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Projet de semestre Analyse et étude d’un chauffage à distance à Orbe GRUVATIEZ-

Projet de semestre Analyse et étude d’un chauffage à distance à Orbe GRUVATIEZ-EN-LAVEGNY ET ZONE INDUSTRIELLE Alain Anstett Master SGM-EPFL Année 2015 Supervisé par : Pr. F. Maréchal et J. Trespalacios 28 mai 2015 Table des matières 1 Résumé 1 2 Contexte énergétique suisse et enjeux actuels - introduction 1 3 Description du projet d’intégration énergétique de la ville d’Orbe 2 3.1 Cahier des charges général de la commune d’Orbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3.2 Cahier des charges du présent projet de semestre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 Méthodes de calculs énergétiques du chauffage à distance et présentation des résultats 5 4.1 Zonage et identiﬁcation des bâtiments à inclure dans le CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 4.2 Calcul des besoins pour le chauffage et l’eau chaude sanitaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4.3 Dimensionnement du réseau CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 4.4 Calcul des coûts engendrés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.4.1 Méthodes de calcul des coûts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 4.4.2 Calcul des coûts du cas d’étude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 4.5 Calcul des émissions de CO2 engendrées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 5 Intégration d’un couple chaleur-force et impacts sur les indicateurs de performances (coûts et émissions de CO2) 17 6 Intégration des ressources de chaleur tierces à disposition et impacts sur les indicateurs de performance (coûts et émissions de CO2) 18 6.1 Valorisation de la chaleur des eaux de la rivière (l’Orbe) - intégration d’une première PAC . . . . . . . 18 6.2 Valorisation de la chaleur des eaux usées - intégration de PACs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 7 Valorisation des rejets thermiques industriels par l’intégration d’échangeurs de chaleur - potentiel esti- matif 25 8 Intégrations énergétiques secondaires dans la zone de Gruvatiez - potentiel estimatif 26 8.1 Récupération de la chaleur des eaux usées à la sortie des bâtiments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8.2 Réutilisation des déchets ménagers comme éventuel combustible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 8.3 Intégration de pompes à chaleur géothermiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 9 Recommandations pour une éventuelle extension du réseau CAD 28 10 Conclusion 29 11 Figures et tableaux 30 12 Bibliographie 32 13 Annexes 34 13.1 Plan d’affectation de la ville d’Orbe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 13.2 Aménagement des futurs quartiers à affectations mixtes de Gruvatiez . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 13.3 Aperçu des résultats de la planiﬁcation énergétique de la ville d’Orbe réalisée par M. Javier Trespalacios 36 13.4 Extrait des statistiques énergétiques répertoriées par L. Girardin pour le canton de Genève et l’année 2005 38 13.5 Tableau des degrés-jours et jours de chauffage pour la zone climatique de Lausanne (SIA 381/2) . . . . 39 13.6 Plan de cadastre représentant par secteur le niveau de protection des eaux souterraines dans la partie Orbe Sud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1 13.7 Illustration d’un collecteur sur conduite d’écoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 13.8 Schéma de principe d’un groupe de torréfaction du café . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 13.9 PCI des déchets ménagers selon une étude TRIDEL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 13.10Tableau de données pour l’intégration de sondes géothermiques verticales alimentant 50% du chauffage de Gruvatiez (J. Trespalacios, 2014) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2 Remerciements Je tiens à remercier sincèrement toutes les personnes qui ont contribué à la réalisation de ce projet. Ma gratitude s’adresse particulièrement aux responsables de ce projet, à savoir le Professeur François Maréchal, qui m’a supervisé et conseillé dans l’avancée de mon étude, et Monsieur Javier Trespalacios, qui m’a encadré tout au long du projet, guidé et conseillé notamment lors de rendez-vous hebdomadaires à l’Université de Lausanne. Liste des abréviations A : aire de l’échangeur de chaleur C : coût c : catégorie de bâtiment (affectation + année construction/rénovation) c1 : 1er paramètre de coût pour la tuyauterie du CAD c2 : 2nd paramètre de coût pour la tuyauterie du CAD cx : coût unitaire pour l’agent énergétique x CAD : Chauffage à distance CAPEX : somme des investissements annuels CC : Chauffage centrale CCF : Couple chaleur-force CG : Chaudière à gaz COP : Coefﬁcient de performance (d’une pompe à chaleur) D : Les Ducats (zone d’étude) d : diamètre DHN : District heating network DJ : degrés-jours ∆Tlm : Moyenne logarithmique de températures ∆Tmin : Différence de températures minimale pour laquelle est dimensionné un échangeur de chaleur ECS : Eau chaude sanitaire EL : Etraz-Longeraie (zone d’étude) EU : Eaux usées ϵ : efﬁcacité de l’échangeur de chaleur Fa : taux d’actualisation G : Gruvatiez (zone d’étude) H : Hilcona (zone d’étude) H : nombre d’heure d’utilisation du chauffage par jour I : Investissement total i : taux d’intérêt JC : jours de chauffage K : Coefﬁcient de topologie k1 : 1er paramètre de la signature énergétique (pente) k2 : 2nd paramètre de la signature énergétique (ordonnée à l’origine) L : longueur MG : Moteur à gaz ˙ m : débit massique N : Nestlé (zone d’étude) nb : nombre de bâtiments OPEX : somme des coûts d’opération annuels PAC : pompe à chaleur PC : Pile à combustible PCI : Pouvoir caloriﬁque inférieur Pth,ut : puissance thermique au condenseur (utile) de la pompe à chaleur Pth,s : puissance thermique à l’évaporateur (source) de la pompe à chaleur ˙ Q : Flux de chaleur (énergie) Q : Flux de chaleur (puissance) ρ : masse volumique SRE : Surface de référence énergétique STEP : Station d’épuration SZ : surface de la zone T : température TG : Turbine à gaz τ : nombre d’années de remboursement U : coefﬁcient de transfert de chaleur ˙ V : débit volumique vs : vitesse du ﬂuide de chauffage Y : année de référence Z : zone 2 1 Résumé Le présent projet de semestre comporte 3 parties clairement distinctes : – Premièrement, les raisons qui conduisent à cette étude uploads/Ingenierie_Lourd/ analyse-et-etude-d-x27-un-chauffage-a-distance-a-orbe.pdf