Une sous-station de chauffage, également appelée poste de livraison, est une solution de distribution de la chaleur aux bâtiments d’un quartier ou d’une ville raccordés à un système de chauffage urbain. En assurant la liaison entre les circuits primaire et secondaire, cette interface joue un rôle crucial au sein du réseau de chaleur. C’est un maillon essentiel de l’installation, véritable trait d’union entre le gestionnaire et les abonnées et abonnés ! Mais à quoi sert-elle exactement ? Quels équipements ce local technique contient-il ? Coup d’œil sur les sous-stations de chauffage, leur fonctionnement et leur composition.
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Sous-station de chauffage : de quoi parle-t-on ?
Sans sous-stations, pas de chauffage urbain
L’INFO HELLIO :
Quelles sources d’énergie pour un réseau de chaleur ? Le mix énergétique du chauffage urbain repose principalement sur l’exploitation d’énergies renouvelables et de récupération, locales et peu émettrices de gaz à effet de serre. On recense plus de 800 réseaux de chaleur en France, qui alimentent tous types de bâtiments : immeubles d’habitation, écoles, bureaux, services publics…
Les sous-stations sont des composants essentiels des réseaux de chaleur – des systèmes de chauffage collectif à l’échelle d’un quartier ou d’une commune. Ils ne peuvent tout simplement pas exister sans les sous-stations ! En effet, les sous-stations font partie intégrante du processus de distribution de chaleur. Elles agissent comme des intermédiaires entre le fournisseur d’énergie et les abonnés, et matérialisent la limite physique entre les équipements dédiés à la production de la chaleur et ceux consacrés à son utilisation.
Un local technique qui assure le transfert de chaleur aux bâtiments
L’ASTUCE HELLIO :
L’arrêté interministériel du 23 juin 1978 définit une sous-station comme « un local abritant les appareils qui assurent, soit par mélange, soit par échange, le transfert de chaleur d’un réseau de distribution dit réseau primaire à un réseau d’utilisation dit réseau secondaire ».
Concrètement, une sous-station est un local technique situé au pied d’un bâtiment, et qui permet l’échange de chaleur entre le circuit de chauffage urbain et celui de la structure concernée. Par conséquent, chaque édifice raccordé à l’installation centralisée dispose d’un poste de livraison pour assurer la production de chauffage, et éventuellement d’eau chaude sanitaire. Parfois, une sous-station peut servir de relais pour plusieurs constructions.
Les différents types de sous-stations de chauffage
Les sous-stations de chauffage se distinguent les unes des autres par la nature du fluide caloporteur (eau ou vapeur) utilisé par le réseau de chaleur. Pour les postes d’échange thermique à vecteur eau, la température du liquide constitue également un facteur différenciant.
Il existe ainsi 3 catégories de points de livraison :
- Les sous-stations à eau chaude basse pression (ou basse température) : l’eau circulant dans le réseau atteint 60 à 110 °C. Cette configuration est la plus répandue pour les copropriétés, les bâtiments tertiaires ou les hôpitaux.
- Les sous-stations à eau surchauffée : ici, les degrés grimpent. La température de l’eau est comprise entre 110° et 180°, afin de pouvoir répondre aux besoins des réseaux de grande envergure qui alimentent des activités comme les laveries ou les abattoirs. Ce type de sous-station peut également être raccordé à des bâtiments résidentiels.
- Les sous-stations à vapeur : les températures vont de 200 à 300 °C. Ces sous-stations sont principalement réservées à la fourniture de chaleur industrielle. Mais il existe certaines exceptions. Le réseau de chaleur de Paris, par exemple, achemine les calories aux sous-stations sous forme de vapeur haute pression.
La nature du fluide primaire et la puissance de la sous-station, entre autres, influent sur les règles à respecter en matière d’emplacement, de dimensions et d’aménagement du local.
LE CHIFFRE HELLIO : 30 °C
Ces dernières années, l’Agence de la transition écologique (Ademe) observe une croissance des installations de boucles d’eau tempérée, des réseaux de distribution où la température de l’eau est inférieure à 30 °C et qui constituent une alternative locale intéressante au chauffage urbain traditionnel, pour des ensembles de logements ou des écoquartiers. Dans cette configuration, les sous-stations abritent une ou plusieurs pompes à chaleur eau/eau qui assurent l’élévation de la température pour les besoins en chaud et en froid.
À quoi sert une sous-station d’échange thermique ?
La sous-station de chauffage est un élément vital du réseau de chaleur. Mais à quel moment intervient-elle ? Quelle mission remplit-elle ?
La place du poste de livraison au sein d’un réseau de chaleur
Une installation de chauffage urbain se compose de plusieurs équipements, dont les sous-stations de chauffage.
En amont de celles-ci, on trouve :
- L’unité de production de chaleur, par exemple la chaufferie ou la pompe à chaleur (PAC) géothermique,
- Le circuit « aller et retour » de distribution primaire, constitué de canalisations souterraines qui acheminent la chaleur depuis le site de production jusqu’aux points de livraison.
Les sous-stations se trouvent donc à la jonction entre le réseau primaire et le réseau secondaire qui dessert le bâtiment raccordé. En aval, on retrouve la boucle de chauffage et d’eau chaude sanitaire de l’immeuble, ainsi que le circuit « retour » du réseau primaire, où le fluide énergétique refroidi repart jusqu’à la centrale de production.
Les sous-stations comportent tous les éléments nécessaires au transfert de chaleur entre les fluides caloporteurs des réseaux primaire et secondaire. Mais pas seulement.
Les principaux éléments constituant une sous-station sont :
- Une vanne de barrage (équipement indispensable pour la sécurisation en cas d’intervention),
- Un échangeur de chaleur primaire/secondaire (véritable limite physique entre les installations à la charge du gestionnaire et celle à la charge de l’abonné ou de l’abonnée),
- Un compteur de calories permettant le décompte de l'énergie réellement consommée par l’abonné ou l'abonnée,
- Un réseau de collecteurs secondaire, constitué d’autant de départs que nécessaire à la configuration du site à alimenter,
- Une panoplie de vannes de régulation et de pompes de distribution pour chaque circuit,
- Une production d’eau chaude sanitaire,
- Une armoire électrique de protection et de régulation,
- Une arrivée d’eau froide.
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Comment fonctionne une sous-station de chauffage ?
Dans les grandes lignes, le fonctionnement d’une sous-station de chauffage est relativement simple à comprendre :
- L’eau chauffée ou la vapeur haute pression arrive jusqu’à la sous-station depuis la chaufferie ou toute autre unité de production de chaleur, via la tuyauterie isolée du circuit de distribution primaire.
- L’échange de chaleur se produit au sein de la sous-station grâce aux équipements (échangeurs) qui la composent : le fluide caloporteur du réseau de l’immeuble, appelé réseau secondaire, se charge en calorie grâce à son contact indirect avec le fluide caloporteur du réseau primaire.
- Le réseau de chaleur secondaire achemine la chaleur à travers l’ensemble du bâtiment, chaleur restituée via les émetteurs (radiateurs ou planchers chauffants).
- Une fois délesté de ses calories, le fluide du réseau secondaire rejoint à nouveau l’échangeur pour y être réchauffé grâce au réseau primaire.
Une fois sa mission accomplie, le fluide caloporteur du réseau primaire retourne à l’unité de production de chaleur. Il y sera de nouveau chauffé avant de reprendre la route vers les sous-stations du réseau de chauffage urbain.
Les différents éléments de la sous-station de chauffage
Le local technique accueille les installations indispensables au bon fonctionnement de la sous-station. Son principal composant est l’échangeur de chaleur. Qu’il soit à plaques ou tubulaire, il sépare physiquement le réseau de chauffage urbain du circuit interne du bâtiment.
L’ASTUCE HELLIO :
Dans la majorité des cas, l'échangeur nécessaire au bon fonctionnement de la sous station de chauffage doit être fourni indépendamment du reste des équipements. Il existe toutefois des sous stations préfabriquées, directement prêtes à être implantées dans le local technique.
De façon plus rare, la sous-station peut comporter une bouteille de mélange plutôt qu’un échangeur, un système qui a la même fonction, mais qui implique en revanche un mélange des fluides primaire et secondaire. Le réseau de chaleur de Grenoble, par exemple, a préféré remplacer les bouteilles de découplage de ses sous-stations par des échangeurs à plaques pour éviter cet inconvénient (source : Barriquand).
Le poste de raccordement contient également les équipements de sécurité et de régulation connexes à l’échangeur thermique (vannes, sonde, thermostat…). Autre appareil essentiel : le compteur de chaleur transférée. Il permet de mesurer la consommation d’énergie et d’établir la facture des abonnées et abonnés.
Enfin, la sous-station regroupe les éléments du réseau de chauffage de l’immeuble : organe de production d’eau chaude sanitaire, vannes d’isolement, pompes de circulation, soupapes de sécurité…
L’intérêt de raccorder son bâtiment au chauffage urbain
Le raccordement au réseau de chaleur présente de nombreux avantages. En remplaçant les chaufferies classiques des bâtiments, les sous-stations de chauffage offrent une solution simple, moins encombrante et plus respectueuse de l’environnement pour distribuer de la chaleur aux appartements ou aux bureaux.
De plus, elles éliminent les risques associés aux chaudières fossiles traditionnelles, tels que les explosions, les incendies et l’intoxication au monoxyde de carbone. Pas de gaz ou de fioul, pas de stock de combustible ! Les occupantes et occupants des bâtiments dotés d’une sous-station d’échange profitent ainsi d’un confort thermique fourni par un équipement plus sécurisé. Et aussi, dans la majorité des cas, plus écologique ! La plupart des réseaux de chaleur exploitent en effet l’énergie issue de l’incinération de déchets, de la combustion de la biomasse ou de la géothermie.
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