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C. Les réseaux de chaleur, froid et mixte

I. Réseau de Chaleur

Un réseau de chaleur (ou réseau de chauffage urbain) est un système de distribution de chaleur à partir d’une installation de production centralisée et à destination de plusieurs consommateurs. La chaleur est transportée au sein d’un ensemble de canalisations, généralement à l’échelle d’un quartier.

Les réseaux de chaleur sont principalement utilisés à des fins de chauffage résidentiel (logements et eau chaude sanitaire) mais ils peuvent desservir de nombreux autres types de bâtiments : immeubles de bureaux, centres commerciaux, hôpitaux, usines, etc. Contrairement à une idée assez répandue, ils ne sont pas nécessairement alimentés par des énergies renouvelables.

Les réseaux de chaleur répondent très souvent à des initiatives publiques locales, portées par des collectivités ou des organismes qui en sont proches. Contrairement aux réseaux de gaz et d’électricité qui maillent l’ensemble du territoire en France, ils sont uniquement locaux, à l’échelle d’une ville ou d’un quartier.

En France, les réseaux de chaleur permettent aujourd’hui de chauffer un peu plus de 2 millions d’équivalents-logements(1). Ils contribuent ainsi pour près de 6 % de la production nationale de chaleur.

 

a. Fonctionnement

Un réseau de chaleur se compose de trois éléments principaux :

  • La chaufferie, système de production centralisée de chaleur qui peut comporter une ou plusieurs chaudières. Il en existe de nombreux types selon leur puissance et les énergies utilisées : gaz naturel, fioul, biomasse, géothermie, chaleur de récupération, etc. ;

  • Les canalisations: elles véhiculent un fluide caloporteur (eau ou vapeur d’eau) qui assure le transport de l’énergie thermique. Selon les réseaux de chaleur, la température de ce fluide peut être comprise entre 60°C (généralement pour la distribution de chaleur dans des immeubles d’habitation ou de bureaux) et près de 300°C (pour la fourniture de chaleur à usage industriel) ;

  • Les sous-stations: ce sont les échangeurs qui constituent les points de livraison de la chaleur. Une sous-station peut être associée à un bâtiment seul ou à un ensemble de bâtiments gérés par une même entité. Une fois ses calories transmises au niveau d’une sous-station, le fluide caloporteur refroidi circule en sens inverse jusqu’à la chaufferie. Le réseau de chaleur fonctionne ainsi en boucle. 

En aval d’une sous-station, on trouve généralement un réseau de canalisations dit « secondaire » qui assure la distribution de la chaleur depuis la sous-station jusqu’aux émetteurs de chaleur finaux (par exemple, les radiateurs dans les logements). Précisons que le réseau secondaire n’est pas considéré comme faisant partie à proprement parler du réseau de chaleur.


b. Application

https://www.pairform.fr/doc/58/273/904/web/co/grain_M2-1_G1-1.html

II. Les réseaux de froid

Il existe une solution pour lutter contre la chaleur en ville tout en évitant les climatiseurs individuels coûteux et gourmands en énergie : les réseaux de froid urbains. Systèmes souterrains capables de climatiser un grand nombre de bâtiments simultanément, ils réduisent à la fois les émissions de CO2 et la consommation d’eau, et sont donc un élément essentiel de la ville durable.

Les réseaux de froid urbains sont l’un des moyens les plus efficaces et rentables de rafraîchir les zones fortement peuplées comme les centres-villes et ainsi de réduire l’empreinte carbone. Ensemble d’installations souterraines qui produisent et acheminent de l’eau glacée vers les bâtiments pour les climatiser, ils permettent en effet de mutualiser la demande énergétique d’un ensemble de bâtiments et d’éliminer le recours aux climatiseurs individuels.

C’est ainsi qu’ils luttent contre les îlots de chaleur urbains, terme désignant les microclimats qui entrainent une température plus élevée en ville qu’à la campagne et qui accentuent les effets de canicule.

En termes de chiffres, les réseaux de froid urbains permettent une réduction moyenne de :

- 50 % des émissions de CO2

- 65 % de la consommation d’eau

- 80 % de l’utilisation de produits chimiques

Ils augmentent par ailleurs de 50 % l’efficacité énergétique par rapport aux systèmes de climatisation individuels. Sans compter qu’un réseau de froid urbain peut être approvisionné par une source d’énergie renouvelable (géothermie, biomasse, valorisation énergétique des déchets ménagers, récupération de chaleur des eaux usées, etc.) et qu’il réduit le bruit et l’espace occupé à l’intérieur des bâtiments.

Comment fonctionne un réseau de froid urbain ?

L’eau glacée qui climatise les bâtiments est produite par une centrale frigorifique, et distribuée au moyen d’un réseau de canalisations primaire qui dessert les postes de livraison des bâtiments. Le réseau de canalisations secondaire de chaque bâtiment prend ensuite le relai pour rafraîchir l’intérieur des bâtiments raccordés au réseau.

Le réseau de froid fonctionne en circuit fermé : une fois que l’eau glacée a fait son travail et après avoir gagné quelques degrés, elle est renvoyée vers la centrale de production pour être à nouveau refroidie.

Une salle de contrôle centralise le pilotage et la surveillance à distance des équipements, 24 h/24, 7 j/7.

Afin d’augmenter la performance énergétique du système, deux techniques sont principalement utilisées :

  • Le stockage de froid permet de limiter le recours aux machines de production en période de pointe et assure la continuité de fourniture de froid en cas d’indisponibilité d’une centrale frigorifique

  • L’utilisation d’une ressource d’eau locale afin de refroidir naturellement les centrales frigorifiques.

III. Les réseaux mixtes : exemple d’association réseau chaleur et froid

Cet exemple concerne un îlot de logements et de centre d’affaires dans une agglomération de Montpellier.

Le système va permettre l’interconnexion entre un réseau de chauffage urbain et 8 sous stations de chauffage et de production d’ECS, et la sous station de production d’eau glacée du SERM.

Schéma global pour l’identification des flux d’énergies 

            Nous avons donc 3 circuits types, qui ont pour fonction :

- De transporter la chaleur du réseau de la SERM vers les sous stations

- De fournir la chaleur nécessaire à la machine à absorption

- De distribuer l’eau glacée aux sous stations

- D’évacuer la chaleur des systèmes.

IV. Quelques chiffres importants