Le chauffage urbain est-il viable dans les climats chauds ?
Notre étude compare les solutions de chauffage et de refroidissement à Rome, montrant que le 4GDHC offre l’approche la plus rentable et la plus économe en énergie. Découvrez comment le chauffage urbain basse température peut transformer les systèmes énergétiques urbains.
Résumé :
Les systèmes de chauffage urbain sont largement reconnus comme une solution durable et évolutive pour répondre aux demandes de chauffage urbain dans les climats froids. Cependant, la question demeure quant à leur applicabilité dans les climats nécessitant à la fois le chauffage et le refroidissement des bâtiments. Alors que les systèmes d’énergie urbaine sont traditionnellement conçus pour répondre aux demandes de chauffage ou de refroidissement, les conceptions de systèmes les plus récentes offrent la possibilité d’intégrer à la fois les demandes de chauffage et de refroidissement dans le même système. Ces systèmes ont en commun des températures de fonctionnement basses, ce qui offre à l’utilisateur final la possibilité d’utiliser le réseau comme source de chaleur, ou radiateur, pour ses propres pompes à chaleur. Ces utilisateurs finaux sont communément appelés prosommateurs, car ils peuvent à la fois prendre et fournir de l’énergie thermique à des niveaux de température utiles au système d’énergie urbaine. Ce document compare le coût équilibré du chauffage et du refroidissement pour répondre aux demandes de chauffage des espaces, de refroidissement des espaces et d’eau chaude sanitaire d’un quartier avec un mélange de bâtiments neufs et anciens à Rome, en Italie, lors de l’application de solutions de chauffage urbain à basse température (4GDHC), de chauffage urbain à ultra-basse température (5GDHC) et de chauffage et de refroidissement au niveau du bâtiment. Les résultats indiquent que 4GDHC est la solution d’alimentation en chauffage et en refroidissement la plus compétitive pour le cas considéré.
Introduction
Les réseaux de chauffage urbain sont une terminologie pour les systèmes thermiques centralisés. Les réseaux de chauffage urbain comprennent deux concepts, le chauffage urbain (DH), qui couvre l’alimentation en chaleur générée de manière centralisée pour répondre aux demandes de chauffage de ses utilisateurs connectés, et le refroidissement urbain (DC), qui, contrairement au chauffage urbain, est un système pour éliminer la chaleur des utilisateurs connectés et la rejeter dans un endroit central approprié. Le DH et le DC ont leurs racines dans les années 1880 et ont été classés en générations sur la base de leurs développements majeurs.
L’évolution historique du chauffage urbain, d’un système à vapeur haute température, le chauffage urbain de 1re génération, à un système à basse température et à plusieurs sources de chaleur, le chauffage urbain de 4e génération, est décrite dans [1]. [2] a défini un système de chauffage et de refroidissement urbain à très basse température, communément appelé chauffage et refroidissement urbain de 5e génération (5GDHC). La caractéristique qui définit le 5GDHC est l’exigence des pompes à chaleur de niveau bâtiment pour augmenter la température d’alimentation du système à un niveau de température nécessaire pour répondre aux demandes de chauffage ou de refroidissement des utilisateurs finaux. En d’autres termes, la différence fondamentale réside dans la transition de l’utilisation directe de niveaux de température utiles pour répondre aux demandes thermiques de l’utilisateur final vers un service de source thermique et de dissipateur pour les pompes à chaleur de niveau bâtiment. En raison de l’échange thermique actif avec le réseau, les utilisateurs finaux peuvent en principe aider à maintenir l’équilibre thermique du réseau de distribution, d’où le fait que les utilisateurs finaux soient souvent considérés comme des prosommateurs [3], [4]. Cela requiert toutefois une définition lâche du terme prosommateurs, qui fait généralement référence à un utilisateur final qui exploite sa propre centrale électrique pour répondre à ses propres besoins énergétiques et fournit l’excédent de production d’énergie au réseau électrique [5]. Dans le système 5GDHC, les utilisateurs finaux délivrent leurs flux de déchets non utiles dans le réseau, par exemple, ils ne produisent pas activement d’énergie thermique pour le système. En [6] et [7], il est avancé que le 5GDHC n’est pas compatible avec la définition originale des générations de chauffage urbain, en raison de sa nature de génération thermique individuelle, mais doit être considéré comme une technologie prometteuse avec ses propres mérites. ;
L’évolution historique du refroidissement urbain est décrite dans [8], où la 1ère génération est un système de réfrigération industrielle, suivie de la 2ème génération qui passe du milieu de distribution à l’eau et applique l’économie d’échelle, la 3ème génération qui est définie par la diversification des sources de refroidissement et la 4ème génération qui positionne le refroidissement urbain au sein du système d’énergie intelligent. Contrairement aux systèmes de chauffage urbain, les systèmes de refroidissement urbain sont généralement construits pour desservir de grands bâtiments avec une demande de refroidissement toute l’année, tels que les immeubles de bureaux, les centres commerciaux et les bâtiments qui, en plus des charges de refroidissement dues aux conditions climatiques, ont des demandes de refroidissement dues aux gains de chaleur internes, tels que la ventilation, le contrôle de l’humidité et le fonctionnement des équipements électroniques.
Avec la transition du chauffage urbain (DH) à base de combustibles fossiles est bien positionné pour devenir le principal système d’approvisionnement en chaleur pour les zones urbaines dans les régions dominées par la demande de chaleur. Cependant, la question reste de savoir si le chauffage urbain est bien adapté aux pompes à chaleur individuelles pour remplacer le chauffage au gaz naturel dans les régions qui ont à la fois des besoins en chauffage et en refroidissement. L’avantage des pompes à chaleur individuelles dans les climats chauds est le remplacement pratiquement individuel des chaudières à gaz existantes et le changement simple de l’alimentation en énergie d’entraînement du réseau gaz vers le réseau électrique. De plus, la pompe à chaleur permettra de répondre aux besoins en eau chaude sanitaire (ECS), en chauffage et en refroidissement des espaces à l’aide de la même unité. Bien que cette électrification individuelle de la demande de chauffage pose des défis au réseau électrique, elle peut nécessiter des améliorations potentielles de la résistance du réseau et une grande capacité de production d’énergie renouvelable, qui sera inactive pendant de grandes parties de l’année en raison de la saisonnalité des demandes thermiques des bâtiments.
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