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Les phénomènes bactériens dans l’ECS maîtrisés !

Par Cyrille GRIMAUD - Société IMI Hydronic Engineering - Novembre 2017

LA PROBLEMATIQUE

1.1 - L’équilibrage au coeur de la nouvelle réglementation

découvertes scientifiques

Les découvertes scientifiques des 10 dernières années sur la contamination bactérienne des réseaux ECS, ainsi que les retours d’expérience, ont conduit à un remodelage en profondeur des textes légaux, arrêtés, DTU, guides techniques et recommandations (CSTB, organisation professionnelle…).

1.2 - Le risque sanitaire
C’est par son écosystème, biofilm, amibes, que l’on va atteindre la bactérie : la lutte contre le biofilm et l’accumulation des dépôts est au centre de cette stratégie.

biofilm, amibes

5 % de légionelles libres
(pélagiques ou planctoniques)

95 % de légionelles emprisonnées dans le biofilm (sessiles)

Bien plus nombreuses, ces dernières sont doublement protégées, par le biofilm et par les amibes, cellules hôtes, à l’intérieur desquelles elles trouvent refuge et se multiplient.

L’enkhystement : l’arme secrète des légionelles,
à l’abri dans des cellules hôtes, elles ne sont pas repérables dans l’eau du circuit.

L’enkhystement : l’arme secrète des légionelles

Sans dispersion
Le biofilm est imperméable

Avec dispersion
Élimination progressive du biofilm
Pas d’action instantanée

La bonne vitesse, le bon régime : l’équilibrage hydraulique est le garant du régime turbulent permanent car il a un rôle répartiteur de l’efficacité mécanique hydraulique en tout point de l’installation.

1.3 - La turbulente notion de vitesse
Au-delà de la notion de vitesse mentionnée dans les textes, c’est la notion de turbulence par le régime hydraulique qui est primordiale. Seul le régime turbulent, par son action mécanique, permet de lutter contre l’installation du biofilm ; la pression et la vitesse de l’eau permettent de résorber, déliter, contenir sa formation dans les retours de boucle.

régime turbulant PERMANENT

Le biofilm peut entraîner des problèmes de contamination microbienne de l’eau, véhiculée dans le réseau. En effet, le biofilm joue alors un rôle protecteur vis-à-vis des légionelles en raison de sa structure et de la présence de protozoaires (par exemple les amibes).

Guide CTSB – Page 13 – Présentation de la bactérie Legionella

Seul le régime turbulant PERMANENT possède une action correctrice durable.
Contrairement à l’action thermique (= 75 °C) ou chimique (chloration), l’action mécanique des fluides n’est pas destructrice mais correctrice et durable. La seule limite sera imposée par les phénomènes de bruit et d’érosion que peut provoquer le régime hydraulique, sur certains matériaux, à grande vitesse.

- Intervalle de 0,2 m/s à 0,5 m/s pour les antennes retour
- Intervalle de 0,7 m/s à 1 m/s pour les collecteurs communs



Règles générales de dimensionnement
Pour limiter les risques de développement du biofilm et l’accumulation de dépôts dans les retours de boucle

Vitesse minimale de fluide : 0,2 m/s
Vitesse maximale de fluide : 0,5 m/s

L'ANALYSE ET LE SAVOIR FAIRE DE L'INDUSTRIEL

Stratégie de conception du réseau

Neuf ou rénovation ? Logement ou collectif hospitalier ? Dans un immeuble de logement, on veut pouvoir compter la consommation par appartement ; dans un hôpital, on aura une production mais 4 échangeurs (primaires et secondaires), plus faciles à gérer et un seul propriétaire.

Point d'interrogation

Se poser les bonnes questions pour concevoir correctement son réseau et son bouclage :
- 2 types de situation se présentent : conception neuve ou rénovation.
- 2 types de contexte se présentent : logement ou collectif hospitalier.

Dans tous les cas, on doit s’obliger à limiter le nombre d’antennes. L’architecture doit être conçu autour de la performance de l’équilibrage. Certaines vannes sont rendues obligatoires.

On ne cherche pas à équilibrer un réseau quelle que soit son architecture ; c’est l’architecture qui détermine la performance de l’équilibrage.

Et certaines vannes ne peuvent être oubliées !

Stratégie de conception du réseau

Examinons plus particulièrement les outils et les méthodes pour concevoir un bouclage :

2.1 - Règle n° 1 : Le multibouclage est à bannir
Il faut proscrire une boucle propre pour chaque point de puisage ou le cas échéant pour un faible nombre de points de puisage. L’ancienne règle qui conduisait à boucler au plus près des points de puisage, voire à l’intérieur des robinets, était une erreur puisque le danger ne se situe pas dans les derniers mètres soumis au tirage plusieurs fois par jour à des vitesses supérieures à 0,5 m/s.

Attention

Les risques du multibouclage
- Colmatage des organes de réglage en raison des dépôts (tartre, corrosion) et des matières en suspension présentes dans l’eau.
- Les petits débits attendus rendent difficile le réglage d’un trop grand nombre de vannes.
- Maintenance irréalisable dans le cas d’un grand nombre de boucles, tous les 6 à 12 mois selon le type d’établissements.
- Débits de bouclage supérieurs au débit admissible dans la canalisation aller.

2.2 - Règle n° 2 : La longueur des antennes est de 8 m !

longueur des antennes

Au-delà de cette zone des 8 m, dans l’implantation de la colonne montante, il conviendra de créer une boucle. Nous savons que l’utilisateur est prêt à attendre 10 s pour obtenir une situation de confort, ramener à un débit de 4 l/mm ou 6 l/mm pour un DN12 ou un DN14, la distance nécessaire est de 8 m. Cette règle correspond à la règle des 10 s dictée par TA Hydronics.


Source : DTU 60.11 - Août 2013 - Page 8


2.3 - Règle n° 3 : Sectorisation des productions
Le DTU 60.11 d’août 2013 préconise un nombre de boucles compatible avec l’exploitation du bâtiment, c’est pourquoi TA Hydronics conseille une sectorisation des réseaux par modules de 20 à 30 boucles maximum. Au-delà, il sera nécessaire de prévoir plusieurs productions ECS, soit pour logement primaire, secondaire, soit pour établissements de santé (zone service, hébergement, cuisine, administratif).

Sectorisation des productions

2.4 - Règle n° 4 : Architecture par plateau
Il convient de diminuer le nombre de vannes et de privilégier une colonne verticale de distribution puis une distribution horizontale par étage, par plateau ou par service.

Architecture par plateau

2.5 - Règle n° 5 : Choisir les débits théoriques et les diamètres associés
Choisir les débits théoriques et les diamètres associés Le DTU précise que les réseaux ne seront pas d’un diamètre inférieur à 12 mm intérieur. Les débits théoriques hors tirage sont déterminés en fonction d’une chute maximum de température de 5°C pour une vitesse de 0,2 à 0,5 m/s. Le fait de compenser les déperditions est insuffisant : il est nécessaire de maintenir en permanence des vitesses de circulation élevées.

Pour limiter le risque d’obstruction par entartrage

Diamètre minimum des canalisations selon les matériaux :

Tubes en acier galvanisé

DN 15

16,7/21,3

Tubes en cuivre

14 x 1

Tubes en PVC-C

DN 16

12,4/16

Tubes en PEX ou PB

DN 16

16 x 1,5

Autres matériaux

Ø intérieur minimal de 12 mm

Source : DTU 60.11- Août 2013 - Page 8


2.6 - Règle n° 6 : Installer 1'organe d’équilibrage par boucle

Installer 1'organe d’équilibrage par boucle


Dans le cas d’un réseau ramifié ou sectorisé, prévoir un organe de réglage supplémentaire sur le collecteur retour général du secteur pour faciliter l’équilibrage et éviter l’excès de bridage des organes de réglage des bouclages.

Un module est une partie d’un réseau comprenant plusieurs circuits et séparée par une vanne de compensation.



Source : DTU 60.11 - Août 2013 - P. 7

2.7 - Règle n° 7 : Sélectionner, positionner et dimensionner les vannes



organes d’équilibrages

Les organes d’équilibrages seront sélectionnés selon les exigences liées à la gestion et à la surveillance des réseaux ECS : la mesure du débit (prises de pression), la plage de réglage, l’autorité et une ouverture de passage de particules de Ø 1 mm.

Pour éviter des imprécisions de réglage et des risques de colmatage.
Un organe d’équilibrage sur chaque boucle, avec une ouverture de passage de particules de Ø 1 mm

Source : DTU 60.11 - Août 2013 - Page 8

LES SOLUTIONS PRODUITS

3.1 - Les outils et les méthodes 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 DTU 60.1 de décembre 2013 oblige, page 35, à l’ Équilibrage des réseaux bouclés d’eau chaude sanitaire.

Les organes d’équilibrage doivent être réglés de façon à obtenir dans chaque boucle les débits calculés selon la NF DTU 60.11 P1-2.
Note : la norme NF EN 14336 décrit les méthodes d’équilibrage pour les installations de chauffage à eau chaude. Elles sont transposables aux installations de distribution d’eau chaude sanitaire.

Un rapport d’équilibrage doit être établi et comporter les données suivantes :
- date de l’équilibrage,
- référence de la vanne,
- type de vanne,
- position de réglage (si vanne manuelle),
- ΔP obtenu, débit calculé, débit mesuré (si vanne manuelle).

Les vannes d’équilibrage
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 l’obtention des bonnes vitesses et des bonnes ouvertures (1 mm), telle que la vanne TBV-C de TA Hydronics.

Les vannes d’équilibrage

3.2 - Le réglage de l’équilibrage : des calculs et des méthodes
Calculer les pertes de charge en ligne

Calculer les pertes de charge en ligne

Cumuler les débits et vaincre avec le circulateur les pertes de charge crées par le circuit de bouclage le plus défavorisé uniquement.

Le calcul des pertes de charges en tout point du réseau de bouclage, associé aux objectifs de débits et de vitesses, permettra de déterminer les positions de préréglages des vannes d’équilibrage.

En fonction des caractéristiques et des besoins hydrauliques du réseau de bouclage ECS, nous allons pouvoir déterminer le point de fonctionnement de pompe le plus optimisé (Qnom et Hmt).

Calculer les pertes de charge en ligne

La méthode TA-Wireless
L’utilisation systématique d’une méthode d’équilibrage permet d’optimiser la hauteur manométrique de la pompe.

Cette méthode systématique d’équilibrage révèle le point d’indice optimal.

méthode TA-Wireless

La lutte contre les phénomènes bactériens dans l’ECS en passe d’être gagnée !
La méthode d’équilibrage TA-Wireless est basée sur des mesures simultanées de débit à l’aide de deux capteurs de pression différentielle. TA Hydronics a développé cette méthode simple, rapide, effi cace pour équilibrer et pour dépanner les systèmes hydrauliques actuels.

Vanne de référence

1 Connecter le capteur 2
sur la vanne de référence.

2. Prérégler la vanne comme
indiqué par le TA-Scope :
- Régler selon les calculs
de TA-Select 4.
- Prérégler à 3kPa pour le débit
de calcul.
Vanne n-1

1. Connecter le capteur 1
sur la vanne n-1.

2. Mesurer le débit.

3. Régler la vanne n-1 pour
faire coïncider son débit en %
avec la vanne de référence.
Vanne n-2

1. Connecter le capteur 1
sur la vanne n-2.

2. Mesurer le débit.

3. Régler la vanne n-2 pour
faire coïncider son débit
en % avec la vanne de référence.

Ainsi de suite...


méthode d’équilibrage TA-Wireless

La méthode TA-Diagnostic
La méthode TA-Diagnostic est une méthode informatisée d’équilibrage incorporée dans l’appareil de mesure TA-Scope.

Deux mesures sont réalisées sur chaque vanne d’équilibrage d’un module. Grâce à ces mesures, l’appareil TA-Scope calcule le réglage optimal de toutes les vannes du module, permettant d’obtenir précisément le débit souhaité sur chaque circuit, tout en minimisant les pertes de charge. Entre autres avantages, cette méthode est réalisable par un seul technicien utilisant un seul appareil de mesure.

méthode TA-Diagnostic
Préparation :
- Vanne principale ouverte en grand.
- Vannes d’équilibrage préréglées
ou ouvertes à 50 %.
- Les pompes à plusieurs vitesses ou à vitesse variable seront consignées au maximum au début de la procédure d’équilibrage.
Elles seront réglées à la fin de l’équilibrage.
- Les vannes de régulation sont ouvertes en grand.

Suivre les indications de l’appareil de mesure TA-Scope.


Sur chaque vanne :

1. Mesure du débit
2. Fermer la vanne
3. Mesure de la Δp
4. Réouverture
de la vanne à 50 %
5. Indiquer le débit souhaité
La vanne principale :

1. Fermer la vanne
2. Mesurer la Δp


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