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ECS et légionellose: sans équilibrage, point de salut !

Par Gilbert GREMONT - Société IMI Hydronic Engineering - Novembre 2017

LA PROBLEMATIQUE : EQUILIBRAGE CONTRE LEGIONELLOSE

TA

Les réseaux de distribution d’eau chaude sanitaire sont conçus et réalisés pour donner à l’ensemble des utilisateurs une eau chaude en quantité, à température et sans risque sanitaire.

A quoi sert-il de calculer les débits de chaque point de puisage (douche, lavabo, évier,…etc.) avec soin, si on ne se soucie pas ensuite de garantir à l’utilisateur d’obtenir de l’eau chaude sans devoir attendre d’interminables secondes, sources d’inconfort et de gaspillage d’eau et d’énergie?

Comble de malheur, le manque de rigueur dans la conception ou la réalisation des réseaux de distribution est sanctionné, presque immédiatement, par l’apparition de cette bactérie qui nous préoccupe tant, la Légionnela.

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

Tous les experts s’accordent à dire que l’équilibrage hydraulique des bouclages d’eau chaude sanitaire est incontournable.

Aucun traitement ou système sophistiqué ne pourra corriger des défauts de circulation dans les réseaux.

Les textes officiels mentionnent clairement la nécessité de l’équilibrage hydraulique, prenons en exemples :

  • La circulaire N° 220/243 du 22/04/220
    « Les systèmes de distribution sont à l’origine du plus grand nombre de cas de légionellose. La maîtrise des températures de l’eau en tout point de l’installation, limite, voire supprime la nécessité des interventions curatives sur les réseaux.»
  • Préface Recommandation Eau chaude sanitaire 02-2004 AICVF
    « La protection contre le risque de légionellose dépend pour beaucoup du bon équilibrage hydraulique.»

Examinons plus particulièrement les outils et méthode d’équilibrage :

Outils et méthode d’équilibrage

Un mauvais équilibrage de la boucle d’eau chaude sanitaire est source d’inconfort, de gaspillage d’eau et augmente les risques de développement des bactéries. Le déséquilibre hydraulique des bouclages d’eau chaude sanitaire est encore plus « marqué » que pour des distributions classiques de chauffage ou de climatisation. Sur un bouclage ECS, aucun accessoire de type vanne ou batterie, ne vient créer de pertes de charge locales minimisant les effets de longueur de la tuyauterie. La répartition des débits basée sur les déperditions de tuyauterie conduit à régler des débits plus importants sur les derniers circuits par rapport aux premiers. Sans équilibrage, c’est exactement l’inverse qui se produira !

Calcul des débits de re-circulation
Le calcul des débits du bouclage ECS devra satisfaire les 3 conditions suivantes:

Compenser les déperditions de la tuyauterie de manière à maintenir une température au moins égale à 50°C en tout point. La formule ci-dessous permet un calcul rapide des déperditions des tuyauteries en faisant abstraction notamment du type de matériaux.

Calcul des débits du bouclage ECS
ΔT

de

I

λ
: déperdition (W/m)

: différence de température entre l’eau et l’extérieur (°C)

: diamètre extérieur de la tuyauterie (mm)

: épaisseur de l’isolant (mm)

: conductivité thermique de l’isolant (W/m.K)

En considérant un coefficient l moyen et une température d’eau à 60°C pour une ambiance à 20°C, on peut simplifier davantage la formule et utiliser les expressions ci-dessous.

Tuyauterie non isolée: P (W/m) = 2 x de

Tuyauterie isolée: P (W/m) = 0,65 x de

(de = diamètre extérieur de la tuyauterie en mm )

Maintenir des vitesses de circulation dans la tuyauterie de bouclage supérieures à 0,2m/s. Cette vitesse garantit un écoulement turbulent et permet de lutter efficacement contre le développement du bio-film. On veillera à ne pas dépasser les vitesses maximales recommandées permettant d’éviter les bruits de circulation et la corrosion par érosion.

Les débits de re-circulation sont obtenues soit par le calcul des déperditions de tuyauterie, soit par la vitesse minimale de circulation.
La figure ci-dessous permet de déterminer si le calcul doit être mené en fonction des déperditions de la tuyauterie ou en fonction de la vitesse minimale.
Ce graphe est basé sur les valeurs des coefficients (garde-fou) de perte thermique des tuyaux imposés par la RT 2005.

Pour chaque tronçon bouclé, il conviendra de déterminer, en fonction de la longueur de tuyauterie, si la déperdition est prédominante par rapport à la vitesse minimale.
Par exemple, pour un tuyau en 14/16 d’une longueur supérieure à 54 m, il convient de réaliser le calcul du débit en prenant en compte les déperditions thermiques.

Calcul des débits en fonction de la vitesse ou des déperditions de la tuyauterie

Calcul des débits en fonction de la vitesse ou des déperditions de la tuyauterie


S’assurer que les organes d’équilibrage ne seront pas trop fermés, perdant de leur précision et risquant de se colmater très rapidement.

On prendra également en compte, la limitation de la hauteur manométrique de la pompe pour diminuer sa consommation électrique. A cet égard, la méthode d’équilibrage utilisée devra limiter au minimum (3 kPa) la perte de charge des vannes les plus défavorisées.

Des vannes trop fermées augmentent fortement le risque d’obstruction

Des vannes trop fermées augmentent fortement le risque d’obstruction

Il faut choisir correctement le diamètre des vannes (souvent DN10). Jusqu’à 230 l/h, une vanne en DN 10, ayant un kv maximal de 1,47, sera suffisante. Choisir une vanne plus grosse, en DN 15 ou en DN 20, comme on le rencontre quelquefois, conduirait à positionner les vannes sur de faibles ouvertures créant les problèmes évoqués précédemment.

Diamètre indicatif des vannes d’équilibrage en fonction des débits

Diamètre indicatif des vannes d’équilibrage en fonction des débits


clapet de réglage

La zone en bleu représente l’ouverture des vannes pour un même réglage de débit

Si les pertes de charge à créer sur les vannes d’équilibrage s’avèrent trop importantes (vanne fermée en dessous de 25%), il est préférable de diviser le réseau. L’excédent de perte de charge est alors repris sur les vannes principales situées sur le retour commun. La vanne d’équilibrage, placée sur le retour général de l’installation, en plus de permettre la mesure du débit et de vérifier le bon fonctionnement de la pompe, absorbera l’excédent de Hm (hauteur manométrique). La méthodologie d’équilibrage aura également une influence directe sur les ouvertures de réglage des vannes. Un équilibrage sans méthode, conduit invariablement, en plus des imprécisions de réglage, à un transfert de l’excédent de hauteur manométrique sur toutes les vannes de l’installation, et donc à un surcoût de pompage.
Remarque: Les débits de re-circulation n’ont pas de relation avec les débits de puisage!

LES SOLUTIONS PRODUITS

LES VANNES D'EQUILIBRAGE

Véritables outils de réglages et de diagnostic, les vannes d’équilibrage hydraulique sont placées sur le retour de chaque boucle. Elles permettent la mesure du débit, de la pression et de la température. Une mémoire mécanique de la poignée évite les déréglages. Un accessoire de vidange peut être monté à la demande, même si la vanne est déjà installée et sous pression. Garantissant une répartition homogène des débits, elles permettent également de réaliser des chocs thermiques ou chlorés dans de bonnes conditions.

Fonctions des vannes d’équilibrage

+ la température ...

Fonctions des vannes d’équilibrage


LES VANNES D'EQUILIBRAGE THERMIQUE

Sur les vannes d’équilibrage thermique, une poignée graduée en température permet de déterminer le point de consigne à 55°C, par exemple. Si nécessaire, pour des raisons de choc thermique, il est possible de régler un point de consigne pouvant atteindre 80°C. La mémorisation du point de consigne est réalisée par l’intermédiaire d’une clé alène.

point+consigne

Ajustement du point de consigne de la vanne thermique



Comportement de la vanne thermique en fonction de la température



Comportement de la vanne thermique en fonction de la température

Finalement la vanne d’équilibrage thermique ajustera automatiquement le débit nécessaire pour compenser les déperditions de la tuyauterie et par la même d’obtenir la température consignée (55°C).
Si ces vannes ont l’avantage de supprimer la phase de calcul des débits et de réglage (le calcul total du débit est quand même nécessaire pour déterminer, notamment, la pompe), elles n’assurent pas pour autant les vitesses minimales recommandées (0,2 m/s).
Suivant les types de bâtiments et les exigences que l’on s’impose, on choisira, soit les vannes d’équilibrage, soit l’utilisation des vannes thermiques.


L’EQUILIBRAGE HYDRAULIQUE

La préparation

La réussite d’une opération d’équilibrage dépend en grande partie de la qualité de la préparation. En outre, il faudra respecter les étapes suivantes :

  • Préparer un schéma hydraulique de l’installation
  • Identifier clairement les modules
  • S’assurer que le schéma hydraulique correspond à la réalité de l’installation
  • Vérifier l’accessibilité des vannes et que les diamètres correspondent aux indications du plan
  • Prérégler les vannes en fonction des calculs, sinon à 50% de leur ouverture maximale.
  • Indiquer la référence des circuits sur l’étiquette livrée avec la vanne

Les modules
Pour permettre d’appliquer une méthode d’équilibrage optimisée (débit correct et perte de charge minimale) le réseau sera organisé en modules hydrauliques (Fig. 16). Dans un module hydraulique, chaque circuit est équipé sur son retour d’une vanne d’équilibrage. Une vanne générale est mise en place sur le retour commun afin de compenser toutes perturbations hydrauliques pouvant affecter le bon réglage des circuits. Il ne faut pas oublier la vanne principale placée sur le retour général de l’installation. Elle permet d’ajuster la pompe au débit total de l’installation. Elle a également un rôle primordial pour le diagnostic du bon fonctionnement de la pompe.

Division de l'installation en modules

Installation divisée en 4 modules hydrauliques

LA METHODE « RéGIS »
A partir d’une campagne de mesure, la méthode « RéGIS » réalise un modèle mathématique de l’installation. Conformément aux débits souhaités, ce modèle permettra de calculer la position de réglage des vannes d’équilibrage du module considéré. Il est à noter que ces réglages sont réalisés en minimisant la hauteur manométrique nécessaire à la pompe. Ceci est conforme à la RT 2005 visant à réduire la consommation des auxiliaires.

trois étapes de la methode regis

Les 3 étapes de la méthode « RéGIS


CONCLUSION
Le bouclage d’eau chaude sanitaire joue un rôle primordial permettant de garantir un confort à l’utilisateur tout en limitant les consommations d’eau et d’énergie. Le maintien en température de la distribution d’eau chaude sanitaire est le moyen le plus efficace pour lutter contre la prolifération des bactéries. L’utilisation des outils d’équilibrage et la mise en oeuvre rigoureuse des méthodes de réglage permettront d’obtenir dans la réalité de l’installation les débits calculés par les bureaux d’études. La délivrance du rapport d’équilibrage sera pour le maître d’ouvrage une garantie du bon fonctionnement hydraulique de son installation de distribution d’eau chaude sanitaire.

IMI Hydronic Engineering

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