Une installation de laboratoire durable travaille à fabriquer des voitures plus propres

Apr 21, 2023

MaryBeth DiDonna est éditrice de conception de laboratoire et éditrice d'événements numériques pour Lab Manager. Son travail pour la section de conception de laboratoire de la publication examine les défis auxquels les équipes de projet...

Le California Air Resources Board (CARB) est chargé de protéger le public contre les effets nocifs de la pollution de l'air, ainsi que de développer des programmes et des actions pour lutter contre le changement climatique. Fondé en 1967, le CARB établit des réglementations nationales sur la qualité de l'air qui traitent de toutes les principales sources de pollution de l'air à l'origine du smog et fixe des exigences en matière de voitures et de carburants propres. Le CARB travaille actuellement pour aider la Californie à atteindre son objectif de 2030 de réduire les émissions de gaz à effet de serre de 40 % supplémentaires en dessous des niveaux de 1990 ; l'objectif ultime de l'État est de réduire les gaz à effet de serre de 80 % en dessous des niveaux de 1990 d'ici 2050. Les efforts du CARB ne se limitent pas seulement à l'État de Californie. moteurs diesel légers.

Le nouveau siège social du CARB était en construction depuis une décennie, non seulement pour remplacer son laboratoire Haagen-Smit obsolète à El Monte, mais pour regrouper les cinq installations distinctes de l'organisation sous un même toit. De plus, le CARB souhaitait développer une "installation de recherche remarquablement durable" qui établirait une nouvelle norme en matière de réduction de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre, améliorerait la performance et l'efficacité des opérations et offrirait un lieu de travail sain aux près de 500 employés de l'organisation. Les trois nouveaux types de laboratoires du siège social de Riverside (laboratoire d'analyse des carburants, laboratoire de chimie générale et des gaz à effet de serre et laboratoire d'analyse des aérosols) ont été conçus avec des capacités étendues pour soutenir la transition du CARB vers une technologie à émissions nulles ou quasi nulles. D'une superficie de 402 000 pieds carrés, il s'agit de la plus grande installation Zero Net Energy aux États-Unis, un exploit particulièrement remarquable dans le climat semi-aride de Riverside.

Pour avoir conçu l'installation de test et de recherche sur les émissions de véhicules la plus grande et la plus avancée au monde, Lab Manager a décerné à ZGF le prix d'excellence en matière de durabilité lors des Design Excellence Awards 2022. ZGF a été l'architecte du siège social du CARB en Californie du Sud, Mary D. Nichols Campus, à Riverside, en Californie.

Le siège social du CARB nécessite d'énormes charges énergétiques pour effectuer des tests sur véhicules et en laboratoire. L'équipe de conception a donc utilisé des stratégies actives et passives pour réduire les demandes d'énergie tout en augmentant la production d'énergie sur site. Le CARB est également la plus grande véritable installation énergétique nette zéro de ce type, produisant plus d'énergie qu'elle n'en utilise. L'installation dépasse les exigences du titre 24 de 30 % et réduit les économies d'énergie de 75 %, une réduction des coûts qui entraînera un retour sur investissement de 100 % pour le système de panneaux solaires en un peu moins de 10 ans. Le résultat est l'installation d'essais et de recherche sur les émissions des véhicules la plus grande et la plus avancée au monde. Le projet est conçu pour atteindre LEED Platine et répond à toutes les normes de construction CalGreen Tier 2.

Le plan de conception de l'installation reposait sur trois concepts clés, explique Gary Cabo, directeur chez ZGF. "La première consiste simplement à s'adapter à la fonction de leur travail. Étant donné que ce projet a regroupé les cinq emplacements précédents du CARB sous un même toit, une attention particulière a été accordée à la manière de centraliser chaque département de recherche et de les réorganiser de manière à fournir suffisamment d'espace et à favoriser une efficacité flux de travail », dit-il. "Le deuxième moteur de conception, qui représente l'une des valeurs fondamentales du CARB, est de fournir un environnement de travail plus sûr. Des carburants et des gaz hautement inflammables de tous types sont utilisés dans les pratiques de test et de recherche du CARB, donc la superposition des espaces et la conception de configurations de banc qui minimisent les risques étaient essentiel."

CARB aspirait à créer une installation qui soutiendrait leur production continue des solutions innovantes et propres pour lesquelles ils sont connus, à la fois aujourd'hui et pour les années à venir.

Le troisième concept axé sur la mission offre une transparence accrue. "Chaque espace de laboratoire comporte de grandes fenêtres qui s'étendent sur toute leur longueur, permettant à la lumière naturelle de pénétrer à partir des fenêtres donnant sur l'extérieur et des lignes de vue dégagées à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur depuis les fenêtres donnant sur l'intérieur", explique Cabo. "Les avantages de cette stratégie de conception sont triples : la lumière naturelle offre aux chercheurs du CARB des avantages de bien-être circadiens et biophiliques qui se prêtent à des cycles veille-sommeil plus sains et à une humeur et une productivité améliorées ; une visibilité accrue contribue à la sécurité car les dangers ou les incidents peuvent être repérés sans entrer dans l'espace du laboratoire ; et ce niveau de transparence expose les recherches du CARB à des fins de tournées éducatives et pour connecter les employés du campus à la recherche. »

L'installation CARB intègre de nombreuses stratégies spécifiques de réduction d'énergie pour atteindre le zéro net. Les refroidisseurs hybrides sont utilisés en conjonction avec une température d'eau glacée élevée de 57 °F pour réduire la consommation d'énergie estimée de l'installation d'environ huit pour cent. La surveillance continue de l'air intérieur maximise l'efficacité de la ventilation et la réduction d'énergie. L'air est humidifié sans utiliser de vapeur ou une source de chaleur supplémentaire, ce qui réduit la consommation d'énergie, et le système de refroidissement par air hydronique utilise moins d'air pour réduire les besoins énergétiques et les coûts d'exploitation globaux. Des capteurs basés sur l'occupation intégrés dans les hottes de laboratoire de chimie réduisent les besoins énergétiques.

Les initiatives d'éclairage naturel comprennent des puits de lumière pour augmenter l'éclairage naturel intérieur et des stores intérieurs motorisés pour réduire l'éblouissement. Les intérieurs du bâtiment intègrent tout l'éclairage LED, l'éclairage ambiant des tâches, le contrôle de la lumière du jour et les capteurs d'occupation double éclairage/CVC. Le site de stationnement utilise des LED à haut rendement et fournit 118 places de recharge pour VE avec la possibilité d'étendre à un total de 149 places de stationnement pour VE. Des persiennes extérieures intégrées aux façades sud-est et ouest réduisent le chauffage solaire et l'éblouissement.

"Le climat sec et souvent chaud de Riverside nous a offert une occasion unique de repenser notre stratégie de refroidissement et d'économiser ainsi une quantité importante d'énergie", déclare Paul Erickson, directeur chez Affiliated Engineers, Inc., qui était l'ingénieur MEP du projet. "Les poutres froides prévues pour les bureaux utilisent une eau glacée plus chaude, de sorte que le projet prévoyait toujours une boucle d'eau réfrigérée secondaire à 57 °F. Cependant, compte tenu du peu de déshumidification nécessaire tout au long de l'année pour le bureau, le laboratoire et tester les unités de traitement de l'air, ce qui est généralement réalisé avec de l'eau réfrigérée à 42 °F, nous avons déterminé que nous pouvions augmenter la capacité de la boucle secondaire pour répondre à une bien plus grande partie des besoins de refroidissement du bâtiment. »

"Les serpentins de préchauffage ont été un peu agrandis et équipés de soupapes de manière à permettre l'utilisation de l'eau réfrigérée à 57 °F pendant le mode de refroidissement", explique Erickson. "Les principaux serpentins d'eau glacée (serpentins DX dans les unités DOAS de bureau) sont ensuite utilisés lorsqu'une déshumidification de l'air extérieur est nécessaire. En adoptant cette approche, la majorité des refroidisseurs ont été sélectionnés pour produire 57 °F, ce qui est plus efficace. que pour l'eau réfrigérée à 42 ° F. De plus, en produisant de l'eau réfrigérée plus chaude, le nombre d'heures par an où cela était possible directement à la tour de refroidissement (refroidisseur de fluide) plutôt que de devoir faire fonctionner les refroidisseurs est passé de 18 % du année à 61 %."

Le respect du budget était particulièrement crucial pour ce projet car il a été financé par l'État de Californie à l'aide de l'argent des contribuables. "Au-delà de la conception d'un bâtiment à forte consommation d'énergie pour fonctionner avec une énergie nette zéro, ce qui était un défi monumental en soi, l'équipe a également été mise au défi d'atteindre les objectifs du client et de fournir une belle installation d'essai de véhicules et un lieu de travail de pointe tout en restant dans un budget strict », explique Shara Castillo, directrice chez ZGF. "L'équipe de conception s'est efforcée de concevoir un campus qui répondrait aux différents besoins, désirs et méthodes de travail des employés et qui serait respectueux de leurs cultures existantes tout en offrant un nouveau lieu de travail connecté et productif propice à la collaboration et à l'innovation interdépartementales. "

La conception du plus grand bâtiment à consommation énergétique nette zéro sur site du pays tout en respectant le calendrier et les exigences budgétaires du Département des services généraux et du CARB est une réalisation particulière pour Castillo. "Je suis très fier de cela parce que nous avons été chargés de concevoir un bâtiment à consommation énergétique nette zéro pour lequel il n'y avait pas de référence existante et pour un client qui voulait s'assurer que même avec l'évolution de l'équipement et des pratiques de test à l'avenir, l'installation serait fonctionnent toujours comme une énergie nette zéro. Concevoir ce projet avec des couches d'ambiguïté nous a mis au défi de concevoir à l'envers pour atteindre zéro net », dit-elle.

Les programmes de test et les capacités de recherche du CARB évoluent constamment, de sorte que le siège social de Riverside a été conçu pour offrir les fonctionnalités les plus récentes tout en étant suffisamment flexible pour être modifié à l'avenir, si nécessaire.

« Les objectifs du CARB donnaient la priorité à une conception qui non seulement moderniserait et consoliderait ses installations d'essai pour répondre aux besoins de recherche en constante évolution, mais qui serait également conçue pour s'adapter aux futures technologies de véhicules », déclare Castillo. "En donnant la priorité à ces éléments, CARB aspirait à créer une installation qui soutiendrait leur production continue des solutions d'air pur innovantes pour lesquelles ils sont connus, à la fois aujourd'hui et pour les années à venir."