jour et la saison. evolv1 est doté de pompes et de moteurs à mécanismes d’entraînement à fréquence variable qui permettent une modulation et un contrôle précis. En gérant leur fonctionnement de cette façon, evolv1 peut réagir aux charges variables, ce qui contribue à minimiser la consommation d’énergie. La demande en électricité de pointe se produit en hiver, alors que le bâtiment a besoin d’un total de 386,0 kW (un bâtiment semblable construit selon les exigences du code aurait probablement une demande de pointe de plus de 600 kW).
L’éclairage joue un rôle important pour assurer le confort des locataires. Le système d’éclairage d’evolv1 comprend des ampoules DEL et un contrôleur d’éclairage programmable, ainsi que des détecteurs de présence et de lumière pour favoriser l’utilisation de la lumière naturelle et la gradation en continu. Le bâtiment affiche une densité de puissance d’éclairage très faible de 4,75 W/m2.
ÉNERGIE RENOUVELABLE Faire d’evolv1 un bâtiment vert et durable
La certification BCZ-Design exige qu’au moins cinq pour cent de la consommation d’énergie totale d’un bâtiment provienne d’énergie renouvelable produite sur place. Evolv1 dispose d’un système photovoltaïque de 619,4 kW AC/ 767,9 kW DC qui comprend une installation en toiture de 219,8 kW AC/ 263,9 kW DC et une installation au sol de 399,6 kW AC/ 504 kW DC. Le système photovoltaïque a été conçu pour produire environ 825 014 kWh dans la première année d’opération, et environ 105 pour cent de la consommation d’énergie totale du bâtiment.
La production d’énergie renouvelable sur place améliore la résilience du bâtiment face aux pannes d’électricité, réduit la demande globale auprès du réseau électrique, minimise les impacts environnementaux des centrales électriques et prépare l’avenir de l’énergie distribuée.
« À la Sustainable Waterloo Region, nous sommes très fiers et emballés de la réalisation d’evolv1 de The Cora Group. Dès le moment où la communauté nous a mis au défi d’entreprendre ce projet, en 2013, nous avons engagé des ressources pour que cette vision se concrétise. Nous avons travaillé avec plusieurs partenaires, dont The Cora Group, le parc de recherches et de technologie David Johnston et EY Canada, qui partageaient une même passion pour la vision et une ferme volonté de réduire dans la plus grande mesure possible l’impact de ce bâtiment et d’atteindre la norme de haute performance. Aujourd’hui, nous sommes ravis d’occuper le premier immeuble de bureaux à locataires multiples du Canada à avoir obtenu la certification Bâtiment à carbone zéro, ici même, dans la région de Waterloo. »
Tova Davidson, directrice générale – Sustainable Waterloo Region
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LE MUR VIVANT Dans l’atrium d’evolv1, il y a un mur vert de trois étages et d’environ 5,7 m de largeur. Ce mur comprend quelque 4 500 plantes de 12 variétés tropicales différentes. Un système de CVCA dédié pour l’atrium permet de faire recirculer l’air du haut de l’atrium, de le mélanger à l’air de ventilation, puis de le réintroduire à un niveau inférieur pour le distribuer dans tout l’atrium. Ce processus améliore la qualité de l’air intérieur en captant l’humidité diffusée par le mur vert pendant les mois d’hiver et en réduisant la charge sur les systèmes d’humification actifs. De ce fait, l’énergie consommée par le processus d’humidification est réduite. Le mur est irrigué tous les 15 jours pendant 30 minutes par la technique de l’irrigation goutte à goutte avec de l’eau puisée dans des citernes d’eau de pluie.
GESTION DE LA CONSOMMATION D’EAUEn plus de servir à irriguer le mur vert, les eaux pluviales recueillies dans une citerne sont également utilisées dans les toilettes et les urinoirs. L’utilisation des eaux pluviales, jumelée à l’installation d’appareils à ultra-faible débit, permet à evolv1 de réduire de plus de 69 pour cent sa consommation d’eau potable par rapport à un bâtiment conçu de manière traditionnelle.
Bien que ce ne soit pas une mesure de gestion de l’eau, mais une mesure d’économie d’énergie, précisons que le bâtiment est également doté de chauffe-eau électriques instantanés qui fournissent l’eau chaude à la demande.
SOMMAIRE Lorsque The Cora Group Inc. s’est lancé dans ce projet avec la Sustainable Waterloo Region, le parc de recherches et de technologie David Johnston, Stantec et l’équipe de projet, il l’a fait pour prouver quelque chose. Le groupe souhaitait faire savoir à d’autres promoteurs et propriétaires qu’il est possible de réaliser un bâtiment à carbone zéro, de manière économiquement viable et commercialisable. En créant un espace qui montre que l’on peut placer la barre de la durabilité plus haut tout en offrant une expérience supérieure aux locataires, evolv1 aide un plus grand public à réaliser ce qu’il est possible d’obtenir par une excellente conception.
Avec les mesures mises en place dans le bâtiment, l’équipe a bon espoir que le bâtiment obtiendra la neutralité en carbone dans son exploitation. Le projet sera en mesure de démontrer une exploitation carboneutre dès 12 mois après l’occupation complète, par l’entremise de la certification annuelle de Bâtiment à carbone zéro – Performance.
« Ce qui rend ce bâtiment si incroyable, c’est qu’il est le résultat d’une solution sans compromis. Il offre des espaces extraordinaires – dans un immeuble de bureaux de classe A – en même temps qu’un milieu de travail confortable. Notre équipe peut ainsi être plus productive et plus heureuse au travail grâce aux niveaux d’éclairage exceptionnels dans le bâtiment, qui créent un équilibre entre la lumière naturelle et les systèmes d’éclairage, et grâce à un niveau de confort élevé. Même pendant les jours les plus froids, nous sommes confortables, du fait de l’isolation supérieure, des fenêtres à triple vitrage et du système de CVCA innovant. »
Tova Davidson, directrice générale – Sustainable Waterloo Region
PRINCIPAUX INDICATEURS DE PERFORMANCE | evolv1
IE81 kWh/m2/année
IDET24 kWh/m2/année
Énergie renouvelable
825 014 kWh/année
Carbone intrinsèque
260 kg CO2 eq/m2
Demande de pointe
386 kW
Conseil du bâtiment durable du Canada
100, rue Murray, bureau 400 Ottawa (Ontario) K1N 0A1 Téléphone : +1 (613) 241-1184 Télécopieur : +1 (613) 241-4782 Numéro sans frais : +1 (866) 941-1184 [email protected] cagbc.org/carbonezero
