Les dirigeants de l’UE ont approuvé l’objectif de réduire les émissions de gaz à effet de serre de l’Europe de 80 à 95 % d’ici à 2050, ce qui implique une transformation des systèmes énergétiques actuels. La moitié de la demande énergétique européenne étant liée au chauffage et au refroidissement, des systèmes performants de chauffage et de refroidissement urbains peuvent jouer un rôle essentiel dans la réalisation des objectifs environnementaux de l’Union.

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Le chauffage et le refroidissement urbains sont des sources d’énergie communautaires utilisées pour fournir du chauffage et du refroidissement à de multiples utilisateurs. Il s’agit essentiellement de la manière dont la valeur est créée en fournissant du chauffage et du refroidissement collectivement plutôt qu’individuellement. Ces systèmes utilisent un réseau de tuyaux souterrains pour pomper de la vapeur, de l’eau chaude et/ou de l’eau réfrigérée vers plusieurs bâtiments, remplaçant chaudières et climatiseurs individuels. Ces systèmes énergétiques ont maintenant la capacité d’utiliser une ou plusieurs ressources énergétiques, allant des combustibles fossiles aux énergies renouvelables en passant par la chaleur résiduelle. 

Le système 

Un DHC (pour District Heating and Cooling) est généralement composé de trois éléments : un centre énergétique (EC), un réseau thermique appelé système de tuyauterie de distribution (DPS) et la station de transfert d’énergie (ETS) du bâtiment. L’énergie thermique est produite dans le CE et est acheminée par le DPS, puis échangée au STE du bâtiment. Le système a la capacité de fournir du refroidissement et/ou du chauffage, de capturer la chaleur résiduelle des bâtiments et d’utiliser cette chaleur pour produire l’énergie thermique nécessaire. Les systèmes énergétiques de quartier efficaces présentent plusieurs avantages pour les collectivités : ils améliorent l’efficacité énergétique et permettent d’augmenter la part des énergies locales renouvelables et recyclées dans le chauffage et le refroidissement. 

Troisième génération : la plus répandue

Les DHC ont été introduits dans les années 1880 aux États-Unis et ont connu de nombreuses évolutions. La troisième génération de systèmes DHC est la plus répandue de nos jours. Elle est caractérisée par une topologie centralisée traditionnelle (forme) avec un centre énergétique alimentant les bâtiments. Fournissant à des températures élevées, il est constitué de tuyaux bien isolés et pré-isolés avec un important stockage thermique centralisé. Le refroidissement est assuré par un système séparé, aucun échange de chaleur entre les bâtiments n’étant possible.

Le problème avec cette génération est que sa température élevée dans les tuyaux entraîne des pertes de chaleur importantes et des coûts d’installation élevés. C’est particulièrement le cas en été, lorsque de nombreux systèmes d’eau chaude sanitaire ne fonctionnent que pour répondre à la demande d’eau chaude sanitaire, les pertes thermiques du réseau peuvent alors représenter jusqu’à 30 % de l’énergie fournie. 

Quatrième génération : optimisation

Les quatrième et la cinquième générations sont actuellement en cours de développement. Celles-ci sont basées sur la distribution de l’eau en fonctionnant à une température plus basse, afin de limiter les pertes thermiques pendant la distribution. 

La quatrième génération de DHC, est une forme traditionnellement centralisée. La chaleur est produite  par une ou plusieurs sources d’énergie, puis transportée par les tuyaux, en intégrant encore plus d’énergie renouvelable et de chaleur excédentaire. Le stockage de l’énergie et l’interaction dynamique avec les producteurs et les consommateurs garantissent une plus grande flexibilité et efficacité du système. La température de l’eau nécessaire est inférieure à celle de la troisième génération, ce qui augmente l’efficacité énergétique. Néanmoins, les tuyaux ne seront toujours pas en mesure de fournir simultanément chauffage et refroidissement à différents bâtiments. DU fait de leur architecture similaire, une transition d’un DHC de troisième génération vers la quatrième est possible.

Cinquième génération : décentralisation

La 5e génération présente, quant à elle, une forme non traditionnelle avec une pompe à chaleur décentralisée. Elle assure le chauffage et le refroidissement à des températures extrêmement basses : cela permet d’exploiter des sources de chaleur quasi infinies et d’avoir des flux d’énergie bidirectionnels décentralisés. Ce système pourrait ainsi fournir du chauffage et du refroidissement avec des pertes d’énergie minimales. Ses avantages en matière de conversion et de stockage de l’électricité constituent un élément essentiel des futurs systèmes énergétiques. Il permet l’intégration des énergies renouvelables, mais assure également un approvisionnement énergétique plus stable, plus souple et plus équilibré. 

La dernière génération intègre des technologies flexibles qui permettent d’utiliser des pompes à chaleur à grande échelle comme liens entre l’électricité excédentaire et le système de chauffage. En convertissant l’électricité en eau chaude, les pompes à chaleur permettent une intégration plus large et plus efficace de plusieurs sources d’énergie renouvelables, notamment l’énergie éolienne, la biomasse et l’énergie solaire. Si l’eau chauffée ou refroidie n’est pas utilisée immédiatement dans le système énergétique de quartier, elle peut être stockée dans des réservoirs d’énergie thermique et utilisée en période de forte demande et de faible offre.

Les systèmes DHC pourraient jouer un rôle important dans la transition vers la création de villes plus durables et plus résistantes, non seulement en améliorant l’efficacité énergétique, la commodité et le coût pour l’utilisateur, mais également en se montrant bénéfiques pour l’environnement.