De la chaleur de récupération du métro de Londres au confort thermique grâce aux pompes à chaleur GEA

Une idée aussi ingénieuse qu'unique, qui a le potentiel de devenir un modèle de référence au niveau mondial : le projet Bunhill Heat and Power Network (BHPN) dans le centre de Londres. Utiliser la chaleur fatale du métro londonien permet de chauffer et d'approvisionner en eau chaude sanitaire 1350 logements, une école et deux centres de loisirs à Islington. Compte-tenu de la nature et des spécialisations nécessaires pour ce projet, le contractant principal Colloide Engineering Systems a établi des partenariats avec des ingénieurs-conseil, des fournisseurs et des sous-traitants afin de former une équipe à même d'assurer la réalisation du projet. Membre de cette équipe, GEA a, en sa qualité de spécialiste mondial de la technologie, fourni une solution de pompe à chaleur spécialement réalisée pour ce projet phare. GEA, Colloide et toutes les sociétés impliquées soutiennent les efforts d'Islington visant à réduire les émissions de carbone dans l'objectif d'atteindre la neutralité CO2 d'ici 2030.
Islington Council et son objectif zéro carbone net à l'horizon 2030
Mobilisé depuis des années pour réduire les émissions de carbone, le conseil de l'arrondissement londonien d'Islington, l'Islington Council, a déclaré une urgence climatique. Dans la déclaration correspondante, il s'est engagé à travailler pour remplir l'objectif Zéro net d'ici 2030, c'est-à-dire atteindre la neutralité CO2. Pour centrer cet objectif avantageux pour ses habitants, Islington prend actuellement des mesures pour fournir aux ménages une énergie plus abordable et moins carbonée.
Une de ces mesures est le très révolutionnaire Bunhill 2 Energy Centre, premier du genre dans le monde Cette centrale ouvre la voie à l'utilisation de la chaleur fatale provenant des équipements publics, et, dans ce cas précis, du métro londonien. Elle assure le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude de logements, d'une école et de centres de loisirs à Islington. En récupérant et en réutilisant la chaleur fatale, ce projet contribue à réduire la consommation d'énergie et les émissions de carbone associées, tout en favorisant l'amélioration de la qualité de l'air au niveau local et en permettant aux habitants bénéficiant de ce dispositif de profiter d'un chauffage meilleur marché.

Bunhill 2 Energy Centre - Vue de l'extérieur (Photographie : Islington Council)
Cette nouvelle centrale énergétique utilise une technologie de pointe sur le site d'une station du métro de Londres, qui était inutilisée depuis plus de 100 ans. Cette station désaffectée, autrefois connue sous le nom de City Road, a été convertie en un gigantesque système d'extraction d'air qui aspire l'air chaud des tunnels sous-jacents. Ces tunnels sont utilisés par la Northern Line du métro de Londres.
La solution de pompe à chaleur de GEA
Coopérant de manière étroite avec l'Islington Council, Transport for London (TfL) et le principal contractant, Colloide Engineering Systems, GEA a installé une pompe à chaleur à l'ammoniac de 1000 kW dans un conteneur au niveau de la rue.
« Pour Colloide, la réussite se mesure toujours sur les trois plans économique, social et environnemental. Pour assurer que nos valeurs soient pleinement respectées dans chacun de nos projets, nous avons un système de pré-qualification, qui évalue les politiques de développement durable de tous les sous-traitants et fournisseurs de Colloide. GEA avec sa pompe à chaleur à l'ammoniac remplit sans conteste ce critère. »– Paddy McGuinness, Directeur général de Colloide Engineering Systems
– Paddy McGuinness, directeur général de Colloide Engineering Systems
La pompe à chaleur extrait de l'énergie de l'air chaud qui sort des tunnels du métro. L'air légèrement plus froid est rejeté dans l'environnement, tandis que l'énergie est utilisée par la pompe à chaleur pour chauffer l'eau, qui est ensuite pompée à travers un réseau de 1,5 km de canalisations de chauffage urbain jusqu'aux bâtiments du voisinage, où elle est utilisée pour chauffer les immeubles.
La pompe à chaleur mise au point et fabriquée par GEA pour le système consiste en un évaporateur/séparateur combiné, trois compresseurs et quatre échangeurs de chaleur intégrés dans le circuit de chauffage. Les échangeurs de chaleur optimisent le circuit de chauffage en fonction des critères sur la base d'un retour d'eau de chauffage à 55 ˚C et d'une fourniture d'eau atteignant jusqu'à 80 ˚C.

Pompe à chaleur GEA installée dans le Bunhill 2 Energy Centre pour réutiliser la chaleur fatale du métro londonien.
Selon Kenneth Hoffmann, Chef de produit Pompes à chaleur chez GEA Refrigeration Technologies, la conception du système a présenté de nombreux défis durant le projet. Entre autres, des tests poussés ont été effectués pour assurer que la poussière et la saleté aspirées dans l'air de ventilation n'aillent pas colmater le serpentin de l'échangeur de chaleur. Kenneth Hoffmann explique : « Le réseau de chauffage urbain de Bunhill avait besoin que l'eau chaude en provenance de la pompe à chaleur arrive à 80 °C. Nous avons utilisé des compresseurs alternatifs à deux étages, aussi appelés à « pistons », pour atteindre un coefficient de performance (COP), qui indique le rendement de la pompe à chaleur, de plus de 3,5. Étant donné que le projet se situait à proximité d'un immeuble résidentiel, l'installation inclut également une technologie de lavage pour filtrer l'air de ventilation provenant de l'enceinte de la centrale. L'objectif est d'empêcher, que dans le cas peu probable où une petite quantité d'ammoniac, le fluide frigorigène naturel employé, s'échapperait dans l'enceinte de la centrale, les habitants des lieux ne soient exposés à l'ammoniac contenu dans l'air, puisque l'ammoniac serait alors absorbé par le laveur avant d'être rejeté dans l'environnement ».
Paddy McGuinness explique pourquoi cette solution a été choisie : « Colloide a été impliquée dans un grand nombre de projets d'énergie renouvelable. Sur ce projet, Colloide a travaillé en partenariat avec GEA pour sa connaissance de la technologie de réfrigération à l'ammoniac et des pompes à chaleur. Sur la base de l'expérience de GEA, 95 % des installations de réfrigération industrielle réalisées au cours des 10 dernières années emploient de l'ammoniac. Compte-tenu de la pression grandissante à réduire leurs factures énergétiques qui pèse sur les consommateurs finals, les pompes à chaleur à l'ammoniac suscitent un intérêt grandissant. »
« Les pompes à chaleur sont nettement plus écoénergétiques que les chaudières à gaz, en particulier dans les grandes villes, et elles n'émettent pas d'oxydes d'azote (NOx) lorsqu'elles fonctionnent. Elles peuvent donc contribuer à réduire les émissions locales de polluants atmosphériques et les coûts de chauffage. Qui plus est, l'ammoniac est un fluide frigorigène naturel dont le potentiel de réchauffement planétaire est nul », explique Kenneth Hoffmann.
Un résultat inspirant
Le Bunhill 2 Energy Centre ajoute 550 logements supplémentaires et une école primaire au réseau de chauffage urbain Bunhill Heat and Power existant, lancé par l'Islington Council en 2012. Le réseau approvisionnait déjà en chaleur tous les jours de l'année deux centres de loisirs et plus de 800 logements, et la nouvelle centrale énergétique en augmente le potentiel en permettant d'approvisionner jusqu'à 2200 logements. Les coûts du chauffage pour les habitants raccordés au réseau seront 10 % moins élevés que ceux des autres systèmes de chauffage municipaux existants, qui sont eux-mêmes déjà près de moitié moins cher que les systèmes autonomes qui chauffent les habitations individuelles.
L'école primaire Moreland voisine a été le premier établissement scolaire à être raccordé au réseau, qui alimentait déjà la piscine et les installations des centres de loisirs Ironmonger Row Bath et Finsbury. Colloide, qui a également mis en place des initiatives pour investir sur les jeunes des environs, est entrée en contact avec des écoles, des établissements d'enseignement supérieur et des universités locales. L'objectif de l'entreprise est d'offrir des opportunités d'expérience professionnelle et de faire visiter les lieux de travail afin d'améliorer les compétences professionnelles, tout en augmentant la confiance des enfants du quartier dans le borough d'Islington.
Le système de chauffage réutilise la chaleur qui, sinon, serait évacuée par le réseau de ventilation souterrain. Approvisionner les logements et les installations publiques raccordés avec la chaleur ainsi valorisée aidera à réduire les émissions de CO2 de près de 500 tonnes par an.
Grâce à la coopération entre toutes les parties concernées, ceci est un modèle de chauffage urbain révolutionnaire. La principale technologie utilisée est la pompe à chaleur à l'ammoniac et le résultat est que ce projet fournit une énergie meilleur marché et plus verte à la communauté locale ».– Shaun Hannon, Responsable des contrats chez Colloide
– Shaun Hannon, responsable des contrats chez Colloide
Le potentiel du chauffage urbain encore accru à l'avenir
Le principe de la récupération de chaleur avec des pompes à chaleur peut être appliqué à Londres, comme dans tous les réseaux de métro souterrains du monde. Prenez Londres, par exemple : Ici, des études sont effectuées dans les plus de 150 puits d'aération du réseau pour déterminer ceux qui pourraient permettre de récupérer de la chaleur fatale. La technologie des pompes à chaleur GEA offre un formidable potentiel de récupération de la chaleur fatale et contribue à réduire la consommation d'énergie et les émissions de CO₂ associées.
Données du projet :
Début : 2017
Achèvement : 2019
Aire de plancher : 617 m²
Contrat : JCT Design and Build Contract
Architecte : Cullinan Studio (conception)
McGurk Chartered Architects (livraison)
Client et responsable du projet : Conseil du borough d'Islington
Partenaire principal : TfL
Ingénieur en bâtiment : Ramboll (conception), McMahon Associates (livraison)
Consultant M&E : Ramboll
QS : Gleeds
Consultants paysagistes : J&L Gibbons
Coordinateur CDM : AECOM
Inspecteur en bâtiment agréé : Islington Building Control
Société de conception et construction Colloide Engineering
Artiste : Toby Paterson
Système de pompe à chaleur : GEA (conception, fabrication et installation)
Essais et mise en service : Topic Plan
Consultants du projet : Inner Circle Consulting
Rights of Light (Droit à la lumière) : Right of Light Consulting
Logiciel de CAO : MicroStation, Revit
Contact

Étendue de la fourniture de GEA
- La solution GEA : un système de pompe à chaleur sur mesure
- Puissance calorifique : 1000 kW
- Source de chaleur : Air du circuit de ventilation du métro londonien (18 à 30 ˚C / 64,4 à 86 °F)
- Source froide : Eau du réseau de chauffage urbain (55 à 80 °C / 131 à 176 °F)
- C.O.P. : 3,5 (moyenne annuelle) (1 kWh électricité = 3,5 kWh chauffage)
- Type de compresseurs : Compresseur à pistons GEA Grasso
- Fluide frigorigène naturel : ammoniac
