Présentation
Auteur(s)
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Jacques DELBÈS : Directeur technique - Direction industrielle Chaud et Froid urbains – Cogénération d'ELYO
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Adrien VADROT : Ingénieur projets - Direction industrielle Chaud et Froid urbains – Cogénération d'ELYO
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Lire l’articleINTRODUCTION
Dans un réseau de froid urbain (RFU), la distribution assure la liaison entre la production et les utilisateurs. Cette partie du système fait l'objet d'études attentives dès la conception du RFU, mais aussi tout au long de sa vie, chaque fois qu'un événement nouveau se présente, comme le raccordement d'un nouveau client, pour l'adapter au nouveau profil de la charge.
C'est un élément du coût du RFU très important dès l’investissement et tout au long de l'exploitation. En effet, sa mise en place, très onéreuse et perturbatrice (la plupart du temps en souterrain, en milieu urbain), nécessite des travaux considérables pour atteindre des utilisateurs lointains. Le tracé et le dimensionnement des canalisations impliquent un pari sur l'avenir en nécessitant un plan de développement difficile à établir compte tenu des paramètres multiples mis en cause. Bien souvent, les autorisations administratives nécessaires pour effectuer les travaux conduisent à poser des canalisations qui ne seront pas immédiatement rentabilisées (traversées de voies importantes de circulation, intégration en galeries techniques encombrées).
À partir des paramètres fixés par le cahier des charges des clients et du régime des températures déterminé en production, l'optimisation du réseau intègre la réduction des diamètres des canalisations, donc des débits, mais aussi la réduction des pertes de charge et des gains thermiques qui contribuent à réchauffer le fluide frigoporteur sur son parcours. Ces aspects ont un impact bien plus important pour les RFU que pour les chauffages urbains car l'écart maximal possible de température entre départ et retour est de l'ordre de 12 à 15 K, ce qui conduit à des canalisations de dimensions très importantes, alors qu'en chauffage urbain, les écarts vont jusqu'à 50, voire 80 K, ce qui permet de réduire beaucoup la taille donc le coût des réseaux.
Les technologies actuelles offrent un choix important de solutions pour la construction des réseaux, allant des classiques tuyauteries en acier en caniveau aux tubes en époxyde armé de fibres de verre posés enterrés, sans isolation sur le retour.
Les obligations contractuelles de l'opérateur vis-à-vis des utilisateurs conduisent bien souvent à des réseaux maillés pour réduire les risques d'interruption du service sur une branche du réseau.
Le coût du pompage est un poste de dépense important du bilan d'exploitation qu'il faut maîtriser au mieux, en adaptant le débit à la demande, en réduisant les pertes de charge et en maintenant un écart de température aussi élevé que possible entre départ et retour, pour que chaque mètre cube distribué transporte le maximum d'énergie.
Cela explique les recherches en cours pour mettre au point des additifs et des « fluides intelligents » permettant de réduire les pertes de charge sans réduire les échanges thermiques et la capacité calorifique.
La relation avec les clients fait l'objet de mises au point détaillées pour préciser les modalités techniques et financières du raccordement, direct ou avec échangeur.
Il est important de convaincre les clients que le RFU et leurs installations sont complémentaires et que certains choix techniques des systèmes utilisateurs favorisent l'efficacité globale, en particulier ceux qui contribuent à maintenir le réseau le plus près possible de ses conditions de fonctionnement nominales.
De plus en plus, on fait appel au télérelevé des compteurs dans les sous-stations et à leur télésurveillance pour vérifier les conditions de marche et, éventuellement, intervenir pour améliorer le fonctionnement du réseau.
L’exploitation du réseau comprend le traitement d'eau, la recherche des fuites, la surveillance de l'isolation thermique, de la corrosion et de la robinetterie, ce qui en fait aussi un poste important du budget d'exploitation.
Cet article, deuxième partie des trois volets de la présentation du froid urbain, est extrait de « District Cooling Handbook », édité par Elyo et l'European Marketing Group on District Heating en juin 1999 dans une seconde version, sous l'égide du programme européen EUTHERMIE.
VERSIONS
- Version courante de avr. 2017 par Renaud FEIDT
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6. Recommandations pour l’installation du client
Elles sont conseillées pour optimiser l’efficacité globale du réseau et de ses clients.
6.1 Raccordement des clients
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Conditions de fonctionnement de la distribution d'eau glacée du client
Pour optimiser le fonctionnement d'un RFU, il est nécessaire de maintenir le plus grand écart de température possible entre l'eau d'arrivée et l'eau de retour pour que le débit d'eau à faire circuler soit plus faible et qu'ainsi les tuyauteries soient plus petites et l'énergie de pompage réduite. Les pertes thermiques sur le retour sont également minimisées quand celui-ci est à une température plus élevée. Cela implique que, pour une température d'alimentation constante, il faut avoir une température de retour élevée, même en cas de diminution de la charge. Dans les systèmes de distribution à débit variable, on y parvient en réduisant le débit au moyen d'une vanne à deux voies. Au point de raccordement du client, la réduction de la charge est détectée par un dispositif de contrôle automatique grâce à la réduction de la température de retour.
Dans les systèmes à débit constant, pour lesquels cette méthode ne peut être appliquée, la solution consiste à permettre l'augmentation de la température de l'eau glacée secondaire selon une formule de relation préétablie, avec des limites dans les cas de déshumidification.
Les autres avantages de ce maintien d'une température élevée au retour sont d'assurer au refroidisseur des conditions de marche favorables à un bon COP et de permettre de sélectionner des échangeurs plus petits en sous-stations.
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Raccordement sur le tube de retour
Dans certains cas, on peut augmenter la température de retour du circuit primaire en raccordant des clients en dérivation sur le tuyau de retour (figure 20). Si le besoin en eau glacée est de 12 à 16˚C et que le débit circulant dans le tuyau primaire est suffisant pour fournir la puissance appelée, un tel raccordement est possible. C'est le cas, par exemple, pour des refroidissements de condenseur de productions de froid locales du client, comme des chambres froides. Stockholm Energy propose ce type de raccordement, appelé « refroidissement par alimentation secondaire » [79].
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