CHAUFFAGE
Install Magazine 984 – mai 2022

Se chauffer avec de la chaleur résiduelle

Le projet De Nieuwe Dokken dans la zone du canal à Gand

Le projet De Nieuwe Dokken est un élément de la revalorisation de la zone du canal à Gand. Il comporte trois phases au total, dont la première est achevée. Celle-ci comprend une tour résidentielle de 13 étages avec 50 appartements et des bureaux ainsi qu’une série de bâtiments plus bas avec des appartements, des maisons unifamiliales et des espaces commerciaux. Le bâtiment public Melopee, un projet distinct de la ville de Gand abritant notamment une école, a également été mis en service lors de la première phase et est raccordé au réseau de chaleur. Le concept énergétique est exceptionnel : tous les bâtiments sont chauffés avec une solution combinant la récupération de chaleur des propres eaux usées et la chaleur résiduelle provenant de la savonnerie Christeyns toute proche. En échange, le concept De Nieuwe Dokken fournit une eau usée épurée à l’usine. Le tout est géré par une coopérative créée à cet effet : DuCoop.

Symbiose avec l’industrie

Un premier principe de durabilité consiste à utiliser les sources de chaleur existantes autant que possible. Dans le cas présent, la source de chaleur a été trouvée chez la savonnerie Christeyns toute proche. Une affaire rentable pour l’entreprise, qui aurait dû sinon prévoir une installation de refroidissement pour évacuer la chaleur, ce qui aurait représenté un coût. Aujourd’hui, c’est une source de revenus. De plus, il y a un retour dans l’autre sens. Les eaux usées des habitations sont collectées et épurées sur place avant d’être envoyées à la savonnerie où l’eau est traitée pour être intégrée au processus de production. La savonnerie économise donc de l’eau potable. Avant que l’eau usée épurée ne soit envoyée chez Christeyns, une récupération de chaleur a lieu lors de l’épuration. Cela peut couvrir environ 25% des besoins annuels en chaleur du concept De Nieuwe Dokken. Enfin, il y a une chaudière au biogaz dont le combustible provient d’un digesteur alimenté par les eaux noires et les déchets de cuisine, recueillis séparément.

Réseau de chaleur

Les différents bâtiments du concept De Nieuwe Dokken et le bâtiment public sont raccordés au réseau de chaleur qui est alimenté par un échangeur thermique chez Christeyns. DuCoop dispose d’un droit de superficie pour une chaufferie dans l’usine avec deux chaudières au gaz comme backup et une puissance totale de 1,5 MW. Elles ne sont enclenchées que dans les cas d’urgence. L’échangeur thermique chez Christeyns extrait la chaleur résiduelle d’un ballon tampon. L’offre en chaleur résiduelle est déterminée par le processus de production et ne peut être adapté aux besoins du réseau de chaleur ; un stockage est donc nécessaire.

Le réseau de chaleur est piloté par une station météorologique placée sur la toiture de la tour, qui définit automatiquement la courbe de chauffe. Les utilisateurs sont raccordés au réseau de chaleur via des dispositifs de distribution avec un double échangeur thermique : un pour le chauffage et un pour l’eau chaude sanitaire. La température de consigne du réseau de chaleur est de 52°C et a été choisie en fonction du confort de l’eau chaude sanitaire. Avec cette température, il est possible de garantir 45°C au point de soutirage. La production d’eau chaude sanitaire a lieu selon le principe du débit continu. On ne stocke pas d’eau chaude, ce qui élimine tout risque de légionnelle. La distinction entre le circuit de chauffage de l’habitation et le réseau de chaleur est aussi indiquée par les régimes de température et de pression du circuit primaire : pour obtenir une hauteur de refoulement suffisante aux étages supérieurs, la conduite de départ est réglée sur 8,5 bar.

De la chaleur et de l’énergie issues des eaux usées

Les eaux usées, en premier lieu les eaux grises, sont une source de chaleur sous-utilisée. L’eau de douche a une température d’environ 45°C au robinet et est peu refroidie lorsqu’elle est évacuée. D’autres eaux de rinçage ont également une température ambiante lorsqu’elles sont évacuées dans le réseau d’assainissement. Une grande quantité d’énergie est donc perdue, qui pourrait être mieux utilisée avec une pompe à chaleur. Comme les eaux usées du concept De Nieuwe Dokken sont collectées et épurées en un lieu centralisé, un système de récupération de chaleur de l’installation d’épuration est prévu. L’eau quitte l’installation d’épuration à 28-30°C et est refroidie à environ 10°C avant d’être livrée à Christeyns. La chaleur récupérée est injectée dans le réseau de chaleur via une pompe à chaleur de 125 kW qui affiche un COP de 3,5.

Pour maintenir un rendement thermique optimal, les déperditions de chaleur dans le réseau d’assainissement intérieur sont limitées au maximum. A cet égard, des aérateurs de tuyau de descente de Geberit sont installés pour garantir un apport en air frais strictement utile. Le contact avec l’air extérieur froid durant le trajet génère en effet un refroidissement important des eaux usées.

Ce qui précède s’applique aux eaux grises. Les eaux noires suivent un autre trajet. Les habitations sont équipées de toilettes à aspiration sous vide, comparables aux toilettes dans les avions mais en porcelaine. C’est le plus grand réseau d’assainissement sous vide de Flandre. Les pompes à vide dans la cave assurent une pression négative constante de 0,6 bar. Les eaux noires arrivent dans un réservoir tampon d’où elles sont pompées vers le digesteur en fonction des besoins du processus biologique. Entre le réservoir tampon et le digesteur, des broyeurs réduisent les matières solides comme les lingettes, pire ennemi du purificateur d’eau.

Pour éviter les obstructions, le diamètre de la conduite sous vide est plus grand que l’ouverture du siphon des toilettes. Si un objet vient à être évacué par la chasse d’eau, il ne risque pas d’obstruer les conduites. Le digesteur est aussi alimenté en déchets de cuisine qui sont collectés via une installation de broyage centralisée. Le biogaz produit est envoyé à la chaudière au biogaz au dernier étage de la tour. La capacité de 25 kW n’apporte qu’une contribution limitée au besoin en chauffage.

Il n’y a pas que le biogaz qui est extrait des eaux usées. DuCoop s’implique aussi dans la récupération de nutriments. L’installation est équipée d’un réacteur dans lequel la struvite précipite afin d’être utilisée comme engrais. Ici aussi, la production est limitée et ne dépasse pas les 1,5 tonnes par an. Elle est épandue dans les zones végétalisées autour des bâtiments et contribue à la circularité générale.

Régulation

Pour mener tout cela à bien, il fallait un concept de régulation global. Jusqu’à présent, nous n’avons abordé que la partie chauffage et récupération d’eau. L’image globale comprend d’autres aspects comme les panneaux photovoltaïques et l’utilisation d’eau de pluie. Une des spécifications était que tous les composants devaient pouvoir fonctionner sur une plateforme de régulation identique pour éviter les problèmes de compatibilité. Les installations sont surveillées et pilotées de manière centralisée via une plateforme SCADA développée en collaboration avec l’entreprise d’utilité publique Farys et le développeur de technologie gantois OpenMotics.

Le grand défi lors de tels projets est d’obtenir un équilibre de tous les flux. L’offre en chaleur et le prélèvement d’eau épurée chez Christeyns sont par exemple déterminées par les exigences du processus industriel et donc indépendants du modèle d’utilisation des habitations. Au sein du concept De Nieuwe Dokken, il y a aussi des décalages temporels entre la demande en chaleur et la production d’électricité verte. Une réponse à cela est un investissement important dans la capacité de stockage et un pilotage intelligent, tant chez le partenaire industriel qu’en interne. Il y a des réservoirs tampon mais aussi une batterie de quartier de 100 kW avec une capacité de stockage de 242 kWh.

DuCoop s’efforce d’optimiser le fonctionnement en anticipant les pics et les creux d’approvisionnement. La pompe à chaleur est pilotée en fonction du prix de l’électricité : aux heures où le prix est particulièrement bas, voire négatif, on la fait tourner au maximum. Un projet pilote est également en cours pour flexibiliser la demande en chaleur. À cela, la courbe de chauffe dans les habitations est adaptée pour aplanir les pics, du matin par exemple. Le système est actuellement déployé chez quelques familles qui se sont portées volontaires.

Coopérative

L’installation technique est gérée par la coopérative DuCoop qui est implantée dans la tour résidentielle. Elle peut ainsi veiller à une meilleure implication des utilisateurs. Les techniques compliquées sont toujours plus vulnérables à une utilisation erronée. En tant que membres d’une coopérative, les utilisateurs sont plus susceptibles d’être prudent avec l’installation, ne fut-ce que parce que la facture arrive finalement chez eux.

Un autre avantage de la structure coopérative est une grande transparence dans la gestion. Le système de pilotage collecte de nombreuses données. Chaque membre a accès au portail et peut suivre sur un tableau de bord les données centralisées de sa consommation et le fonctionnement, comme les émissions de CO₂ évitées, ce qui augmente l’implication.

L’avenir

DuCoop a suscité énormément d’intérêt auprès des développeurs du projets. Comme le souligne Peter De Smet, administrateur de DuCoop: « On se rend compte qu’il faut faire quelque chose pour rendre les bâtiments plus durables et les promoteurs cherchent des solutions. De par notre expérience avec le concept De Nieuwe Dokken, nous sommes capables d’élaborer des concepts adaptés via la spin off www.circular-living.be. Ce ne doit pas nécessairement être aussi vaste que ce qui est appliqué ici. Chaque projet doit être abordé spécifiquement. L’essentiel est de pouvoir montrer que des concepts réalistes sont effectivement disponibles. »

Par Alex Baumans