j. Section 9 les spécificités liées au Réseaux de chaleur - IRILUS Formation

j. Section 9 les spécificités liées au Réseaux de chaleur

À retenir Dicobat
Réseau de chaleur

Les réseaux de chaleur, mis en place par les collectivités sur leurs territoires notamment afin de chauffer des bâtiments publics et privés à partir d’une chaufferie collective, permettent de mobiliser d’importants gisements d’énergie renouvelable difficiles d’accès ou d’exploitation, notamment en zones urbaines (bois-énergie, géothermie, chaleur de récupération…).

Ces réseaux devront être fortement développés, modernisés, étendus et densifiés au cours des prochaines années, en les orientant au maximum vers les énergies renouvelables et de récupération afin de contribuer aux objectifs nationaux de la transition énergétique.

Qu’est-ce qu’un réseau de chaleur ?

Un réseau de chaleur est un système de distribution de chaleur produite de façon centralisée, permettant de desservir plusieurs usagers.

Il comprend une ou plusieurs unités de production de chaleur, un réseau de distribution primaire dans lequel la chaleur est transportée par un fluide caloporteur, et un ensemble de sous-stations d’échange, à partir desquelles les bâtiments sont desservis par un réseau de distribution secondaire.

Tout réseau de chaleur comporte les principaux éléments suivants :

L’unité de production de chaleur qui peut être, par exemple, une usine d’incinération des ordures ménagères (UIOM), une chaufferie alimentée par un combustible (fioul, gaz, bois…), une centrale de géothermie profonde, etc. Généralement un réseau comporte une unité principale qui fonctionne en continu et une unité d’appoint utilisée en renfort pendant les heures de pointe, ou en remplacement lorsque cela est nécessaire.

Le réseau de distribution primaire composé de canalisations dans lesquelles la chaleur est transportée par un fluide caloporteur (vapeur ou eau chaude). Un circuit aller (rouge) transporte le fluide chaud issu de l’unité de production. Un circuit retour (bleu) ramène le fluide, qui s’est délesté de ses calories au niveau de la sous-station d’échange. Le fluide est alors à nouveau chauffé par la chaufferie centrale, puis renvoyé dans le circuit. La conception du réseau vise à assurer une densité thermique (nombre de bâtiments raccordés par kilomètre de conduite posée) aussi élevée que possible, afin de permettre la viabilité économique du réseau (coût d’investissement fortement liée au linéaire de conduite ; recettes liées au nombre d’usagers).

Les sous-stations d’échange, situées en pied d’immeuble, permettent le transfert de chaleur par le biais d’un échangeur entre le réseau de distribution primaire et le réseau de distribution secondaire qui dessert un immeuble ou un petit groupe d’immeubles.

Le réseau secondaire ne fait pas partie du réseau de chaleur au sens juridique, car il n’est pas géré par le responsable du réseau de chaleur mais par le responsable de l’immeuble.

L’unité de production de chaleur

La chaleur est produite dans des installations robustes et fiables, surveillées en permanence et entretenues par des professionnels. Elle peut être générée à partir de diverses sources d’énergie :

Les énergies conventionnelles (fossiles) telles que le gaz ou le fioul qui produisent de la chaleur par leur combustion ; ces énergies sont fortement émettrices de gaz à effet de serre. Elles sont bien adaptées à la fourniture de chaleur pendant les pointes.

Les énergies renouvelables : la biomasse (bois, résidus agricoles, cultures énergétiques…) qui produit de la chaleur par combustion dans une chaufferie spécifique, la géothermie profonde qui permet la récupération de la chaleur (via un échangeur) de nappes aquifères profondes (à partir de 1500m de profondeur).

L’énergie de récupération telle que la chaleur fatale dégagée lors de l’incinération des déchets dans les UIOM ou encore celle issue de sites industriels.

Avec la consommation réduite des nouveaux bâtiments, d’autres sources de chaleur deviennent exploitables par les réseaux, comme la géothermie peu profonde ou encore la chaleur prélevée dans les eaux usées ; ces systèmes font appel à des pompes à chaleur qui permettent d’extraire l’énergie de la source pour la transférer au réseau.

Les installations produisant des fumées sont équipées de systèmes de traitement perfectionnés et contrôlés, ce qui permet de réduire fortement leur impact sur la qualité de l’air par rapport à des systèmes individuels. Certaines unités de production de chaleur fonctionnent par ailleurs en cogénération, permettant de produire simultanément de l’électricité et de la chaleur nécessaire au réseau de chaleur.

Le réseau de distribution primaire
Le réseau de distribution primaire constitue une boucle qui conduit le fluide caloporteur de l’unité de production de chaleur jusqu’à la sous-station d’échange. On emploie trois types de fluides.

Les types de fluide caloporteur

Le réseau eau chaude a une température comprise entre 60° et 110°C. Il est généralement prévu pour les groupes d’immeubles d’habitation ou de bureaux, ou encore les hôpitaux et établissements industriels qui ne consomment pas de vapeur.

Le réseau eau surchauffée a une température comprise entre 110°C et 180°C.

Il est principalement utilisé dans les réseaux de grande envergure qui alimentent des bâtiments nécessitant des températures élevées (laveries, abattoirs, industries textiles…).

Le réseau vapeur a une température de 200°C à 300°C. Son utilisation est de plus en plus limitée. Il est présent essentiellement pour la fourniture de chaleur industrielle, mais Paris l’utilise pour son réseau de chaleur (réseau de la CPCU).

La tuyauterie et les différents types de pose

Les canalisations sont en général constituées d’un système double enveloppe : une gaine extérieure en acier (jusqu’à 800 mm de diamètre) à l’intérieur de laquelle se trouve une autre gaine en acier transportant le fluide caloporteur entourée d’une épaisseur d’isolant (laine de roche, mousse de polyuréthane, etc.).

La pose peut se faire en caniveau enterré, ce qui permet une protection mécanique et minimise les effets dus à l’humidité par ventilation de ces caniveaux. Elle peut également se faire en tranchée, solution moins coûteuse, mais nécessitant que les gaines soient entourées d’un film protecteur contre l’humidité et qu’elles soient installées à une profondeur suffisante afin d’absorber les efforts de la surface.

Le coût de pose d’un mètre de réseau est de l’ordre de 1000 à 2000€. Ce coût dépend bien sûr en réalité de très nombreux facteurs liés à chaque projet.

 Les sous-stations d’échange

Généralement située en pied de bâtiment, la sous-station d’échange se compose d’un échangeur thermique qui permet le transfert de la chaleur entre les deux circuits.

La sous-station comporte aussi un compteur de chaleur transférée qui permet de connaître la consommation d’énergie du bâtiment, donnée nécessaire à la facturation.

La nouvelle génération des réseaux de chaleur et de froid

La nouvelle génération des réseaux de chaleur et de froid fait appel aux développements technologiques de la basse température, de la prédiction et de l’ajustement rapide à la demande, de la décentralisation des sources de production avec les boucles d’eau tempérée, de l’intégration du numérique.

Les consommations des auxiliaires des installations de chauffage, de refroidissement et d’ECS sont la somme des consommations des auxiliaires de génération et de distribution.

Ces consommations s’incrémentent dans le calcul avec la saisie des informations renseignées sur les installations de chauffage, de refroidissement et d’ECS.

Bouclage de l’ECS :

LE BOUCLAGE D’EAU CHAUDE SANITAIRE OU BOUCLE ECS

Afin de ne plus attendre l’eau chaude aux points de puisage (douche, bain, évier, lavabo) du logement, notamment s’ils sont éloignés de la production d’eau chaude (plus de 5m de canalisation), il existe le bouclage d’eau chaude sanitaire ou boucle ECS qui utilise une pompe de circulation (pompe bouclage eau chaude sanitaire).

Ce système de bouclage, faisant circuler l’eau dans un circuit fermé, de manière permanente ou par intermittence, rajoute certes quelques pertes supplémentaires. Mais il peut aussi s’avérer rentable pour éviter les pertes d’énergie, réaliser des économies d’eau, ou obtenir un gain de temps, pour un investissement globalement négligeable.

Car lorsque l’on ferme un robinet d’eau chaude, le tuyau qui alimente ce dernier reste plein d’eau chaude qui va se refroidir progressivement (perdant inutilement l’énergie qu’il a fallu pour l’échauffer), puis à l’ouverture à nouveau du robinet, cette eau qui est devenue froide sera perdue en attendant que l’eau chaude revienne de nouveau. Cette perte se répète à chaque ouverture du robinet, et selon la distance entre le point de puisage et le point de production, cette perte peut être plus ou moins importante. Il faut savoir qu’un tuyau de diamètre 16mm intérieur contient environ 0,2 litre par mètre linéaire de tuyau (voir contenance en eau d’une installation). L’idée est donc d’utiliser une simple pompe (circulateur) qui renvoie dans le ballon d’eau chaude l’eau qui a refroidi dans les tuyaux. Il est possible de temporiser le fonctionnement du circulateur, par exemple la nuit. Certes ce confort est consommateur d’énergie, mais cette consommation de maintien est bien moindre que celle nécessaire pour élever la quantité d’eau perdue à la température voulue.

La boucle sanitaire permet de mettre en place une canalisation supplémentaire, régulée par un circulateur.

Cette dernière permet de générer un retour d’eau, normalement stagnante après fermeture du point de puisage, jusqu’au ballon d’origine.

Traçage de l’eau chaude sanitaire

C’est un câble émettant une puissance de quelques W/ml, câble autorégulant, installé sous l’isolant thermique de tuyauterie.

Tracé : des cordons chauffants sont alors placés sur le réseau :

Consommation d’éclairage (Cecl)*

La consommation d’éclairage est forfaitaire dans les bâtiments d’habitation.

La puissance d’éclairage conventionnelle est prise égale à 1,4 W/m².

Pecl : puissance d’éclairage conventionnelle, égale à 1,4 W/m

Production d’électricité

Seule la production d’électricité renouvelable par des capteurs photovoltaïques est prise en compte.

Si la surface des panneaux n’est pas connue et ne peut être mesurée :

1,6 : surface par défaut d’un module photovoltaïque (m²)

Nm : nombre de modules.

Cependant, la présence de production d’électricité éolienne ou par cogénération devra être mentionnée.

Production d’électricité éolienne

Principe de la cogénération

  • Dans le cas d’un appartement dans un immeuble équipé d’une installation collective de PV, la surface de capteurs à associer à l’appartement est proratisée par rapport à la surface habitable de l’immeuble.
  • De façon forfaitaire, une part de la production de photovoltaïque est considérée autoconsommée.
  • Cette production d’électricité autoconsommée est déduite de la consommation d’énergie finale électrique utilisée pour le calcul des étiquettes énergie et gaz à effet de serre.

Zones climatiques

Les sollicitations climatiques sont représentées par huit zones climatiques H1a, H1b, H1c, H2a, H2b, H2c, H2d, H3 :

  • H1, la zone la plus froide, la moitié Nord-Est de la France
  • H2, une zone tempérée à l’Ouest et au Sud-Ouest
  • H3, la zone la plus chaude, le Sud-Est de la France et les DOM-TOM