POMPES À CHALEUR
Install Magazine 941 – juin 2017
Réseaux de chaleur de la cinquième génération
Des applications innovantes à Louvain
Le site Jansenius consiste en un réaménagement de l’ancien parking du campus hospitalier situé au cœur de Louvain.
Les réseaux de chaleur bénéficient d’un regain d’intérêt, grâce à un certain nombre d’évolutions techniques. Du point de vue du consommateur, les besoins thermiques d’une habitation moderne ont tellement baissé qu’on peut se demander s’il est encore pertinent de placer à chaque fois une chaudière au gaz individuelle distincte. Sur le plan de l’offre, les réseaux de chaleur offrent la possibilité de recourir à des énergies renouvelables ou à de la chaleur résiduelle. De tels systèmes peuvent désormais se satisfaire de températures beaucoup plus basses que les traditionnels réseaux d’eau chaude. La prochaine étape consiste à rendre ces réseaux de chaleur interactifs, de façon à ce que les utilisateurs puissent en extraire tant de la chaleur que du froid. Dans le quartier Janseniushof de Louvain, un projet-pilote a été mené sur base de cette technique.
De l’Hertogensite au Janseniushof
Ce projet est relié à un autre plan de rénovation urbaine, le dit Hertogensite. Soit la rénovation de l’ancien campus hospitalier St.-Rafaël – St.-Pieter dans le cœur de Louvain. Le développeur de projet Resiterra réalise un projet de quartier durable multifonctionnel sur une superficie de 6,8 ha. Il s’agit d’une combinaison de construction neuve et de rénovation. Resiterra a attaché beaucoup d’importance à la durabilité. C’est pourquoi on a décidé de recourir à des sources d’énergie renouvelables associées à deux systèmes énergétiques : un système à basse température avec du stockage de chaleur/froid dans des couches aquifères (qu’on résumera par « stockage géothermique sur aquifères») pour les nouveaux bâtiments (besoins thermiques < 25 kWh/m2 par an), et un réseau de chaleur à températures plus élevées (90/70°) pour les bâtiments existants (besoins thermiques < 70 kWh/ m2 par an. Le concept énergétique a été concrètement réalisé par le bureau de conseil et d’ingénieurs Ingenium.
Avant que ce concept ne soit appliqué à grande échelle sur le Hertogensite, il sera préalablement testé dans un projet voisin plus petit : le Janseniushof. Cela permettra de se forger de l’expérience avec une réalisation à plus petite échelle. Le Janseniushof s’étend sur 2,5 ha ; il s’agit du réaménagement de l’ancien parking du campus hospitalier. Le projet comprend 206 logements, répartis en quatre phases de construction. Les deux dernières servent d’ailleurs de projet-pilote pour le système de stockage géothermique sur aquifères. Il s’agit de 77 nouveaux appartements, de 13 maisons unifamiliales et de 13 résidences-services. Pour la conception de la mise en œuvre et la réalisation technique, Ingenium a collaboré avec le spécialiste de la géothermie IFTech.
Un réseau de chaleur de la 5e génération
Les habitations sont raccordées à un réseau de chaleur de la 5e génération. Les réseaux de chaleur qui sont en général appliqués aujourd’hui, appartiennent à la 3e ou 4e génération : ils fonctionnent à des températures comparables à celles des installations de chauffage central, avec des températures de départ de 90-70°C. Les réseaux de chaleur de la 5e génération fonctionnent de leur côté à des régimes convenant à des systèmes de chauffage à basses températures, avec une température de départ de 40°C ou inférieure. En fonction de l’application, le réseau de chaleur peut approvisionner directement un système d’émission à basse température, comme du chauffage par le sol. On peut également rehausser la température primaire au moyen d’une PAC décentralisée. Cette approche possède l’avantage de pouvoir connecter divers types de sources de chaleur à basse température au réseau de chaleur, comme des capteurs solaires, le condenseur et l’intercooler d’installations de cogénération, de la chaleur résiduelle…
Pour le Janseniushof, Ingenium a opté pour une variante : le réseau de chaleur est directement relié aux forages du système de stockage géothermique sur aquifères, et il fonctionne comme source de chaleur pour les pompes à chaleur dans les habitations. On bénéficie ainsi d’une fonction supplémentaire : le réseau peut en effet aussi être utilisé pour le refroidissement. En été, il est possible de faire du free-cooling dans les habitations, via le système de chauffage par le sol. Cela permet de garantir un climat intérieur agréable, avec l’avantage supplémentaire que la source peut être rechargée. L’eau de rivière estivale à 20°C est ici idéale. En extrayant de la chaleur des eaux de surface, on crée par ailleurs un microclimat, ce qui atténue localement l’effet d’îlot de chaleur urbain.
En chauffage, le circuit du stockage géothermique sur aquifères affiche une température d’alimentation de 14°C et une température d’évacuation de 8°C. Il en résulte de faibles déperditions thermiques vers le sol lors du transport, ce qui rend superflu l’isolation des conduites. Cela permet d’économiser pas mal de temps et d’efforts.
Des systèmes de PAC intelligents
Afin d’amener le circuit primaire à la température d’utilisation, on a eu recours à des PAC eau-eau, ce qui a permis de garantir un rendement élevé. Suivant le type d’habitations, Ingenium a opté pour différentes configurations. Les appartements et les résidences-services sont équipés d’une chaufferie centrale, où la PAC porte l’eau à 40°C, soit une température suffisante pour le chauffage par le sol. Pour l’ECS, chaque appartement possède un réservoir tampon avec une petite PAC Booster d’Alpha-Innotec. De série, cet appareil réchauffe l’ECS à 55°C, mais des températures plus élevées sont envisageables, en fonction des exigences de confort et de la lutte contre la légionellose. On réduit de cette manière les pertes de circulation. On peut en outre répondre de manière plus souple aux variations de la demande d’ECS.
Les maisons reliées au sol possèdent par contre chacune leur propre PAC mixte, qui gère à la fois le chauffage et la production d’ECS. Pour des raisons pratiques et organisationnelles, une chaudière centrale est ici moins indiquée.
En été, la circulation est inversée, et l’eau du circuit primaire refroidit la masse du bâtiment via le chauffage par le sol. On a toutefois prévu un by-pass distinct pour les salles de bains, dans la mesure où les occupants exigent naturellement peu de refroidissement dans cette pièce. En mode refroidissement, l’eau est pompée à 9°C avant d’être renvoyée à 16°C. Comme on l’a dit, la température de retour peut être rehaussée en utilisant la Dyle comme source de chaleur.
Organisation et répartition des coûts
Une technique innovante comme le stockage géothermique sur aquifères à l’aide d’un réseau énergétique basse température ne peut connaître le succès que si elle est portée par un modèle économique adapté. Un tel système dépasse la gestion d’une traditionnelle association de copropriétaires et exige à vrai dire le recours à une entreprise énergétique. Ce rôle est repris par IF Tech. Cette entreprise est responsable de la conception, de l’exécution, et surtout de la gestion et de la facturation. IF Tech garantit également le financement du système énergétique. Elle fonctionne donc comme une ESCO.
Les clients finaux paient une contribution fixe pour l’exploitation de l’installation de géothermie sur aquifères. La répartition des coûts individuels dépend de la configuration. Dans les maisons qui possèdent leur propre installation de PAC, cela passe normalement par la facture d’électricité. Les appartements, par contre, paient une part de la consommation de la PAC centrale, tout en prenant à leur compte la consommation de la PAC Booster. Il est important de souligner ici qu’on applique le principe « pas plus qu’avant » ; en d’autres mots, les frais de chauffage ne peuvent pas être supérieurs à ce qu’ils étaient avec un système traditionnel. Le modèle de calcul des coûts a été converti par le conseiller juridique Fieldfischer en un contrat de livraison.
La possibilité de faire aussi du refroidissement a été utilisée comme plus-value et comme atout commercial. La consommation en froid n’est effectivement pas comptabilisée séparément, mais offerte comme surcroît de confort. Techniquement, cela a également du sens. Pour un fonctionnement équilibré du système, il est en effet avantageux de refroidir autant que possible, de manière à ce que la source de chaleur se régénère de manière optimale. En offrant le refroidissement, on motive les occupants à utiliser cette fonction.
Tout électrique
Le réseau de stockage géothermique sur aquifères compte trois doubles réseaux, avec à chaque fois deux forages (comme source de chaleur et de froid). Les sources sont réalisées de manière redondante (n+1). Aucun appoint au gaz ni aucune autre technique de chauffage ne sont effectivement prévus. Il s’agissait d’un choix conscient d’Ingenium. L’option du tout électrique comporte peut-être un risque relatif à l’évolution des prix de l’énergie. Mais d’un autre côté, le bureau d’études est convaincu qu’un système eau-eau entièrement mû par une PAC représente la solution la plus écologique.
Le réseau énergétique alimente quatre chaufferies :
Bâtiment 3A (16 appartements) avec deux PAC de 41 kW chacune, complétées par des PAC Booster pour l’ECS dans les appartements individuels.
Bâtiment 3B (60 appartements) avec 2 PAC de 158 kW chacune, également complétées par des PAC Booster pour l’ECS.
Bâtiment 4A (13 maisons) avec 13 PAC mixtes individuelles de 8,9 kW chacune, avec un appoint électrique.
Bâtiment 4B (13 résidences-services) avec une PAC de 85 kW, complétée par des PAC Booster.
Le choix d’une double PAC dans les chaufferies centrales fut d’un côté induit par le même souci de sécurité de fonctionnement que pour les sources de stockage géothermique sur aquifères. Comme on l’a dit, il n’y a pas de chaudière d’appoint supplémentaire, et il est dès lors plus sûr de répartir la puissance sur deux appareils. La deuxième raison avait avoir avec le fonctionnement éco-énergétique. Un bon rendement à charge partielle est important pour le rendement annuel. Les besoins thermiques sont en effet déterminés en fonction des conditions les plus défavorables, ce qui signifie que l’installation fonctionne la plupart du temps à charge partielle. En général, on peut donc se satisfaire d’une seule pompe à chaleur, qui peut alors fonctionner à un rendement élevé.
Par Alex Baumans
Le concept hydraulique est différent pour les appartements et les maisons: les appartements sont raccordés à un réseau de chaleur basse température avec un booster individuel pour l’ECS, tandis que les maisons possèdent leur propre PAC pour le chauffage et l’ECS.
