Equilibrage hydraulique du réseau primaire du CEA SACLAY

le 24 Août 2023

Par Patrick DELPECH pour la société MAPSEC

Présentation du réseau et de l’opération d’équilibrage

Le réseau primaire du CEA de Saclay a été équilibré selon la méthode EQUILOG(*) durant la saison de chauffe 2018/2019.
(*) Méthode d’équilibrage par homogénéisation des températures de retour, brevets copropriétés de la société Mapsec https://mapsec.fr/ et de l’Education Nationale.

La nécessité de l’opération de l’équilibrage du réseau primaire du CEA de Saclay a découlé du raccordement d’une nouvelle sous-station de 2,2 MW.

Le réseau alimente 89 échangeurs répartis dans 81 sous-stations, pour une puissance installée totale de 88 MW. Il est alimenté à partir d’une chaufferie combinée à une cogénération.
→ 69 échangeurs alimentent exclusivement des circuits radiateurs et des centrales de traitement d’air en régime nominal 80/60 °C.
→ 25 échangeurs alimentent pour partie des panneaux de sol en régime nominal 50/40 °C.

CEA

Les sous stations sont équipées d’échangeurs à plaque. La régulation de la température au départ secondaire des échangeurs s’effectue sur des vannes de régulation deux voies installées au primaire des échangeurs.

schéma

La chaufferie d’une puissance de 58 MW est par ailleurs couplée à une cogénération de 12 MW.

option chaufferie

Le départ du réseau primaire est maintenu à 105°C par grand froid (- 10°C extérieur) et est progressivement abaissé à 80°C (pour 20°C extérieur). Le débit varie automatiquement entre 800 et 1300 m³/h en fonction de l’ouverture des vannes de régulation 2 voies. La variation de la vitesse de la pompe d’alimentation du circuit s’effectue en contrôle d’un écart de pression mesuré en extrémité de réseau.

La méthodologie EQUILOG repose sur un abaissement préalable de la température de départ du circuit à une valeur suffisamment faible pour entraîner la grande ouverture des vannes de régulation au primaire des échangeurs.

Les températures de retour des échangeurs sont ensuite mesurées pour un débit et une température de départ en chaufferie constants. Ces températures de retour sont alors représentatives du niveau d’irrigation primaire des échangeurs. Avec prise en compte du régime de température des réseaux secondaires, les sous-stations les mieux alimentées présentent des températures de retour élevées et inversement.

L’uniformisation des températures de retour des échangeurs permet de rétablir une irrigation homogène en fonction des besoins secondaires. Dans le cas du circuit du CEA de Saclay, il a par ailleurs été intégré la prise en compte de températures de retour différentiées selon la part de puissance plancher chauffant alimentée.

technicien

Réglages effectués et résultats obtenus en fin d’équilibrage

L’uniformisation des températures de retour, avec prise en compte d’un abaissement supplémentaire de la température de retour dans les sous-stations présentant une part de plancher chauffant a conduit :
→ A nettement brider 34 échangeurs, dont 28 situés en amont de la nouvelle sous-station.
→ A débrider plus légèrement 29 échangeurs dont la plupart situés à hauteur et en aval de la nouvelle sous-station raccordée.

Réglages effectués

Remarque : Les températures de retour ci-dessus ont été mesurées pour un débit et une température de départ en chaufferie stabilisés, toutes vannes de régulation 2 voies en sous-station en grande ouverture. Les mesures effectuées après équilibrage ont été relevées pour un débit et une température de départ supérieurs à ceux stabilisés avant équilibrage, ce qui explique des températures de retour supérieures après équilibrage.

En fin d’opération d’équilibrage, sans modification des réglages de débit et de température en chaufferie, toutes vannes de régulation 2 voies en grande ouverture, il est apparu :

→ La bonne irrigation de la nouvelle sous-station raccordée et celles situées à sa proximité

→ Une réduction de la consommation électrique de pompage de 16%.

→ Une sensible amélioration de la récupération de chaleur sur la cogénération.

Evolution des performances du réseau

Sans modification des réglages d’origine débit et température de départ en chaufferie, l’analyse du comportement ultérieur du réseau, vannes 2 voies en « mode régulation », a permis de constater :
→ Une baisse du débit distribué en moyenne de 16 % sans perturbation constatée sur le chauffage des bâtiments.

baisse du débit

Il en découle sur les pompes à vitesse variable du réseau primaire du CEA de très importantes économies d’électricité et une légère augmentation de l’écart de température aller-retour du circuit. Cette augmentation de l’écart de température conduit à une baisse de la température de retour favorable à la cogénération.

→ Une baisse de la température de retour du réseau de l’ordre de 2°C

baisse de la température de retour

Cette baisse de la température de retour est directement utile au fonctionnement de la cogénération car, au-dessus d’une température de retour de 68°C, la récupération n’est pas maximale et une partie de la chaleur doit être évacuée sur un système de refroidissement. En théorie, un abaissement de 2°C de la température de retour du réseau permettant de passer d’une température de retour de 70°C à 68°C est potentiellement synonyme d’un gain énergétique de 10% sur la récupération.

Sur le réseau primaire du CEA, pour des températures extérieures comprises entre +2 et +12°C, qui représentent l’essentiel de la saison de chauffe, l’opération d’équilibrage a permis de diviser par 3 le nombre d’heure de dépassement du seuil de 68°C . Le gain potentiel sur la récupération thermique de la cogénération correspondant à cette baisse de la température de retour devrait, sur le réseau primaire du CEA, être de 2 à 3% sur la saison de chauffe.

Outre le bon raccordement de la nouvelle sous-station, les gains sur la cogénération et les économies d’électricité de pompage assurent un amortissement de l’opération en moins de 2 années.

Par Patrick DELPECH pour la société MAPSEC – Août 2023