Architectures de SST alternatives

Pour réduire les températures sur les réseaux, il est essentiel que les SST puissent fonctionner avec les températures les plus basses possibles. Outre les erreurs de dimensionnement, de régula-tion et de gesrégula-tion des installarégula-tions techniques, les températures qui peuvent être pratiquées sont également conditionnées par l’architecture des SST et la façon dont elles sont hydrauliquement connectées au réseau.

A Genève, la configuration standard des SST est la connexion indirecte en série. Le réseau de cha-leur est séparé hydrauliquement d’un réseau secondaire par un échangeur de chacha-leur dit "pri-maire" (graphiquecde la figure 4.15). Ce réseau secondaire alimente ensuite les radiateurs et un échangeur pour la production d’ECS. Par rapport à une connexion directe (graphiqueade la figure 4.15), le découplage hydraulique entre le réseau primaire et le réseau secondaire permet d’éviter des problèmes liés à la chimie de l’eau utilisée dans le réseau primaire (risque de corrosion dans les radiateurs), ainsi que des problèmes de sécurité liés à un différentiel de pression trop important

Chapitre 4. Aspects qualitatifs liés aux réseaux de chaleur (températures) : état de la situation en Suisse

entre le réseau primaire et les installations du secondaire. En revanche, la présence de l’échangeur primaire supplémentaire implique une perte de température liée au pincement.

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(a) Connexion directe : pas d’échangeur pour le chauffage et un échangeur pour la production d’ECS

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(b) Connexion indirecte en paral-lèle : un échangeur pour le circuit de chauffage et un échangeur pour la production d’ECS

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(c) Connexion indirecte en série : un échangeur primaire puis un échangeur secondaire pour la pro-duction d’ECS

Figure 4.15 – Schémas hydrauliques typiques de sous-stations−adapté de Frederiksen et Werner [4]

Dans d’autres pays, notamment dans les pays scandinaves, la connexion indirecte en parallèle est davantage utilisée (graphiqueb de la figure 4.15) [4]. Dans ce cas, l’échangeur ECS est alimenté directement par le réseau primaire, en parallèle d’un échangeur uniquement dédié au circuit de chauffage. Ceci permet une régulation plus fine des débits primaires selon les usages demandés (chauffage ou eau chaude sanitaire) et peut contribuer à baisser les températures par rapport à une connexion en série. La connexion directe, par laquelle les radiateurs sont alimentés par l’eau du réseau primaire, est quant à elle souvent utilisée au Danemark et en Allemagne sur des réseaux où la température aller (<90˚C) et la pression (<6 bar) sont relativement basses [122]. Cette connexion est dès lors généralement rencontrée sur des réseaux de petite taille. En plus d’éviter les pertes de températures induites par la présence d’un échangeur, elle permet de réduire le coût des sous-stations.

Des configurations plus complexes ont également été utilisées sur certains réseaux, notamment en Suède, pour permettre un usage en cascade des débits dans le but de réduire les températures de retour. La configuration en cascade la plus souvent rencontrée consiste à ajouter un échangeur supplémentaire pour la production d’ECS afin de préchauffer l’eau froide à partir des retours des circuits de chauffage (graphiquesa,betcde la figure 4.16, p.116). Une autre configuration en cas-cade consiste a réutiliser une partie des débits retournés par la production d’ECS pour alimenter le système de production de chauffage (graphiquesd,eetf de la figure 4.16). Cette dernière configu-ration n’est toutefois envisageable que lorsque les températures de chauffage sont suffisamment basses [4]. A noter que c’est cette configuration (graphiquee de la figure 4.16) qui a été utilisée pour les SST du réseau CAD Martel, lequel présente les températures de retour les plus basses de l’échantillon de réseaux suisses analysés (cf. section 4.3). Malgré tout, ces configurations en cascade sont de moins en moins utilisées, les bénéfices constatés en terme de baisse de la tempé-rature de retour étant relativement faibles par rapport aux coûts supplémentaires induits par les composants techniques supplémentaires requis [4]. Par ailleurs, cette baisse ne peut être réalisée

que lorsqu’il y a de la demande de chauffage. A l’avenir, la réduction de cette dernière pourrait également limiter l’intérêt de ces configurations.

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(a) Connexion directe. Cascade : utilisation du retour de chauffage pour préchauffer l’ECS

<

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(b) Connexion indirecte en paral-lèle. Cascade : utilisation du re-tour de chauffage pour préchauffer l’ECS

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(c) Connexion indirecte en série.

Cascade : utilisation du retour de chauffage pour préchauffer l’ECS

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(d) Connexion directe. Cascade : utilisation du retour ECS pour ali-menter le circuit de chauffage

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Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(e) Connexion indirecte en paral-lèle. Cascade : utilisation du retour ECS pour alimenter le circuit de chauffage

Réseau primaire (CAD)

Réseau secondaire hydrauliquement séparé

(f ) Connexion indirecte en série.

Cascade : utilisation du retour ECS pour alimenter le circuit de chauf-fage

Figure 4.16 – Schémas hydrauliques typiques de sous-stations avec cascades−adapté de Frederiksen et Werner [4]

En ce qui concerne les limitations de températures liées au risque de prolifération des légionelles, des études ont montré récemment qu’il serait possible de lever cette contrainte en produisant l’ECS de façon instantanée sans ballon accumulateur [123]. Ceci nécessiterait des conduites plus importantes dans les SST de façon à pouvoir répondre aux fortes variations de la consommation d’ECS. Encore au stade de pilote-démonstration actuellement, ce genre de SST sera probablement uniquement dédié aux nouvelles constructions.

L’architecture des SST à Genève n’est donc pas forcément la plus adaptée dans l’optique d’obte-nir les températures les plus basses possibles sur les réseaux. Elle offre cependant des avantages en ce qui concerne le maintien et la sécurité des équipements. Il serait toutefois intéressant que d’autres configurations soient testées et monitorées, en particulier sur des réseaux où la baisse des températures est un enjeu particulièrement important.

Chapitre 4. Aspects qualitatifs liés aux réseaux de chaleur (températures) : état de la situation en Suisse

4.5 Focus sur les températures de distribution de chauffage dans