Chaud / Froid

Quels sont les sujets traités par la technique thermique ?

La technique de chauffage dans le secteur du bâtiment comprend la production, le stockage et la distribution de chaleur pour le confort (chauffage et eau chaude sanitaire) ainsi que la chaleur industrielle. Les principales sources d'énergie pour la production de chaleur sont : le bois (bûches, pellets, copeaux de bois), la chaleur solaire, la chaleur récupérée, le chauffage urbain, le mazout, le gaz. Les pompes à chaleur utilisent comme source de chaleur : la chaleur ambiante, l'eau souterraine, l'eau du lac ou de la rivière ou la chaleur géothermique.

La cogénération (chaleur et électricité) permet de produire de l'électricité en utilisant simultanément la chaleur résiduelle. Le stockage de la chaleur de l'eau, de la glace et de la chaleur géothermique sont les principaux accumulateurs de chaleur. Les unités de stockage avec les matériaux à changement de phase (MCP) sont en cours de développement.

Quels sont les sujets traités par la technologie de la réfrigération ?

La technique du froid concerne les systèmes de production de froid pour le refroidissement de locaux ou de marchandises et pour les applications de congélation. Les machines frigorifiques sont des pompes à chaleur. Selon la gamme de capacité : évaporateur direct, refroidisseur compact, refroidisseur d'eau, refroidisseur sec ou humide. Les réfrigérants utilisés sont en constante évolution.

 

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Jean-Marc Suter: «Plus de recherches fondamentales récentes et plus de résultats seront encore nécessaires.» (Photo: SICC)

Prolifération des légionelles: doublement du temps [h] en fonction de la température de l’eau dans une zone de 25–47 °C. (Source: exposé de Jean-Marc Suter)

Recherches sur le système partiel: la production d’eau chaude d’un système de préchauffage solaire, respectivement un système solaire sans chauffage supplémentaire. Schéma: 1) stockage avec chargement par l’énergie solaire, 2) stockage sans chauffage d’appoint, X) eau froide, Y) eau chaude. (Source: exposé de Jean-Marc Suter)

Une étude européenne – implications pour la Suisse

La Fédération européenne de l’industrie solaire thermique (ESTIF) a mandaté trois experts pour faire une étude, afin de préciser pourquoi l’accumulateur d’eau chaude, qui utilise le chauffage par panneaux solaires, est plus souvent contaminé par les légionelles que celui qui est chauffé plus classiquement. A l’occasion de la réunion suisse sur l’hygiène en 2015 à Lucerne, Jean-Marc Suter a donné une conférence sur l’étude. Ce qui suit est un résumé des résultats, avec un accent particulier pour la Suisse.

Et Jean-Marc Suter d’expliquer que depuis la colonisation les légionelles et autres bactéries sont sous le feu de l’actualité dans les réseaux de distribution d’eau chaude. Les accumulateurs d’eau chaude, qui sont alimentés avec l’énergie des panneaux solaires, sont de plus en plus contrôlés. Pourquoi? Parce que l’exposition au soleil est très variable et l’accumulateur ne peut pas atteindre chaque jour la température de 55 °C, ce qui est généralement considéré comme la température minimale pour bloquer la prolifération des légionelles.

Trois experts européens ont élaboré une étude

La Fédération européenne de l’industrie solaire thermique (ESTIF) et son organe de certification solaire (SCF) a mandaté trois experts pour effectuer une telle clarification. Gerard van Amerongen, VAConsult, Rotterdam (NL), un expert en matière de normalisation européenne, de certification et expert des systèmes thermiques solaires avec une longue expérience dans la légionellose et les systèmes de chauffe-eau solaires; John Lee, Legionella Ltd, Ruislip (Royaume-Uni), microbiologiste et expert en légionelles de renommée mondiale et Jean-Marc Suter, auteur de cet exposé, expert en normalisation de l’énergie solaire, membre de la commission SIA sur l’eau chaude.

Des études sur des cas pratiques

Les bases de cette étude sur deux ans étaient des rapports de systèmes solaires contaminés ainsi que la détermination des emplacements, la connaissance des facteurs qui déterminent la prolifération et le dépérissement de la légionellose. Avec des données météorologiques réelles de sept sites européens et des profils de consommation d’eau chaude typique et avec les paramètres du système solaire, la concentration des légionelles a été simulée dans des accumulateurs chauffés par énergie solaire. Il n’a pas été tenu compte: des énergies conventionnelles, du chauffage complémentaire ou volume chauffé partiellement, ainsi que du système de distribution d’eau chaude. De cette étude, les paramètres des principaux facteurs ont été identifiés et esquissés en recommandations possibles pour la planification des installations.

De nouvelles recherches sont nécessaires

L’étude montre que les approches sont fondées sur les hypothèses worst case (pire cas). Elle a identifié les paramètres critiques et montre les tendances ainsi que l’ampleur des variations possibles de la concentration des légionelles. Des approfondissements concernant les derniers résultats de recherche sont certainement nécessaires, preuves en sont les déterminations de Jean-Marc Suter.

Il devrait donc être temps d’émettre des règles de base pour le contrôle de la concentration des légionelles dans les systèmes de chauffage solaire de l’eau, ceci dans les normes européennes EN 806-2 «règles techniques pour installations d’eau potable – Partie 2: Conception».

Spécifications pour les simulations

Basées sur les connaissances actuelles de la prolifération et de l’élimination des légionelles thermique, des hypothèses simplifiées suivantes ont été établies comme bases de simulations informatiques:

  • Moins de 25 °C: pas de prolifération des légionelles, population stable.
  • De 25–47 °C: multiplication avec le doublement du temps (voir tableau).
  • De 47 à 55 °C: pas d’augmentation, population stable.
  • Pus de 55 °C: désinfection thermique avec une réduction de la concentration de légionelles par un facteur de 1000 par heure.

98 % de la population des légionelles se situe dans le biofilm qui se forme sur les surfaces intérieures du réservoir et ses équipements internes.

Les 2 % restants sont présents dans l’eau potable et sont excrétés dans les prélèvements d’eau chaude. Les légionelles qui se colonisent dans le biofilm s’évacuent progressivement par les prélèvements d’eau potable.

L’étude tient compte des bâtiments à faible et moyen risque

Au début de la période des simulations, il a été supposé que la totalité de la surface de paroi interne de l’accumulateur est occupée par la concentration des légionelles, donc 100 UFC/m² (UFC = unités formant les colonies).

Dans les bâtiments à faible risque (villa, petit bâtiment à plusieurs appartements sans production centralisée d’eau chaude, les écoles sans douches, l’administration, points de vente, restaurants, locaux de stockage, salle de réunion) la concentration de légionelles maximale dans l’eau du réservoir de stockage a été déterminée de sorte que la limite soit 500 000 UFC/litre.

Dans les bâtiments avec un risque moyen (petit bâtiment à plusieurs appartements avec production centralisée d’eau chaude, les écoles avec des douches, des installations sportives, piscines intérieure et extérieure, hôtels, casernes) la limite de concentration de légionelles a été déterminée à 5000 UFC/litre. Contrairement aux standards SIA 385/1, les maisons avec soins infirmiers, les prisons et tous les services d’un hôpital sont considérés comme des bâtiments à haut risque. L’étude a donc été limitée aux bâtiments à faible et moyen risque.

Résultats et recommandations

En Europe centrale et du Nord le stockage est plus fréquent dans une zone de température inférieure à 25 °C (pas de prolifération de légionelles), ce qui est moins fréquent dans le sud de l’Europe. Par contre, des températures supérieures à 55 °C (désinfection thermique) sont plus fréquentes en Europe du Sud. Mais la plage de températures moyenne propice à la prolifération des légionelles est souvent présente partout. A certains endroits d’Europe centrale, la concentration maximale des légionelles est attendue. Les journées les plus critiques sont les journées d’hiver ensoleillées, car un stockage tiède favorise la prolifération de légionelles. Pour la Suisse, cependant, il faut noter que seuls les trois mois de novembre à janvier peuvent être critiques, à condition que le dimensionnement soit correct. Le paramètre le plus important étant donc le rapport entre le volume de stockage et la surface des collecteurs. Les systèmes de chauffage solaire de l’eau utilisés irrégulièrement (par exemple, uniquement en semaine ou le samedi/dimanche) ont un risque plus élevé que les installations où l’eau chaude est soutirée quotidiennement. En ce sens, la situation d’un bâtiment à plusieurs appartements sera plus favorable que dans une maison individuelle, dans laquelle la consommation d’eau chaude est irrégulière.

Toutefois, il est à rappeler qu’en Suisse, c’est toujours un stockage chauffé de manière classique qui a été pris en compte dans l’étude. Et c’est donc la désinfection thermique qui s’effectuera, si la température de référence est réglée assez haut.

Si la certitude absolue est requise, c’est-à-dire, également lors de grands pics de consommation, par lesquels un chauffage classique a été «débordé»; le débit d’eau chaude pourrait être interrompu pour le consommateur dès que la température à la sortie du stockage descend au-dessous de 60 °C. La vanne trois voies, nécessaire pour éviter l’échaudage, pourrait être utilisée de toute façon dans les systèmes solaires et rester sous contrôle.

Remarques finales

Les légionelles peuvent se multiplier et mourir dans un accumulateur solaire rempli d’eau potable. L’équilibre entre la prolifération et la destruction est un processus complexe dynamique qui dépend de l’emplacement du local, de l’orientation et de la conception des collecteurs, du dimensionnement, l’utilisation et la maintenance de l’ensemble du système. Très souvent, plus la désinfection thermique a lieu, grâce à une conception appropriée, une utilisation et par un entretien adéquat, plus le risque de légionellose diminue. Fondamentalement, la puissance de chauffage du champ de capteurs peut être réadaptée, en augmentant la surface de collecteur dans chaque installation solaire, ceci déjà lors de la planification. Ainsi, la désinfection thermique du stockage solaire se produit plus fréquemment avec un volume de stockage constant, ce qui réduit le risque de légionelles. Dans le même temps, en été, le système est souvent en état de stagnation. Aujourd’hui, cependant, nous savons comment les collecteurs et les systèmes de stagnation sécuritaires doivent être construits et installés.

Conclusion: un équilibre entre le risque de légionellose, la fréquence de la stagnation dans l’installation permet de maîtriser les coûts.

Une présentation plus détaillée (en allemand) est disponible sous www.swki.ch › Recherche: Hygienetagung 2015.

* Dr Jean-Marc Suter, physicien SIA, Suter Consulting, 3005 Berne, www.suterconsulting.com