Générations de réseaux (1G–5G)

Les réseaux de chauffage et de refroidissement à distance (CAD/FAD) sont regroupés en générations selon leurs températures de fonctionnement. La génération détermine quels types de sources de chaleur sont envisageables, quelle quantité de chaleur les conduites perdent en transit et de quel équipement les bâtiments ont besoin dans leurs sous-stations. TESSA permet de concevoir et de simuler des réseaux de toute génération, y compris les réseaux d'anergie 5G.

Les cinq générations en bref

flowchart LR
    G1["1G<br/>Vapeur<br/>≥ 200 °C"]
    G2["2G<br/>Eau chaude<br/>sous pression<br/>90–120 °C"]
    G3["3G<br/>Eau chaude<br/>70–90 °C"]
    G4["4G<br/>Basse temp.<br/>30–70 °C"]
    G5["5G<br/>Ambiant /<br/>anergie<br/>5–25 °C"]

    G1 --> G2 --> G3 --> G4 --> G5

    classDef gen fill:#fff3e0,stroke:#ED6000,stroke-width:1.5px,color:#bf360c
    class G1,G2,G3,G4,G5 gen

De la 1G à la 4G : distribution centralisée de la chaleur

Dans les réseaux de la première à la quatrième génération, la chaleur est produite de manière centralisée et transportée jusqu'aux bâtiments. Le fluide est plus chaud que ce dont les bâtiments ont besoin, de sorte que la chaleur sort du réseau à chaque sous-station. Le compromis essentiel est entre température de départ et pertes thermiques :

• Température de départ plus élevée → écart de température plus grand → conduites plus petites pour la même puissance, mais davantage de chaleur perdue dans le sol par mètre de conduite.
• Température de départ plus basse → moins de pertes dans les conduites, mais les bâtiments peuvent nécessiter une rénovation (radiateurs plus grands ou chauffage au sol) pour fonctionner avec un départ plus frais, et les pompes à chaleur centrales deviennent plus efficaces.

À mesure que la température de départ baisse de la 3G à la 4G, les pompes à chaleur centrales deviennent plus attrayantes (COP plus élevé à plus faible écart), le solaire thermique et la chaleur fatale s'intègrent plus facilement, et les pertes thermiques diminuent nettement.

5G : boucles ambiantes et réseaux d'anergie

Les réseaux de cinquième génération fonctionnent à peu près à la température du sol — assez proche de celle-ci pour que les pertes thermiques des conduites soient négligeables. Au lieu de transporter la chaleur de manière centralisée, la conduite transporte un potentiel thermique : les bâtiments ayant une demande de chauffage prélèvent de la chaleur dans la boucle via une pompe à chaleur ; les bâtiments ayant une demande de refroidissement rejettent de la chaleur dans la même boucle.

Le refroidissement devient ainsi une ressource thermique gratuite. La chaleur de refroidissement (qui serait sinon rejetée dans l'air) est redistribuée aux bâtiments qui ont besoin de chauffage. Dans les quartiers à usage mixte avec des charges simultanées de chauffage et de refroidissement, la 5G peut réduire sensiblement la consommation totale d'énergie primaire.

Principales implications de conception de la 5G

• Chaque sous-station de bâtiment nécessite une pompe à chaleur — le réseau est trop froid pour couvrir directement la demande du bâtiment. L'investissement se déplace ainsi du centre énergétique vers les sous-stations.
• Protection contre le gel — le fluide peut descendre sous 0 °C lors de l'extraction de pointe dans les climats froids ; un mélange glycolé est donc souvent utilisé.
• Équilibre thermique — si le quartier est dominé par le chauffage, l'extraction dans la boucle refroidira le sol au fil du temps et le COP des pompes à chaleur diminuera. Des sources de régénération (solaire thermique, aéroréfrigérants, chaleur fatale) aident à maintenir la température du sol. Voir Champs de sondes géothermiques.
• COP de la pompe à chaleur d'appoint. Le COP à chaque sous-station dépend de la température de départ du réseau $T_\text{source}$ et de la température de livraison du bâtiment $T_\text{delivery}$ :
  $\text{COP} = \eta_\text{Carnot} \cdot \frac{T_\text{delivery}}{T_\text{delivery} - T_\text{source}}$
  Ici, $\eta_\text{Carnot}$ est le rendement de la pompe à chaleur par rapport au cycle de Carnot, typiquement de 0,4 à 0,5. La consommation d'électricité est ajoutée aux coûts d'exploitation et au CO₂ du bâtiment. La boucle ne transporte que la chaleur qui y est prélevée.
• Modèle de pertes thermiques — TESSA fixe les pertes thermiques des conduites à zéro pour les réseaux en mode refroidissement et combinés, car les températures de fonctionnement sont proches de l'ambiante.

Choisir une génération dans TESSA

La génération du réseau est déterminée implicitement par les températures de départ et de retour que vous définissez dans la configuration du fluide caloporteur du réseau, et par le type de sous-station que vous attribuez à chaque raccordement de bâtiment :

• Température de départ ≥ 60 °C + échangeur de chaleur ou sous-stations directes → réseau de chauffage 3G/4G.
• Température de départ 10–20 °C + sous-stations à pompe à chaleur d'appoint → réseau d'anergie 5G.

TESSA ne vous oblige pas à déclarer un numéro de génération — la simulation s'adapte en fonction des températures et des types de sous-stations que vous configurez.

Pour aller plus loin

• Modèle de données des réseaux et sources de chaleur — fluide caloporteur, températures de départ/retour et types de sous-stations.
• Simulation du réseau — quand les pertes thermiques sont calculées et quand elles sont fixées à zéro.
• Champs de sondes géothermiques — modélisation de la température du sol pour les boucles d'anergie 5G.