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LA RETE URBANA DI CLIMATIZZAZIONE A PARIGI  

Franck Bénassis Climaspace

La rete urbana di climatizzazione a Parigi comporta sette grandi centrali frigorifere ( figura 1 e tabella 1). I principi di costruzione di queste centrali sono standardizzati. Le potenze sono comprese tra 30 e 52 MW di freddo su di una superficie al suolo il più ridotta possibile. ( da 1500 a 3000 m2).  

Per preservare l’architettura, tutte le centrali sono studiate in modo da rispettare l’ambiente. Dopo aver costruito le prese d’acqua della Senna , il lungo Senna è ricostruito esattamente come era prima. Tutte le centrali di produzione  funzionano ad elettricità. Le centrali sono dotate di un certo numero di  gruppo frigoriferi relativamente importanti ( da 6 a 8 per centrale) e sono standardizzate in modo da facilitare la manutenzione. Perché le diverse apparecchiature funzionino al meglio, tutte le centrali sono climatizzate in estate.

Ogni linea di produzione è indipendente sia dal punto di vista elettrico che idraulico. Ogni dispositivo di raffreddamento possiede una pompa. Il raccordo idraulico è di tipo primario/secondario. I dispositivi di raffreddamento sono disposti seguendo uno schema in serie/ parallelo. Per elevate differenze  di temperatura  sulla rete ( abbassamento della temperatura) i dispositivi sono collocati in serie. A causa del basso tasso di compressione delle unità a monte, è possibile ottenere guadagni importanti sulla potenza ( fino al 5%). Ogni inizio della rete su ogni centrale possiede almeno tre pompe. Tutte le pompe sono a velocità variabile. La temperatura di partenza delle centrali può essere abbassata per aumentare la capacità di trasporto della rete. Può variare da 0,7°C a 5°C. I motori dei dispositivi di raffreddamento sono, in genere, alimentati in 5 500 V. Ogni dispositivo è dotato del proprio trasformatore. Tutti i motori dei gruppi di raffreddamento sono raffreddati ad acqua. I gruppi frigoriferi sono del tipo centrifugo, figura 2. Oggi, il refrigerante utilizzato per tutte le macchine è l’R 134 a. E’ selezionato per funzionare in modo che la temperatura di entrata dell’acqua al condensatore sia la più bassa possibile così da lavorare al meglio anche quando la temperatura ambiente o l’acqua della Senna calano.

La regolazione dei gruppi è organizzata affinché essi funzionino sempre a pieno carico in modo da essere sempre al massimo del loro rendimento. Il sistema di free-cooling è attivato ogni volta che ve ne sia la possibilità. La volontà forte di minimizzare i consumi energetici ha portato ad installare dei contatori alle entrate e alle uscite ( contatori di energia elettrica e frigorifera) e a voler ottenere differenze di temperatura tra l’andata e il ritorno delle distribuzioni elevate. Ogni centrale è ottimizzata a partire dalla progettazione fino al suo utilizzo industriale. La maggior parte delle centrali è raffreddata completamente con l’acqua della Senna ( più di 2/3), fatto che permette di ottenere un maggior rendimento energetico e la soppressione delle limitazioni e dei problemi legati alle torri di raffreddamento. Le centrali raffreddate con l’ acqua della Senna assicurano la base della produzione annuale. Per migliorare l’affidabilità, la manutenzione e la continuità del servizio, le centrali così raffreddate dispongono di un  anello di raffreddamento intermedio al fine di conservare, da una parte, la disponibilità delle macchine anche quando uno scambiatore dell’acqua della Senna viene pulito e dall’altra di evitare ogni possibilità di fuga del refrigerante nel circuito d’acqua della Senna ( figura 3). Per aumentare l’affidabilità, nelle centrali di produzione, tutte le apparecchiature elettriche sono situate in posizione elevata. In caso contrario, i bacini di filtraggio vengono realizzati i una cassa stagna. Per questi ultimi, le pompe dell’acqua della Senna sono sommerse; Negli altri casi, esse sono di tipo verticale per poter accedere direttamente al motore e minimizzare lo spazio utilizzato ( figura 4). In ogni centrale, ogni volta che un volume lo permette, si installa uno stoccaggio di ghiaccio per facilitare gli interventi di urgenza sulle macchine e minimizzare le masse di refrigerante installate a seconda della potenza massimale prodotta.

Queste centrali frigorifere urbane e questi stoccaggi sono collegati tra loro con una rete a maglie. Il funzionamento delle centrali è automatizzato  grazie a sistemi di automatizzazione e ad informazioni locali. Il punto di controllo centralizzato in grado di intervenire su tutte le altre centrali è collegato in modo permanente a tutte le centrali. I punti di produzione sono dotati di un dispositivo di individuazione di fumo, di un  allarme antincendio, e di dispositivi di protezione dagli incendi, da eventuali intrusioni, di dispositivi di individuazione dell’eventuale presenza di refrigeranti , di un gruppo di recupero, delle videocamere per il controllo e la gestione dei pennacchi delle torri aereo refrigeranti mentre le centrali Stella con torri di raffreddamento che potrebbero funzionare anche in inverno sono munite di batterie anti pennacchi. La presenza umana è minimizzata in ogni centrale. Solo la centrale più importante dispone di un effettivo 24h/24, 365 giorni all’anno. La gestione tecnica centralizzata di questi impianti, sviluppati da Climespace, permette di sfruttare al meglio i vantaggi offerti da ognuno degli impianti installati.  Nel caso della rete di climatizzazione di Parigi, per il 70% dell’anno, la produzione proviene dalle centrali raffreddate dall’acqua della Senna sopprimendo, così, il rischio sanitario e limitando l’inquinamento sonoro ( le centrali sono sotto terra). La temperatura di scarico viene continuamente controllata. Il tipo di sfruttamento di questo insieme è dettato dalla qualità del servizio reso, dalla volontà di sopprimere il rischio sanitario, dalla volontà di migliorare l’ambiente , dalla ricerca del miglior rendimento energetico e dalle leggi economiche. Il concessionario ha lavorato sull’integrazione del tipo di geometria e sulla situazione delle centrali in modo da riprodurre facilmente nel quadro del suo sviluppo o su altre zone, la centrale in elevazione ( è il caso della centrale delle Halles , figura 5) , la centrale cilindrica interrata ( è il caso della centrale Canada, figura 6), la centrale a forma di L ( è il caso della centrale Tokio, figura 7).

La centrale di produzione del freddo della rete urbana di Parigi è sta costruita tra il 1975 e il 1978. Inizialmente, le macchine installate erano delle termo frigo-pompe che assicuravano il riscaldamento e il raffreddamento del Forum con caldaie elettriche. Era un sistema a due temperature in cui i circuiti idraulici del caldo e del freddo erano  comuni e collegati dal sistema ad espansione. Questa realizzazione rispondeva alle esigenze del progetto globale che non prevedeva nessuna unità abitativa nei dintorni. Tuttavia nel 1983 sono state costruite delle case nei pressi della centrale. Ma la normativa giuridica e i legami che univano il gran numero di soci era così complesso che la situazione si è risolta solo nel 2004. A partire da questa data, è stato lanciato un importante programma di rinnovamento ( figura 5). A partire dal livello superiore si può citare il livello 4. Il raccordo alla rete di calore CPCU che offre una soluzione totalmente silenziosa per il sito e l’insieme del Forum e permette di fermare completamente la centrale in inverno (soppressione dell’inquinamento acustico). Un prototipo di torre di raffreddamento è stato installato sulla terrazza. Il suo principio originale, che è oggetto di un brevetto, permette di eliminare i rischi sanitari legati a questo tipo di impianto. Inoltre la torre ha un debole livello di inquinamento acustico.

Livello 3: 4 nuove macchine sono state installate. Positive dal punto di vista del rendimento frigorifero, rispondono alla nuova regolamentazione sui fluidi frigorigeni. Due sono adibite allo stoccaggio del ghiaccio e funzionano solo durante il giorno.

Livello 2: per la sala delle pompe, si è lottato contro le vibrazioni e l’inquinamento acustico. Le macchine sono state fissate su blocchi isolanti. Queste pompe sono collegate sulla rete e distribuiscono al Forum des Halles l’acqua ghiacciata prodotta dalla centrale Canada o da quella Tokio in inverno o a mezza stagione e danno all’insieme del sistema una grande versatilità. La sostituzione dei gruppi elettrogeni ha permesso di adattarsi alla regolamentazione in materia di annerimento e inquinamento sonoro ed assicura un migliore approvvigionamento del Forum ( reattività, affidabilità, rendimento). Questi gruppi sono stagni e insonorizzati.

Livello 1: il rinnovamento completo della sede elettrica della centrale e del Forum des Halles ( elettricità di soccorso ed alimentazione regolare)è stato l’occasione giusta per sostituire i gruppi elettrogeni che rispondono a norme più recenti. La sicurezza dell’insieme è notevolmente aumentata.

Livello 5: l’installazione di uno stoccaggio di ghiaccio, all’ultimo livello dell’edificio, permette di limitare il funzionamento dei gruppi frigoriferi nei momenti in cui l’inquinamento sonoro è meno fastidioso. Il destoccaggio del freddo è un’operazione completamente silenziosa. Infine, l’insieme del sito è oggetto di lavori molto importanti che hanno lo scopo di ridurre l’inquinamento sonoro dovuto alle vibrazioni. Tutte le tubature sono state poste su blocchi silenziosi, le macchine sono su scatole a molle e le parete esterne sono state munite di isolanti fonici.I vantaggi sono molto sensibili . In meno di 30 anni, la centrale ha dovuto essere messa a nuovo per adattarla alle nuove regolamentazioni e alle evoluzioni tecnologiche.

La centrale  Tokyo è l’ultima centrale frigorifera urbana in servizio nella rete parigina. Forte dell’esperienza acquisita in sedici anni grazie alla costruzione delle 5  centrali precedenti, anche se la filosofia e i grandi principi non sono cambiati, ha visto notevoli miglioramenti. Il sito del palazzo Tokyo è stato scelto nel 1998 da Climespace ma diversi studi e richieste hanno portato all’ottenimento dell’ autorizzazione solo nel 2005. Essi hanno riguardatoin particolare i seguenti elementi:

-studio dell’impatto dell’emissione dell’acqua della Senna, secondo modelli matematici;
-studio dell’impatto sull’ambiente ( sull’architettura, sulle ricchezza naturali, sull’acqua, sull’aria, sulla salute, sugli scarichi, sul rumore nel cantiere).
-studio dell’impatto sul palazzo Tokyo (ERP del livello 1).
-studio dei rischi  ( pericolo di incendio, di inquinamento acustico, di esplosione).
-richiesta dell’ autorizzazione “legge sull’acqua”.
-richiesta della domanda di autorizzazione di sfruttamento.
-richiesta di autorizzazione municipale per la creazione di una canalizzazione.
-richiesta di autorizzazione a costruire.

Il “ free-cooling” che consiste nell’utilizzare l’acqua della Senna in inverno per climatizzare gli edifici, quando la temperatura può scendere a 1° C, consiste nell’utilizzo razionale dell’energia. Il free-cooling consiste nell’utilizzare le risorse fredde naturali ( acqua di mare, di fiume o della profondità dei laghi) per il raffreddamento degli immobili senza l’utilizzo di gruppi frigoriferi. Reti di freddo urbano come quella di Stoccolma, Toronto o Cornell la utilizzano durante tutto l’anno. Il principio di utilizzo delle fonti naturali fredde applicate ad una rete urbana consiste nel raffreddare l’acqua della rete per uno scambio con questa fonte fredda. A Parigi, la temperatura della senna scende regolarmente al di sotto dei 6° C in inverno. Un sistema di raffreddamento della rete urbana sulla centrale Tokyo a partire dagli scambiatori dell’acqua della Senna ( figure 8 e 9 ) è stato installato  e sarà possibile produrre in inverno fino a 40 MW a partire dall’acqua della Senna a +3 ° C senza utilizzare i gruppi frigorigeni. In termini di bilancio energetico, il concessionario si aspetta una riduzione del consumo elettrico di circa 3500 MWh all’anno, che equivale a 140 tonnellate di CO2 in meno nell’ambiente.