De nouvelles façons d’utiliser l’énergie de basse qualité provenant des eaux usées et des eaux industrielles
Le chauffage et le refroidissement des bâtiments et dans l’industrie représentent la moitié de la consommation d’énergie de l’UE. Selon les chiffres d’Eurostat pour 2019, 75 % du chauffage et du refroidissement sont toujours produits à partir de combustibles fossiles. Le projet LOWUP, financé par l’UE, qui rassemble 13 partenaires de sept pays européens, a fait la démonstration de technologies innovantes qui captent et réutilisent l’énergie de faible qualité. La chaleur résiduelle est une ressource inexploitée qui représente un pas en avant vers une réduction significative de la consommation d’énergie primaire et des émissions de CO2.
Extraire la précieuse chaleur des égouts
Aussi surprenant que cela puisse paraître, sous nos pieds se cache une source d’énergie pratiquement insoupçonnée: les eaux usées domestiques. Selon des études menées en Allemagne et en Suisse, 3 % de l’ensemble des bâtiments pourraient être alimentés en chaleur (ou en froid) grâce à l’exploitation de la chaleur des eaux usées. «Les systèmes d’égouts contiennent des eaux usées dont la température varie entre 10 °C et 25 °C. Cette température permet un fonctionnement économique des pompes à chaleur pour le chauffage (ou le refroidissement) des bâtiments tertiaires tels que les hôpitaux, les hôtels, les piscines et les centres commerciaux», fait remarquer Rafael Socorro, coordinateur du projet. Par rapport aux autres sources d’énergie traditionnelles des pompes à chaleur (eaux souterraines, chaleur géothermique, air extérieur), les eaux usées des systèmes de drainage résidentiels offrent une base idéale pour la récupération de la chaleur du fait de leur température plus élevée. Le défi consiste à combiner un échangeur thermique à haute performance (qui extrait la chaleur des eaux usées) avec une pompe à chaleur. La solution innovante HEAT-LowUP repose sur un échangeur thermique hybride développé par Wasenco, partenaire du projet. Ce système récupère environ 20 à 30 % de la chaleur des eaux usées acheminées vers les égouts pour chauffer l’eau destinée à la cuisine et la lessive, tout en ne consommant pratiquement pas d’électricité, grâce à la mise en place d’une solution passive.
Récupérer la chaleur des eaux usées industrielles
Les partenaires du projet ont également dévoilé HP-LowUP, une solution qui récupère la chaleur des eaux usées tièdes produites par les processus industriels. La clé de ce succès a été un échangeur thermique rotatif développé par Pozzi Leopoldo Srl, partenaire du projet. «Ce type d’échangeur thermique est spécialement conçu pour fonctionner sans perdre en efficacité avec des effluents sales contenant des particules mécaniques. En maintenant les surfaces d’échange (les disques) en rotation constante, il reste propre et ne nécessite donc que peu ou pas de maintenance», explique Rafael Socorro. «Normalement, les échangeurs thermiques ont tendance à se boucher ou à s’encrasser lorsqu’ils traitent des fluides sales, ce qui peut nuire considérablement à l’efficacité des installations de récupération d’énergie des eaux usées. Dans le pire des cas, ils peuvent réduire la performance de transmission de chaleur de l’échangeur thermique d’un facteur de 2,5», ajoute Rafael Socorro. Outre la nouvelle conception de l’échangeur de chaleur, les chercheurs ont amélioré le contrôle du détendeur qui a désormais un coefficient de transfert de chaleur plus élevé. Ils ont également introduit un nouveau système de contrôle qui fournit un retour plus précis sur l’état de la pompe à chaleur. HP-LowUP n’a pas encore été mis en pratique, mais les premiers résultats obtenus dans une tannerie se sont révélés très prometteurs pour une utilisation généralisée en environnement industriel. Les rejets à basse température (29 °C) ont été convertis en eau préchauffée utilisable (40 °C). «La plus grande partie de la puissance thermique nécessaire à l’installation de récupération de chaleur (environ 500 kW) a été fournie avec une consommation d’environ 50 kW (provenant des instruments auxiliaires du système et de la pompe à chaleur), ce qui s’est traduit par un excellent coefficient de performance global. En supposant que le système fonctionne 168 h/semaine pendant 48 semaines/an, il serait capable de récupérer 3 792 MW/an et d’éviter l’émission de 1 250 tonnes de CO2 par an», conclut Rafael Socorro.
Mots‑clés
LOWUP, eaux usées, échangeur de chaleur, égouts, pompe à chaleur, chauffage et refroidissement, chaleur résiduelle, énergie de mauvaise qualité, efficacité énergétique, efficacité énergétique dans l’industrie
