6.1.7 Connexion de chauffage à distance
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Qu’est-ce que le chauffage à distance ?
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Le chauffage à distance est l’énergie thermique utilisable, qui est préparée de façon centralisée et distribuée sur une large zone à l’aide d’un fluide caloporteur et d’un système de canalisations.
L’eau chaude ou la vapeur d’eau sont le plus souvent utilisées comme fluide caloporteur.
Les installations de chauffage à distance sont ainsi caractérisées par le fait que des quartiers, villes ou régions sont approvisionnés par une ou plusieurs sources de chaleur efficaces. Une autre caractéristique de ce système est qu’en règle générale le propriétaire des sources de chaleur et du réseau de distribution n’est pas en même temps le propriétaire des structures où la chaleur est livrée.
Une installation de chauffage à distance (fig. 6-17) comprend essentiellement quatre parties : la source de chaleur (1), le réseau de distribution (2), comprenant les canalisations de transport et les réseaux locaux, le poste de transfert thermique (3) comprenant des dispositifs de limitation, de contrôle, de mesure et de sécurité et l’installation du consommateur (4) pour le chauffage ambiant, l’approvisionnement en eau chaude et d’autres consommateurs de chaleur.
fig. 6-17
6.1.7.1 Sources de chaleur
Le chauffage à distance est principalement produit par des centrales électro-thermiques ayant une production combinée de chaleur et d’énergie électrique. L’utilisation de la chaleur résiduelle provenant de centrales nucléaires ou de processus industriels est aussi d’une grande importance, et particulièrement celle provenant de l’incinération des ordures.
Un type spécifique d’utilisation de la chaleur résiduelle est ce qu’on appelle le chauffage à distance froid provenant des stations d’épuration des eaux usées. L’eau de déchet épurée encore tiède passe dans la canalisation urbaine d’une centrale locale d’approvisionnement en chauffage. Elle y est utilisée comme source de chaleur pour une pompe à chaleur qui peut ensuite fonctionner à un indice de performance relativement élevé.
Il existe des centrales thermique qui produisent du chauffage à distance en n’utilisant que des combustibles fossiles (pétrole, gaz naturel, charbon), par ex. aux États-Unis et au Japon.
Le transport de la chaleur entre la source de chaleur et les consommateurs s’effectue via un réseau de distribution de chauffage à distance. C’est un système de circuit fermé et sous pression ayant des canalisations isolées thermiquement. Alors que le fluide caloporteur à vapeur atteint le consommateur depuis la source de chaleur à cause de sa dilatation, le réseau d’eau chaude a besoin de pompes de circulation.
Des structures de réseau courantes comprennent le réseau en étoile (a), le réseau en anneau (b) et le réseau en treillis (c). Le réseau en étoile est simple, facile à surveiller et assez peu coûteux. Cependant, il est aussi plus sujet aux ruptures de tuyaux que les réseaux en anneau et en treillis. Ces derniers sont néanmoins beaucoup plus chers, de sorte que les plans sont souvent sélectifs et on obtient des structures mixtes. On trouve surtout des réseaux en étoile dans des approvisionnements locaux en chauffage, alors que les réseaux en anneau et en treillis plutôt dans de véritables réseaux de chauffage à distance.
fig. 6-18
Réseau de distribution du chauffage à distance : réseau en étoile (a), réseau en anneau (b) et réseau en treillis (c). Les centrales de chauffage sont désignées par (1).
La conception des canalisations dépend de la topographie, des circonstances locales et des propriétés du sol. De nombreux systèmes d’installation pour les canalisations de chauffage à distance ont été développés, dont chacun a ses propres avantages et inconvénients. Afin de maintenir les pertes dues à la distribution au niveau le plus bas possible, tout le réseau de distribution est isolé. La température de départ est si possible modifiée selon la température extérieure. Par une vitesse d’écoulement optimale et une grande diffusion de la température entre les débits aller et retour, les coûts généraux du réseau de distribution sont maintenus à un minimum.
6.1.7.3 Poste de transfert thermique
Le poste de transfert thermique est le lien entre les installations des différents consommateurs et le réseau de distribution. On distingue la distribution directe et indirecte (fig. 6-19) selon le type de connexion.
En distribution directe, le fluide caloporteur du réseau de distribution passe directement dans le circuit de chaleur de l’installation du consommateur via le poste de transfert thermique. C’est un type de connexion assez économique en coût et en espace. Il est utilisé quand une séparation hydraulique entre le circuit primaire et secondaire n’est pas nécessaire et que les variations de pression dans le réseau de distribution peuvent être contrôlées.
Elle est principalement utilisée pour l’approvisionnement en chaleur locale avec des réseaux en étoile.
En distribution indirecte, l’installation du consommateur et le réseau de distribution sont complètement séparés hydrauliquement au moyen d’un appareil de transfert thermique. Le réseau de distribution et l’installation du consommateur sont donc complètement indépendants l’un de l’autre concernant la pression, ce qui peut présenter un avantage pour la configuration et le fonctionnement du réseau de distribution. Cette variante est un peu plus chère, nécessite plus d’espace et n’est pas favorable du point de vue thermodynamique à cause des pertes inévitables de température au niveau de l’appareil de transfert thermique. Ces inconvénients sont cependant devenus négligeables avec la nouvelle technologie d’appareils de transfert thermique à plaques.
L’agrandissement de ces postes de transfert thermique dépend des besoins du propriétaire et du consommateur du réseau. De nombreuses solutions compactes testées et produites à l’usine (produits OEM) sont actuellement disponibles. Celles-ci s’adaptent à toutes les demandes de confort.
Fig. 6-19
Postes de transfert thermique (exemples)
a) avec distribution directe ; b) avec distribution indirecte
A Réseau de distribution
B Poste de transfert thermique
C Installation du consommateur
1 Compteur d’énergie thermique
2 Régulateur de pression
3 Régulation de la température
4 Appareil de transfert thermique |
