Dans un souci d’efficacité énergétique et afin d’accroître les performances économiques et environnementales des réseaux de chaleur, des techniques d’optimisation ont été élaborées, parmi elles, l’isolation des canalisations.

Les pertes thermiques, qu’est-ce que c’est ?

Contrairement à ce que l’on pourrait penser, les pertes thermiques désignent les pertes d’énergie et de chaleur ; en d’autres termes, les calories cédées. Au sein d’un réseau de chaleur, l’eau circule dans des tubes à une température de 110 °C (généralement). Elle transmet son énergie à l’acier qui atteint la température de l’eau. Toutefois, plus on s’éloigne du centre du tube pré-isolé, plus l’énergie transmise par l’eau se dissipe et la matière se rapproche de la température du sol.

Comment limiter les pertes thermiques ?

Il existe trois types de pertes thermiques :

• par conduction ;
• par convection ;
• par rayonnement.

Seul le phénomène de conduction nécessite une prise en compte, les pertes thermiques par convection et par rayonnement étant considérées comme négligeables pour les réseaux de chaleur. La conduction thermique s’explique par la propagation de l’énergie par contact de proche en proche dans la matière : le tube en acier cède une partie de sa chaleur à la mousse polyuréthane qui en cédera elle-même à la gaine. La gaine échange à son tour avec le sol.

Une meilleure isolation des canalisations permet de réduire les pertes thermiques de 15 à 20 %. La mousse polyuréthane jouant le rôle d’isolant, on obtient une différence de température importante entre le diamètre intérieur du tube acier (environ 110 °C) et le diamètre extérieur de la gaine PEHD (environ 10 °C).

Comment calcule t-on les pertes thermiques ?

Dans notre configuration de réseaux de chaleur, les pertes thermiques sont calculées sur la base d’un régime établi, puisque l’eau circule en continu dans le tube. Un calcul linéaire est donc réalisé, c’est-à-dire que l’on tient compte dela longueur totale du réseau.

De ce calcul, basé sur des facteurs tels que la résistance thermique de l’acier, de la mousse et de la gaine PEHD ainsi que la température du sol, l’enfouissement des tubes et le régime de température, découle un résultat en Watt par mètre linéaire pour un DN donné.

Pourquoi calculer les pertes thermiques ?

Avec ce calcul, on obtient la déperdition d’énergie entre la chaufferie et les sous-stations. Le résultat permet de valider le choix de l’isolation. Plus les pertes sont limitées, plus le réseau est performant, économe en énergie, mais aussi rentable. Le calcul des pertes thermiques a donc une utilité à la foiséconomique et écologique.

En outre, le calcul des pertes thermiques permet de définir la température de peau de la gaine PEHD. Cela pourra avoir un véritable intérêt lorsque le réseau de chaleur est implanté à proximité d’autres canalisations (notamment de gaz).

Source de l’image à la Une : Wikimedia Commons (Power Solutions)

For the sake of energy efficiency and to increase the economic and environmental performance of heating systems, optimization techniques were developed, among them, the insulation of pipes.

Heat losses, what is it?

Contrary to what one might think, the heat losses means the power and heat losses; in other words, the heat transferred. In a district heating network, the water circulates in the tubes at a temperature of 110 ° C (generally). It transmits its energy to the steel reaches the temperature of the water. However, the further away from the center of the pre-insulated pipe, the more energy transmitted through water dissipates and matter approaches the soil temperature.

How to limit heat loss?

There are three types of heat loss:

conduction;
by convection;
by radiation.
Only the conduction phenomenon requires taking into account the heat loss by convection and radiation are considered negligible for heat networks. The thermal conduction is due to the propagation of energy by contact from point to point in the material: steel tube transfers part of its heat to the polyurethane foam that will transfer itself to the sheath. The exchange sheath in turn with the ground.

Better insulation of pipes reduces heat loss by 15 to 20%. Polyurethane foam acting as an insulator, a large temperature difference between the inner diameter of the steel tube is obtained (about 110 ° C) and the outer diameter of the HDPE sheath (about 10 ° C).

How does one calculate the heat loss?

In our configuration heating systems, heat losses are calculated on the basis of a steady state, since water is continuously circulated in the tube. A linear calculation is carried out, that is to say taking into account of the total length of the network.

From this calculation, based on factors such as heat resistance of steel, foam and HDPE sheath and soil temperature, burying pipes and the temperature regime, derives a result in watts per meter for a given DN.

Why calculate heat loss?

With this calculation, we obtain the energy loss between the boiler and the substations. The result validates the choice of insulation. More losses are limited, the more the network is performing, energy efficient, but also cost effective. The heat loss calculation therefore has utility both economical and ecological.

In addition, the heat loss calculation is used to define the skin temperature of the HDPE sheath. This may have a genuine interest when the heating system is close to other pipelines (including gas).

Image source : Wikimedia Commons (Power Solutions)