Les réseaux de chaleur et de froid

Le réseau de chaleur et de froid,
« un chauffage central à l’échelle d’une ville »

Comment ça marche…

Le système de chauffage repose sur le principe d’un réseau souterrain qui véhicule de l’eau chaude à travers la ville. Alimenté par une unité de production, le réseau distribue la chaleur aux bâtiments qui lui sont reliés (hôpital, écoles, lycées, collèges, logements collectifs, bâtiments tertiaires…). Cette eau est acheminée par des canalisations desservant les immeubles équipés de postes de livraison appelés sous-stations.

La chaufferie

Point de départ du réseau de chauffage urbain, l’unité de production est sous la responsabilité permanente d’une équipe de techniciens, disponible 24/24h et 365 jours par an, ceci afin d’assurer la production de chaleur. L’unité de production, ou chaufferie centrale, produit l’énergie nécessaire au fonctionnement du réseau urbain. Elle est le cœur du système.

La production de chaleur est assurée par des sites de production multi-énergies utilisant des technologies innovantes tant sur le plan des rendements énergétiques que sur le plan environnemental. Ces installations permettent de garantir, en toute tranquillité, la température de l’eau qui circule dans le réseau jusqu’à l’utilisateur final.

Le réseau de transport de l’énergie ou circuit primaire

Le réseau proprement dit est constitué de canalisations dont :

  • L’une assure le transport de l’eau chaude depuis la centrale thermique vers les points de livraison constitués de sous-stations alimentant les abonnés ;
  • L’autre garantit son retour.

L’eau circule, en fonction de la rigueur climatique, à des températures comprises entre 90 et 120°C à l’aller et 70 et 90°C au retour. Les canalisations font l’objet d’une isolation thermique permettant de limiter la perte de température entre le point de départ et le point de livraison le plus éloigné.

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schema fonctionnement réseau chaleur
La chaufferie
Le réseau de transport de l’énergie ou circuit primaire
La sous-station
Le circuit secondaire

Le circuit secondaire

La chaleur est produite en chaufferie centrale à partir de plusieurs combustibles. Le réseau urbain (ou circuit primaire) distribue cette chaleur dans les sous-stations et réchauffe les circuits secondaires propres à chaque bâtiment. Ces circuits secondaires assurent ainsi le chauffage et l’eau chaude sanitaire dans chaque logement.

Depuis chaque sous station, le circuit secondaire (chauffage et eau chaude collective) est à la charge du propriétaire d’immeuble et peut être géré par un gestionnaire de chauffage au sein d’un contrat d’exploitation.

La sous-station

La sous-station est le poste de livraison de l’énergie thermique qui, dans chacun des immeubles, distribue le chauffage et l’eau chaude sanitaire collective. Elle assure le rôle d’une chaufferie collective d’immeuble, sans en avoir les inconvénients : elle est plus simple, moins encombrante, et surtout non polluante. Elle évite toute combustion dans l’enceinte de l’immeuble.

C’est dans la sous-station que se trouvent l’échangeur thermique, le préparateur d’eau chaude sanitaire et les compteurs. L’échangeur thermique assure la séparation physique du réseau de chauffage urbain issu de la centrale de production, dit «réseau primaire», et du réseau de l’immeuble dit «secondaire» qui alimentera en chaleur l’ensemble des radiateurs, l’eau chaude sanitaire de chacun des appartements raccordés au chauffage central.

La chaufferie

Point de départ du réseau de chauffage urbain, l’unité de production est sous la responsabilité permanente d’une équipe de techniciens, disponible 24/24h et 365 jours par an, ceci afin d’assurer la production de chaleur. L’unité de production, ou chaufferie centrale, produit l’énergie nécessaire au fonctionnement du réseau urbain. Elle est le cœur du système.

La production de chaleur est assurée par des sites de production multi-énergies utilisant des technologies innovantes tant sur le plan des rendements énergétiques que sur le plan environnemental. Ces installations permettent de garantir, en toute tranquillité, la température de l’eau qui circule dans le réseau jusqu’à l’utilisateur final.

Le réseau de transport de l’énergie ou circuit primaire

Le réseau proprement dit est constitué de canalisations dont :

  • L’une assure le transport de l’eau chaude depuis la centrale thermique vers les points de livraison constitués de sous-stations alimentant les abonnés ;
  • L’autre garantit son retour.

L’eau circule, en fonction de la rigueur climatique, à des températures comprises entre 90 et 120°C à l’aller et 70 et 90°C au retour. Les canalisations font l’objet d’une isolation thermique permettant de limiter la perte de température entre le point de départ et le point de livraison le plus éloigné.

schema fonctionnement réseau chaleur
La chaufferie
Le réseau de transport de l’énergie ou circuit primaire
La sous-station
Le circuit secondaire

Le circuit secondaire

La chaleur est produite en chaufferie centrale à partir de plusieurs combustibles. Le réseau urbain (ou circuit primaire) distribue cette chaleur dans les sous-stations et réchauffe les circuits secondaires propres à chaque bâtiment. Ces circuits secondaires assurent ainsi le chauffage et l’eau chaude sanitaire dans chaque logement.

Depuis chaque sous station, le circuit secondaire (chauffage et eau chaude collective) est à la charge du propriétaire d’immeuble et peut être géré par un gestionnaire de chauffage au sein d’un contrat d’exploitation.

La sous-station

La sous-station est le poste de livraison de l’énergie thermique qui, dans chacun des immeubles, distribue le chauffage et l’eau chaude sanitaire collective. Elle assure le rôle d’une chaufferie collective d’immeuble, sans en avoir les inconvénients : elle est plus simple, moins encombrante, et surtout non polluante. Elle évite toute combustion dans l’enceinte de l’immeuble.

C’est dans la sous-station que se trouvent l’échangeur thermique, le préparateur d’eau chaude sanitaire et les compteurs. L’échangeur thermique assure la séparation physique du réseau de chauffage urbain issu de la centrale de production, dit «réseau primaire», et du réseau de l’immeuble dit «secondaire» qui alimentera en chaleur l’ensemble des radiateurs, l’eau chaude sanitaire de chacun des appartements raccordés au chauffage central.

Les avantages d’un réseau de chaleur et de froid

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Simplicité & Sécurité

C’est simple de fournir de la chaleur à l’échelle d’une ville : avec une installation centrale de production, un réseau enterré de canalisations et des points de livraison en pied d’immeuble, vous disposez d’un véritable système de chauffage central urbain. C’est aussi plus sûr : l’absence de chaudières, de canalisations de gaz et de stockage de combustibles dans les immeubles élimine tout risque lié à l’incendie.

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Confort de l’usager

L’usager bénéficie d’une chaleur permanente et d’un chauffage fiable et silencieux sans désagrément lié à des odeurs, poussières ou fumées. La gestion et l’entretien des installations primaires sont assurés par les équipes de TED, garantissant ainsi des interventions rapides sur site et un suivi du niveau de performance énergétique du réseau.

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Développement durable

70% d’énergies locales renouvelables et de récupération, cela représente à l’échelle de Toulouse une économie d’environ 420 000 tonnes de CO₂ rejetées dans l’atmosphère, l’équivalent de 7600 véhicules retirés chaque année de la circulation sur la durée de la DSP. Les installations d’un réseau de chaleur offrent en plus de meilleures garanties en matière de maîtrise des rejets polluants.

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Economies

De nouvelles sources de chaleur produisent de nouvelles sources d’économies avec un prix de la chaleur optimisé, plus stable que celui des énergies fossiles et bénéficiant d’une TVA réduite à 5,5%. Des économies d’échelle sont par ailleurs réalisées avec l’utilisation d’installations collectives mutualisées: construire une grande chaufferie pour tous coûte moins cher que d’installer et maintenir des chaudières individuelles.

Zoom sur le réseau Plaine Campus

Les énergies de récupération : source d’énergie prioritaire

Fournir une énergie respectueuse de l’environnement à l’équivalent de 15 000 logements en récupérant l’énergie fatale de l’usine d’incinération des déchets du Mirail et la chaleur des supercalculateurs du data center de l’Espace Clément Ader, c’est le principe éco-vertueux du nouveau réseau.

Au cœur des enjeux du Plan Climat Air Énergie territorial 2012-2020 de Toulouse Métropole et de la Ville de Toulouse, le réseau Plaine Campus est une réalisation d’envergure pour répondre aux défis climatiques, énergétiques et économiques.

Avec une mise en service prévue dès le printemps 2018, le réseau Plaine Campus marque la volonté des décideurs publics de jouer un rôle de premier plan dans la valorisation des énergies locales renouvelables et de récupération et la réduction des émissions de carbone, tout en contribuant à l’attractivité et au développement économique du territoire. Il s’inscrit aussi dans leur volonté de contribuer à la maîtrise de la facture énergétique des foyers concernés avec un prix de la chaleur compétitif et plus stable que celui des énergies fossiles.

Comprendre les énergies de récupération

L’incinérateur du Mirail : le pouvoir calorifique des déchets

La chaleur fatale est la chaleur qui est produite par un processus dont l’objet n’est pas la production de cette chaleur. Dans le cas de l’usine du Mirail, l’incinération des déchets a pour objet principal de les détruire et non de produire de l’énergie. Grâce au principe du réseau de chaleur, la chaleur rejetée lors de l’incinération des déchets, dite chaleur fatale, est récupérée pour alimenter le réseau.

La valorisation thermique des déchets au bénéfice d’un réseau de chaleur peut se faire directement par récupération de la chaleur dégagée par l’incinération, comme c’est le cas au Mirail ou, indirectement, par la combustion du biogaz ou du gaz de décharge produit par la méthanisation des déchets et distribué par le réseau de gaz naturel.

L’usine d’incinération des déchets du Mirail est dotée de quatre fours pour une capacité totale de traitement de 330 000 tonnes de déchets par an. A l’intérieur des fours, les déchets sont brûlés à une température supérieure à 850°C pendant une heure au minimum et progressent sur une grille inclinée qui en assure le brassage pour une combustion optimale. Ces fours sont équipés de chaudières qui récupèrent l’énergie produite par la combustion par échange de chaleur à l’aide d’un circuit d’eau fermé. Cette énergie transforme ainsi en vapeur l’eau contenue dans ces chaudières et permet d’en produire environ 150 t/h.

Le data center, Espace Clément Ader : le pouvoir calorifique des ordinateurs

D’une superficie de 13 000 m², l’Espace Clément Ader situé sur la zone Toulouse Aérospace, est l’un des plus grands sites de recherche européen en lien avec l’aéronautique et l’espace. Il héberge notamment les supercalculateurs de Météo France. Des milliers d’ordinateurs regroupés par rangées dans des armoires métalliques, c’est cela un data center, constitué d’équipements électriques fonctionnant 24h/24 et 7/7 tout au long de l’année. Entre serveurs informatiques, systèmes de refroidissement, systèmes électriques et autres infrastructures, ce sont de très gros consommateurs d’énergie.

Pour éviter une surchauffe due aux appareils en fonctionnement, ils nécessitent d’être en permanence rafraîchis par des groupes de production de froid. Non utilisée, la chaleur dégagée par les groupes froids serait perdue. Cette chaleur est évacuée sous forme d’air chaud, selon un principe comparable à celui d’un réfrigérateur domestique et de son radiateur. Le principe consiste donc à valoriser la chaleur évacuée par le système de refroidissement en la récupérant puis en la transférant au réseau de chaleur.

La chaleur extraite du data center Clément Ader réchauffe une boucle spécifique d’eau chaude dite tempérée (en savoir plus) qui va, à son tour, alimenter en chaleur les bâtiments de la zone Toulouse Aérospace, connectés au réseau au travers d’un circuit de canalisations.

L’énergie fournie par le data center permet également l’alimentation en froid des bâtiments sur la zone Toulouse Aérospace, pour leur rafraîchissement. Les régimes de température de froid sont de 15/21°C sur le circuit de distribution secondaire. Cela nécessite l’installation de groupes froids dédiés en sous-station. La période de climatisation s’étend du 1er mai au 30 septembre.

Le centre de pilotage de la performance énergétique : le pilotage intelligent du réseau

Depuis septembre 2015, Dalkia a mis en place ce centre, baptisée “DESC”, Dalkia Energy Savings Center, à Borderouge, au Nord-Est de Toulouse. Près de 2 500 installations, sur les 7 300 installations déjà en exploitation par Dalkia dans le Sud-Ouest, sont reliées au DESC. Ce centre de pilotage permet de traiter en temps réel l’ensemble des données remontant des bâtiments.

Profitant de l’expertise du DESC en matière d’économie d’énergie, Dalkia a prévu pour le réseau Plaine Campus un dispositif de fibres optiques intégrées dans les 36 kilomètres de canalisations du réseau ainsi que des sous-stations communicantes pour chacun des 135 bâtiments desservis. Ce dispositif permettra aux équipes de la plateforme de piloter le réseau avec l’aide d’un système d’information spécialement conçu par l’entreprise.