Séminaire Bâtiment Durable

CONCEPTION DU RÉSEAU DE CHALEUR DU PROJET TIVOLI GREEN CITY

Ir. Nejc BRELIH

Boydens Engineering

18 novembre 2016

(version avec errata)

MICRO-RÉSEAUX DE CHALEUR

ENJEU

2

OBJECTIFS DE LA PRÉSENTATION

• Présenter les caractéristiques du réseau de

chauffage urbain du projet Tivoli Green City

• Expliquer comment un réseau de chaleur s’inscrit

dans la réglementation PEB

• Exposer l’impact de la conception d’un réseau de

chauffage urbain sur le calcul PEB

3

PLAN DE L’EXPOSÉ

I. Présentation du projet Tivoli Green City

II. Réseaux de chaleur urbain et PEB

III. Conception et optimalisation du réseau

4

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

5

• Visualisation

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

• Concours – programme et cahier des charges

Programme

–5 lots, 11 bâtiments + 2 en option

–397 logements

–2 crèches

–7 commerces

Cahier des charges

–Toutes les unités PEB doivent être passives

–35 % des logements doivent être zéro énergie

–Utilisation d’un réseau de chaleur

6

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

7

• Plan de situation

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

• Production de chaleur

Chaufferie centralisée

2 vecteurs énergétiques

–gaz

–biomasse

3 types de générateurs

–cogénération au gaz (2 x 100 kW)

–chaudière à biomasse (1 x 250 kW)

–chaudières au gaz (3 x 487 kW)

Température

–départ: 80°C

–retour: 60°C (max.)

8

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

• Réseau de chaleur

9

DN 50 DN 65 DN 80 DN 100 DN 125 TOTAL

Longueur [m] 40 90 260 60 130 580

Calorifuge [cm] 15 15 15 15 15 -

Tuyauteries

- pose: 2 tubes en fouille

- profondeur: 60 cm

Sous-stations

Chaufferie

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

• Sous-stations – schéma de principe

10

MJ

t

PRIMAIRE SECONDAIRE

circulateur

ballon tampon

échageur à chaleurcalorimètre

vanne de régulation

régulateur de pression différentielle

capteur de

température

I. PRÉSENTATION DU PROJET

TIVOLI GREEN CITY

• Systèmes secondaires

Boucle de distribution combinée « combilus »

Sous-stations dans les appartements

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échangeur à plaques

ballon de stockage

II. RÉSEAUX DE CHALEUR URBAIN ET

PEB

• Cadre législatif

Aucune méthode de calcul approuvée

Demande d’équivalence nécessaire

Flandre :

–Goedkeuringsleidraad externe warmtelevering

–Rekenblad externe warmtelevering

Wallonie et RBC : acceptent la méthode flamande

12

II. RÉSEAUX DE CHALEUR URBAIN ET

PEB

• Procédure à suivre

Étude de faisabilité (intégrée) – le cas échéant

Demande d’équivalence pour une méthode alternative

Feuille de calcul VEA + encodage dans le logiciel PEB

13

II. RÉSEAUX DE CHALEUR URBAIN ET

PEB

• Schéma simplifié de calcul PEB

14

besoinsnets ECS + chauffage

surch.

ηsyst.

besoinsnets ECS + chauffage

ηprod.

consommationd’énergie pour: ECS + chauffagerefroidissement

auxiliaires

E

consommationcaractéristique

d’énergieprimairebesoins

nets refroidis.

productiond’énergie par:cogénération

photovoltaïque

ηsyst.

ηprod.

facteur d’énergieprimaire

équivalent

Valeur de référence

II. RÉSEAUX DE CHALEUR URBAIN ET

PEB

• Facteur d’énergie primaire équivalent

Le facteur doit être aussi bas que possible

Limité à min. 0,7

Par défaut: 2,0

Équation simplifiée:

15

𝑓𝑝,𝑑ℎ =é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑜𝑚𝑚é𝑒

é𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟 𝑔é𝑛é𝑟𝑎𝑡𝑒𝑢𝑟𝑠

a: auxiliaires (pompes) rendement

pertes de distribution +besoins ECS + chauffageetc.

e: facteur EP

𝑓𝑝,𝑑ℎ~𝑎 + 𝑒 ∙ 𝜂−1 ∙ 𝑔

𝑔≡𝑎

𝑔+𝑒

𝜂

g: générateurs

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

16

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

• Bien choisir les puissances des générateurs

17

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Pu

issa

nce

(kW

)

8.760 h

gaz

biomasse

cogen 2 cogen 1 gaz

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

• Les résistances (isolant + environnement)

doivent être aussi élevées que possible

18

𝑅′𝑙,𝑗 =𝑓𝑥,𝑗

2𝜋𝜆𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙,𝑗ln

𝐷𝑒,𝑗

𝐷𝑖,𝑗

𝑅𝑙,𝑗 = 𝑅′𝑙,𝑗 + 𝑅𝐸

𝑅𝐸 =1

2𝜋𝜆𝐸𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠ℎ

2𝐻𝐸,𝑗

𝐷𝑒,𝑗

résistance du sol environnant

résistance totale𝑅𝑙,𝑗

𝑅′𝑙,𝑗 résistance du calorifuge

𝑅𝐸

𝑓𝑥,𝑗 facteur de pose

𝐻𝐸,𝑗 profondeur de pose

𝐷𝑒,𝑗 diamètre extérieur (calorif.)

𝐷𝑖,𝑗 diamètre intérieur (calorif.)

𝜆𝐸 cond. therm. de l’environm.

𝜆𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙,𝑗 cond. therm. de l’isolant

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

• Poser les tuyauteries en fouille, enterrées

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𝑅′𝑙,𝑗 =𝑓𝑥,𝑗

2𝜋𝜆𝑖𝑛𝑠𝑢𝑙,𝑗ln

𝐷𝑒,𝑗

𝐷𝑖,𝑗

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU• Impact de l’épaisseur d’isolant sur les déperditions

20

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Res

ista

nce

[m

K/W

]

Pert

es [

W/m

K]

Epaisseur calorifuge [cm]

Résistance thermique de calorifuge (DN 125 à 1 m)

Pertes Résistance - totale Resistance - calorifuge

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

• Faible impact de la profondeur de pose

21

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Rés

ista

nce

[m

K/W

]

Profondeur de pose

Résistance thermique de profondeur (DN 125 + 7 cm PUR)

Resistance - totale Résistance - terre

III. CONCEPTION ET OPTIMALISATION

DU RESEAU

• Trouver le diamètre nominal optimal

22

0

1

2

3

4

5

0

20

40

60

80

100

120

140

DN 65 DN 80 DN 100 DN 125 DN 150

Vit

esse

max

. tu

yau

teri

e [m

/s]

Co

nso

mm

atio

ns

EP [

MW

h/a

]

Diamètre nominal

Optimalisation du diamètre pour P = 1,4 MW, dT=20 K, 15 cm calorif.

Déperditions Circulateur Total Vitesse Vitesse max.

CE QU’IL FAUT RETENIR DE L’EXPOSÉ

• Introduire une demande d’équivalence auprès des

autorités (IBGE/BIM, VEA, énergie wallonie)

• Choisir la puissance des différents générateurs en

tenant compte de leur temps de fonctionnement

• Ne pas surdimensionner la cogénération

• Penser aux caractéristiques du réseau dès le

début de la conception (longueur, tracé)

• Optimaliser l’épaisseur de calorifuge

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OUTILS, SITES INTERNET, SOURCES :

• VEA – Externe warmteleveringhttp://www.energiesparen.be/epb/externewarmteGoedkeuringsleidraad externe warmtelevering 2.0

Rekenblad externe warmtelevering versie 2.0 – mei 2015

• LE GUIDE PEB 2015

11.5 – Encodage d’une fourniture externe de chaleurhttp://www.leguidepeb.be/index.php/11-systemes-recast

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http://www.energiesparen.be/epb/externewarmtehttp://www.leguidepeb.be/index.php/11-systemes-recast

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ir. Nejc BRELIH

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