SECTION III : PARTIE COMMUNE AUX SECTIONS PRÉCÉDENTES
C. VII-2 Contrôles de l’efficacité des traitements de l'eau
L'évaporation de l'eau dans la tour entraîne la concentration en sels minéraux dans l'eau en recir-culation. Les purges de déconcentration sont indispensables, afin d'éviter la tendance à la corrosion, à la formation de dépôt par précipitation et de permettre aux réactifs chimiques injectés d'être effi-caces.
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L'eau d'appoint introduite dans le circuit compense les pertes d'eau par évaporation et par les purges de déconcentration.
L'efficacité des traitements en dépend puisque l’évaporation, le facteur de concentration et le taux de purge de déconcentration contribuent à stabiliser les propriétés chimiques de l'eau. Les réactifs de traitement injectés dans le circuit sont ainsi perdus avec l'eau de purge et doivent être rempla-cés. Le calcul de la purge revêt donc une importance capitale en vue de l'établissement des doses de traitements et des coûts.
Les contrôles ci-après doivent être réalisés :
– contrôle de l'échange thermique: la mesure des températures peut permettre la détection d'un encrassement du circuit.
– contrôle de la consommation en eau et en réactifs : ce contrôle permet de vérifier l'applica-tion du traitement d'eau et la détecl'applica-tion de toute anomalie de foncl'applica-tionnement (fuites d'eau…).
– contrôle des postes de traitement d'eau et de dosage des produits: il est nécessaire de véri-fier le bon fonctionnement des postes de traitement d'eau (filtres, adoucisseurs…) pour éviter toute dérive éventuelle de la qualité physico-chimique et biologique de l'eau.
– contrôle et mesures de la corrosion: les données fournies par les contrôles permettent d'opti-miser le programme d'inhibition en vue de garder les installations en bon état. Le suivi de la corro-sion par analyse de témoins ou par mesure du courant de corrocorro-sion est complémentaire à l'examen visuel des parties visitables.
– contrôles analytiques: les analyses d'eau constituent des moyens de s'assurer que les traitements sont appliqués correctement et sont efficaces. Elles permettent une réorientation du programme de traitement en cas de pollution accidentelle ou de dérive par rapport à la qualité de l'eau à la base.
Elles portent sur :
– des analyses physico-chimiques(se reporter au carnet de suivi dont le modèle est situé en par-tie centrale du document) ; la comparaison des analyses effectuées dans le circuit et dans l'eau d'ap-point permet de vérifier le respect des consignes d'exploitation et de suivre l'évolution ou la ten-dance du caractère de l'eau du circuit,
– des analyses biologiques(se reporter à la partie commune C.II relative aux prélèvements et au modèle du carnet de suivi disponible en partie centrale du document).
Le dénombrement de la flore viable est un indicateur de l'état des installations, d'une pollution et de l'efficacité des traitements biocides. Cependant, les études scientifiques ne mettent pas en évidence de corrélation entre le dénombrement de la « flore viable » et le dénombrement des Legionella. Ainsi, si une concentration élevée de germes dans l'installation doit être considérée comme un signal d'alerte, en revanche, une faible concentration ne garantit en aucun cas de faibles concentrations en Legionella.
Il existe sur le marché des méthodes rapides d'estimation du comptage de la flore viable basée sur la comparaison de la densité de la culture obtenue par rapport à une échelle préétablie par le fabri-cant. Cependant la seule méthode de dénombrement des germes totaux reconnue à ce jour est celle définie dans la norme Afnor NF EN ISO 6 222.
Remarque :les bactéries aérobies (nécessitant la présence d'oxygène) mésophiles (mise en culture à 22 °C et/ou 37 °C) revivifiables (viables et cultivables) sont aussi couramment et improprement appelées : « Germes totaux » ou « Flore totale » ou « Bactéries totales ». Les Legionella ne sont pas prises en compte dans ce type d'analyse ; leur isolement nécessite l'utilisation d'un milieu de cultu-re contenant des éléments nutritifs spécifiques.
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C.VIII - RÉGLEMENTATIONS ET
RECOMMANDATIONS RELATIVES
A LA PRÉVENTION DE LA LÉGIONELLOSE
(La réglementation relative à la protection du personnel est traitée dans la partie C.IV)
La légionellose est une maladie à déclaration obligatoire depuis 1987. Outre les actions de sur-veillance, les pouvoirs publics concernés ont diffusé des recommandations nationales aux services déconcentrés pour limiter le risque de légionelloses dans les établissements de soins et dans les éta-blissements recevant du public. Une réglementation a été édictée dans le cas particulier des établis-sements thermaux. Ces textes visent la mise en place de bonnes pratiques d’entretien des installa-tions à risque, en particulier des réseaux d’eaux chaudes sanitaires.
Recommandations de portées générales
Circulaire DGS n° 97/311 du 24 avril 1997relative à la surveillance et à la prévention de la légio-nellose. Outre la partie concernant le renforcement du dispositif de surveillance de la légionellose, la circulaire précise les grandes lignes de la prévention. Elle est accompagnée de fiches techniques décrivant les mesures préventives et curatives à mettre en œuvre pour chacune des catégories d’ins-tallations à risque.
Circulaire DGS/VS4 n°98-771 du 31 décembre 1998relative à la mise en œuvre de bonnes pra-tiques d’entretien des réseaux d’eau dans les établissements de santé et aux moyens de prévention du risque lié aux légionelles dans les installations à risque et dans des bâtiments recevant du public.
La première partie de cette circulaire s’adresse aux responsables des établissements de santé. Elle rappelle que, si le producteur d’eau du réseau public est soumis à une double obligation de moyens et de résultats pour ce qui concerne le respect des exigences de qualité auxquelles doit répondre l’eau destinée à la consommation humaine, il est de la responsabilité des gestionnaires d’établisse-ments de santé de vérifier et de garantir sa qualité aux points d’usage. Les responsables de ces éta-blissements sont notamment appelés à mieux connaître leur réseau d’eau chaude sanitaire, à en assu-rer un entretien régulier et à mettre en œuvre une surveillance de la contamination des réseaux par la recherche de légionelles à des points critiques des installations.
La deuxième partie de la circulaire s’adresse aux responsables des établissements recevant du public qui comportent des installations à risque. Il est recommandé d’assurer un bon entretien des installa-tions, d’évaluer la qualité de cet entretien au moins une fois par an par des prélèvements à la recherche de légionelles et de renforcer le contrôle en cas de prélèvements positifs et lors de la sur-venue de cas de légionellose.
Réglementation relative aux tours aéroréfrigérantes
Le ministre de l’environnement a adressé aux préfets le 23 avril 1999 un modèle d’arrêté préfectoral applicable aux installations à pulvérisation d’eau dans un flux d’air visées par la rubrique 2920 de la nomenclature des installations classées. Aussi, des arrêtés préfectoraux relatifs à ces installations ont-ils été édictés et il convient de s’y conformer strictement. Ceux-ci fixent des règles précises concer-nant la maintenance et le suivi des installations, de même que la conception et l’implantation des nouvelles installations ainsi que différents niveaux d’intervention en fonction des concentrations en légionelles mesurées dans les prélèvements.
Les établissements thermaux
L’arrêté du 19 juin 2000 modifiant l’arrêté du 14 octobre 1937 relatif au contrôle des sources d’eaux minérales fixe les critères de qualité de l'eau, les plans de surveillance et la périodicité des contrôles de la qualité des eaux minérales dans les établissements thermaux. Cet arrêté préconise notamment l’absence de légionelles aux points d’usage, justifiée par le fait que l'eau est utilisée dans ces éta-blissements à des fins thérapeutiques.
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DÉFINITIONS DE BASE
Appoint
Quantité d'eau qui entre dans le système de réfrigération atmosphérique pour compenser celle per-due par évaporation, par les entraînements vésiculaires et les purges.
Appoint = pertes par évaporation + entraînements vésiculaires + purges
Approche
Différence entre la température de l'eau froide et celle de l'air humide ambiant. C'est une des carac-téristiques principales de dimensionnement de la tour de réfrigération atmosphérique.
Bras morts
Parties du réseau dans lesquelles l’eau circule très peu ou très mal. De ce fait, l’eau contenue dans les tuyauteries stagne, ce qui favorise le développement des micro-organismes.
Cycles de concentration
C'est le rapport entre la quantité de sels dissous dans l'eau de circulation et dans l'eau d'appoint. Le nombre de cycles de concentration dépend de la qualité de l'eau d'appoint et de celle admise pour l'eau de circulation. Il diffère d'un circuit à un autre compte tenu des matériaux qui le constituent et des instructions des constructeurs.
On conseille en général de situer le nombre de cycles de concentration entre 2 et 5 car au delà, les économies d'eau de purge deviennent faibles.
Disperseurs (ou gicleurs, ou buses)
Dispositif transformant le courant d'eau arrivant dans la tour en gouttelettes de telle sorte qu'elles soient uniformément réparties sur le garnissage.
Distribution d'eau
Ensemble de tubes munis de disperseurs, le plus souvent situé à la partie supérieure de la tour de réfrigération destiné à amener l'eau au contact de l'air.
Écart de refroidissement
Différence entre la température de l'eau à l'entrée et celle à la sortie de la tour de réfrigération.
Garnissage (ou corps d'échange)
Le garnissage ou « corps d’échange » est un dispositif à travers lequel se fait le transfert thermique entre l'eau et l'air. Il existe des garnissages de type « film » et de type « gouttes » :
- Garnissage de type « film »- figure 1.1 - page 50
Garnissage dans lequel l'eau à refroidir s'écoule sous forme de film sur des parois ondulées, en « nid d'abeilles ».
- Garnissage de type « gouttes »- figure 1.2 - page 50
Garnissage dans lequel l'eau à refroidir s'éclate en gouttes successives sur des lattes superposées.
Température humide de l'air
Valeur de la température lue sur un thermomètre dont le bulbe est entouré d'un coton mouillé d'eau distillée. C'est cette valeur qui est utilisée pour dimensionner les tours de réfrigération atmosphé-rique. C'est la température de l'eau refroidie que l'on obtiendrait pour une surface d'échange infinie.
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Les différents types de tours
Tours de réfrigération atmosphérique ou tours aéroréfrigérantes
Ces tours constituent le moyen le plus efficace et le moins coûteux pour extraire la chaleur des sys-tèmes de réfrigération, des process industriels et du conditionnement d'air. Compactes, peu gour-mandes en énergie, elles économisent plus de 95 % de l'eau qu'elles refroidissent.
Elles fonctionnent, pour l'essentiel, sur le principe naturel du refroidissement par évaporation de l'eau, par un contact direct avec l'air ambiant. On peut ainsi obtenir des températures d'eau froide inférieures à celles de l'air sec ambiant.
L'eau se répartit dans un garnissageoù elle rencontre l'air de refroidissement mis en mouvement, soit par effet de tirage dans une sorte de haute cheminée, dans les tours de réfrigération atmo-sphériques à tirage naturel, soit au moyen de ventilateurs dans les tours à tirage forcé(se repor-ter à la partie commune C.V).
Tours de réfrigération atmosphériques à tirage naturel
Ce sont des ouvrages importants que l'on trouve principalement dans le secteur de production d'énergie, (centrales thermiques ou nucléaires).
La circulation d'air est obtenue par effet de tirage d'une grande cheminée de forme le plus souvent hyperbolique, grâce à la différence de température entre l'eau chaude et l'air ambiant plus froid.
Tours de réfrigération atmosphériques à tirage forcé
Elles se trouvent le plus souvent dans l'industrie pour les plus grandes. Les plus petites étant utili-sées dans le secteur tertiaire (installations de climatisation). L'air est mis en circulation au moyen d'un ou plusieurs moto ventilateurs. Il existe deux dispositions :
La tour de réfrigération est dite « à tirage forcé » quand le(s) moto ventilateur(s) est (sont) à l'amont du garnissage (on dit aussi tour soufflante) et « à tirage induit » quand il(s) est (sont) situé(s) à l'aval du garnissage (on dit aussi tour aspirante) (cf. partie C.V).
Tours de réfrigération hybrides
On les appelle aussi tours humides sèches quand l'eau à refroidir traverse aussi un échangeur sec.
L'air ainsi réchauffé désature le panache qui n'est plus visible (figure 1.5).
Il existe aussi des tours dites sèches humides ou sèches arrosées (figure 1.4) destinées à réduire la consommation d'eau et où la puissance dissipée dans l'échangeur sec est prépondérante (60 à 80 %).
L'importance de la partie humide dépend de la quantité d'eau que l'on s'autorise à utiliser.
Réfrigérants secs - (figure 1.3 - page 51)
Bien que non concernés par cette étude ils sont intéressants à citer par comparaison avec les tours de réfrigération atmosphérique. Dans ce cas, l'air n'est pas en contact avec l'eau ou un autre fluide (en effet il peut refroidir d'autres fluides que l'eau). Le transfert des calories se fait par échauffement de l'air ambiant avec les tubes dans lesquels circule le fluide à refroidir. L'échange thermique se fait uniquement par conduction et convection, par échauffement de l'air ambiant au travers de l'échan-geur sans évaporation du fluide réfrigéré.
En première approximation, il faut signaler que quatre fois plus de surface d'échange et par consé-quent de débit d'air sont nécessaires pour refroidir le même débit de fluide. Opérant sur la tempé-rature de l'air sec, le réfrigérant sec ne permet pas d'atteindre des tempétempé-ratures aussi basses qu'avec le réfrigérant atmosphérique.
Panache
Air sursaturé de vapeur d'eau qui crée un nuage visible à la sortie des tours de réfrigération atmo-sphériques.
Perte d'eau par évaporation
C'est la quantité d'eau évaporée pour assurer le refroidissement. Elle est principalement fonction de la chaleur éliminée. En première approximation, elle est égale à 1 % du débit d'eau circulant dans la tour de réfrigération atmosphérique pour un écart de 5 à 6 °C (un litre d'eau évaporée emporte environ 2 340 kJ ou 650 Wh).
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Purges
Quantité d'eau que l'on prélève au circuit de réfrigération pour contrôler la concentration de sels dissous. La quantité d'eau à purger est fonction de la concentration en sels admise par le circuit de refroidissement, ce qui impose le nombre de cycles de concentration.
Purge = (Pertes par évaporation + entraînements vésiculaires)/(cycles de concentration - 1)
Séparateurs de gouttes ou dévésiculeurs (ou capteurs de gouttes) (figures 2.28 et 2.29 - page 51)
Ensemble de chicanes, installé en général en sortie d'air de la tour destiné à retenir les gouttelettes d'eau qui autrement seraient entraînées dans l'atmosphère.
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Sources : Dessins et schémas : « Les réfrigérants atmosphériques industriels » de Lionel CAUDRON aux Éditions Eyrolles 61 bd Saint Germain 75005 Paris. - Hamon Thermal Europe. 116 118 rue Jules Guesde 92300 Levallois Perret - Dalkia, Quartier Valmy, 33 Place Ronde 92981 Paris La Défense CEDEX.
Eau chaude
Plaques ou alvéoles
Pluie froide
Eau chaude
Pluie froide Lattes
ou
Caillebotis Fig. 1.1. - Corps d’échange à film
Fig. 1.2. - Corps d’échange à goutte
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51 Fig. 1.3. - Réfrigérant sec
Fig. 1.4. - Réfrigérant sec-arrosé Fig. 1.5. - Réfrigérant humide-sec
Fig. 2.28. - Capteurs de gouttelettes pour réfrigérants à contre-courant
Fig. 2.29. - Capteurs de gouttelettes pour réfrigérants à courants croisés
Échangeur (batterie de tubes)
Air
Eau chaude Eau froide
141
IR
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Bilan Hydrologique et paramètres hydrauliques
Écart de température : ∆t (K) C'est la différence entre les températures entre l’eau chaude et l’eau refroidie.
Puissance du réfrigérant : P (kW) C'est la quantité de chaleur échangée par seconde. Elle s'exprime par le produit : P = Q/3.6 x 4 186 x ∆t
Quantité de chaleur échangée : le joule (J) C’est la quantité de chaleur évacuée à l’atmosphère.
Taux de concentration ou nombre de cycles de concentration : Fc
L'eau en circulation est plus concentrée en minéraux que l'eau d'appoint (à cause de l'évaporation).
Par convention, on appelle « nombre de cycles de concentration » le rapport des teneurs en certains sels dissous entre l'eau du circuit (ou eau de purge) et l'eau d'appoint. (Après 3 cycles de concen-tration, l'eau de purge renferme trois fois plus de ces sels que l'eau d'appoint Fc = 3).
Le facteur concentration de l’eau du circuit dépend du débit de purge de déconcentration : Fc = salinité totale de l'eau du circuit/salinité totale de l'eau d'appoint.
Débit de recirculation : Q (m3/h) L'eau circule dans le système de refroidissement selon un débit dit
« de recirculation » Débit d'entraînement vésiculaire : EV(m3/h)
C'est le débit d'eau directement entraînée dans l'atmosphère sous forme de gouttelettes finement divisées. Lorsque les conditions de fonctionnement du guide sont respectées EV< 0,0001 x Q est en général négligé pour le calcul de l'appoint.
Débit d'évaporation d'eau : E (m3/h) selon norme NF E 38-423 ; c'est le débit d'eau évaporée à la tour pour refroidir l'eau du circuit. Ce débit d'éva-poration est constitué par de l'eau pure qui n'entraîne aucun sel dissous.
E = Q x 0.004 186 x ∆t x Cs
avec Cs donné dans le tableau suivant :
20 0,269 0,308 0,345 0,378
40 0,269 0,305 0,339 0,371
60 0,269 0,302 0,335 0,364
80 0,269 0,302 0,331 0,357
100 0,271 0,303 0,331 0,354
(tableau extrait de la norme NF E 38-423)
Cs peut également être considéré comme égal à 0,2688 + 0,00348 t avec t : température de l'air exté-rieur en °C
Température de l'air extérieur en °C
Humidité en % 0 °C 10 °C 20 °C 30 °C
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Débit de purge de déconcentration : PD (m3/h)
L'évaporation de l'eau entraîne une augmentation de la concentration des sels dissous dans l'eau cir-culante. Les purges de déconcentration visent à maintenir les paramètres chimiques de l'eau à l'in-térieur de limites précises afin de réduire au maximum l'entartrage, la corrosion, l'entraînement de particules et divers autres problèmes particuliers.
Cette opération est indispensable pour limiter une concentration croissante des sels dissous qui atteindraient rapidement leur limite de solubilité.
Débit de purge de déconcentration totale : PT(m3/h)
En plus de la purge de déconcentration, l'entraînement vésiculaire EVet les différentes pertes en eau qui peuvent exister dans un circuit (fuites parasites ou incontrôlées, etc.) participent à la déconcen-tration du système,
PT= EV+ PD+ fuites = E/(Fc - 1) = A/Fc
Le respect d’une purge de déconcentration totale telle que PT= A/Fc permet de maintenir le facteur de concentration constant (Fc).
Autrement dit la quantité de sels entrant avec l’eau d’appoint A est égale à la quantité de sels sor-tant avec la purge PT.
Débit d'appoint : A (m3/h)
De l'eau d'appoint est introduite dans le circuit pour compenser l'ensemble des pertes d'eau dans le circuit (évaporation, eau de purge de déconcentration totale).
Avec : A = E + PTet A x salinité de l'eau d'appoint = PTx salinité de l'eau du circuit
Le tableau ci dessous donne un exemple de calcul.
Q = 56 m3/h P = 1.16 x Q x t = 649,6 kW
Entrée t°eau chaude = 35 °C
t = 10 K E = Q x 0,004 186 x t x Cs = 0,89 m3/h
Sortie t°eau froide = 25 °C
PT = E/(Fc-1) = 1-0,89 m3/h Fc = 2
Ev = 0,01 % x Q EV = (Qx 0.0001) = 0,0056 m3/h (soit 5,6 l/h) Température de l’air extérieur en °C = 30
Cs = 0.371 PD = PT – Ev = 0,884 m3/h (soit 884 l/h)
Humidité en % = 40 A = E + PD + EV = E + PT = 1,78 m3/h
DONNÉES CALCULS :
Quantité de chaleur échangée par heure :
}
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Président groupe Industrie/Énergie : M. MUREAU Hamon Présidente groupe Tertiaire : Mlle MERCHAT Climespace-Elyo
M. ANDRE Gabriel JACIR- AIR TRAITEMENT
Mme APPOURCHAUX Michèle EDF division production nucléaire – groupe env.
Mme BALTY Isabelle INRS
M. BANQUET François EDF division ingénierie et services
M. BAUGE Christophe CERCHAR/SNET
Mme BAYEUX Marie-Cécile INRS
M. BECQUAERT Daniel GEA Erge Spirale et Soramat Mme BOUISSET Stéphanie CTCPA
M. BOULY Thierry GEA Ergé spirale et Soramat Mme BRAY Nicoletta Bureau Véritas
M. BRUNELLO J. Marie SNET
M. CABANES Pierre-André EDF-GDF service des études médicales
Mme CALLABE Valérie Ministère de l’Aménagement du Territoire et de l’Environnement M. CHALUMEAU Bernard HAMON Thermal Europe
M. COUTREL J.François FICUR/ANIA
M. du CHESNE Gérard Fédération Française du Bâtiment (FFB)
M. FAISQUES Patrick Fédération Française des Entreprises Gestionnaires de Services aux Équipements, à l’Énergie et à l’Environnement (FG3E)
M. GRUSON Bernard NALCO FRANCE
M. HOEN Jean Marc CIBA spécialités chimiques
M. KERGOVIC AIR TRAITEMENT
Mme LARRIBET Annie Ministère de l’Économie, des Finances et de l’Industrie M. LESCURE J.Pierre SNFS et ANIA
Mme LHERM Catherine Ministère de l’Emploi et de la Solidarité - Bureau CT4 Direction Relation du Travail
M. MAZILLIER Eric CRAMIF
M. MEDICI CIAT
Mlle MERCHAT Michèle CLIMESPACE/Elyo
Mlle MOLINARO Diane Ministère de l’Emploi et de la Solidarité – Bureau VS4 Direction Générale de la Santé
M. MORAN Francis SYPRODEAU/Cefracor
M. MUREAU Patrice HAMON Thermal Europe
M. PARIS Patrick CSTB – Division Eau et Habitat M. PUIBARAUD J. Philippe DALKIA
M. PRA Philippe CETIAT
M. ROUBATY Jean-Louis IRH environnement dpt études M. RUFFIER-LANCHE JACIR-AIR TRAITEMENT
Mme SIRUGUET Odile Ministère de l’Emploi et de la Solidarité Inspection médicale-IMTMO
Mme WALLET France EDF-GDF service des études médicales