Chaud / Froid

Quels sont les sujets traités par la technique thermique ?

La technique de chauffage dans le secteur du bâtiment comprend la production, le stockage et la distribution de chaleur pour le confort (chauffage et eau chaude sanitaire) ainsi que la chaleur industrielle. Les principales sources d'énergie pour la production de chaleur sont : le bois (bûches, pellets, copeaux de bois), la chaleur solaire, la chaleur récupérée, le chauffage urbain, le mazout, le gaz. Les pompes à chaleur utilisent comme source de chaleur : la chaleur ambiante, l'eau souterraine, l'eau du lac ou de la rivière ou la chaleur géothermique.

La cogénération (chaleur et électricité) permet de produire de l'électricité en utilisant simultanément la chaleur résiduelle. Le stockage de la chaleur de l'eau, de la glace et de la chaleur géothermique sont les principaux accumulateurs de chaleur. Les unités de stockage avec les matériaux à changement de phase (MCP) sont en cours de développement.

Quels sont les sujets traités par la technologie de la réfrigération ?

La technique du froid concerne les systèmes de production de froid pour le refroidissement de locaux ou de marchandises et pour les applications de congélation. Les machines frigorifiques sont des pompes à chaleur. Selon la gamme de capacité : évaporateur direct, refroidisseur compact, refroidisseur d'eau, refroidisseur sec ou humide. Les réfrigérants utilisés sont en constante évolution.

 

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Essais d’assemblage d’un collecteur de PVT. La tuyauterie de la partie thermique est là, clairement visible. (Photo: Lauber IWISA AG)

Vue d’ensemble du village de vacances. (Photo: Lauber IWISA AG)

La géothermie et les toits: l’utilisation des différentes surfaces. Vert, à l’extrême gauche: récupération de la chaleur des eaux usées, bleu: le stockage géothermique, rouge: toits solaires photovoltaïques (électricité), orange: toits solaires hybrides (PVT: électricité + chaleur), avec le nombre correspondant de modules. (Photo/graphique: Lauber IWISA AG)

Schéma des installations pour la production d’énergie. (Graphique: Lauber IWISA AG)

Besoins et fourniture en énergie pour le centre de vacances. (Graphique: Lauber IWISA AG)

Centrale technique avec des pompes à chaleur et les réseaux de distribution. (Photo: Alan C. Hawkins)

Dans l’entrée du centre de vacances Reka, les systèmes énergétiques sont expliqués aux visiteurs avec un système d’information interactif. Sur la photo, Philippe Müller, chef de section au Cleantech BFE et Matthias Sulzer, président du Conseil d’administration Lauber IWISA AG, lors d’une présentation du projet. (Photo: Alan C. Hawkins)

Centre de vacances fonctionnant complètement avec les énergies renouvelables

Le village de vacances Reka de Belalp est alimenté par des énergies renouvelables, le «projet phare» est né. Le projet est soutenu par l’Office fédéral de l’énergie dans le cadre du programme «Leuchtturm» (phare). Il montre comment une utilisation exemplaire de l’énergie peut être réalisée dans la région alpine.

Le village de vacances Belalp de la Caisse suisse de voyage (Reka) se compose de sept unités avec un total de 50 appartements. Ceci sans compter deux centres communautaires avec réception, administration, restaurant et bibliothèque ainsi que des salles de jeux et autres installations communautaires. Il y a même une piscine couverte. Dans le sous-sol du garage se trouve la technique – ou tout au moins la partie que l’on appellera conventionnelle. Le projet holistique montre comment des bâtiments économes en énergie peuvent être mis en réseau. Le village de vacances est, en ce qui concerne l’approvisionnement en énergie thermique et électrique, exploité sans émission (Projet Zéro Emission) et ce, exclusivement avec les énergies renouvelables.

Production d’énergie

La production d’énergie se fait, entre autres, grâce à la combinaison de l’énergie photovoltaïque et capteurs solaires thermiques. (PVT). Ces capteurs génèrent de l’électricité et de la chaleur. L’énergie thermique peut être directement injectée ou servir à la régénération d’un stockage saisonnier géothermique. La puissance électrique des cellules solaires alimentera les pompes à chaleur en activité, et qui permettra d’apporter la source d’énergie arrivant dans le réservoir géothermique au niveau de température souhaité pour le chauffage des bâtiments et la production d’eau chaude. Ces pompes à chaleur transfèrent l’énergie géothermique, basse température, à environ 35 °C pour le bâtiment et le chauffage de la piscine ou à 50–60 °C pour la production d’eau chaude.

Photovoltaïques / solaires thermiques (PVT)

Au village Reka, c’est le mode d’intégration dans la toiture qui a été choisi pour les panneaux solaires. Ainsi, on pourrait se passer d’un toit conventionnel. C’est là qu’il a fallu tester les possibilités d’installer les modules, la physique des bâtiments et la faisabilité, avec des questions comme: comment le toit est-il ventilé, où et comment seront disposées les tuyauteries raccordant les capteurs photovoltaïques-solaires thermiques? Comment ces dernières seront-elles, plus tard, accessibles? Quels matériaux peuvent être utilisés? Ensuite, il a fallu définir comment étancher les ouvertures nécessaires sur le toit. En vertu de ce projet phare, ce sont les ingénieurs qui ont dû trouver de bonnes réponses. Reka, en tant qu’exploitant du village de vacances, veillera sur le fonctionnement quotidien de cette technologie de pointe.

Température de stagnation en profondeur

Les tuyauteries raccordant les capteurs photovoltaïques solaires pourraient être effectués en raison de la température de stagnation profonde du système avec un système de tuyaux de polypropylène économiques selon l’arrangement Tichelmann. Le rendement électrique très élevé, résultant du refroidissement par le module de transfert de chaleur, offre d’autres avantages. Les effets de l’utilisation des collecteurs PVT dans le village Reka ont été évalués par des modules de comparaison (systèmes photovoltaïques classiques sur trois toits à Blatten).

Stockage géothermique et récupération de la chaleur des eaux usées

Le stockage de l’énergie géothermique, c’est l’élément central dans la partie thermique du système d’énergie. En comparaison avec les systèmes d’énergie conventionnels, l’élément économique déterminant est le réservoir géothermique en combinaison avec les collecteurs PVT. En fonction de la température du fluide de stockage de l’énergie géothermique, la pompe à chaleur géothermique peut être plus ou moins efficace; cela veut dire que différents facteurs de performance saisonniers sont exploités. La sonde de température moyenne est influencée par différents paramètres: longueur de la sonde, l’espacement des sondes et de la chaleur d’entrée par les sondes (régénération du sol). Par conséquent, des instruments de planification holistiques ont été utilisés tels que les simulations. La simulation avec le programme SAP a entraîné diverses constatations: si le sol est peu ou pas régénéré, la température de la sonde descend régulièrement sur une période de 50 ans et de façon continue. Cela signifie que le sous-sol du champ géothermique se refroidirait. Cela pourrait entraîner la formation de glace sur les sondes. Dans un tel cas, le transfert de chaleur serait massivement réduit, de sorte que l’alimentation du réservoir géothermique ne pourrait plus répondre à la demande. Une autre source de chaleur est également utilisée: les écoulements du village de vacances. Ainsi, la chaleur des eaux usées de la colonie des chalets est récupérée et fournit une partie de l’énergie thermique nécessaire au lotissement.

Régénération de la température géothermique

Les sols doivent être régénérés, cela devrait correspondre à la quantité d’énergie connexe; les résultats permettent d’avoir, à long terme, une température moyenne stable des sondes. Un autre avantage d’une telle régénération: c’est le plus faible espacement des forages. Sur la base des résultats d’une analyse économique, l’efficacité dépend de l’espacement et la profondeur des forages, la régénération et la température moyenne. Avec un total de 4500 mètres de forage et une profondeur de 170  m par sonde, l’espacement entre les forages doit être d’environ 5,5 m.

Gestion de l’énergie

Le bon fonctionnement de ce système énergétique global est un système de gestion de l’énergie multisecteur. Ainsi, la production d’énergie solaire doit être adaptée aux besoins de l’énergie de chauffage pour pouvoir maximiser l’utilisation de l’électricité. Par exemple, le système de gestion de l’énergie informe le personnel Reka de la date à laquelle il est le plus éconergétique de laver le linge, ou pour nettoyer la piscine. Dans les zones publiques, les clients sont informés de la consommation d’énergie actuelle de la station. Ainsi, les clients peuvent être conscients en ce qui concerne leur comportement d’utilisateur.

Distribution de la chaleur

L’énergie pour les bâtiments se fait par un système à trois conduites: une température élevée, une basse température et le retour commun. L’alimentation en eau chaude est dans la sous-station de l’immeuble avec la distribution de l’eau douce. Les systèmes de chauffage par le sol des bâtiments respectifs sont alimentés par la distribution à basse température.

La ventilation contrôlée n’est pas nécessaire

Les expériences faites par Reka montrent que les appartements sont sous-utilisés pendant la journée et ont un taux d’occupation très élevé pendant les périodes définies. Pour répondre aux exigences de confort, un système de ventilation devrait être conçu pour ces quelques périodes de pointe. Pour ces raisons, on a délibérément supprimé l’installation d’un système de ventilation contrôlée.

Bilan énergétique

Dans le graphique «Demande d’énergie et d’approvisionnement», la demande d’énergie et l’alimentation correspondante sont comparées. Après le chauffage et l’énergie pour l’eau chaude avec environ 500 MWh/a, suit proportionnellement l’électricité générale et des ménages, avec environ 200 MWh/a (dépendant du comportement des utilisateurs). Un bloc supplémentaire de 170 MWh/a est nécessaire pour couvrir les besoins de chauffage de la piscine et des pertes thermiques. En ce qui concerne la demande d’énergie pour le chauffage, l’eau chaude et les besoins pour la piscine, avec près de 100 MWh/a (20 %) sont relativement importantes. Au cours de la phase opérationnelle, cette optimisation doit être réduite en prenant des mesures appropriées, telles qu’en adaptant la stratégie de fonctionnement du système de ventilation, la température de l’eau, l’exploitation des attractions, etc. L’énergie solaire thermique récupérée (environ 300 MWh/a) est principalement utilisée pour régénérer le sol.

Avec sa propre production d’énergie solaire de 150 MWh/a, la couverture du traitement de l’énergie est atteinte. La chaleur récupérée des eaux usées est d’environ 200  MWh/a. Ainsi, dans le bilan annuel résultant, environ 220  MWh/a d’énergie électrique externe (environ 25 % des besoins énergétiques totaux) doivent être fournis au village de vacances. Cette énergie externe est un complément nécessaire, elle est achetée à la centrale hydraulique de Blatten. L’électricité achetée porte le label «Naturemade star».

Ainsi, le village de vacances Reka est entièrement alimenté par des énergies renouvelables.

Expériences acquises

Lors d’un projet phare, se pose la question: quelle devrait être la part de production propre d’électricité, en tenant compte des aspects économiques, techniques et opérationnels? Est-ce que, par exemple, les charges de pointe en cas de production dans le réseau local sont économiquement équilibrées? Quelle proportion de la consommation d’énergie doit être couverte au niveau local, régional ou national, de sorte qu’économiquement, les résultats de l’approvisionnement énergétique soient fiables? Avec le suivi du fonctionnement et les résultats rassemblés au centre de vacances Reka, les réponses à ces questions peuvent être trouvées.

Mise en service et surveillance

Le village de vacances Reka Belalp a accueilli ses premiers hôtes en décembre 2014. La mise en service des centrales électriques a été réalisée à l’automne 2014: mais les installations énergétiques doivent fournir les résultats de leurs tests pratiques seulement dans quelques années. Afin d’analyser et d’optimiser les composants individuels, mais aussi l’ensemble du système, pendant la première année de fonctionnement, un suivi complet est mis en œuvre. En plus de la collecte de données sur la consommation d’énergie des informations sur le champ géothermique, la récupération de chaleur des eaux usées, les collecteurs PVT, les pompes à chaleur et les conditions météorologiques sont détectés au moyen d’une station météorologique.

Pendant le semestre d’hiver 2015/2016, l’évaluation de la surveillance sera effectuée, de sorte que l’expérience opérationnelle en 2016 puisse être communiquée. L’objectif est un transfert de connaissances vers des systèmes énergétiques similaires pour augmenter la sécurité lors des planifications et leurs fiabilités opérationnelles.