Evaluation du potentiel du chauffage urbain dans le contexte du changement climatique et de la renovation des batiments

The assessment of district heating potential in a context of climate change and building renovation

• Auteur / Autrice : Ivan Andric
• Direction : Olivier Le Corre, Paulo Ferrão
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, thermique et combustion
• Date : Soutenance le 22/09/2017
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire en cotutelle avec Instituto superior técnico (Lisbonne)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Christian Inard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Le Corre, Paulo Ferrão, Christian Inard, José Teixeira, Paula Antunes, Benoit Beckers, Carlos Silva, Bruno Lacarrière
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : José Teixeira, Paula Antunes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Développement durable

Changements climatiques

Chauffage urbain

Mots clés libres

Changement climatique

Chauffage urbain

Environnement urbain

Développement durable

Climate change

District heating

Urban environment

Sustainability

Résumé

Le domaine principal de cette thèse s’intéresse aux conséquences du changement climatique et des actions de rénovation dans le bâtiment sur les réseaux urbains de chaleur, ainsi qu’aux performances environnementales de ces derniers afin d’évaluer leur potentiel dans le futur. Dans ce but, deux modèles complémentaires ont été développés :•Un modèle dynamique de prévision de la demande de chaleur d’un bâtiment. Ce modèle repose sur une analogie thermoélectrique et a comme entrées, non exclusivement, des données climatiques et des scénarii de rénovation. Les résultats de ce modèle ont été comparés avec ceux d’un logiciel de référence (Energie Plus) : les erreurs sont acceptables. Ce modèle est générique et peut être utilisé dans différentes zones géographiques à l’échelle du quartier. Il a été appliqué sur des quartiers à Nantes et Lisbonne;•Un modèle d’évaluation environnementale (reposant sur le concept d’empreinte énergétique, éMergie) de réseau urbain de chauffage a été conçu. Ce modèle est générique et permet de tester différentes technologies de production et de distribution de chaleur. Il a été appliqué sur des applications en Suède et en Serbie;Les résultats des différentes applications indiquent que la nouvelle génération des réseaux urbains de chaleur ayant une infrastructure compacte (utilisant des matériaux à faible impact environnemental) et une production de chaleur à base de ressources renouvelables ou assimilées pourraient être une solution porteuse d’avenir. Cependant, pour maintenir la rentabilité de tels projets, la réduction de la consommation de chaleur des clients, conséquence en direct du changement climatique et en indirect des incitations aux rénovations du bâti, devrait être considérée dès la phase de conception, et intégrée dans de nouveaux business-plan afin de maintenir des prix de vente de la chaleur attractifs.

The main scope of this thesis is to assess the impacts of changed weather conditions and building renovation on district heating systems in the future, as well as the environmental performance of such systems within the urban environment, in order to evaluate the potential of district heating in the future. In order to do so, two models were developed:•A dynamic model for heat demand forecast, based on the thermo-electrical analogy, that takes into account weather and building renovation scenarios. The model had a satisfactory precision, and it can be applied on any location for a given number of buildings, which was proved on the example of multiple case studies;•An environmental assessment model (based onemergy theory) for the assessment of district heating systems environmental performance within the urban environment. The approach can be applied on any type of district heating systems, as well as on competitive urban heating technologies, which was proved by the application on multiple systems within the case studies considered;The results from case studies indicate that the new generation of district heating systems with compact infrastructure (made of non-environmentally intensive materials) and renewable heat production could be a solution for providing sustainable heating services to urban environments. However, in order to maintain the feasibility of these projects, potential heat demand reductions caused by the direct and indirect impacts of climate change should be considered during the design phase, along with the development of new business plans in order to maintain relatively low prices of district heating services. Moreover, the difference between these impacts in different climate types should be considered.