Bien plus qu’un simple réseau de chauffage, la boucle énergétique s’étend au-delà d’un bâtiment et dessert plusieurs clients et sites. Pour concevoir ce système, plusieurs ressources existent pour aider les concepteurs. En effet, réutiliser les concepts d’ingénierie mécanique appliqués dans les petits bâtiments commerciaux ne suffit pas. L’ampleur de ce type d’installation exige de la robustesse, et de fait, la configuration du système comportera plusieurs aspects propres aux boucles énergétiques.
Ainsi, la conception et l’installation requièrent des compétences particulières pour relever les défis soulevés, dont ceux liés à la tuyauterie et au mesurage de l’énergie. Les solutions adoptées devront prendre en compte les objectifs et contraintes liés à l’entretien et à l’exploitation des équipements effectués par l’exploitant du réseau.
Par exemple, l’infrastructure choisie (accès en tunnels par rapport aux réseaux enfouis, mixité énergétique, températures de réseaux, etc.) sera étroitement liée au modèle d’affaires du projet, aux exigences d’exploitation et d’entretien, ainsi qu’au cycle de vie des équipements, autant d’éléments qui influeront grandement sur les aspects de conception.
Ressources utiles pour la conception technique
Il existe plusieurs articles et ressources pour aider à concevoir de tels systèmes. Le Handbook 20161 de l’ASHRAE donne un bon aperçu des principes techniques encadrant la conception de réseaux de chaleur. Pour plus de précisions, les guides District Heating Guide et District Cooling Guide, 2013 et les publications de l’International District Energy Association sont à consulter.
Quelques thèmes et enjeux techniques abordés dans les guides de l’ASHRAE :
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Thèmes |
Quelques considérations essentielles |
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Conception du réseau hydronique |
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Considérations thermiques |
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Dilatation thermique |
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Exploitation des équipements |
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À titre d’exemple, pour la tuyauterie, il sera essentiel de tenir compte de la dilatation dans la conception du réseau. On rappelle qu’un tuyau type de 12 po pourrait nécessiter une boucle de dilatation de 15 pi x 31 pi, ce qui peut être complexe à intégrer dans un projet2. Le recours à des mécanismes de section précontrainte ou de compensation peut être considéré, mais chaque solution s’accompagne de son lot d’avantages et d’inconvénients3.
Figure 1 : Exemple d’une comparaison des solutions présentée dans le cadre d’un projet donné
Heureusement, bien que des stratégies traditionnelles alliant l’acier et l’isolation sur site soient encore utilisées, des options et tuyauteries spécialisées peuvent résoudre certains défis dans plusieurs projets en vue d’abaisser les coûts de projets ou de simplifier la réalisation afin d’assurer des installations robustes et durables4.
Contexte de dimensionnement et d’exploitation, pour plus de résilience
Afin de bénéficier des avantages d’une boucle énergétique, il ne faut pas négliger d’avoir un calcul des charges adapté à cette solution. Il sera bon de prendre en compte la diversité des charges entre plusieurs espaces. Grâce au réseau et au partage des équipements, les systèmes conçus seront plus résistants et résilients, avec moins d’équipements de production de chaleur et de froid, comparativement à une l’installation traditionnelle où les équipements sont dédoublés dans chaque bâtiment. Les gains d’espace et d’entretien deviennent alors appréciables à l’échelle d’un quartier.
Comme les équipements sont conçus pour être robustes et de grande capacité dans une vision à long terme, l’intégration de solutions à très haute efficacité, novatrices et renouvelables devient alors possible (généralement moins rentable pour des petites installations évaluées individuellement). En contrepartie, ces systèmes doivent être supervisés rigoureusement par un opérateur expérimenté afin d’assurer une maîtrise et une optimisation continue de ces équipements à haute performance.
Défis de mesurage et contexte d’opération
Pour bien des projets, le mesurage joue un rôle clé afin de facturer adéquatement l’énergie thermique consommée par les divers utilisateurs de la boucle d’énergie.
Au Québec, les projets de boucles énergétiques se réalisent actuellement dans un cadre non réglementé, c’est-à-dire qu’aucun organisme n’encadre la tarification et le cadre d’exploitation. Si cet aspect ne pose aucun problème pour un centre hospitalier ou un campus universitaire qui possède ses propres installations, il peut devenir un enjeu dans la vente ou la fourniture d’énergie à des tierces parties.
Un comité de Mesures Canada travaille actuellement à bâtir le cadre réglementaire du mesurage de l’énergie thermique des boucles énergétiques. Les premières ébauches obtenues font référence à des normes existantes et à l’utilisation des normes C-900 et EN1434. Toutefois, Isabelle Picard, ingénieure et directrice du Centre des technologies à gaz naturel (CTGN), qui a travaillé au sein du comité technique sur le sujet, appelle à la vigilance : « La norme EN1434 vient de subir une grande refonte en Europe. Il ne suffira probablement pas de stipuler le respect à l’EN1434 pour être conforme […] ». La publication d’un règlement canadien serait prévue en 2021, laissant jusqu’à 2026 pour s’y conformer. Des précautions devraient être prises par les concepteurs, puisque des correctifs pourraient être requis, même dans le cadre des projets plus récents. Cela suppose d’adopter les meilleures pratiques en usage aujourd’hui, de bien maîtriser les concepts de classes de mesurage et la gestion des erreurs de mesure en rapport avec la réglementation énergétique. Des remplacements d’instruments de mesure pourraient également être exigés à court ou à moyen terme.
Préparer l’avenir
Si les avantages sont nombreux et favorisent la construction de boucles et réseaux à petite échelle, plusieurs éléments ralentissent l’adoption des boucles énergétiques à grande échelle dans le contexte québécois.
Heureusement, plusieurs experts étudient cette solution, tout comme une équipe multidisciplinaire associée à l’institut de l’énergie Trottier (Polytechnique, Université de Montréal et Université McGill) « […] qui s’attaque conjointement aux barrières technologiques, socioprofessionnelles, politiques et juridiques. L’objectif à long terme est de réaliser le potentiel des réseaux de chaleur pour contribuer au redéveloppement urbain et créer des quartiers mixtes, compacts, diversifiés et efficaces – en un mot, durables. »5.
Mathieu Rondeau ing., CEM, CMVP, LEED AE®
Conseiller DATECH, Technologies et efficacité énergétique chez Énergir
1. Source : 2016 ASHRAE Handbook – HVAC Systems and equipments, chapter 12 District heating and cooling
2. Source : 2016 ASHRAE Handbook – HVAC Systems and equipments, chapter 12 District heating and cooling
3. Source : “Targeted DPS Design for Cities, System Expansion and Modernization”, Présentation IDEA2018 par Kristin Wild, M.A.Sc, P.Eng, KERR WOOD LEIDAL consulting engineers
4. Nolder Elizabeth and Pollard Stephen, “Underneath the ivy”, Direct Energy Magazine/ First Quarter 2018. URL : https://www.districtenergy.org/blogs/district-energy/2018/01/16/underneath-the-ivy
5. https://iet.polymtl.ca/projets-finances/reseaux-de-chaleur-de-4e-generation-quartiers-durables/
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