Quartier Rosenstein à Stuttgart

Un quartier résidentiel moderne avec un système énergétique innovant de Viessmann

La société Siedlungswerk GmbH Wohnungs- und Städtebau réalise la viabilisation et la construction de 500 logements dans le quartier dit de Rosenstein à Stuttgart, qui sont alimentés en chaleur, en froid et en électricité par un système énergétique multivalent signé Viessmann.

La première section de construction a été réalisée sur le site de l’ancienne entreprise pharmaceutique Haidl & Maier, appelé «Schmidtgen-Areal», dans le nouveau quartier de Stuttgart-Rosenstein, en 2017. Le terrain à bâtir situé à proximité de la gare du Nord et de la rue Eckart s’étend sur environ 8.600 m². 125 unités d’habitation d’une surface totale d’environ 11.400 m² ont été construites ici sous forme de maisons à haute efficacité énergétique KfW 55.

Le site situé à proximité immédiate de la gare de grandes lignes S21 se trouve directement à côté du cimetière de Prague qui ressemble à un parc, à proximité immédiate du nouveau quartier européen et de ce que l’on appelle la «zone de développement Rosenstein», c’est-à-dire les terrains où passaient autrefois des voies ferrées. De là, il est possible de rejoindre les jardins du château par un court trajet à pied. Le tramway s’arrête à côté du quartier et conduit les habitants en quelques minutes directement à la Schlossplatz, au cœur du centre urbain de la capitale du Land.

Le concours d’architectes lancé au printemps 2012 pour la première partie de l’aménagement a été remporté par le bureau Ackermann+Raff de Stuttgart et Tübingen. Sur l’ancien site Staiger (au coin de la Nordbahnhofstrasse et de la Friedhofstrasse), situé juste au sud, Siedlungswerk a prévu une deuxième phase de construction, réalisée par KBK Architekten GmbH Belz Lutz de Stuttgart, qui a remporté un deuxième concours d’architecture et dont les travaux ont commencé en 2018.

Un concept énergétique parfaitement coordonné

Les bâtiments résidentiels du quartier Rosenstein ont été construits selon les directives de subvention de la KfW-Bank en tant que maisons à haute efficacité énergétique 55 (EnEV 2014) et sont conçus pour des besoins en énergie primaire compris entre 27,4 et 31,5 kWh/m² de surface chauffée par an. Pour atteindre ces valeurs, le maître d’ouvrage et les planificateurs en énergie ont misé sur un concept de chauffage, de refroidissement et d’électricité tourné vers l’avenir, avec des composants Viessmann parfaitement adaptés les uns aux autres. Ce système fait également preuve d’un bilan énergétique favorable et d’une utilisation réduite de combustibles fossiles avec des émissions minimales de CO₂. 

Dans ce quartier résidentiel moderne, on mise sur le principe du couplage des secteurs: En plus d’un accumulateur d’énergie par la glace comme source d’énergie primaire pour le chauffage et le refroidissement, une pompe à chaleur de grande puissance, une chaudière gaz à condensation ainsi qu’une centrale de cogénération et une installation photovoltaïque alimentent le complexe de bâtiments en chaleur, en froid et en électricité. L’habitat urbain sans voiture personnelle est ici tout à fait envisageable, les habitants utilisant un système d’autopartage avec des véhicules électriques. L’électricité nécessaire à la recharge des véhicules électriques est produite par la centrale de cogénération et les panneaux photovoltaïques directement dans le quartier.

Interaction hautement efficace de tous les composants

Au sous-sol du complexe résidentiel se trouve la centrale de chauffage, dont l’élément central est une chaudière à condensation BHKW Vitobloc EM 50/81. La centrale de cogénération fonctionne selon le principe de la production combinée de chaleur et d’électricité: Un moteur durable alimenté au gaz naturel produit de la chaleur et de l’électricité dans un processus couplé. L’énergie mécanique est ainsi transformée en électricité et utilisée comme énergie d’entraînement pour la pompe à chaleur Vitocal 350-G pour le chauffage et le refroidissement. En revanche, l’énergie thermique est absorbée par un échangeur de chaleur Vitotrans 200 couplé à la centrale de cogénération et utilisée pour le chauffage des locaux ou la production d’ECS.

Lors des pics de charge, comme par exemple les jours froids d’hiver, l’installation est assistée par une chaudière moderne gaz à condensation Vitocrossal 300 d’une puissance de 605 kW. L’interaction parfaite de tous les composants permet de produire la chaleur de chauffage et une partie des besoins en énergie électrique directement dans le quartier lui-même. Cela réduit les coûts énergétiques ainsi que la dépendance des fournisseurs d’énergie publics.

Système d’accumulation d’énergie par la glace innovant

À l’extrémité sud de la première section de construction du complexe résidentiel, un accumulateur d’énergie par la glace, doté de la technologie Viessmann, a été installé dans la terre. Ce parallélépipède en béton d’environ 17 mètres de long, 9 mètres de large et 6 mètres de profondeur est rempli d’environ 800 m³ d’eau et sert de réservoir d’énergie à long terme pour la pompe à chaleur: Pendant la période de chauffage, l’énergie est extraite de l’accumulateur de glace jusqu’à ce que la majeure partie de l’eau soit gelée. Pour ce faire, elle utilise ce que l’on appelle l’énergie de cristallisation qui est libérée lorsque l’eau gèle. Ce processus fournit la même quantité d’énergie qu’il faut pour chauffer un litre d’eau de 0°C à 80°C. L’énergie ainsi obtenue est injectée dans les planchers chauffants des bâtiments résidentiels pendant la période de chauffage.

En mode régénération, la glace est dégelée. Ce changement d’état physique peut être répété à volonté et la technique ne nécessite quasiment aucune maintenance. À la fin de la période de chauffage, de la glace se forme de manière ciblée et est disponible comme source de froid en vue du refroidissement des bâtiments les jours de grande chaleur. Les absorbeurs air/solaire permettent d’utiliser les températures extérieures nocturnes plus basses, même en été, pour refroidir l’eau de l’accumulateur ou le bâtiment lui-même.

Les systèmes d’accumulation d’énergie par la glace de Viessmann ne nécessitent pas d’autorisation et peuvent même être utilisés dans les zones de protection des eaux. L’utilisation de l’énergie de cristallisation et la combinaison des trois sources d’énergie que sont l’air ambiant, le rayonnement solaire et le sol garantissent une efficacité élevée.

Gestion intelligente des sources d’énergie

Une gestion intelligente des sources d’énergie assure une interaction fiable et efficace entre l’accumulateur d’énergie par la glace, les absorbeurs air/solaire et la pompe à chaleur. Cela signifie que toutes les données pertinentes de l’installation sont analysées en permanence. Les résultats constituent la base d’un rapport établi par une équipe d’experts et transmis à l’exploitant de l’installation. La prise en compte des exigences individuelles permet, par exemple, d’optimiser les coefficients de performance de la pompe à chaleur, d’où une consommation d’énergie électrique aussi faible que possible et un coefficient de performance annuel intéressant en conséquence.

Les mesures recommandées permettent d’exploiter au mieux le potentiel des installations et de réaliser ainsi des économies en termes de coûts d’exploitation.

De l’énergie solaire gratuite grâce à l’énergie solaire thermique et photovoltaïque

Les absorbeurs air/solaire ont été installés sur les toits plats de quatre des sept bâtiments de la première section de construction. L’installation, d’une surface totale de 351 mètres carrés, alimente en été l’accumulateur de glace gelé avec l’énergie solaire obtenue et le dégèle pour qu’il soit régénéré quand la saison de chauffage arrive. La régénération a toujours lieu lorsque l’absorbeur est plus chaud que l’accumulateur de glace, y compris lors d’une douce journée d’hiver.

Les absorbeurs air/solaire sont des capteurs ouverts, non vitrés. Ils utilisent la chaleur de l’air ambiant et du rayonnement solaire, qui sert à régénérer l’accumulateur de glace et comme source de chaleur directe pour la pompe à chaleur. Les absorbeurs air/solaire non vitrés conviennent particulièrement bien au système d’accumulation d’énergie par la glace, car ils fournissent de l’énergie au système même lorsque la température de l’air est basse et qu’il n’y a pas de rayonnement solaire. Ils utilisent en permanence la chaleur gratuite de l’environnement – la nuit à partir de l’air ambiant et le jour également à partir du rayonnement solaire.

Deux autres surfaces de toitures plates sont utilisées pour produire de l’énergie électrique à l’aide d’une installation photovoltaïque de 408 mètres carrés. Ainsi, l’utilisation de l’énergie solaire permet d’économiser environ 260 tonnes de CO2 par an. Cela correspond à deux millions de kilomètres parcourus par une voiture par an.

L’installation photovoltaïque fournit également de l’électricité pour la ventilation du bâtiment, les ascenseurs et l’éclairage, ainsi que pour le pool de véhicules électriques. 

Un concept de mobilité innovant

Après le logement, la mobilité est un autre besoin fondamental de l’être humain. Dans le cadre de l’association de recherche sur la mobilité électrique «LivingLab BWe mobil» de la République fédérale d’Allemagne, Siedlungswerk a développé un concept de mobilité individuel pour le nouveau quartier d’habitation.

L’offre de covoiturage avec des véhicules électriques directement sur le lieu de résidence offre de nouvelles possibilités en termes de mobilité et constitue une alternative écologique à la voiture individuelle. Pour ce faire, l’électricité produite dans le quartier est d’abord stockée dans le système de batteries et, au besoin, distribuée aux consommateurs dans les foyers ou utilisée pour recharger les véhicules électriques, ce qui a un impact positif sur le bilan énergétique et les émissions de CO2. En effet, les véhicules électriques permettent non seulement de réduire le bruit, mais aussi les émissions polluantes. 

Ce concept de mobilité innovant faisant partie intégrante du quartier d’habitation urbain a reçu un accueil unanimement positif et a attiré l’attention à l’échelle nationale. Cela a permis de créer de nouvelles coopérations et de montrer comment la mobilité électrique peut être un élément utile d’un concept énergétique global efficace.