Un réseau de froid, ou RFU pour réseau de froid urbainDELBES, J., & VADROT, A. (2000) Réseaux de froid urbain. Production et stockage du froid. Techniques de l'ingénieur. Génie énergétique, 5(BE9321), BE9321-1 (résumé)., est l'équivalent d'un réseau de chaleur, mais destiné au transport et à la distribution de « frigories » plutôt que de calories. thumb|250px|Hammarbyverket à Stockholm (Suède) est une centrale énergétique urbaine qui produit à la fois de la chaleur (calories) et du froid (frigories)
Principes Ce réseau distribue généralement de l'eau très fraiche. Il dessert des habitations, des écoles, des supermarchés, des entreprises... Il peut concerner un quartier ou une ville et être associé à un smart grid. Le système hydrothermique peut être fermé (en une ou plusieurs boucles, avec ou sans échangeur seul ou en batterie) ou de type ouvert (l'eau finale sert par exemple à l'irrigation, au remplissage de plans d'eau ou à l'arrosage d'espaces verts, etc.).
Dans certaines régions (près de l'océan en zone froide ou profonde, près d'une mer fermée et profonde, près de pergélisols ou de lacs froids), les frigories naturelles sont disponibles à faible coût dans les eaux hypolimniques et plus faciles à exploiter et transporter. Ailleurs, il faut produire du froid (éventuellement corrélativement à du chaud, via une pompe à chaleur par exemple). En période de grand froid, il peut servir d'outil d'ajustement de la consommation électrique s'il est associé à des capacités de stockage qui diminuent les besoins en production de frigories, permettant des effacements de consommation électriqueLe réseau de froid, un atout lors des basses températures, Batiactu le 20/01/2017.
Le réseau peut être géré par la commune (en régie) ou par un prestataire privé.
De la même manière que la calorie peut être récupérée dans le cadre d'une énergie fatale, la frigorie peut l'être dans des contextes de de froid (c'est le cas par exemple des terminaux méthaniers devant réchauffer le gaz liquéfié pour le regazéifier.
Dénominations On parle aussi de DC pour District cooling pour les anglophones ; LSC pour lake source cooling ou DLWC (direct lake water cooling) quand la source de frigories est un lac ; DSWC pour Direct sea water cooling quand l'eau froide est pompée en mer.
Le réseau de distribution Les canalisations transportant et distribuant le froid sont le plus souvent en polyéthylène haute densité entouré d'une couche d'isolant (mousse de polyéthylène réticulé), elle-même revêtue d'une gaine en polyéthylène haute densité annelée. Il existe aussi des conduites en matériaux différents, également isolées mais pouvant être installées moins facilement sur les chantiers.
Histoire de l'utilisation du froid Le pergélisol est utilisé depuis la préhistoire pour conserver de la viande ou du poisson, et il a probablement depuis longtemps été utilisé durant le court été arctique comme source estivale de frigorie. C'est naturellement dans des régions froides (pays nordiques ou de montagne) que ce principe a été testé pour la climatisation individuelle, de quartier ou urbaine.
En zone tempérée, les catiches (où l'on élevait les endives et des champignons) et autres champignonnières ont depuis des siècles utilisé la fraicheur estivale du sous-sol. Des brasseries utilisent encore en Europe tempérée des glacières fonctionnant comme au Moyen Âge, très efficacement (des fosses artificielles ou des cavités naturelles conservent durant plus de 10 mois de la glace ou de la neige qu'on y a accumulé en hiver).
Le premier réseau de froid suédois est installé en 1992 à Västerås, et 3 ans plus tard un réseau similaire est installé à Stockholm. Le principe est très similaire à celui du réseau de chaleur. Une centrale, souvent la même que celle utilisée pour produire de la chaleur, produit de l'eau froide, soit en la puisant directement dans un lac, soit grâce à une pompe à chaleur.. L'eau froide (autour de ) est ensuite acheminée vers le client grâce à un réseau de canalisations isolées, puis traverse un échangeur de chaleur situé chez le client de façon à alimenter en froid le système de climatisation du bâtiment.. Dans une ville dense, tout comme pour les réseaux de chaleur, le réseau de froid est bien plus efficace énergétiquement, et donc plus écologique, que des systèmes individuels de production de froid.
En cas de prélèvement dans un lac, l'emplacement du point de pompage est déterminant car la stabilité thermique et les niveaux de températures de certains lacs varient significativement dans l'année. Sa stabilité et le froid augmentent généralement avec la profondeur. Les études d'impacts restent à affiner sur le moyen et long terme, mais à ce jour les effets thermiques semblent faibles et/ou .
Théoriquement, dans un lac très profond à forte stratification thermique, un même réseau pourrait utiliser les calories en surface et les frigories au fond.
Avantages et inconvénients des réseaux de froid
Les avantages
Utilisation d'énergies renouvelables (eau de rivière ou mer, valorisation des déchets, géothermie...) Centralisation des moyens de production, ce qui permet d'assurer une maintenance et un fonctionnement optimal et continu Ce sont des installations avec un faible risque sanitaire concernant la maîtrise des fluides frigorigènes Confort et sécurité des habitants et usagers des bâtiments surtout lors des périodes de canicules Les réseaux de froid permettent de lutter contre les îlots de chaleur urbains
Les inconvénients
Un réchauffement global, puisque les kW de fraicheur produits sont inférieurs aux kW de chaleur produits, moyennant une consommation énergétique élevée. Si localement on rafraichit sans augmenter la température locale, c'est que l'on augmente la température sur un point plus éloigné, par exemple celle de l'eau des rivières quand elles servent de source froide. Des travaux importants sont nécessaires pour construire des réseaux de froid, perturbant la circulation Ils répondent à une logique d’investissement à long terme, avec des retours sur investissement compris entre 10 et 15 ans Ils sont mieux adaptés aux grands centres urbains car ils doivent être utilisés régulièrement
Exemples d'application Finlande : le système de refroidissement du district d'Helsinki valorise la chaleur perdue en été dans les unités de production d'énergie par cogénération en faisant fonctionner des réfrigérateurs à absorption qui climatisent les lieux de vie et de travail en réduisant la consommation d'électricité.
En hiver, le refroidissement exploite la fraîcheur naturelle de l'eau de mer. L'adoption de systèmes de refroidissement urbains vise à réduire de 90 % la consommation électrique dédiée au refroidissement ; Les réseaux de froid urbains devraient se développer dans le pays ; l'idée étant maintenant adoptée par d'autres villes finlandaises.
Suisse : un réseau frigorifique construit en 1957 a été rénové en 1995 pour climatiser le siège du groupe Nestlé à Vevey (Lac Léman) et refroidir les datacenters ( au total), à partir d'un pompage à de profondeur. Le rejet se fait à environ de profondeur.
Depuis 1985, l'École polytechnique fédérale de Lausanne dispose d'un double réseau de chaleur et de froid qu'elle utilise selon ses besoins, ce qui a permis une meilleure efficacité énergétique globale du système de chauffage/climatisation (de )"Real Estate and Infrastructures Department, EPFL". Consulté 2013-12-23.. La ville de Genève a décidé d'utiliser les couches profondes et froides du Lac de Genève (projet GLN Genève-Lac-Nations)Viquerat, P. A. (2012). Utilisation des réseaux d'eau lacustre profonde pour la climatisation et le chauffage des bâtiments; bilan énergétique et impacts environnementaux: Étude de cas: le projet GLN (Genève-Lac-Nations) à Genève (Thèse de Doctorat, soutenue à l'Université de Genève) et résumé).. Le pompage est situé à de profondeur (, /h nominal) et l'eau renvoyée dans la rivière La Sorge (à 12-). Les besoins de chauffage sont couverts via des pompes à chaleur, ceux de climatisation via des échangeurs de chaleur ( nominal, en direct selon Vuille F. V., 2004; Schmid J., 2005 cités par Viquerat (2012)). Les eaux de retour sont en partie dans ce cas valorisées pour l'arrosage.
En 2009 un réseau a été créé à Versoix-Centre (Genève, Lac Léman) qui devrait atteindre sa capacité maximale en 2013. Le pompage (à de profondeur ; /h nominal) alimente le réseau puis l'eau tiédie est rejetée dans la rivière la Versoix, contribuant au chauffage () et à la climatisation en direct () pour environ de bâtiments à basse consommation (Conti, 2010; Chenal, 2008).
Suède : Au début des années 2000, les principes testés et les objectifs sont les mêmes qu'en Finlande"Energiläget 2007". Swedishenergyagency.se. Consulté 2011-09-25..
Bien que les besoins en climatisation soient bien moins importants en Suède que les besoins en chauffage, selon l'agence suédoise de l'énergie, entre 2 et d'énergie sont utilisés en Suède pour la climatisation. La plupart des installations sont des installations individuelles, mais la part des réseaux de froid augmente. En 2011, la Suède comptait 33 entreprises de réseaux de froid (qui sont les mêmes que celles des réseaux de chaleur), pour une distribution totale de de froid ; le réseau de froid atteint fin 2011. Le réseau de Stockholm, géré par Fortum, fait partie des plus importants réseaux en Europe, permettant le refroidissement d'une surface de de commerces, grâce à un réseau de de long.
États-Unis : Le système de refroidissement/climatisation de l'Université Cornell utilise le Lac Cayuga comme dissipateur de chaleur du système central de production d'eau glacée du campus, qui alimente aussi le réseau de refroidissement de l'arrondissement scolaire de Ithaca City (depuis l'été 2000, après un investissement de 55-.
Canada : En , "Enwave Energy Corporation", une société spécialisée dans la distribution d'énergie de quartier à Toronto a commencé à faire fonctionner un système utilisant l'eau profonde du Lac Ontario pour climatiser les bâtiments du quartier administratif et universitaire en centre-ville, y compris des tours de bureaux, le Metro Toronto Convention Centre, une petite brasserie et un centre de télécommunications. Le processus qui a été intégré (en 2004) à un réseau de froid existant depuis 1997 s'est fait connaître sous le nom de refroidissement par eaux profondes (DLWC pour Deep Lake Water Cooling). Il fournira de , ce qui est plus important que les puissances installées ailleurs pour le même usage. Une autre caractéristique du système Enwave est qu'il est intégré à l'approvisionnement en eau potable de Toronto (qui nécessitait un nouvel emplacement de pompage plus près du rivage, mais plus profond dans le lac. Le gestionnaire devait assumer les coûts de déplacement de la prise d'eau et de chauffage de l'eau potable, qui était trop froide pour être distribuée. La coopération de l'agence de refroidissement urbain et d'Enwave a permis de résoudre les deux problèmes: Enwave a payé le coût de déplacement de la prise d'eau et a fourni la chaleur suffisant pour tiédir l'eau potable à des niveaux acceptables en extrayant efficacement de la chaleur des bâtiments. Les deux réseaux sont physiquement séparés, mais peuvent échanger des calories via un échangeur de chaleur.
Émirats arabes unis : En , "PAL technology" pilote l'un des projets émergents aux Émirats arabes unis construisant à la fois des unités de dessalement, des usines de traitement des eaux usées et des réseaux de refroidissement urbains (Plus de () sont en projet, pour des centrales régionales de refroidissement).
Palm Jumeirah, l'archipel artificiel des Émirats arabes unis construit dans le golfe Persique dispose d'un réseau de froid fourni par "Palm Utilities LLC" pour climatiser les bâtiments de cette cité lacustre.
Pays-Bas :