De nombreux concepteurs s’appuient sur les résultats des simulations de performance des bâtiments pour éclairer leurs décisions de conception. Ces simulations utilisent les données climatiques contenues dans les fichiers météorologiques, qui sont normalement basés sur le climat historique à partir d’observations. Pour être prêts pour l’avenir, les simulations utilisant uniquement des données météorologiques historiques ne sont plus suffisantes et les concepteurs devront également utiliser des fichiers météorologiques pour le climat futur. Découvrez les deux types d’ensembles de données pour le climat futur et leurs applications dans la conception des bâtiments pour le Canada.
Le climat changeant du Canada a le potentiel de transformer les schémas météorologiques et les régimes de température d’une manière qui pourrait rendre les bâtiments, conçus pour le climat contemporain, inefficaces, inconfortables ou même dangereux. À mesure que le changement climatique au Canada se poursuit, les bâtiments et leurs occupants sont confrontés à une multitude de défis. Il s’agit notamment de changements considérables dans les besoins en énergie pour le chauffage et la climatisation. En outre, la fréquence accrue des températures diurnes extrêmes due aux changements climatiques augmente le risque de surchauffe dans les bâtiments pendant les mois d’été, en particulier là où les systèmes de refroidissement tels que la climatisation n’étaient pas nécessaires par le passé.
L’industrie du bâtiment est désormais confrontée à un défi important : concevoir des bâtiments économes en énergie et confortables pour tous les occupants dans le climat actuel, tout en étant résilients au climat et en continuant à offrir une protection dans les conditions climatiques futures jusqu’à la fin de leur durée de vie théorique.
Les effets du changement climatique liés à la surchauffe ont déjà été directement ressentis lors d’événements tels que le dôme de chaleur qui s’est produit en Colombie-Britannique en 2021. La mortalité liée à la chaleur a été élevée, de nombreux bâtiments étant dépourvus de systèmes de refroidissement [1]. Les bâtiments résilients aux changements climatiques peuvent contribuer à atténuer les effets négatifs du changement climatique sur la santé humaine.
Un « fichier de données météorologiques » est utilisé pour décrire les conditions climatiques d’un lieu spécifique et constitue un échantillon des données essentiel pour la simulation de la performance des bâtiments. Les fichiers météorologiques couramment utilisés sont basés sur la méthode de l’année météorologique typique (AMT), dérivée des observations climatiques historiques. Un fichier AMT représente une année météorologique typique créée par sélection statistique et compilation de données climatiques historiques sur une période de plusieurs années (généralement 15, 20 ou 30 ans). Reportez-vous à l’article suivant de la Zone d’apprentissage pour plus d’informations sur la méthode AMT.
Bien que les fichiers de données météorologiques portent le nom de « météo », ils sont en fait destinés à capturer les conditions climatiques à long terme. Comme de nombreuses simulations de bâtiments impliquent des calculs horaires, le fichier météorologique se compose de 8760 lignes de données, une ligne pour chaque heure d’une année non bissextile, pour de multiples variables. Au Canada, les fichiers météorologiques canadiens pour le calcul énergétique (FMCCE) – créés à l’aide de la méthode AMT – sont les principales données météorologiques utilisées par les professionnels du bâtiment pour la simulation et la conception. Cependant, comme ces fichiers sont basés sur des données climatiques historiques, ils ne sont plus suffisants pour concevoir des bâtiments prêts pour le climat futur. Il est donc urgent que les professionnels du bâtiment utilisent également des fichiers météorologiques futurs, ce qui devient une norme de diligence de plus en plus attendue.
La simulation de la performance des bâtiments, également connue sous le nom de simulation de bâtiment, modélisation énergétique de bâtiment, simulation énergétique de bâtiment ou modélisation de la performance des bâtiments, est un outil essentiel et exigé par de nombreux codes pour la conception des bâtiments. Les architectes et les ingénieurs peuvent analyser sur ordinateur différents modèles de bâtiments dans des conditions réelles. Pour réaliser une simulation de bâtiment, deux éléments clés sont nécessaires : un modèle de bâtiment et un fichier de données météorologiques. Le fichier des données météorologiques stocke des informations horaires sur les conditions climatiques pertinentes pour le bâtiment, notamment les températures du thermomètre sec et du point de rosée, l’humidité relative, la pression atmosphérique, le rayonnement solaire, la vitesse et la direction du vent, ainsi que la couverture nuageuse.
Quelle que soit la qualité de votre modèle de bâtiment, l’utilisation d’un fichier de données météorologiques peu représentatif peut entraîner des conséquences non désirables. Des bâtiments mal conçus peuvent avoir des effets négatifs sur la santé, augmenter la consommation d’énergie et peut-être accroître l’usure des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC).
La figure 1 montre les résultats de la simulation énergétique pour un immeuble de bureaux de taille moyenne, en comparant les charges énergétiques sous le climat actuel et le climat futur. Les résultats indiquent que la demande de refroidissement devrait augmenter, tandis que la demande de chauffage devrait diminuer, tant à Toronto qu’à Victoria. Des simulations supplémentaires montrent que c’est également le cas pour d’autres villes du Canada. Ces résultats démontrent l’importance de concevoir les bâtiments en fonction du climat futur.
En utilisant les données climatiques futures, nous pouvons nous assurer que les bâtiments sont conçus pour être efficaces sur le plan énergétique, confortables et sûrs face aux changements climatiques. Cela signifie qu’il faut prendre en compte les impacts potentiels du changement climatique sur la performance du bâtiment et sur ses occupants, et concevoir des stratégies pour remédier ces impacts.
Les fichiers météorologiques du climat futur pour divers endroits du Canada sont désormais disponibles auprès de :
Ces fichiers météorologiques futurs sont spécifiquement destinés à être utilisés dans les simulations de bâtiments, comme les fichiers historiques actuels du FMCCE.
Les fichiers météorologiques futurs du PCIC et du CNRC diffèrent en termes d’approches techniques, décrites dans le prochain article de la Zone d’apprentissage. Les fichiers des deux méthodes offrent une disponibilité de données un peu différente et peuvent être adaptés à différents objectifs de la simulation de performance des bâtiments.
L’ensemble de données du PCIC comprend la température du thermomètre sec, la température du point de rosée, l’humidité relative et la pression de surface ajustées en fonction du changement climatique pour un scénario d’émissions élevées, pour trois périodes : les années 2020 (2011 à 2040), les années 2050 (2041 à 2070), les années 2080 (2071 à 2100). Ici, les fichiers de données météorologiques historiques du FMCCE sont ajustés ou « morpés » en utilisant les résultats des projections des modèles climatiques. L’ensemble de données du PCIC utilise les résultats d’ensembles multimodèles pour tenir compte de l’incertitude climatique.
D’autre part, le CNRC a utilisé les résultats d’un modèle climatique régional (CanRCM4 LE) pour créer huit fichiers météorologiques qui comprennent un fichier de référence (1991 à 2021) – produit à partir des données historiques modélisées, et sept fichiers météorologiques futurs représentant différents niveaux de réchauffement de la planète, de +0.5°C à +3.5°C. L’ensemble de données du CNRC fournit également les périodes correspondantes pour chaque niveau de réchauffement : 2003 à 2033, 2014 à 2044, 2024 à 2054, 2034 à 2064, 2042 à 2072, 2051 à 2081 et 2064 à 2094. Le CNRC a appliqué la même méthode AMT que celle utilisée pour créer les fichiers FMCCE afin de produire des fichiers météorologiques pour le climat futur. En plus des fichiers AMT, l’année de référence pour l’humidité, ainsi que les années de froid et de chaleur extrêmes sont fournies pour la simulation hygrothermique – chaleur et humidité – et la conception de conditions extrêmes.
Le tableau 1 résume les données des deux ensembles de données différents, en fournissant une comparaison des paramètres clés. Le tableau comprend des informations sur les variables qui ont été ajustées au changement climatique, la période des fichiers météorologiques futurs, ainsi que les types de données météorologiques mises à disposition pour une utilisation dans la simulation de la performance des bâtiments. Les points suivants offrent des orientations pour aider les utilisateurs à déterminer le jeu de données le plus adapté à leurs besoins :
Compte tenu de l’évolution rapide de la science et des services climatiques, on s’attend à ce que des progrès soient réalisés à l’avenir dans la production des fichiers météorologiques futurs. Par conséquent, les concepteurs de bâtiments peuvent vouloir vérifier périodiquement les mises à jour. Nous recommandons également de vérifier les versions mises à jour des fichiers FMCCE dès qu’elles sont disponibles.
Si vous souhaitez obtenir des informations générales sur les fichiers météorologiques, sur leur élaboration et sur les méthodes utilisées pour produire chaque ensemble de fichiers météorologiques futurs, consultez l’article intitulé « Une vue approfondie des fichiers météorologiques ».
| Fiches données météorologiques futures | ||
|---|---|---|
| PCIC | CNRC | |
| Variables ajustées | Température du thermomètre sec Température du point de rosée Humidité relative Pression de surface |
Rayonnement horizontal global Irradiation normale directe Irradiation horizontale diffuse Couverture nuageuse totale Pluviométrie Vitesse du vent Direction du vent Humidité relative Température du thermomètre sec Température du point de rosée Pression de surface Indicator de couverture neigeuse |
| Scénario d’émission | RCP8.5 | RCP8.5 |
| Périodes de temps | 2011 à 2040 (2020s) 2041 à 2070 (2050s) 2071 à 2100 (2080s) |
Présent (1991 à 2021) +0.5°C (2003 à 2033) +1.0°C (2014 à 2044) +1.5°C (2024 à 2054) +2.0°C (2034 à 2064) +2.5°C (2042 à 2072) +3.0°C (2051 à 2081) +3.5°C (2064 à 2094) |
| Type de données météorologiques |
Année météorologique typique (AMT) | Année météorologique typique (AMT) Année typique mise à l’échelle (ATME) Année de Froid Extrême (AFE) Année de Chaleur extrême (ACE) Année de référence pour le conditionnement et l’humidité extrême (ARH) |
| Réduction d’échelle & Ajustement du biais |
Statistiques BCCAQv2 |
Dynamique QDM & MBCn |
| Projections des modèles | Ensemble de 10 modèles climatiques | De la version 4 du grand ensemble du modèle régional canadien du climat (CanRCM4 LE) |
| De la version 4 du grand ensemble du modèle régional canadien du climat (CanRCM4 LE) | Technique de morphing | Méthode AMT |