Une série d'études de cas sur le design de produits durables : l'innovation dans l'industrie du chauffage
Dans le cadre de notre série d'études de cas sur la conception de produits durables, nous avons décidé d'aborder l'un des sujets les plus brûlants - sans mauvais jeu de mots - de notre monde moderne : le besoin croissant de systèmes de chauffage optimisés, notamment dans les applications résidentielles.
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Dans ce troisième article de notre série d'études de cas, nous nous plongeons dans le sujet complexe mais inévitable de la consommation d'énergie et de la production de chaleur, notamment du point de vue de l'écoconception.
Tout d'abord, nous allons vous présenter très brièvement les caractéristiques des systèmes de chauffage modernes, de leurs composants à leur fonctionnement, en passant par toutes les étapes intermédiaires.
Nous verrons ensuite pourquoi les questions liées aux systèmes de chauffage sont à privilégier dans le cadre de la conception durable dans un avenir proche.
Enfin, nous montrerons brièvement comment certaines des stratégies de conception durable que nous présentons dans notre Atelier sur la Circularité peuvent contribuer à améliorer les performances environnementales, socioculturelles et économiques des systèmes de chauffage de demain.
Compte tenu de l'intérêt croissant - et du besoin inévitable - de pratiques plus durables et circulaires dans diverses disciplines et domaines à travers le monde, chez Punctuate Design, nous avons méticuleusement construit et organisé un Atelier sur la Circularité que nous proposons à nos clients, quel que soit le type de projet qu'ils entreprennent.
En fait, nous avons conçu l'atelier pour familiariser votre équipe avec différentes stratégies durables qui peuvent être appliquées à leur projet, tout en démontrant leurs impacts sur le cycle de vie global.
Ensuite, nous démontrons exactement comment et où ces différentes stratégies, méthodes et principes peuvent être appliqués, mis en œuvre et utilisés pour optimiser les performances écologiques de votre projet.
Enfin, notre objectif ultime est de permettre à votre équipe d'assimiler ces stratégies et d'être capable de les utiliser de manière autonome à l'avenir, sans notre aide.
Comme nous l'avons mentionné dans les articles précédents de cette série, les différents principes de durabilité que nous avons identifiés sont destinés à être intégrés dès le début du processus de création si vous développez un nouveau produit ou service. Cependant, ils peuvent également être intégrés à des produits, services ou projets existants si vous cherchez à devenir plus éco-responsable.
Revenons maintenant à notre étude de cas : les systèmes de chauffage modernes.
Depuis l'aube des temps, les humains ont survécu et prospéré grâce à la chaleur. Elle a été utilisée à maintes reprises pour se réchauffer pendant les nuits froides, pour cuire des ingrédients impossibles à digérer, pour apporter lumière et visibilité, et même pour se protéger des ennemis. De la préhistoire au monde moderne d'aujourd'hui, la chaleur est un outil et une ressource de survie impérative et irremplaçable.
Au cours des dernières décennies, les études de projection ont prévu l'augmentation inévitable de la croissance démographique et des personnes vivant dans les espaces urbains et suburbains, puisque ces chiffres devraient atteindre jusqu'à 70 % en 2050 (ONU, 2013). Les villes et les banlieues s'étendent en surface et se densifient en nombre d'occupants dans le monde entier (Haaland & van den Bosch, 2015), en particulier dans les pays de l'hémisphère nord comme le Canada.
Ces pays sont connus pour leur climat nordique : les étés courts et chauds sont presque toujours éclipsés par des hivers longs, rudes et froids. Conséquence directe de la croissance démographique, de plus en plus d'unités résidentielles sont construites et déployées à l'intérieur et autour des villes du Nord.
Le chauffage au Canada
Les systèmes de chauffage modernes au Canada - et dans d'autres pays ayant des climats et des contraintes météorologiques similaires - existent en plusieurs types, chacun ayant ses propres forces et faiblesses. Parmi les types de systèmes de chauffage les plus courants, on retrouve les fournaises, les chaudières, les thermopompes et les systèmes géothermiques. Selon Ressources naturelles Canada, environ 70 % des foyers canadiens utilisent le gaz naturel comme principale source de chauffage. Les fournaises, qui brûlent du gaz naturel ou du propane, sont le type de système de chauffage le plus populaire au Canada, mais leur fonctionnement peut être coûteux et elles peuvent libérer des polluants dangereux dans l'air. Selon l'Office national de l'énergie du Canada, les chaudières sont utilisées comme source de chaleur principale dans environ 20 % des foyers canadiens. Ces systèmes de chaudière, qui chauffent de l'eau ou de la vapeur pour distribuer la chaleur, constituent une option plus efficace, mais ils peuvent aussi être coûteux à installer et à entretenir.
Les pompes à chaleur sont une autre option populaire, utilisée dans environ 6 % des foyers canadiens comme principale source de chaleur, car elles utilisent l'électricité pour transférer la chaleur de l'air ou du sol dans la maison. Elles sont plus efficaces que les appareils de chauffage et les chaudières, mais elles peuvent avoir du mal à fournir suffisamment de chaleur par temps extrêmement froid. Les systèmes géothermiques, qui utilisent la température constante de la terre pour chauffer et refroidir une maison, constituent l'option la plus efficace, mais ils peuvent être coûteux à installer et ne conviennent pas à toutes les maisons. Selon l'Association canadienne de l'énergie géothermique, les systèmes géothermiques sont utilisés dans environ 1 % des foyers canadiens comme source de chaleur principale. Tout cela pour dire que chaque type de système de chauffage moderne a ses propres défauts et avantages, et qu'il est donc important pour les propriétaires d'examiner soigneusement leurs options avant de prendre une décision.
Plus récemment, l'augmentation des coûts du gaz et de l'électricité a été le sujet central de nombreuses discussions au sein de la communauté mondiale. Les analystes prévoient que les factures de gaz naturel ou d'électricité vont augmenter de 50 à 100 % en moyenne sur le continent américain et en Europe (DeLaire, CTVNews, 2022 ; Huet & Carvnaro, EuroNews, 2022 ; BBC, 2022). En outre, il n'est pas surprenant que la plupart des logements résidentiels ne soient pas suffisamment isolés, en particulier dans les pays du Nord comme le Canada où les hivers peuvent être particulièrement rigoureux.
Types de chauffage
D'après une brève étude réalisée par notre équipe de conception, nous avons pu classer les systèmes de chauffage en 3 types principaux :
Ceux qui fonctionnent par rayonnement de la chaleur - par les radiations infrarouges que l'on trouve dans les rayons du soleil, ou le feu) ; par conduction de l'énergie thermique - qui peut circuler et se propager dans un matériau donné puis émaner de sa surface ; et enfin par convection - plus connue sous le nom de chauffage par l'air.
Comment la mise en œuvre de stratégies de conception durable dans le processus de conception d'aujourd'hui peut contribuer à remodeler les systèmes de chauffage de demain.
Il est important de se rappeler que notre approche de la recherche centrée sur l'homme est en empathie avec l'utilisateur et son bien-être. Les hivers longs et froids exigent des systèmes de chauffage optimisés, adaptés à la fois aux besoins de l'utilisateur et à ce qui est le mieux pour l'environnement dans lequel il vit.
En effet, au cours des dernières décennies, la société a été indubitablement confrontée à "des pressions et des responsabilités environnementales et sociales croissantes" (Sherwin, 2004, P.22). Après tout, la survie de l'humanité et de ses artefacts dépend de la qualité de l'environnement naturel dans lequel ils existent. En effet, l'humanité s'appuie sur " [...] les services écosystémiques à la fois pour satisfaire les besoins biologiques primaires et pour fournir les ressources nécessaires au développement économique et technologique " (Gaziulusoy, 2010, cité dans Ceschin & Gaziulusoy, 2016, P.23).
Face aux habitudes irresponsables et gaspilleuses de consommation d'énergie de ces dernières décennies, nous avons la responsabilité de faire tous les efforts et sacrifices nécessaires pour tout simplement faire mieux.
En ce sens, les systèmes de chauffage du monde de demain devront se caractériser par une consommation d'énergie optimisée (en termes d'impacts principalement écologiques et économiques, pour ne citer que les deux principaux) tout en offrant un maximum de confort et de satisfaction à leurs utilisateurs.
Le terme "confort" est utilisé ici comme un concept général, couvrant tous les critères de conception liés à la satisfaction de l'utilisateur au cours du cycle de vie du produit : de l'intuitivité de l'utilisation, à l'adaptabilité, à l'esthétique, à la sécurité, et tout ce qui se trouve au milieu. Pour vulgariser notre approche de la conception de cette étude de cas, nous pouvons résumer notre intention par l'équation suivante :
Unités de chauffage circulaires = Consommation d'énergie optimisée + Confort maximal
Brainstorming
Afin de s'attaquer à ce problème complexe (Buchanan, 1992), l'équipe de conception de Punctuate Design a commencé à réfléchir à des solutions dans le cadre d'une session de brainstorming simplifiée. En utilisant divers outils analytiques et visuels tels que les mind map, les catégorisations, les cartes sémantiques, les cartes " comment pourrions-nous ", les matrices " valeur vs impact " ainsi que les matrices " WOW-HOW-NOW ", pour n'en citer que quelques-uns.
Cartes des Principes de l'Atelier sur la Circularité
Cependant, l'outil analytique qui s'est avéré le plus utile pour nous permettre d'avoir un impact direct sur la performance écologique de nos conceptions était les Cartes de Principes de Conception Durable de notre Atelier sur la Circularité, telles que les cartes DESIGN POUR LA MODULARITÉ, REDUCTION, ou encore AMELIORATION DE L'ESTHETIQUE, pour n'en citer que quelques-unes parmi les 27 que nous avons construites et créées (lien vers l'atelier Circularity). Nous décrirons brièvement ci-dessous comment la mise en œuvre de certaines de ces simples cartes a contribué à encadrer notre processus d'idéation pour générer des solutions écologiques, circulaires et responsables.
Ces différentes méthodes nous ont permis d'organiser rapidement en 3 grandes catégories les stratégies de conception susceptibles d'influencer les unités de chauffage de demain :
Tout d'abord, en utilisant les cartes DESIGN POUR LA MODULARITÉ et DESIGN POUR LA MULTIFONCTIONNALITÉ , par exemple, nous nous sommes interrogés sur la manière dont le design peut avoir un impact sur l'expérience du produit lui-même en nous posant les questions suivantes comment pouvons-nous déplacer la chaleur?
Deuxièmement, nous avons réfléchi à des aspects plus techniques en appliquant les cartes REDUIRE et REUTILISER, et donc en essayant de comprendre comment nous pouvons réutiliser les sources de chaleur accidentelles? En effet, au sein de cette exploration, d'autres enjeux ont émergé nous faisant nous interroger sur Comment réduire la quantité d'énergie nécessaire pour chauffer ??
Et troisièmement, nous avons plongé dans le processus d'idéation et de conception. Et en mettant en pratique les cartes RÉPARATION, RECONDITIONNEMENT, RÉAMÉNAGEMENT et APPROVISIONNEMENT, nous avons pu réfléchir sur comment nous pouvons complètement réimaginer les appareils de chauffage modernes.?Et comme précédemment, une autre question est apparue au cours du processus, nous faisant réfléchir à la manière de simplifier la réparation de ces appareils. comment simplifier la réparation de ces systèmes de chauffage ??
Les résultats de notre séance de brainstorming express
Comment pouvons-nous déplacer la chaleur ?
En ce qui concerne la première catégorie relative à l'expérience du produit lui-même, les solutions explorées à travers des mots, des verbes d'action, des phrases conceptuelles, des gribouillages rapides puis des croquis d'idées se sont traduites par des unités de chauffage qui optimisent la circulation de la chaleur dans le foyer de manière intuitive et conviviale. Certaines des idées développées ici ont été inspirées et alimentées par une symbolique historique par exemple, comme celle que l'on retrouve dans les briques de mortier traditionnelles qui étaient placées dans la cheminée pour se réchauffer, puis transportées et placées dans différentes pièces ou sections de la maison pour propager la chaleur - donc littéralement "la capter" et la déplacer dans toute la maison.
L'exploration de cette catégorie à l'aide de nos Cartes de Conception Durable a débouché sur une poignée d'idées préliminaires telles que des systèmes de chauffage modulaires qui peuvent être divisées, ramassées, transportées et placées dans différentes pièces en utilisant les principes de conduction, des tours de chaleur où différents modules peuvent être tournés et manipulés pour déplacer la chaleur rayonnant de la tour et cibler différentes zones. Une autre idée consiste à inclure de simples accessoires de convection qui peuvent être placés en toute sécurité sur les systèmes de chauffage existants, absorbant la chaleur et la préservant, puis déplacés et positionnés près de la peau par exemple.
Comment pouvons-nous réutiliser les sources de chaleur perdues ?
Comment réduire la quantité d'énergie nécessaire au chauffage ?
Ensuite, en ce qui concerne la deuxième direction relative aux aspects plus techniques, nous avons recherché et exploré les produits ou services trouvés qui génèrent accidentellement de la chaleur comme sous-produit de leur objectif ou fonction principale. Comme nous avons découvert que ces types de produits - tels que les serveurs informatiques, les fours, les réfrigérateurs ou même les batteries de chargeurs - peuvent générer de la chaleur lorsqu'ils sont utilisés, nous avons commencé à chercher des moyens ingénieux de la récupérer pour l'utiliser à des fins de chauffage plus utiles.
Cette nouvelle exploration a débouché sur de nombreux concepts intéressants, tels que les meubles chauffants, où la chaleur accidentelle générée par certains meubles ou accessoires de la maison (comme les baignoires) est redirigée à travers les infrastructures de la maison (pour chauffer les sols, par exemple). Une autre idée préliminaire proposait un ventilateur de plafond ou une lampe chauffante - où l'élément chauffant est intégré à un produit existant de manière transparente et discrète, s'intégrant ainsi mieux à un décor plus minimaliste ou même à un espace limité.
Comment repenser complètement les systèmes de chauffage modernes ?
Comment pouvons-nous simplifier la réparation de ces systèmes de chauffage ?
Enfin, la troisième approche relative au processus de conception lui-même nous a permis de faire un pas en arrière - ou en avant ? - et d'examiner attentivement la façon dont la chaleur se déplace et circule dans un matériau donné (en étudiant les propriétés thermiques et les caractéristiques offertes par la composition chimique et structurelle), ce qui nous a permis de passer au processus de production, à l'assemblage des composants, jusqu'à la mise en œuvre dans le contexte spatial.
Dans ce cas, nous avons imaginé un produit de chauffage à relais où l'unité principale peut être éteinte après un certain temps, et où les éléments internes peuvent être exposés tout en dégageant de la chaleur sans avoir besoin d'énergie (chaleur résiduelle de la charge précédente). D'autres idées comprennent un système de chauffage entièrement démontable et personnalisable avec une résistance centrale, où tous les éléments techniques peuvent être exposés et remplacés, et où la "peau" extérieure peut être personnalisée par chaque utilisateur en fonction de ses besoins, etc.
Conclusion : des solutions de chauffage optimisées, durables et innovantes comme nouveau statu quo.
La conception de systèmes de chauffage optimisés joue un rôle crucial pour garantir l'efficacité énergétique ainsi que la durabilité chez les résidents. En intégrant des pratiques durables telles que l'utilisation de sources d'énergie renouvelables, la mise en œuvre de technologies d'économie d'énergie, la conception d'un confort thermique optimal et la flexibilité d'utilisation, des solutions innovantes pour l'avenir peuvent être réalisées. Cela permet non seulement de protéger l'environnement, mais aussi de réaliser des économies pour les propriétaires ou les occupants des bâtiments, tout en offrant aux utilisateurs des expériences uniques et satisfaisantes tout au long du cycle de vie du produit. Globalement, l'intégration de pratiques durables dans la conception des systèmes de chauffage est essentielle pour créer un avenir durable.
En ce sens, la quantité d'idées riches et innovantes générées lors de sessions de brainstorming similaires peut varier considérablement en fonction de la préparation en amont (recherche, analyse, orientations prédéfinies, inspirations, etc.), de la taille et de la diversité de l'équipe, du défi de conception spécifique abordé et des méthodes et techniques utilisées pour faciliter la session de brainstorming.
En fait, l'utilisation de nos Cartes de Conception Durable a permis de générer des idées préliminaires plus spécifiques et détaillées qui résolvaient de manière ciblée un problème clair. En fait, la recherche a montré qu'en utilisant des techniques de brainstorming efficaces telles que SCAMPER, l'analyse morphologique et le Mind mapping, et en favorisant une dynamique d'équipe positive et inclusive, il est possible de générer un grand nombre d'idées de haute qualité et réalisables. En outre, il est important de noter que la quantité d'idées générées lors d'un brainstorming n'est pas la seule mesure du succès, car la qualité et la faisabilité des idées sont cruciales pour la réussite du projet de conception.
Enfin, que vous soyez une start-up, une entreprise établie ou même un fabricant, grâce à la variété des ateliers que nous proposons à Punctuate Design, nous pouvons vous fournir, à vous et à votre équipe, la méthodologie de conception et les outils d'analyse dont vous avez besoin pour avoir un impact positif sur l'impact environnemental, socioculturel et économique de votre produit.
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