Vapeur : une sous-station Spirec dans un bâtiment haussmannien

Dans Paris, la CPCU (Compagnie Parisienne de Chauffage Urbain qui appartient à Engie) produit 8 millions de tonnes de vapeur par an. Depuis 1927, cette vapeur est distribuée toute l’année, y compris l’été pour la production d’eau chaude sanitaire, à 200°C par un réseau maillé qui atteint aujourd’hui plus de 510 km et compte 800 chambres de vannes.

La vapeur est livrée au pied de chaque bâtiment dans une sous-station. Après échange de chaleur, la vapeur se condense en eau et repart vers les chaufferies CPCU dans le réseau retour. 6 000 bâtiments sont raccordés au réseau vapeur de la CPCU. La foncière Gecina en possède quelques un.

Pratiquement en face de l’Olympia, Gecina possède en totalité le n°1 boulevard de la Madeleine. C’est un bâtiment haussmannien, construit en 1890, restructuré en 1996, qui abrite 716 m² de commerces au rez-de-chaussée, 1800 m² de bureaux et 6 logements (542 m² au total) dans les derniers étages. ©PP

Un bâtiment haussmannien au n°1 boulevard de La Madeleine

Propriété de Gecina, le bâtiment au n°1 Boulevard de la Madeleine à Paris a besoin de chauffage, de rafraîchissement et, toute l’année, d’eau chaude sanitaire. Il est raccordé au réseau CPCU pour le chauffage et l’ECS et au réseau Climespace pour le rafraîchissement. Les logements sont équipés de ventiloconvecteurs pour le chauffage et le rafraîchissement.

Lorsqu’il a fallu rénover la sous-station CPCU, replacer l’échangeur chauffage de 400 kW, la bâche à récupération des condensats et le préparateur semi-instantané pour la production d’ECS, le service technique de Gecina a posé quelques exigences. Gecina a retenu le BE NAMIXIS, reconnu pour son expertise sur la vapeur. 

Il faut dire que depuis le 1er janvier 2018, date d’entrée en vigueur de l’arrêté du 20 novembre 2017 relatif au suivi en service des équipements sous pression et des récipients à pression simple, la règlementation a été modifiée, simplifiant certains aspects, tout en en sévérisant d’autres. De plus, la vapeur présente de désagréables propriétés de corrosion accélérée des matériaux.

Namixis avait déjà réalisé plusieurs sous-stations vapeur pour Gecina, en installant le récupérateur de chaleur Spirec pour la production d'eau chaude, mais associé à des matériels d'autres marques. Cette fois-ci, Namixis a proposé de n'utiliser que des équipements Spirec. Namixis a réalisé les clculs, le dimensionnement, établit le schéma de l'installation et supervisé les travaux, réalisés par SOLVAC Génie Climatique. Une entreprise parisienne très au fait des subtilités de la vapeur.

Gecina a  décidé de n’installer que des équipements en acier inoxydable dans ses sous-station vapeur. De plus, pour faciliter leur maintenance, Gecina exige que les matériels retenus pour ses sous-stations passent en dessous des obligations de la Directive européenne sur les Equipements sous Pression du 15 mai 2014. Par exemple, les échangeurs dont le produit Pression maximale admissible x volume est supérieur à 200  - noté P.V>200 - doivent être inspecté annuellement par un tiers qualifié. Ce qui est particulièrement coûteux.

Tous les équipements doivent appartenir au groupe de risque niveau 1, afin d’éviter une requalification périodique tous les deux ans. Enfin, Gecina exigeait une économie d’énergie significative par rapport aux équipements précédents.

Le choix des équipements Spirec

Pour toutes ces raisons, Gecina a retenu les solutions Spirec. Fabriqués dans l’usine de Sartrouville (78), les échangeurs Spirec sont en plaques d’acier inoxydable 316 L enroulées et soudées. Leur durée de vie dépasse 20 ans. Certains échangeurs Spirec utilisés pour la production d’ECS fonctionnent depuis 1977. Le volume de vapeur dans l’échangeur spiralé est inférieur à 1 litre. Il échappe donc à toutes les obligations associées au seuil P.V>200.

Spirec a donc proposé son échangeur SPIVAP pour la transformation de la vapeur en eau de chauffage, sa bâche Dynavap pour récupérer les condensats en sortie du SPIVAP et piloter la température pour valoriser le plus possible la chaleur encore contenue dans les condensats, l’échangeur Ecovap qui assure le préchauffage de l’eau froide alimentant la production d’ECS, ainsi que le maintien en température de la boucle d’ECS, et, enfin, Spi Maxi un préparateur d’ECS alimenté par l’eau froide préchauffée et par le Spivap directement. Tous ces équipements sont pilotés par un seul automate et constituent « la sous-station par Spirec ». Ils sont passés tout près de "Spirec inside" ©Spirec

Depuis 7 ans, Spirec a conçu un système de skids – des châssis métalliques – permettant de raccorder deux échangeurs spiralés en même temps ou bien d’en poser un second avant d’isoler et de démonter le premier pour entretien. Ce qui facilite les opérations de maintenance. ©PP

Récupération de chaleur

Après les échangeurs, les condensats vont dans la bâche Dynavap à niveau dynamique, un procédé breveté en 2019 par Spirec. Le niveau des condensats dans la bâche est géré par le régulateur et varie pour maximiser le rendement de récupération de chaleur. Le niveau est mesuré par une sonde de pression en partie basse de la bâche. Il est géré pour maximiser la vitesse de récupération de chaleur, en fonction des besoins du circuit de chauffage et de production d’ECS.

Le remplissage et l’évacuation des condensats contenus dans la bâche DYNAVAP sont gérés par la régulation pour maximiser la récupération de chaleur. ©Spirec, ©PP

La régulation hybride vapeur/condensats, fournie par Spirec pour piloter l’ensemble, repose sur un automate programmable Siemens Climatix. En été, elle ne déclenche la production d’ECS qu’en fonction de la température dans le ballon de stockage, de manière à réduire les pertes de chaleur. ©PP

Pour faciliter la maintenance et l’exploitation, les canalisations aller et retour sont repérées à la fois par des flèches et par des codes couleurs. Pour faciliter le dépôt éventuel, tous les composants clefs sont isolés par des vannes à sphère, plus fiables dans le temps. ©PP

La régulation mesure les débits de vapeur et intègre les différences de température entrée-sortie pour évaluer et afficher la quantité d’énergie consommée par le système. Spirec estime que grâce à la récupération de chaleur sur les condensats pour le préchauffage de l’eau froide sanitaire, le maintien en température de la boucle d’ECS, voire une contribution au chauffage, sa solution économise 70 à 80% d’énergie par rapport à un système vapeur classique, sans récupération de chaleur. ©Spirec

L'installation sera exploitée par SOLVAC Génie Climatique, l'installateur. Namixis, le BE de conception et d'exécution, s'est vu confié une mission de suivi des résultats par Gecina. Leur première conviction est que l'ECS sera pratiquement produite gratuitement durant toute la période de chauffage, grâce à la récupération de chaleur dans l'Ecovap de Spirec.