Eau chaude sanitaire dans le secteur tertiaire Ir. K. De Cuyper Centre Scientifique et Technique de la Construction CSTC
Objectifs de la conférence
• 1. Préciser ce que sont les installations de production et de distribution d’eau chaude sanitaire (ECS), et donc d’établir une certaine base permettant de réfléchir sur la performance de ces installations. • 2. Mettre en évidence le fait que ces installations, tout comme les installations de chauffage, peuvent et doivent se calculer pour garantir une performance optimale • 3. Faire connaître un certain nombre de techniques de production d’ECS alternatives, applicables dans le tertiaire • 4. Attirer l’attention sur le fait qu’en matière d’ECS il ne suffit pas de prendre en compte uniquement des considérations d’économie d’énergie: les aspects sanitaires n’étant certainement pas à oublier 2007.06.14
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• • • • •
Contenu
0. Documents de référence 1. Les besoins/exigences en matière d’ECS 2. La production d’ECS 3. La distribution d’ECS 4. Legionella
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Documents de référence • (1) NBN 354 Installations de préparation, accumulation et distribution d’eau chaude IBN av de la Brabançonne, 29 1040 Bxl, 1958 • (2) prNBN D 20-001 Installations de préparation, accumulation et distribution d’eau chaude IBN (1984) • (3) NBN EN 563 Sécurité des machines- Températures des surfaces tangibles - IBN, 1995 2007.06.14
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Documents de référence (2)
• (4) EN 806-2 Specifications for installations inside buildings conveying water for human consumption –Part 2: Design CEN TC 164 • (5) DIN 1988 Teil 3 Technische Regeln für Trinkwasser-Installationen Deutsches Instituut für Normung Beuth Verlag GmbH, Berlin 1988
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Documents de référence (3) • (6) Le Recknagel “Manuel pratique du génie climatique”, Tome 2 PYC Editions Paris, France, 1996 • (7) L’eau chaude sanitaire dans les bâtiments résidentiels et tertiaires PYC Editions Paris, France, 1991 • (8)Tapwaterinstallaties in woon-en utiliteitsgebouwen Publicatie 55 ISSO Rotterdam, Nederland, 2001 2007.06.14
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Documents de référence (4)
• (9)CD-rom:Energie+ Version 5: Conception et rénovation énergétique des bâtiments tertiaires Architecture et climat UCL, 2003 www-climat.arch.ucl.ac.be • (10)Warmtepompen voor woningverwarming Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap (ANRE) Koning Albert II-laan, 7 1210 Bxl 2007.06.14
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Documents de référence (5)
• (11) Warmte uit zonlicht Ministerie van de Vlaamse Gemeenschap (ANRE) Koning Albert II-laan, 7 1210 Bxl • (12) DVGW Arbeitsblatt W553
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Inhoud/ Contenu
0. Referentie documenten / documents de référence
•
1. De behoeften aan SWW/ Les besoins
•
2. De warmwater productie/ la production d’eau chaude 3. De SWW-verdeling/ la distribution d’ECS 4. Legionella
• •
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1. De eisen (behoeften)
• Bij de productie en de verdeling van sanitair warmwater (SWW) moet men rekening houden met eisen mbt: – – – – –
1.1. De temperatuur (°C) 1.2. Het ogenblikkelijk debiet (l/min of l/s) 1.3. De hoeveelheden (l/d.p of l/toepassing,…) 1.4. De kwaliteit van het water 1.5. Middelen om het verbruik te verminderen
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1.1. SWW Temperatuur • Al naargelang de toepassing is de temperatuur die het water moet hebben verschillend:
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Toepassing
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NBN 345
ISSO
Recknagel
35°C
40°C
35°C
lavabo
40
40
40
douchen
40
37
40-45
bad
40
37
40
vaat: machine (hotels,…) vaat : hand
_
55-65
-
55
50
55
voetbaden
_
-
30-35
bakkerijen
_
-
70
wasserijen
_
-
75
handen wassen
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SWW Temp: verantwoording • De waarde van 35 à 40°C voor hygiëne, is evident: cfr de lichaamstemperatuur • De hogere waarden hebben te maken met het feit dat het “reinigend effect” van het water toeneemt als de temperatuur verhoogt: – Voor het oplossen van vetten is een temperatuur van minimum 55°C nodig, veelal werken de machines dan op minimum 60°C (hotels, grootkeukens,…). – In wasserijen vergt een goede en snelle “vuil” verwijdering, evenals een “micro-organismen dodende” behandeling, temperaturen tot boven de 70 °C
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Temperatuur: Legionella
• Legionella: bacterie die zich in water ontwikkelt bij temperaturen tussen 20 en 50°C en die tot longontsteking kan leiden • Vermijden van deze contaminatie kan door de temperatuur voldoende hoog te houden:
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Legionella: Tmin
Prod F
(°C)
Platen ww: >50 Boiler: >55 +1x 60/24h
Verdeling
Tap
(°C)
(°C)
>50
<50
Nl Vl
58-60 60
CH
min 60
D
60
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•min 55 vertrek: min 60 •Of: wekelijkse thermische ontsmetting
•Geen •70°CÎ 30 s •65°CÎ 1 min •60°CÎ 2 min
60-50
min50
60-55
55
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Veilige Temperaturen: De relatie temperatuur – contacttijd – letsel (NBN EN 563 voor naakte metalen)
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Temperatuur: veiligheid bij sanitaire toepassingen • Temperaturen boven de 60°C dienen zeker als gevaarlijk beschouwd te worden: men riskeert brandwonden indien de contacttijd langer is dan een 3-tal seconden. • Er moeten dan ook voorzieningen getroffen worden om de temperatuur te beperken in bepaalde inrichtingen (scholen, ziekenhuizen, homes, crêches,...) Î pr EN 806-2 : 43°C en 38°C in crêches. 2007.06.14
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Besluit : SWW temperatuur • Om te bepalen hoeveel water er nodig is of om energiebefhoeften af te schatten zal men gebruik maken van de temperatuurswaarden in slide 11. • Productie en verdeling van sanitair warmwater geschieden in de context van de Legionellaproblematiek nu meer en meer op 50 à 60°C en de pr EN 806-2 eist dat men water op 70°C kan leveren aan de verst gelegen tappunten, voor thermische desinfectie • Omwille van veiligheidsredenen moet men de taptemperatuur beperken tot 43 à 45°C, tenminste in bepaalde sanitaire inrichtingen. 2007.06.14
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Opmerking: welke koudwater temperatuur gebruiken bij de berekening van installaties? Maand/ T(°C) Maand/ T(°C) mois Lille (F) mois Lille (F) J 5 J 14 F
5
A
14
M
6
S
13
A
9
O
11
M
11
N
9
J
13
D
6
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– – – – –
Tgem= 9.7°C Î 10°C
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Besoins en matière d’ECS
1.1. La température (°C)
1.2. Les débits instantanés (l/min ou l/s)
1.3. Les quantités (l/j.p ou l/application,…) 1.4. La qualité de l’eau 1.5. Le moyens pour réduire la consommation
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1.2. Débits instantanés Application
DIN 1988 (D) à 60°C
ISSO (Nl) à 58°C
NBN345 (B)
AICVF ( F: travail) à 35°C
l/min lavabo
4.2
2.5
douche
9
2.5
10
bain
9
5
25
évier
4.2
5
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5
3.3
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-
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Pc:puissance nette consommée ( kW) • Pc= Q*c* (Tc-Tf) en [kW] – – – –
Q : débit (l/s ~kg/s) c : 4.18 kJ/kg.K Tc: Temp ECS Tf: Temp EF : 5 à 10°C
• Exercice Pc=?, si: – 10 l/min à 35°C ; – 4.2 l/min à 60°C ; – 2.5 l/min à 58°C; 2007.06.14
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Pc • 10 l/min à 35°C(douche AICVF(F)): – Pc (5°C) = – Pc (10°C)=
• 4.2 l/min à 60°C(lavabo DIN (D)): – Pc (5°C)= – Pc (10°C)=
• 2.5 l/min à 58°C (douche ISSO (Nl)): – Pc (5°C)= – Pc (10°C)= 2007.06.14
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Pc • 10 l/min à 35°C(douche AICVF(F)): – Pc = (10/60)*4.18*(35-10) = 16.7 kW – Pc = (10/60)*4.18*(35-5) = 20 kW Î 10 douches : 200 kW!
• 4.2 l/min à 60°C(lavabo DIN (D)):
– Pc = (4.2/60)*4.18*(60-10) = 14.6 kW – Pc = (4.2/60)*4.18*(60-5) = 16 kW
• 2.5 l/min à 58°C (douche ISSO (Nl)):
x 2!
– Pc = (2.5/60)*4.18*(58-10) = 8.4 kW – Pc = (2.5/60)*4.18*(58-5) = 9.2 kW
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Débit eau mitigée Qf Tf
Qm Tm
Qc Tc
Avec:
• Qf = Qc * (Tc-Tm)/(Tm-Tf) • Qm = Qc * (Tc-Tf)/(Tm-Tf)
• Qf/Qc/Qm: débit eau froide/chaude/mitigée • Tf/Tc/Tm : température eau froide/chaude/mitigée 2007.06.14
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Application
1. 10 l/min à 35°C, Tf=5°C Î Qc à 60°C =? 2. 2.5 l/min à 60°C, Tf=5°CÎ Qm à 35°C=?
1. Qc = 10 *(35-5)/(60-5) = 5.5 l/min 2. Qm = 2.5*(60-5)/(35-5) = 4.6 l/min
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De eisen (behoeften) : inhoud
– 1.1. De temperatuur (°C) – 1.2. Het ogenblikkelijk debiet (l/min of l/s) – 1.3. De hoeveelheden (l/d.p of
l/toepassing,…)/ volume d’ECS consommée
– 1.4. De kwaliteit van het water – 1.5. De middelen om het verbruik te verminderen
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1.3. SWW : hoeveelheden Etablissement Hotel
Caractéristiques - 3 étoiles en montagne (sports d'hiver) - 3 étoiles tous lieux
par chambre et par jour
130 à 140
par chambre et par jour
100
- 1 étoile avec douche (50%) et bain (50%) - lingerie
par chambre et par jour par kg de linge sec
75 4à5
150 à 50 repas par jour
par repas
En absence de douches, restaurant, … cuisine à liaison froide
par personne et par jour
2à6
par repas
2à3
- hôtel de vacances à la semaine avec bain
Restaurant Bureaux
Grande cuisine 2007.06.14
Besoins en litres à 60°C par chambre et par jour 170
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12 à 20
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14
(liters ) bij 60°C - chambre d'internat
par lit et par jour
- Repas, hors lave-v.
par repas
3à5
- Repas, avec lave-v.
par repas
9 à 10
Maison de repos
- chambre
par lit et par jour
- Repas, hors lave-v.
par repas
3à5
rusthuis
- Repas, avec lave-v.
par repas
9 à 10
Maternité materniteit
- chambre
par lit et par jour
- Cuisine, avec lave-v.
par repas
Ecole school
2007.06.14
30 à 40
40
60 10 à 15
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(l) à 60°C - chambre
par lit et par jour
- Cuisine, avec lave-v.
par repas
10 à 15
Hôpitaux
- chambre
par lit et par jour
50 à 60
ziekenhuis
- Cuisine, avec lave-v. (de par repas 1 700 à 300 repas par jour)
Foyer pour handicapés
- chambre
Maternité
Home voor - Cuisine, avec lave-v. gehandicapten
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par lit et par jour par repas
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60
8 à 12
100 9 à 10
30
15
Liters per gebruiker bij
Industrie
Litres par utilisateur à 45°C 22
Litres par util. à 60°c 15
- à robinet
11 à 22
8 à 15
- à pissette
6 à 10
5à8
Lavabo individuel Lavabo-auge collectif
lavabo collectif circulaire - à 6 places
43
30
- à 10 places
54
38
Douche commune
36
25
Douche en cabine, travail peu salissant Douche en cabine, travail très salissant Baignoire
50
35
60
42
180
125
Valeur moyenne y compris les besoins de cuisine 2007.06.14
50 l par jour et par personne
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Litres par utilisateur à 45°C
Litres par util. à 60°c
Ecoles
Douches en milieu scolaire
35
25
Bât. Sportif
Douches en centre sportif
60
42
Douches in scholen
Douches in sportzalen
Voorbeeld van omrekening van mengvolume(Vm), naar volume op 60°C Vc: Vc = Vm*(Tm-Tf)/(Tc-Tf) = 35*(45-10)/(60-10) 2007.06.14
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= 24.5 l 32
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Energie-inhoud van een opgewarmd watervolume • E= c*V*(Tc-Tf)/1000 (kWh) c= 1.16 (1.2) Wh/(kg.K) • Voorbeeld: • V = 1000 l • Tc: 60°C • Tf: 10
• E= 1.16*1000*(60-10)/1000= 58 kWh • NB:
• 58 kWh = 209000 kJ= 209 MJ (1kWh = 3600 kJ) • Dikwijls rondt men 1.16 af op 1.2: E= 1.2*1000*(60-10)/1000 ~60 kWh
2007.06.14
– – – –
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De eisen (behoeften) : inhoud
1.1. De temperatuur (°C) 1.2. Het ogenblikkelijke debiet (l/min of l/s) 1.3. De hoeveelheden (l/d.p of l/toepassing,…)
1.4. De kwaliteit van het water/ qualité de l’eau
– 1.5. De middelen om het verbruik te verminderen
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17
1.4. Waterkwaliteit • Het drinkwater dat in België verdeeld wordt beantwoordt aan wettelijke voorschriften, dwz dat het niet agressief mag zijn, dat het maw neutraal tot ketelsteenvormend (hard) moet zijn • De hardheid wordt bepaald door de opgeloste calcium en magnesium zouten. In het Brusselse heeft het water een hardheid rond de 32°F, di “hard tot zeer ” water 2007.06.14 IBGE/BIM 35
Hard water • Nadeel van hard water: • Neerslag van “ketelsteen” (kalk) bij verwarming – vooral boven de 60°C- ; gevolg :verminderde warmteoverdracht in warmtewisselaars • Meer zeepverbruik, “stijver” aanvoelend wasgoed • Water voelt “hard” aan: comfort
• Bestrijding: – Regelmatige ontkalking van de SWW productie – Verzachting van het koud water waterverzachter dmv ionenuitwisseling bv(aanbevolen in Nl en D); resthardheid 7 à 10°F; 2007.06.14
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Besluit « behoeften »
• De gegevens over benodigde gebruikstemperaturen en gemiddeld vereiste volumes, vormen de basis – Het ontwerp van een installatie – Maar zij laten ook toe om na te gaan of een gegeven installatie een normaal of eerder abnormaal verbruik heeft. Dit kan dan de start zijn om een een installatie aan een meer gedetailleerde analyse te onderwerpen
2007.06.14
IBGE/BIM
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1.5. Moyens pour réduire la consommation d’ECS • Les besoins (quantités, débits) indiqués ci-avant sont donnés dans des documents de référence datant des années 90, reprenant la façon de faire de fin des années 80. • Depuis, la notion « construction durable » a fait chemin dans le monde de la construction ce qui a influencé beaucoup de nouveaux produits, introduits ces dernières années. 2007.06.14
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19
Principes pour réduire la consommation 1. Dans les applications où l’eau n’est pas accumulée (douches, actions de rinçage, lave-mains,..) la recherche d’une eau de température appropriée (recherche « du bon mélange ») nécessite un certain temps. Pendant ce temps l’eau puisée n’est pas utilisée et donc perdue. Î Une réduction de ce temps permet
une économie d’eau et d’énergie 2007.06.14 (eau chaude). IBGE/BIM
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Principes (2) 2. Les besoins identifiés sont ceux que l’installation doit pouvoir fournir dans le cas où le système est sollicité au maximum. Dans ce cas, la pression (p) en amont des robinets est à un minimum (1 bar). La plupart du temps, cette pression est beaucoup plus élevée. Pour un même degré d’ouverture on aura alors un débit (Q) supérieur au besoin minimal car Q = kx √p avec k une caractéristique du robinet, qui dépend e.a. de son degré d’ouverture. Î Limiter le débit, dans tous les cas, au
débit requis, permet d’économiser de l’eau (chaude) et doncIBGE/BIM de l’énergie. 2007.06.14 40
20
Principes (3)
3. La quantité d’eau consommée est aussi déterminée par le comportement de l’utilisateur, certainement dans le tertiaire: on oublie de fermer le robinet.
Î Des robinets à fermeture automatique permettent de limiter la quantité d’eau inutilement évacuée.
2007.06.14
IBGE/BIM
41
Principes (4)
4. Dans certains cas, on utilise de l’eau chaude sans qu’il y ait un réel besoin. Î Eviter ces utilisations permet une économie d’eau et d’énergie.
2007.06.14
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21
Une étude du CSTB (F):
« Eau potable et sanitaire Guide pour les économies d’eau » Septembre 2001
2007.06.14
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i) Mitigeur à levier pour lavabo et évier
2007.06.14
• Ce type de robinet, introduit dans les années 80, a comme avantage de permettre de trouver plus vite la température recherchée de l’eau mitigée, soit un gain de temps de l’ordre de 8 s, pour une conduite de 12 m de longueurÎ moins de pertes d’eau non utilisée: économie de 0.5 m³/an.personne par rapport IBGE/BIM 44 au mélangeur à 2 têtes; temps d
22
ii) Mitigeur à levier avec butée • La butée limite la levée du levier et donc le débit: 0 à 6 l/min • En poussant un bouton on peut obtenir la pleine ouverture et avoir le débit total (~12 l/min). – Economie: 3m³/an.personne – Temps de retour: 2007.06.14 immédiat
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45
iii) Limiteur de débit en bout (aérateur) eau
air
air Eau +air
– Economie: 3m³/an.personne – Temps de retour: immédiat 2007.06.14
IBGE/BIM
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23
iv)Régulateur de débit en bout (douche économe) Débit l/min 5
P1
<
P2 pression
– Economie: 3m³/an.personne – Temps de retour: immédiat 2007.06.14
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v) Mitigeur thermostatique pour la douche • Réduction du temps de « recherche de la bonne température » plus prononcé que dans le cas du robinet mélangeur à levier: – Économie par rapport au mélangeur à 2 têtes: 1 m³/an.personne – Temps de retour 4 ans
2007.06.14
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Potentiel des équipements économes
• L’utilisation d’un équipement économe en eau permet de réduire la consommation d’eau mitigée dans le résidentiel de 3 à 4 m³par an et par personne, soit une économie de 1.8 à 2.4m³ d’eau à 60°C
2007.06.14
• • • • •
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Inhoud/ Contenu
Referentie documenten / documents de référence 1. De behoeften aan SWW/ Les besoins
2. De warmwater productie/ la production d’ECS
3. De SWW-verdeling/ la distribution d’ECS 4. Legionella
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2. SWW: de productie • 2.1.Types: – – – –
2.1.1. Ogenblikkelijke productie 2.1.2. Met volledige accumulatie 2.1.3. Semi-ogenblikkelijk 2.1.4. Semi-accumulatie
– – – –
2.2.1. Warmte recup op het afvalwater 2.2.2. De warmtepomp 2.2.3. De warmtekracht koppeling 2.2.4. De zonneboiler
• 2.2. Energiebesparende productiemiddelen:
• 2.3. Energetische optimalisatie van bestaande installaties • 2.4. Dimensionering van de SWW-productie
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2.1.1. Ogenblikkelijke productie/ production instantanée Principe:
SWW
Ketel
Platen warmtewisselaar 2007.06.14
KW
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Platen warmtewisselaar Echangeur à plaques
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Ogenblikkelijke productie: warmtewisselaar in de ketel
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• Geen opslagvat,
Voordelen
– dus minder thermische verliezen – Geringere investering – Minder ruimtebeslag
• Bij correcte dimensionering: beschikbaarheid van een onbeperkte hoeveelheid SWW
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Nadelen • Moeilijk een constante temperatuur te garanderen dikwijls varieert de temperatuur tussen 60 en 40°C: vrij moeilijke regeling • Gevoelig voor ketelsteenvorming wegens hoge temperaturen primaire • De ketel moet het piek-SWWdebiet kunnen dekken, cfr 15 douches met 10 l/min à 35°C= 250kW! Î overgedimensioneerde ketel • Ketel moet steeds op temperatuur blijvenÎ slecht rendement 2007.06.14
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2.1.2. productie met 100% accumulatie / Principe: Elektrische boilers in serie boilers électriques en série
Kringverwarmer Réchauffeur de boucle 2007.06.14
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Vb: 6 Boilers 10000 l elk elektrisch verwarmd
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Boiler 10 000 l Temperatures
Temperatuursverloop boilers 10 000 l Temperatuur
80
70
temperature (°C)
60
50
40
30 0.2m
entrance
3m
5m
20
10
T bodem
0 0:00:00
4:48:00
9:36:00
0m
14:24:00
19:12:00
0:00:00
4:48:00
time
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Tijd
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100% accu: verbruik en opwarming ifv de tijd Volume (l) of energie (kWh) verbruiksperiode
opwarming
Uren vd dag 6
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12
18
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6
60
30
voordelen • Zeer goede stabiliteit van de temperatuur = comfort
nadelen •Vergt de beschikbaarheid van een grote ruimte in het gebouw •Belangrijke investeringen •Belangrijke thermische verliezen
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2.1.3. Semi-instantané Principe:
accu
échangeur 2007.06.14
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31
ECS ECM
ECR
EF
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Fonctionnement dans le cas de peu ou pas de puisage
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Cas d’un débit de pointe
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+H
Q Si Q>Qmax, alors alimentation par accu et échangeurs (la pompe constitue à ce moment une perte de charge!)
Qmax -H
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33
Avantage • Puissance de chaudière un peu plus petite que pour l’instantané
Désavantages • Difficile à équilibrer hydrauliquement , mauvaise charge des accus • Fluctuations de températures encore importantes • Nécessite toujours une grande puissance de chaudière • D’un point de vue énergetique: probablement pas différent d’une production instantanée.
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IBGE/BIM
67
2.1.4. Semi-accumulation
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IBGE/BIM
68
34
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IBGE/BIM
69
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IBGE/BIM
70
35
Avantages
• Ce système traditionnel donne, si le dimensionnement est correct, une aussi bonne stabilité de température que 100 % d’ accumulation • Nécessite cependant moins d’espace • La puissance nécessaire plus faible que pour la production instantanée • Le rendement de production de ces installations est meilleur que pour une instantanée tandis que les pertes par le stockage sont moindres que pour une 100% accu
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IBGE/BIM
71
Désavantage
• Exige un plus grand espace que pour la production instantanée
2007.06.14
IBGE/BIM
72
36
• 2.1. Types:
La production d’ECS
– – – –
2.1.1. Production instantanée 2.1.2. 100% accumulation 2.1.3. Semi-instantanée 2.1.4. Semi-accumulation
– – – –
2.2.1. Récupération de la chaleur des eaux usées 2.2.2. La pompe à chaleur 2.2.3. La cogénération 2.2.4. Le boiler solaire
• 2.2. Moyens de production économes:
• 2.3. Améliorer la performance énergétique • 2.4. Dimensionnement de la production d’ECS 2007.06.14
IBGE/BIM
73
2.2.1. Récupération de la chaleur des eaux usées /Warmterecup op afvalwater/
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IBGE/BIM
74
37
2007.06.14
IBGE/BIM
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Meervoudige douchewarmtewisselaar
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IBGE/BIM
76
38
Échangeur de douche multiple
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IBGE/BIM
77
Système à réchauffer condenseur
3
2
2.2.2. La pompe à chaleur (PAC) Principe www.emis.vito.be
0
1
évaporateur
Source de chaleur 2007.06.14
IBGE/BIM
78
39
PAC: changements d’état p
3
2 T=Cte 0
1 V
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IBGE/BIM
79
Fluide caloporteur: Point d’ébullition à 1 atm (°C)
Pression d’ évaporation à 0°C (bar)
Pression au condenseur à 45°C (bar)
R134a(*)
-26
2.9
11.6
R407c(*)
-43
5.4
18
-42
4.7
16
Propane (*) hydrocarbures fluorés 2007.06.14
IBGE/BIM
80
40
température Température du système de chauffage: haute
Température source: basse
co m pr
es s
eu r
condenseur
évaporateur
Flux de chaleur Cycle thermodynamique
Évolution de la température : PAC eau/eau 2007.06.14
IBGE/BIM
81
2007.06.14
IBGE/BIM
82
41
2007.06.14
IBGE/BIM
83
Coefficient de performance: COP (ou ε)
COP /
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IBGE/BIM
84
42
Performance •Le COP (ou ε) caractérise la performance de la PAC •COP ~ 2.2 à 6 •COP = f (T2-T1) –Au plus grand (T2-T1) au plus petit le COP –Îimportant sont •La température du système à rechauffer: 50 à 60°C pour l’ECS •La température de la source de chaleur 2007.06.14
IBGE/BIM
85
PAC Air/ECS : effet de TECS sur COP Etude Nl de 2001
air/SHW heat pump : effect T on COP only WP/PAC
3.5 3
WP/PAC+ weekly 60°C with PAC
2.5 COP
WP/PAC weekly 60°C with resist
2 1.5
WP/PAC till 55; 1/2 with resist till 60°C
1 0.5 0 50
55
60
WP/PAC till 55; 100% with resist till 60°C
hot water temperature (°C)
2007.06.14
IBGE/BIM
86
43
sources de chaleur: •sol – échangeur horizontal – échangeur vertical
•eau –nappe phréatique –eau de surface
•air 2007.06.14
IBGE/BIM
87
Le sol comme source: vertical
2007.06.14
IBGE/BIM
88
44
Le sol comme source : variation de T sur l’année
•H = 1m : T~ 4 à 17°C •H > 5 m : T ~10 à 12°C H
2007.06.14
IBGE/BIM
89
IBGE/BIM
90
Le sol comme source : horizontal
2007.06.14
45
Le nappe phréatique comme source
2007.06.14
IBGE/BIM
91
L’air (ambiant/ extérieur) comme source
2007.06.14
IBGE/BIM
92
46
avantages et désavantages des sources de chaleur Avantages échangeur de chaleur vertical
échangeur de chaleur horizontal
2007.06.14
Nappe phréatique
2007.06.14
•Peu de sol occupé •Application: réalisable presque partout •Source inépuisanle •Température de la source : peu de variation •Température de la source : relativement haute •Système fermé •Application: réalisable presque partout •Système fermé
IBGE/BIM
•Peu de sol occupé •Température de la source : constante •Température de la source : relativement haute
IBGE/BIM
Désavantages •Diminution de la température de la source pendant la saison de chauffe •Nécessite un système étanche vu la présence de glycol
•Demande plus de surface au sol •La température de la source varie •Attention à l’ épuisement du sol •Diminution de la température de la source pendant la saison de chauffe •Nécessite un système étanche vu la présence de glycol 93
•pas toujours de l’eau de bonne qualité •Pas toujours disponible à faible profondeur •Coût d’investissement élevé •Énergie nécessaire pour pomper l’eau •Nécessité d’une autorisation environnementale •À garantir: la séparation refrigérant-eau de sol •A soigner : le sondage, le puit de refoulement, l’ étanchéité, •Une connaissance de la “géohydraulique” est nécessaire
94
47
Air extérieur
•Peu de sol occupé •Application : réalisable presque partout •Disponible •Investissement faible
•Nécessite un système de décongélation •Nécessite un système de chauffage complémentaire •La température de la source varie fortement •Périodiquement: des basses températures au niveau de la source
Air de ventilation
• pas de sol occupé • Température de source : haute •Température de la source : constante
•Le bruit •Disponibilité réduite •Seulement d’application avec certains systèmes de ventilation
2007.06.14
IBGE/BIM
95
WP: een voorbeeld www.emis.vito.be /energietechnologie/demonstratie projecten
Vaatwasmachine in een ziekenhuis Lave-vaisselle 2007.06.14
IBGE/BIM
96
48
Séchage électrique prélavage
63°C
lavage
85°C Air du séchage
460 l
stockage
Air ambiant
évaporateur
Eau froide
Vaatwas machine / lave-vaisselle
2007.06.14
WP/PAC IBGE/BIM
97
Vaatwasmachine ziekenhuis, per dag:
• Maaltijden: 730/d • Waterverbruik: 2000 l/d
– 920 l “voorspoelen” op 63°C: • verwarming door warmtepomp van 12 tot 63°C : 54 kWh/d, • en op temperatuur houden van de tanks: 60kWh/d
– 1080 l “spoelen” op 85°C • Opwarming door warmtepomp van 12 tot 70°C: 73 kWh/d • Bijverwarming met elektrische boiler van 70 tot 85°C (19kWh/d) en op temperatuur houden van de boiler 2 kWh/d, totaal 21 kWh/d.
• Overig elektriciteitsverbruik: 94 kWh/dag
2007.06.14
IBGE/BIM
98
49
WP balans / PAC bilan Warmte afgegeven / Energie thermique délivrée Voorspoelen: WP / 114 kWh Pré-rinçage :PAC Spoelen / Rinçage: •WP/PAC 73 kWk •boiler 21 kWh Totaal 208 kWh Elektrisch verbruik / Consommation électrique WP/ PAC 65 kWh ÎCOP= (114+73)/65= 2.9 boiler 21 kWh Rest (droging, 94 kWh transportband,..)/ Autres (séchage, tapis roulant, …) Totaal 180 kWh 2007.06.14
IBGE/BIM
99
Vergelijk: WP/elektrisch verbruik
• Alles elektrisch: Totaal te leveren elektrische energie : 208 +94= 302 kWh • Met warmte pomp: – Totaal te leveren elektrische energie : 180 kWh – reductie: 180/302 = 0.59 Î60% – COP= 187/65 = 2.9 – Terugverdientijd meerkost: 7 jaar zonder enige subsidie.
2007.06.14
IBGE/BIM
100
50
Piscines: PAC sur eaux usées en combinaison avec échangeur COP=12!
2007.06.14
IBGE/BIM
101
SWW: de productie • 2.1.Types: – – – –
2.1.1. Ogenblikkelijke productie 2.1.2. Met volledige accumulatie 2.1.3. Semi-ogenblikkelijk 2.1.4. Semi-accumulatie
– – – –
2.2.1. Warmte recup op afvalwater 2.2.2. De warmtepomp
• 2.2. Energiebesparende productiemiddelen: 2.2.3. De warmtekracht koppeling
2.2.4. De zonneboiler
• 2.3. Energetische optimalisatie van bestaande installaties • 2.4. Dimensionering van de SWW productie
2007.06.14
IBGE/BIM
102
51
2.2.3. Warmte-kracht-koppeling http://energie.wallonie.be www.ode.be
• =Wat? Lokale productie van warmte én elektriciteit
2007.06.14
IBGE/BIM
103
Klassieke energievoorziening Production classique Nodig: 50+75=125 Primair:
η= 125/183 η = 68%
100+83=183
WKK Cogénération Nodig: 50+75=125 Primair:
η= 125/145 η = 86%
145 2007.06.14
IBGE/BIM
104
52
7% Q2
Principe:
Q1 E : 35% Q1 : 42%
92%
Q2 : 15 %
E 1% 2007.06.14
IBGE/BIM
105
WKK: een voorbeeld in een ziekenhuis www.emis.vito.be /energietechnologie/demonstratie projecten
• Ziekenhuis : 210 bedden • Energievoorziening: – Elektriciteit: 2 bronnen • Net • WKK : 164 kWe
– Warmte: 3 bronnen • WKK : 263 kWt • Condenserende gasketel : 585 kW • Gewone gasketel : 585 kW 2007.06.14
IBGE/BIM
106
53
Karakteristieken WWK
• Beschikbaar thermisch vermogen bij vollast: 263 kWt – Motorkoeling : 162 kW ~ 62% – Uitlaatgassen : 101 kW ~ 38 % – Temperatuursniveau: 70/60°C
• Verliezen: 74 kW • Kost : 5 MBEF
2007.06.14
IBGE/BIM
107
2007.06.14
IBGE/BIM
108
54
2007.06.14
IBGE/BIM
109
2007.06.14
IBGE/BIM
110
55
Opbrengst / bilan Bron/source
Therm. (MWh) Electr (MWh)
WKK/Cogé.
602 (39%)
373 (34%)
Net/ réseau
_
737 (66%)
707 (46%)
-
227 (15%)
-
1531 (100%)
1110 (100%)
Chaud à Condens. ketel Gasketel/chau d trad. Tot. 2007.06.14
IBGE/BIM
111
Economische evaluatie / évaluation économique Kost/coût
•Gas/gaz •Elektr. Tot. : Besparing/ économie 2007.06.14
Met WKK Avec Cogénération (MBEF) 2.1 2.6
Zonder Sans (MBEF) 1.8 3.9
4.7
5.7
1.0 MBEF/jaar an
IBGE/BIM
112
56
Economische evaluatie/ évaluation économique (2) • Terugverdientijd : 5.6 jaar • Temps de récupération: 5.6 ans
2007.06.14
IBGE/BIM
113
Interessante publikaties op de web-site van het Waals Gewest: http:// energie.wallonie.be
• Installer une cogénération dans votre établissement: guide de préfaisabilité : G • Rekenprogramma: calc
2007.06.14
IBGE/BIM
114
57
• 2.1. Types:
2. La production d’ECS
– – – –
2.1.1. Production instantanée 2.1.2. 100% accumulation 2.1.3. Semi-instantanée 2.1.4. Semi-accumulation
– – – –
2.2.1. Recup sur les eaux usées 2.2.2. La pompe à chaleur 2.2.3. La cogénération
• 2.2. Moyens de production économes:
2.2.4. Le boiler solaire
• 2.3. Améliorer la performance énergétique • 2.4. Dimensionnement de la production d’ECS 2007.06.14
IBGE/BIM
115
2.2.4. Energie solaire www.soltherm.be - www.ode.be • Quantité d’énergie solaire disponible annuellement en Belgique: 1000 kWh/m².
2007.06.14
IBGE/BIM
116
58
Energie solaire: variation
2007.06.14
IBGE/BIM
117
effet de la pente et l’orientation
90° 2007.06.14
90°
IBGE/BIM
118
0°
59
Principe:
2007.06.14
IBGE/BIM
119
Capteur sous vide
2007.06.14
IBGE/BIM
120
60
2007.06.14
IBGE/BIM
121
Principes de dimensionnement
• Un optimum économique est obtenu pour une couverture solaire de +/- 30%, ceci s’obtient dans les conditions suivantes: – 1m² de capteur par 80 l d’eau consommée à 60°C – Stockage : 30 l par m² de capteur.
• Outil de prédimensionement pour le tertiaire: Quick scan : QS
2007.06.14
IBGE/BIM
122
61
Documents à consulter de la Région Wallonne http://energie.wallonie.be • Info générale sur les grands systèmes « systèmes » • Commander un audit
2007.06.14
• 2.1. Types:
IBGE/BIM
123
La production d’ECS
– – – –
2.1.1. Production instantanée 2.1.2. 100% accumulation 2.1.3. Semi-instantanée 2.1.4. Semi-accumulation
– – – –
2.2.1. Récup sur eaux usées 2.2.2. La pompe à chaleur 2.2.3. La cogénération 2.2.4. Le boiler solaire
• 2.2. Moyens de production économes:
• 2.3. Améliorer la performance énergétique • 2.4. Dimensionnement de la production 2007.06.14
IBGE/BIM
124
62
2.3. Améliorations de l’installation de production • 2.3.1. Boilers: isolation • 2.3.2. Récupération de la chaleur d’un condenseur • 2.3.3. Récupération de la chaleur des fumées • 2.3.4. Autres
2007.06.14
IBGE/BIM
125
2.3.1.Isolation des boilers : voir CD-rom Enérgie+ « CD » -soit dimensions
Hauteur
1.4 m
Diamètre
1 m
Volume
1 099 litres
Surface
6.0 m²
-soit capacité du réservoir
1 000 litres
Surface approx.
2007.06.14
IBGE/BIM
5.8 m²
126
63
Capacité du réservoir
1 000 litres
Enveloppe (val. choisie )
6.0 m²
T° moyenne de l'eau
60 °C
T° moyenne de l'ambiance
15 °C
Nbre heures fonct.
8760 heures
Prix du kWh
0.05 Euro/kWh
2007.06.14
IBGE/BIM
127
Solution 1 Matériau isolant
polystyrène
Lambda Isolant
0.035 W/m.K
Epaisseur
5 cm
Coût de l'isolation
100 Euro
Coefficient k
0.65 W/m².K
Puissance
177 W
Déperdition annuelle
1547 kWh/an
Coût des pertes par parois
77 Euro/an
Const. de refroidissement
0.09 Wh/lit.j.K
Diminution T° en 24 heures
3.65 °C
2007.06.14
IBGE/BIM
128
64
Solution 2 Matériau isolant
polyuréthanne PUR
Lambda Isolant
0.030 W/m.K
Epaisseur
10 cm
Coût de l'isolation
200 Euro
Coefficient k
0.29 W/m².K
Puissance
79 W
Déperdition annuelle
689 kWh/an
Coût des pertes par parois
34 Euro/an
Const. de refroidissement
0.04 Wh/lit.j.K
Diminution T° en 24 heures
1.62 °C
Economie sol. 2 / sol. 1
1288 Euro/30 ans
Temps de retour
2.3 Ans
2007.06.14
IBGE/BIM
129
Epaisseurs d’isolation recommandées Contenance en litres
Epaisseur minimale de laine minérale en cm
< 400 10
de 400 à 2 000 12
> 2 000 14
2007.06.14
IBGE/BIM
130
65
Manque d’isolation
2007.06.14
IBGE/BIM
131
2.3.2. Récupération de la chaleur d’un condenseur d’une unité de conditionnement d’air pré-chauffage
30à40°C 2007.06.14
IBGE/BIM
132
66
2.3.3. récupération sur les fumées cheminée Départ ECS T~35°C Economisers
chaudière Retour
Eau froide 2007.06.14
• Condensation
2007.06.14
IBGE/BIM
133
Attention
IBGE/BIM
134
67
2.3.4. Autres
• Eliminer l’ECS aux sanitaires des bureaux • Décentralisation de la production • …
2007.06.14
IBGE/BIM
135
SWW: de productie • 2.1.Types: • 2.2. Energiebesparende productiemiddelen: • 2.3. Energetische optimalisatie van bestaande installaties • 2.4. Dimensionering van de SWW
productie
2007.06.14
IBGE/BIM
136
68
2.4. Dimensionering van de SWW productie • 2.4.1. Berekening op basis van het verloop van het verbruik • 2.4.2. Berekening op basis van andere gegevens • 2.4.3. Andere in rekening te nemen elementen om het vermogen van de installatie te bepalen
2007.06.14
IBGE/BIM
137
2.4.1. Berekening op basis van het verloop van het verbruik 2.4.1.a Het verbruiksprofiel
• Het SWW-verbruik over een dag is niet constant, zij varieert zoals bv aangegeven op de bijgaande grafiek, waar het gecumuleerd verbruik uitgezet werd ifv de uren van de dag (V = f(t)) voor een hotel met een gemiddeld dagverbruik van 7000 l/dag “s”
2007.06.14
IBGE/BIM
138
69
«r» Hôtel avec consommation moyenne :7000 l 12000
Verbruiksperiode ~16h
11096 l
10000
consommation (l)
8000
6000 LuMa SaDiMe JeVe 4000
NB: verloop op de dagen met piekverbruik
2000
0 0
5
10
15
20
25
30
Uren van de dag
-2000 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
139
Op een dergelijke grafiek kunnen verschillende zaken afgelezen worden: – Vooreerst uiteraard het totale dagverbruik de Vt; in dit hotel is dit verbruik het grootst op een dinsdag : 11 096 l “S” – Dit verbuik laat dan ook toe om de totale netto hoeveelheid energie te kennen die die dinsdag verbuikt werd, daar: Et = Vt*c*(Tc-Tf) in kWh; met c=1.16~1.2/1000 kWh/l°C is Et= 11096*1.2*(60-10)/1000 = 666kWh – Wenst men deze energie te produceren met een 100% accumulatie, dwz in de periode zonder verbuik van 22 h tot 6h (= 8h), dan moet men een netto verwarmingsvermogen Po hebben van : Po = 666/8 = 83,25 kW 2007.06.14
IBGE/BIM
140
70
«r» Hôtel avec consommation moyenne :7000 l 12000
Verbruiksperiode ~16h
11096 l
10000
consommation (l)
8000
6000 LuMa SaDiMe JeVe
3177 l 4000
2000
NB: verloop op de dagen met piekverbruik
213 l
0 0
-2000
2007.06.14
5
10
Periode met een piekdebiet
15
20
25
30
Uren van de dag heure
IBGE/BIM
141
Info gegeven door V=f(t) (2) • Omwille van het niet constant zijn, zijn er periodes waarin de aftapdebieten groter zijn tov andere periodes, dwz dat de helling van de curve er steiler is:
– vooral ‘s morgens en ‘s avonds zijn er dergelijke periodes, – de grootste debieten vindt men op een vrijdag tussen 6 en 7h, waar er een debiet Qp afgetapt wordt gelijk aan : 3177-213 =2964 l/h, hetzij bijna 50 l/min aan 60°C “S”
• Wenst men dit piekdebiet te verwarmen met een ogenblikkelijke SWW productie, dan moet dit een netto vermogen kunnen leveren gelijk aan: Po = 2964 *1.2*(60-10)/(1000*1) = 178 kW, dwz meer dan het dubbele dan bij 100% accumulatie 2007.06.14
IBGE/BIM
142
71
Info gegeven door V=f(t) (3) • Voor het dimensioneren van de 100% accumulatie en voor de ogenblikkelijke SWW-productie geeft het verbuiksprofiel dus alle nodige info. • Voor een semi-accumulatie eveneens: – Indien we bv een warmtewisselaar zouden nemen die tijdens de verbruiksperiode evenveel water kan verwarmen tot op 60°C als er in die periode verbuikt wordt,
• dan zou de gecumuleerde hoeveelheid water die door deze wisselaar verwarmd wordt, door een rechte voorgesteld worden, die op de verbuiksgrafiek begint bij 0 op het moment dat het verbruik start en die op het einde van de verbruiksperiode gelijk is aan het verbruikt watervolume Vt=11096 l. • Deze lijn noemt men de vermogenslijn van de warmtewisselaar • In het gegeven voorbeeld moet deze warmtewisselaar dus 666 kWh leveren in 16 h, dwz een netto vermogen hebben van P = 666/16~ 42 kW,
2007.06.14
IBGE/BIM
143
Hôtel avec consommation moyenne :7000 l 12000
10000
consommation (l)
8000
6000 LuMa SaDiMe JeVe
Gecumuleerde hoeveelheid water die door de warmtewisselaar verwarmd werd = « de vermogenslijn »
4000
2000
0 0
5
10
15
20
25
30
-2000 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
144
72
– Het stockagevolume dat men met deze warmtewisselaar samengaat dient de waterhoeveelheid te leveren die op bepaalde ogenblikken meer afgetapt wordt dan er door de warmtewisselaar geleverd wordt. Het grootste verschil tussen de productie en de vraag vinden we terug bij de piekafname, dwz ‘s morgens tussen 6 en 7: “S” • Vraag: 4000 l om 7 h • Productie om 7 h: 1100 l • Te dekken door het stockagevolume: Vs= 4000-1100=2900 l
2007.06.14
IBGE/BIM
145
Hôtel avec consommation moyenne :7000 l 12000
10000
Vs=4000-1100= 2900 l consommation (l)
8000
6000 LuMa SaDiMe JeVe 4000
hoeveelheid water die door de warmtewisselaar verwarmd wordt ifv de tijd = « de vermogenslijn »
2000
0 0
5
10
15
20
25
30
7h -2000 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
146
73
Semi-accumulatie: andere combinaties vermogen/stockagevolume • Bij de semi-accumulatie kan men aan de vraag voldoen door verschillende koppels vermogen/volume: een vermindering van het vermogen geeft een vermogenslijn met een kleinere helling; waardoor men een groter volume zal moeten stockeren
2007.06.14
IBGE/BIM
147
Profil de consommation verbruiksperiode
Toenemend stockage volume
Verminderend vermogen Geen aftap
2007.06.14
IBGE/BIM
148
74
Verbruiksprofiel :besluit
• De kennis van het verbuiksprofiel laat dus toe om alle gegevens te bepalen nodig voor de dimensionering van de SWW-productie, wat ook het type weze!
2007.06.14
IBGE/BIM
149
2.4.1.b. het eenheidsverbuiksprofiel • Volgens een Franse studie (7) :
– Hebben alle gebouwen van eenzelfde type (bv de zakenhotels) een gelijkaardig verbruiksprofiel, – Dwz dat men voor een gegeven gebouwtype een soort « éénheidsverbruiksprofiel » opstellen dat toelaat om het verbruiksprofiel te berekenen voor om het even welke gebouwgrootte van het gegeven type, door de waarden van het eenheidsverbruiksprofiel te vermenigvuldigen met gemiddeld uurverbuik van het beschouwde gebouw – Dit gemiddeld uurverbuik wordt dan afgeleid uit het gemiddeld dagverbuik, dat gegeven wordt in allerlei tabellen. – Dergelijke éénheidsverbruiksprofielen werden opgesteld voor verschillende gebouwtypes: – Zakenhotels, zomer-hotels, homes, restaurants, ziekenhuizen, campings,…. 2007.06.14 IBGE/BIM 150
75
Zaken-hotel: eenheidsverbruiksprofiel hôtel 4 saisons
40 Ma Sa Ve
35
consommation unitaire (l/l/h)
30 25 20 15 10 5 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
-5 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
151
Zaken-hotel: eenheidsverbruiksprofiel Hôtel d'été 70 60 50 40 30
Ma Sa
20
Ve
10 0 -1 -10
2007.06.14
4
9
14 he ur e
IBGE/BIM
19
24
152
76
Homes: eenheidsverbruiksprofiel Homes
30
consommation unitaire (l/l/h)
25
Me Sa Di
20
15
10
5
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
heure
2007.06.14
IBGE/BIM
153
Restaurants: eenheidsverbruiksprofiel resto
35
consommation unitaire (l/l/h)
30 Sa Ma Ve
25 20 15 10 5 0 0
2
2007.06.14
4
6
8
10
12 heure
14
IBGE/BIM
16
18
20
22
24
154
77
Ziekenhuizen: eenheidsverbruiksprofiel Cliniques
30 28 26
consommation unitaire (l/l/h)
24 22 20 18 Me Ve Di
16 14 12 10 8 6 4 2 0 0
2
2007.06.14
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
heures
IBGE/BIM
155
Een voorbeeld van het gebruik van éénheidsverbruiksprofielen: • • • •
Zaken-hotel 4* in de stad 100 kamers Semi-accu; opladen moet geschieden binnen de verbruiksperiode
2007.06.14
IBGE/BIM
156
78
oplossing
• 1. Berekening van het gemiddelde uurverbruik : – Uit de bijgaande tabel « S » leidt men het gemiddeld dagverbruik af
Vj= 100*78*1.5= 11700 l/dag – Waaruit het uurverbruik volgt Vh=Vj/24 = 11700/24 = 487.5 l/h
2007.06.14
IBGE/BIM
157
Hotels: gemiddelde verbruiken Zaken-hotel Zomervakantiehotel Wintervakantiehotel
Gemiddeld l/dag. kamer
Max l/dag.kamer
78 45
100 100
56
100
Correctie coëfficiënten Aantal sterren ligging
Met eigen 2007.06.14 voor wasplaats linnen
0.65
*: 0.75
**: 1
***: 1.35
bergen 1.35
zee 1
Op de buiten 1
Stad 1
ja 1.25
neen IBGE/BIM 1
****: 1.50
158
79
Oplossing (2)
• 2. Berekening van het maximale dagverbruik: – Uit het eenheidsverbruiksprofiel voor de zaken-hotels leest men het maximale eenheids- verbruik af (graf) : 38 l/(l/h) – Vermenigvuldigen we deze waarde met het gemiddelde uurverbruik Vh, dan vinden we het maximale dagverbruik: Vt = 38*487.5= 18525 l – Dit laat dan ook toe het maximale energieverbruik te berekenen: Et = 18525*1.2*(60-10)/1000= 1111,5 kWh
2007.06.14
IBGE/BIM
159
hôtel 4 saisons
40
38 Ma Sa Ve
35
consommation unitaire (l/l/h)
30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -5 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
160
80
Oplossing (3) • 3. Berekening van het gemiddeld nodig netto verwarmingsvermogen:
– Totaal te leveren energie, zojuist berekend: 1111,5 kWh – De tijd waarin deze energie moet geleverd worden is af te leiden uit de eenheidsverbruiksgrafiek: 6 à 23 h, hetzij 17 uren « S » – Netto te leveren vermogen Po= 1111,5/17= 65.5 kW – Weerhouden vermogen: 80 kW
2007.06.14
IBGE/BIM
161
hôtel 4 saisons
40
38
verbruiksperiode
35
Ma Sa Ve
consommation unitaire (l/l/h)
30 25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -5 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
162
81
Oplossing (4)
• 4. Bepaling van de vermogenslijn:
– Een eerste punt ligt op de horizontale as voor een eenheidsverbruik = 0 l/l/h op het tijdstip 6 h – Een tweede punt vindt men als volgt:
• Watervolume dat met 80 kW in 10 h opgewarmd kan worden: V10= (80*10)/(1.2*(60-10)/1000)= 13 333 l • Eenheidsverbruik dat hiermede overeenkomt: ve10= 13 333/ 487.5 = 27 l/l/h • Het 2° punt heeft dus als coordinaten : – tijdstip 6+10=16h; – eenheidsverbruik: 27 l/l/h
– De rechte tussen deze beide punten = de vermogenslijn
2007.06.14
IBGE/BIM
163
hôtel 4 saisons
40 35
Ma Sa Ve
Vermogenslijn
30 consommation unitaire (l/l/h)
27
25 20 15 10 5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -5 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
164
82
Oplossing (5)
• 5. Nodig stockagevolume Vs voor een verwarmingsvermogen van 80 kW: • dit is het grootste verschil tussen de vermogenslijn en de eenheidsverbruiksgrafieken « S ». We vinden dit terug tijdens de periode van piekverbruik van 6 tot 7h ‘s morgens: vse = 15-4= 11 l/l/h • Uit dit eenheidsstockagevolume vse vindt men dan het volume Vs: 11* 478,5= 5263 l
2007.06.14
IBGE/BIM
165
hôtel 4 saisons
40 Ma Sa Ve
35
Vermogenslijn 30 consommation unitaire (l/l/h)
27
25 20 15
Stockage: 10
Vse=15-4= 11 l/l/h
5 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 -5 heure
2007.06.14
IBGE/BIM
166
83
Praktisch
• In de praktijk moet men niet door deze berekeningen gaan. Het Waals gewest heeft hiervoor een rekenprogramma uitgewerkt, opgenomen op de betrokken CD-rom. • Demonstratie: « CD-rom »
2007.06.14
IBGE/BIM
167
2.4. Dimensionering van de SWW productie • 2.4.1. Berekening op basis van het verloop van het verbruik • 2.4.2. Berekening op basis van andere
gegevens
• 2.4.3. Andere in rekening te nemen elementen om het vermogen van de installatie te bepalen
2007.06.14
IBGE/BIM
168
84
2.4.2. Dimensionering op andere basis dan het verbruiksprofiel
• Er bestaan geen vervuiksprofielen voor alle types van SWW-installaties. • Voor bepaalde types zoals voor sportzalen en in de industrie zal men zich baseren op andere gegevens, zoals: • • • • • •
De debieten aan de tappunten Het aantal tappunten De gebruiksfrequentie van tappunten Het getapt volume Het aantal gebruikers ….
2007.06.14
IBGE/BIM
169
Sportcentra: basisgegevens voor douches ref.(8) Duur min.
gebruikstijd min/pers.
Aantal spelers per plein
Gemiddeld aantal spelers per training en plein
voetbal
50 à 105
5
2x13
13
Handbal
50 à 70
3
2x9
9
Hockey
80
4
2x16
16
32 à 82
6
2x 9 ou 15
15
Base-ball
120
3
2x20
20
Tennis
300
3
2x3
1-10
30
3
2x2
4
Rugby
Badminton 2007.06.14
IBGE/BIM
170
85
2.4. Dimensionnement de la production d’ECS • 2.4.1. Calcul sur base du profil de la consommation d’ECS • 2.4.2. Calcul sur d’autres bases • 2.4.3.autres éléments à prendre en
considération
2007.06.14
IBGE/BIM
171
2.4.3 Dimensionnement: autres éléments à prendre en considération
• Outre les besoins nets la production doit également couvrir les pertes thermiques des composants du système • Du ballon de stockage • De l’éventuelle boucle de distribution
• Un ballon d’ECS ne délivre pas 100% de son contenu à la température de stockage: par le mélange avec l’eau froide une partie du volume aura une température moins élevée; ce volume dépend de l’efficacité du ballon 2007.06.14
IBGE/BIM
172
86
2.4.3 a)Pertes du ballon de stockage (réf.7) • Coefficient de déperdition thermique Ds: Ds = [1.1+0.05/V]xhxS W/K Avec: • V= volume du ballon : πxd²xH/4 • S = surface de déperdition= πxdxH+πxd²/2 • h: coefficient d’échange thermique (W/m².K): 1/h= (1/10)+(e/λ) • d : diamètre du cylindre (m) • H : hauteur du ballon • e: épaisseur de l’isolant (m) λ : conductivité thermique (W/m².K)
• Détermination se fait par abaque 2007.06.14
IBGE/BIM
173
Déperditions du ballon de stockage (réf.7)
2007.06.14
IBGE/BIM
174
87
Exemple: d’utilisation du graph – D= 2.35 m ; H = 4 m – e = 0.1 m; λ = 0.05 W/m².K Î e/λ = 2 Î point 2 – D,HÎ point 1 – Horizontale par 1 et verticale par 2Î point 3 Î Ds = 20 W/K – Pour Tc = 60°C et Tair= 20°C Î Pb= 20x40= 800W
2007.06.14
IBGE/BIM
175
Déperditions stockage: • Calcul par le CD-rom
2007.06.14
IBGE/BIM
176
88
2.4.3.b)Pertes de la boucle
• Le résultat des pertes thermiques de la boucle de distribution est une diminution de la température de l’eau puisée. Normalement on dimensionne la boucle de façon à avoir une chute de maximum 5°C • Cette chute de température se traduit par une plus grande consommation d’eau chaude: V55 = V60 x (60-10)/(55-10) = 1.11xV60 • Il faut donc majorer la puissance nécessaire de 10%
2007.06.14
IBGE/BIM
177
Puissance totale de chauffe
• Pt = [Puissance nette/0.9]+ déperditions ballon
2007.06.14
IBGE/BIM
178
89
2.4.3.c) Efficacité du ballon
• Dans un ballon efficace, 80 à 95% du volume du boiler est utilisable • Dans un « mauvais » ballon parfois seulement 45% • En général on prend une valeur de 80% • Exemple: hôtel 4 saison, 100 chambres, avec une puissance de chauffe de 80kW et un volume nécessaire de 1950 l pour couvrir les besoins, nécessite un ballon de 1950/0.8~2500 l
2007.06.14
• • • • • •
IBGE/BIM
179
Contenu
0. Documents de référence 1. Les besoins en ECS 2. La production d’ECS
3. La distribution d’ECS
4. Legionella
[email protected]
2007.06.14
IBGE/BIM
180
90
3. Distribution de l’ECS • 3.1. Types: – 3.1.1. distribution en boucle – 3.1.2. distribution ramifiée avec ruban chauffant – 3.1.3. boucle avec tube dans tube
• 3.2. calcul – 3.2.1.des conduites d’alimentation – 3.2.2.des conduites de retour – 3.2.3. du circulateur
• 3.3. optimalisation des conduites de 2007.06.14 IBGE/BIM puisage
181
Notes: – 1. Une des exigences de confort est d’obtenir de l’ECS dans un temps “acceptable”: 20 sec. pour un évier; 30 sec. pour un lavabo; 40 sec. pour un bain, une douche
tout système de distribution tentera de respecter ces valeurs. Nb voir aussi CD+ pour des valeurs Suisses – 2. Le type de distribution est fonction du mode de production d’ECS: centralisée ou localisée 2007.06.14
IBGE/BIM
182
91
3.1.1 Distribution en boucle Point de puisage
Boucle de circulation
boiler
Eu froide
2007.06.14
IBGE/BIM
183
2007.06.14
IBGE/BIM
184
92
Nécessité: isolation thermique des conduites DN (mm)
15
25
50
100
150
200
Continu
40
50
60
60
80
80
Le jour
30
30
40
60
80
80
Épaisseurs “optimales” d’isolation (mm) (CD-rom)
2007.06.14
IBGE/BIM
185
Déperditions de conduites: Pc = kl (Tc-Ta) (W/m) kl =
3.14 (1/2λc)ln(dce/dci)+(1/2 λi)ln(die/dce)+(1/he*die)
W/mK Avec : Ta • kl: coefficient de déperdition linéique (W/m.K) • dci: diamètre intérieur conduite; m • dce: diamètre extérieur ; m • die: diamètre extérieur isolant; m • λc: conductivité thermique conduite; W/mK
• λi: conductivité thermique isolant ; W/mK • he: coefficient d’échange extérieur: 10 W/m²K 2007.06.14
dci
Tc
dce
IBGE/BIM
186
die
93
La rentabilité d’une épaisseur plus forte: un exemple (CD-rom Energie+)
Diamètre du tuyau
DN50 - 2" - diam = 60 mm
Longueur du conduit
100
m
T° moyenne de l'eau
60
°C
20
°C
T° moyenne de l'ambiance Nbre heures fonct./an Vecteur énergétique
heures
0.22
Euro/litre
Fuel
Prix du kWh
2007.06.14
8760
IBGE/BIM
187
Solution 1 laine minérale Lambda Isolant
0.040
W/m.K
Epaisseur
0.010
m
Coût total de l'isolation Coefficient kL du tuyau
1
Euro/m
0.65
W/m.K
Puissance par mètre
25.9
W/m
Déperdition annuelle
22715.9
kWh
Coût annuel des pertes
499.75
Euro
2007.06.14
IBGE/BIM
188
94
Solution 2 laine minérale Lambda Isolant
0.040
W/m.K
Epaisseur
0.05
m
Coût total de l'isolation Coefficient kL du tuyau
5
Euro/m
0.24
W/m.K
Puissance par mètre
9.8
W/m
Déperdition annuelle
8543.2
kWh
Coût annuel des pertes
187.95
Euro
Economie sol. 2 / sol. 1
9354
Euro/30 ans
Temps de retour
1.3
ans
2007.06.14
IBGE/BIM
189
Le système “RAR”
2007.06.14
IBGE/BIM
190
95
2007.06.14
IBGE/BIM
191
2007.06.14
IBGE/BIM
192
96
2007.06.14
IBGE/BIM
193
3.1.2 Vertakte leidingen met verwarmingslint système ramifié avec ruban chauffant
2007.06.14
IBGE/BIM
194
97
2007.06.14
IBGE/BIM
195
Zelfregulerend / autorégulant
2007.06.14
IBGE/BIM
196
98
2007.06.14
IBGE/BIM
197
Met constant vermogen/ A puissance constante
2007.06.14
IBGE/BIM
198
99
2007.06.14
IBGE/BIM
199
3.1.3 Kring met buis in buis systeem/ Boucle avec tube dans tube
2007.06.14
IBGE/BIM
200
100
2007.06.14
IBGE/BIM
201
2007.06.14
IBGE/BIM
202
101
3. SWW-verdeling / Distribution de l’ECS • 3.1. Types: • 3.2. Berekening van de
leidingen/calcul
– 3.2.1.Van de SWW-verdeelleidingen/des
conduites d’alimentation
– 3.2.2.Van de retourleidingen/ des conduites de retour – 3.2.3.Van de circulatiepomp/ du circulateur
• 3.3. optimalisatie uittapleidingen 2007.06.14
IBGE/BIM
203
3.2.1. Berekening verdeelleidingen/ calcul conduites d’alimentation 1. Maak schema met afmetingen 2. Bepaal voor iedere sectie het piekdebiet met de formule Qp = (k/(N-1)0.5)* ΣQi • • •
2007.06.14
Qi: debiet van toestel i; débit de l’appareil i (l/s) N: totaal aantal toestellen/ nombre total d’appareils k: =1 voor hotels, anders=0.8
IBGE/BIM
204
102
Warmwater verdeelleiding:schema ve ziekenhuis 3m
c
2 douches b
a
1m 3m
0.3 l/s 0.3 l/s
0.5 l/s 0.6 l/s
0.32 l/s
3
3m
0.3 l/s 4
3m 1m
2
C: teller/compteur
10m 10m 3m
2m
B:boiler
10m
B
A
2m
1 2m
5m 2007.06.14
A:verzachter/adou
C
0.5*(24*0.15)=0.6l/s IBGE/BIM Qp = (0.8/(24-1)
205
Ogenblikkelijke debieten / débits instantanés Toepassing
lavabo douche Bad/bain Gootsteen/évier 2007.06.14
DIN 1988 l/min à 60°C
ISSO (l/min à 58°C)
NBN345
4.2
2.5
5
9 (0.15 l/s) 9
2.5
10
5
25
4.2
5 IBGE/BIM
3.3
AICVF (werk/travai l) à 35°C
10
206
103
3. Bepaal het toelaatbaar drukverlies: pa –
pa= pc – pgeo –papp-pmin
• • •
•
–
pc: druk aan teller/ pression compteur (bar): 3 bar pgeo: druk wegens hoogteverschil: 3+1+3*3=13 m Î1.3 bar papp: drukverlies in gemeenschappelijke toestellen (verzachter, boiler,…), zie fiches fabrikant; meestal 0.3 à 0.5 bar)Î 2*0.3bar pmin : minimaal nodige druk aan tappunt (bar): tabelÎ 0.5 bar
pa = 3 – 1.3-0.6-0.5 = 0.6 bar
2007.06.14
IBGE/BIM
Toestel/appareil
Douche Wasmachine/machine à laver Thermostatische mengkraan/mitigeur thermostatique Gewone kranen/robinet normal 2007.06.14
IBGE/BIM
207
Minimale druk Pression minimale (bar) 0.5 1 0.5 0.3 208
104
4. Bereken voor de verst afgelegen punten het toelaatbaar ladingsverlies per lopende m, waarbij de lengte (L) met 20% verhoogd wordt: puni “eenheidsladingsverlies” puni = pa/ (L*1.2)
2007.06.14
IBGE/BIM
209
5. Bepaal het maximum toelaatbaar eenheidsverlies voor het minst gunstigst gelegen punt
Het minst gunstig gelegen punt is dit met de kleinste puni-waarde, di punt “a” op de figuur ; deze waarde bepaalt het toelaatbaar eenheidsverlies (puni)min: (puni)min= 0.6/(1.2*55)= 0.009 bar = 9 mbar= 90 mm waterkolom/m
2007.06.14
IBGE/BIM
210
105
6 bepaling diameters
Met • (puni)min • de piekdebieten • en ladingverliesdiagrammen van de buizen bepaalt men dan de diameters van de leiding tot het meest ongunstig gelegen tappunt “a”
2007.06.14
IBGE/BIM
211
(puni)min = 9 mbar/m =90 mmH2O/m Sectie 1-2: •QP= 0.6l/s •Î D~23 mm Sectie 2-3: •QP = 0.5 l/s •ÎD~ 22 mm
2007.06.14
IBGE/BIM
212
106
7. Voor de resterende leidingen gaat men dan analoog tewerk, waarbij men dan wel andere puni-waarden zal gebruiken/
2007.06.14
IBGE/BIM
213
8. Controle snelheden: • • •
kelder : Î galva en kunststof: 2 m/s Î koper: 1.5m/s stijgleidingen: 1.5 m/s in de kamers/dans chambres: 1 m/s
2007.06.14
IBGE/BIM
214
107
3.2.2. Berekening retourleiding: noodzaak Isolatie:1 cm
Départ: DN28
q1 ?
q3 ?
q0
15m
q4?
q2 ? 10m 10m
1 cm
10m Retour: DN15 2007.06.14
IBGE/BIM
215
Debietsverdeling zonder inregeling
0.2 q0
0.3q0 q0
15m
q1=0.5 q0 0.5q0 10m 10m 10m
2007.06.14
IBGE/BIM
216
108
Concreet voorbeeld in een rusthuis/ exemple un home pour personnes agées
2007.06.14
IBGE/BIM
217
kring: collectoren vertrek/retour
T3
2007.06.14
T6
IBGE/BIM
218
109
2007.06.14
2007.06.14
IBGE/BIM
IBGE/BIM 09/09 08:00
09/09 07:00
09/09 06:00
09/09 05:00
09/09 04:00
09/09 03:00
09/09 02:00
09/09 01:00
09/09 00:00
08/09 23:00
08/09 22:00
08/09 21:00
08/09 20:00
08/09 19:00
08/09 18:00
T3 (EC 1 cote cuisine)
08/09 17:00
08/09 16:00
08/09 15:00
08/09 14:00
08/09 13:00
08/09 12:00
08/09 11:00
08/09 10:00
08/09 09:00
08/09 08:00
08/09 07:00
08/09 06:00
08/09 05:00
08/09 04:00
60
08/09 03:00
mesure de t°( l'eau a coulé pendant 11 minutes)
08/09 02:00
08/09 01:00
08/09 00:00
07/09 23:00
07/09 22:00
07/09 21:00
07/09 20:00
07/09 19:00
07/09 18:00
07/09 17:00
45
07/09 16:00
07/09 15:00
07/09 14:00
07/09 13:00
Evolutie T bij de collectoren vertrek en retour Ext-1° côté cuisine (ergo)
55 T3 (EC 1 cote cuisine)
50 T6 (REC 1 cote cuisine)
40
35
30
25 T6 (REC 1 cote cuisine)
20
219
Evolutie T in de kring
220
110
2007.06.14
2007.06.14 IBGE/BIM
IBGE/BIM 221
09/09 08:00
09/09 07:00
09/09 06:00
09/09 05:00
09/09 04:00
09/09 03:00
09/09 02:00
09/09 01:00
09/09 00:00
08/09 23:00
08/09 22:00
08/09 21:00
08/09 20:00
08/09 19:00
08/09 18:00
08/09 17:00
08/09 16:00
08/09 15:00
20 08/09 14:00
25
08/09 13:00
08/09 12:00
08/09 11:00
08/09 10:00
08/09 09:00
08/09 08:00
08/09 07:00
08/09 06:00
08/09 05:00
08/09 04:00
60
08/09 03:00
mesure de t°( l'eau a coulé pendant 11 minutes)
08/09 02:00
08/09 01:00
08/09 00:00
07/09 23:00
07/09 22:00
07/09 21:00
35
07/09 20:00
07/09 19:00
07/09 18:00
07/09 17:00
45
07/09 16:00
07/09 15:00
07/09 14:00
07/09 13:00
Vergelijk de temperaturen Ext-1° cote cuisine (ergo)
55 T3 (EC 1 cote cuisine)
50 T6 (REC 1 cote cuisine)
T1CCE (retour)
40
T1CCE (départ)
30 T3 (EC 1 cote cuisine)
T6 (REC 1 cote cuisine)
T1CCE (départ)
T1CCE (retour)
Oplossing: goede berekening, plaatsing van inregelorganen
Regelorganen
222
111
2007.06.14
IBGE/BIM
223
2007.06.14
IBGE/BIM
224
112
Desgevallend: lokale bijverwarming in de kring
2007.06.14
IBGE/BIM
225
3.2.2. Berekening retourleiding : principe (réf.12) 1.
Bereken de warmteverliezen van de verdeelleidingen in de veronderstelling dat deze 11W/m (=ql11)bedragen in de kelder en 7 W/m (ql7)buiten de kelder, wat ook de diameter van de leiding bedrage; het totale verlies bedraagt dan Σl11 *ql11+ Σl7 *ql7 , waarbij de lengte van de leidingen in de kelder (Σl11 ) en (Σl7 )de lengte van de leidingen buiten de kelder 2. Hieruit kan men dan het totaal circulatiedebiet (Qct) bepalen in de veronderstelling dat in de verdeelleidingen de temperatuur met niet meer dan 2°C mag dalen: Qct*1.2*2 = Σl*ql, zodat: Qct= Σl*ql/ (1.2*2)IBGE/BIM [l/h] 2007.06.14 226
113
3. Berekening van het debiet in de verschillende secties: Qb
Qa
Q
(1):(2) : zodat:
Vertakking/Branc hement
Gedeelte stroomafwaarts de vertakking/ Partie aval du branchement
Qb ÷ (Σ lb*ql) (1) Q ÷ [(Σ lb*ql)+(Σ la*ql)] (2) Qb/Q = (Σ lbql)v/[(Σ lb*ql)+(Σ la*ql)]
Qb = Q* (Σ lb*ql) /[(Σ lb*ql)+(Σ la*ql)] Qa = Q* (Σ la*ql) /[(Σ lb*ql)+(Σ la*ql)] 2007.06.14
IBGE/BIM
227
3.2.2 4. bepaling van de retourdiameters:
• Uitgaande van de debieten Q in elke sectie • En de aan te houden snelheid v: tussen 0.2 en 0.5 m/s • Kan men dan de diameters bepalen D= (4Q/πv )0.5
2007.06.14
IBGE/BIM
228
114
3.2.3. Berekening van de pomp • Uit de kennis van de debieten en de diameters, kan men dan voor de langste kring het ladingsverlies bepalen • Tesamen met het totale debiet bepaalt dit gegeven de pomp.
2007.06.14
• 3.1. Types:
IBGE/BIM
229
3. SWW-verdeling / Distribution de l’ECS
– 3.1.1. Kringvormige verdeling/ distribution en boucle – 3.1.2. Vertakte met verwarmingslint/ distribution
• 3.2. Berekening van de leidingen/calcul – 3.2.1.Van de SWW-verdeelleidingen/des conduites d’alimentation – 3.2.2.Van de retourleidingen/ des conduites de retour – 3.2.3. Van de circulatiepomp/ du circulateur
• 3.3. optimalisatie uittapleidingen
2007.06.14
IBGE/BIM
230
115
3.3 uittapleidingen :/ conduites de puisage
2007.06.14
IBGE/BIM
231
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IBGE/BIM
232
116
• • • • •
Contenu
0. Documents de référence 1. Les besoins en ECS 2. La production d’ECS 3. La distribution d’ECS
4. Legionella
2007.06.14
IBGE/BIM
233
4. Legionella:
4.1. La Legionella : risques et microbiologie 1.1. légionellose
1.2. conditions propices au développement de la Legionella
4.2. Installations d’eau à risque 4.3. réglementation
2007.06.14
IBGE/BIM
234
117
4.1.1. légionelloses La bactérie d’eau douce “Legionella” est la cause de différentes infections chez l’homme –appelées “légionelloses”- : – La fièvre de Pontiac – et une pneumonie grave: la maladie des légionnaires
Paroi cellulaire
cytoplasme 2007.06.14
ADN
membrane
flagelle
ribosomes IBGE/BIM
235
La fièvre de Pontiac • = affection pseudo-grippale • durée d’incubation : de 1 à 2 jours • symptômes: – – – –
“se sentir mal” fatigue, douleurs musculaires, maux de tête peu de fièvre parfois: toux sèche, mal au ventre, diarrhée, insomnie et trouble de la mémoire
• symptômes disparaissent sans traitement après 2 à 5 jours; sans séquelles
2007.06.14
IBGE/BIM
236
118
La maladie des légionnaires: • = une pneumonie, avec infection d’autres organes • incubation : 2 à 10 jours
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IBGE/BIM
237
La maladie des légionnaires : symptômes • • • •
fièvre, rarement plus de 38°C maux de tête et musculaires, manque d’appétit cracher des glaires parfois: – diarrhée, maux de ventre et vomissement – somnolence, troubles de concentration et de la parole – étouffement, bronches encombrées – affection des reins, – affection du foie et problèmes de coagulation
2007.06.14
IBGE/BIM
238
119
La maladie des légionnaires : personnes à risques – – – –
Personnes au-dessus de 50 ans, Hommes, Fumeurs, acooliques, Personnes avec problèmes respiratoires, cancer, diabétiques, – Système immunitaire affaibli : transplantations, AIDS
2007.06.14
99 1 n Jui
IBGE/BIM
239
IBGE/BIM
240
9
Î 7 personnes hospitalisées atteintes de la maladie des légionnaires Î 1 mort 2007.06.14
120
La maladie des légionnaires en Flandre
2007.06.14
IBGE/BIM
241
Kapellen, novembre 1999:
• Plus de 100 personnes hospitalisées avec une infection pulmonaire, “la maladie des légionnaires” ou “ légionellose" • Î5 morts • ÎPlusieurs personnes gardant des séquelles
2007.06.14
IBGE/BIM
242
121
o ir 2 S Le 08/0 / 08
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243
La maladie des légionnaires Morbidité:
• France, 2001: ~13 par million • Flandre, 2001: ~8 par million
PS: En Belgique la déclaration de la maladie des légionnaires est uniquement obligatoire en Flandre, depuis 1996 et à bruxelles, depuis 2004; on craint cependant une forte sousestimation: • tous les cas ne sont pas diagnostiqués • tous les cas diagnostiqués ne sont pas déclarés Île nombre de cas reste sous-estimé (avec un
facteur 10?)
2007.06.14
IBGE/BIM
244
122
Cas de légionelloses en Flandre
140
122 120
Nombre de cas déclarés
100 80 60
45 32
40 20
8
6
1996
1997
14
0 1998
1999
2000
2001
année
2007.06.14
IBGE/BIM
245
La maladie des légionnaires Mortalité: • jusqu’à 20%, sans traitement • 6 à 10%, avec traitement
2007.06.14
IBGE/BIM
246
123
La maladie des légionnaires : où peut–on attraper une infection ? Legionellose: répartition par source
piscines 5%
hôpitaux 5% professionnel 5%
inconnus 42%
homes 13%
hôtels 30%
2007.06.14
IBGE/BIM
247
La maladie des légionnaires : voie d’infection • Le vecteur de l’infection = l’inhalation de petites gouttelettes d’eau infectées 2 à 5 µm: aérosols . • Une transmission directe inter-humain n’a jamais été observée. • La bactérie ne survit pas dans l’estomac
2007.06.14
IBGE/BIM
248
124
Conditions propices à une contamination
• Présence d’une installation d’eau douce présentant des zones permettant le développement de la Legionella • Points, dans cette installation, produisant des aérosols • La présence de personnes susceptibles à développer une légionellose
2007.06.14
IBGE/BIM
249
Contenu
4.1. La Legionella : risques et microbiologie 1.1. légionelloses
1.2. conditions propices au développement de la Legionella
4.2. Installations d’eau à risque 4.3. Réglementation
2007.06.14
IBGE/BIM
250
125
Legionella: une bactérie récente • 1976 USA :
– congrès d’anciens légionnaires – 182 des 4400 participants sont atteints d’une mystérieuse affection des poumons – mortalité 16%, sans identification de la cause: 182 sur 4400
• 1977 : – Identification d’une nouvelle bactérie :
Legionella pneumophilla
– Source d’infection possible :
• Inititallement: le système de climatisation, • par après l’installation: de distribution d’eau chaude de l’hôtel
2007.06.14
IBGE/BIM
251
4.1.2. Conditions propices au développement de la Legionella • Présence de nutriments: fer, calcium, carbone, manganèse, magnésium,… • La température • Présence d’un “habitat”: dépôts ÎBiofilm, boue,tartre, produits de corrosion • Stagnation 2007.06.14
IBGE/BIM
252
126
Nutriments: influence du fer
100
10
1 1
1à 5
5 à 25
25 à 50
50 à 75
Concentration en fer (mg/l)
2007.06.14
IBGE/BIM
253
Température
Taux de regression
Croissance en 5 semaines (CFU/l)
1000
2007.06.14
IBGE/BIM
254
127
Habitat: le biofilm
• Dans le biofilm la bactérie trouve les nutriments nécessaires et un habitat adéquat. • Les biofilms constituent un ensemble de microorganismes qui colonisent les surfaces en contact avec l’eau; présence de micro-organismes comme les amibes- les légionelles pénètrent dans les amibes et se multiplient à l’intérieur • Ce biofilm assure une protection des bactéries contre les agents d’inactivation (biocides, chaleur,...)
2007.06.14
IBGE/BIM
255
Legionella en biofilm 100µm
5µm
2007.06.14
IBGE/BIM
256
128
Legionella: Inhoud
4.1.Legionella : risques et microbiologie 1.1. legionelloses 1.2. Voorwaarden die gunstig zijn voor de ontwikkeling van Legionella
4.2. Risico-installaties 4.3. Reglementering
2007.06.14
• •
IBGE/BIM
257
4.2. Risico-installaties
SWW-installaties Maar ook :
Koeltorens /Tours de refroidissement Luchtbevochtigingsinstallaties /Installations d’humidification de l’air – Fonteinen,.../Fontaines, … Î Deze worden niet behandeld – –
2007.06.14
IBGE/BIM
258
129
4.2. Risico-installatie voor Legionella 4.2.1. Aërosol-bronnen
2007.06.14
IBGE/BIM
259
Douches
2007.06.14
IBGE/BIM
260
130
2007.06.14
IBGE/BIM
261
Whir
lpool s
lucht
2007.06.14
IBGE/BIM
262
131
50 luchtbellen:
Luchtbellen en aërosolen
φ = 1.7mm
2007.06.14
IBGE/BIM
263
kra
2007.06.14
IBGE/BIM
nen
264
132
4.2. Risico-installatie voor Legionella 4.2.1. Aërosol-bronnen
4.2.2. Voorwaarden gunstig voor Legionellagroei
2007.06.14
IBGE/BIM
265
Koud water- introductie van “nutrimenten” :organisch materiaal
2007.06.14
IBGE/BIM
266
133
“Nutrimenten”
2007.06.14
IBGE/BIM
267
Koudwater: opwarming in kokers
2007.06.14
IBGE/BIM
268
134
50cm 20°C ECd
20cm
EF ECr
Béton 14cm Bois 2,5cm
Ta= 20°C ECd
DN (mm)
T (°C)
28
57,5
0
25
ECr
12
57.5
0
25
EF
28
Tef=
34
26
2007.06.14
IBGE/BIM
Dikte isolatie (mm)
269
Koudwater: opwarming door stockage
2007.06.14
IBGE/BIM
270
135
Warmwater: boilers
2007.06.14
IBGE/BIM
271
SWW: afkoeling bodem boilers
Niet geïsoleerde bodem 2007.06.14
IBGE/BIM
272
136
Boiler 10 000 l Temperatures 80
70
temperature (°C)
60
50
40
30 0.2m
entrance
3m
5m
20
T fond
10
0 0:00:00
4:48:00
0m
9:36:00
14:24:00
19:12:00
0:00:00
4:48:00
time
2007.06.14
IBGE/BIM
273
SWW: stagnatie van water
Stagnation 2007.06.14
IBGE/BIM
274
137
SWW: stagnatie
Expansie vaten 2007.06.14
IBGE/BIM
275
SWW: stagnatie
D
2007.06.14
d ein e od
en
IBGE/BIM
276
138
SWW: te lage vertrektemperatuur
départ
45°C
Îin de leidingen zal de temp. Ideaal zijn voor Legionella 2007.06.14
IBGE/BIM
277
SWW: afkoeling in de circulatie leidingen tappunt
Td=50°C retour
boiler
Tr=35°C Eu froide/koudwater
2007.06.14
IBGE/BIM
278
139
Corrosie
2007.06.14
IBGE/BIM
279
IBGE/BIM
280
sie: o r r Co water n brui
2007.06.14
140
Contenu
4.1. La Legionella : risques et microbiologie 1.1. légionellose 1.2. conditions propices à une contamination
4.2. Installations d’eau à risque
4.3. réglementation
2007.06.14
IBGE/BIM
281
Santé publique = matière régionale
2007.06.14
IBGE/BIM
282
141
4.3.1.Bruxelles: • Législation spécifique en ce qui concerne les bassins de natation:
« Arrêté du gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale fixant des conditions d’exploitation pour les bassins de natation » • Dates : – AGB du 10/10/2002 – MB : 08/11/2002 • Tous les bassins devant avoir un permis d’exploitation (pas les piscines à usage domestique) 2007.06.14
IBGE/BIM
283
Bruxelles: bassins de natation
• Art 10 §4, 3°: Contrôles périodiques de
l’eau des douches
– 1 fois par an : Analyses de la Legionella pneumophila dans l’eau d’une douche. Î NB: pas d’indication de seuils et donc pas non plus d’indication d’actions à prévoir.
• Art 16 §3:
– L’eau des douches provient du réseau de distribution; elle est soit froide soit tiède. – L’eau tiède doit venir d’une installation de production d’eau chaude qui chauffe l’eau audelà de 60°C (valeur recommandée). – Le mélange avec l’eau froide s’effectue le plus 2007.06.14 IBGE/BIM 284 près possible de la distribution des douches.
142
4.3.2. Wallonie: • Législation spécifique en ce qui concerne les bassins de natation: « Arrêté du gouvernement wallon concernant les conditions sectorielles relatives aux bassins de natation » • Dates : – AGW du 13 mars 2003 – MB: 25 avril 2003 2007.06.14
IBGE/BIM
285
4.3.3 Flandre: Le nouvel arrêté de 2007 • Arrêté du Gouvernement flamand du 9 février 2007, • Publié dans le moniteur belge du 4 mai 2007, (www.moniteur.be), • Relatif à la prévention de la maladie du légionnaire dans les espaces accessibles au public
2007.06.14
IBGE/BIM
286
143
Domaine d’application : tous les espaces accessibles au public • Tous les bâtiments couverts ou non, les lieux, les espaces, où entre autres : • Tous les services payants ou non sont fournis, y compris les denrées alimentaires, boissons, … • Les malades ou personnes âgées sont soignées • Des soins de santé préventifs ou curatifs sont délivrés • Des enfants, des jeunes ou des étudiants sont hébergés • Des enseignements ou des formations sont dispensés • Des représentations ont lieu • Des expositions sont organisées • Des sports sont pratiqués • Des entreprises de récréation en plein air (camping) sont situées
2007.06.14
• • • • • •
IBGE/BIM
287
Contenu Chapitre I : Définitions Chapitre II : Domaine d’application Chapitre III : Mesures Chapitre IV : Surveillance Chapitre V : Dispositions Chapitre VI : Conclusions
2007.06.14
IBGE/BIM
288
144
Contenu Chapitre III Mesures
• Section 1 : distributions d’eau
• Sous-section I – établissements à risque élevé • Sous-section II – établissements à risque modéré • Sous-section III – Mesures de gestion alternatives
• Section II : Tours de refroidissement
• Sous-section I : tirage naturel / eaux de surface • Sous-section II : tirage forcé / eaux de surface • Sous-section III : Tours de refroidissement qui ne fonctionnement pas avec des eaux de surface.
• Section III : Systèmes de climatisation • Section IV : autres installations d’eau • Section V : Expositions 2007.06.14
IBGE/BIM
289
Section I Distributions d’eau : risque élevé • Risque élevé = – Traitement, soins, hébergement de personnes sensibles – Personnes sensibles = – – – – – – –
2007.06.14
Immunodépression grave, Cancer Affection grave des reins SIDA Diabète Maladies pulmonaires chroniques Personnes à partir de 65 ans ou fumeurs
IBGE/BIM
290
145
Distributions d’eau dans les établissements à risque élevé (2) • Nouveau : bâtir et exploiter suivant les « meilleurs techniques disponibles » (best available technologies = BAT) Î www.emis.vito.be • Existant: lors de toute modification: – Il faut tenir compte de l’arrêté – faut rendre conforme aux BAT les mesures de prévention.
• Tous : un plan de gestion – Quand ?
• Existant : après 1 an • Autre : avant première utilisation
– Contenu :
• Données administratives, analyse de risque et mesures de prévention
– Exécution :
• Obligatoire • Les mesures prises doivent être notées : logbook
2007.06.14
IBGE/BIM
291
Distributions d’eau dans les établissement à risque élevé (3) • Des échantillonnages avec analyse de L. pn. doivent être exécutés suivants le plan de gestion dans les installations qui ne sont pas conformes aux BAT • Les seuils pour L. pn. dans les analyses d’eaux : – Vigilance pour l’apparition d’infections, si 30 % des échantillons >1000 UFC/l : – Vigilance accrue, si 30% >10000 UFC/l Î – – – –
2007.06.14
Vigilance pour l’apparition d’infections Évaluation critique du plan de gestion et de son exécution Mesures prises pour diminuer la concentration Augmentation de la fréquence des échantillonnage : mensuellement IBGE/BIM
292
146
Distributions d’eau dans les établissements à risque» élevé (4) – Niveau « notification si:
• Soit le niveau de vigilance accrue est atteint dans 3 campagnes de mesures successives, • Soit 3 échantillons successifs pour un même point dépassent le niveau 10 000 UFC/l • Soit 30 % ou plus des échantillons dépassent 100 000 UFC/l Î – – – – –
Cfr mesures « vigilance accrue » Avertir la « Division Surveillance de la Santé Publique » (=DS) Les installations à production d’aérosols sont mises hors service, Mesures à prendre: déterminées ensemble avec DS si les échantillons pris à des endroits représentatifs <100 000 UFC/l, alors remise en service; – suivi intensif avec échantillonnage pendant 3 mois.
2007.06.14
IBGE/BIM
293
Distributions des eaux dans les établissements à risque élevé (5) • Tous les responsables pour la conception et la mise en œuvre des installations distribuent une attestation de conformité avec le BAT.
2007.06.14
IBGE/BIM
294
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Section I Distributions d’eau : risque modéré • Risque modéré = – Chaque établissement accessible au public avec une distribution d’eau chaude collective desservant 15 personnes ou plus
• Mesures : – Idem que pour les mesures des établissements à risque élevé – Excepté • En ce qui concerne les seuils • Et les établissements de faible importance. 2007.06.14
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Distributions d’eau : risque modéré (2)
• Seuils pour L. pn. concernant les échantillonnages :
– vigilance accrue si 30 % des échantillons >10 000 UFC/l Î – Plan de gestion + exécution soumis à l’analyse critique – Mesures prises pour diminuer la concentration – Fréquences d’échantillonnage : mensuellement
– notification si 30 % des échantillons >100 000 UFC/l Î – Informer la DS et prendre des mesures avec eux – Informer les utilisateurs et déconseiller l’utilisation des installations formant des aérosols aux personnes sensibles. – Si après un mois le niveau n’est pas <100 000, alors : fermeture de l’installation 2007.06.14
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Distributions d’eau : risque modéré (3) • Risque modéré où il n’y a pas plus que 40 personnes par jour pouvant être exposée : – Ne doivent pas avoir de plan de gestion – Pas d’attestation de conformité – Sont obligés • De mettre la production d’eau chaude sanitaire à 60° C • Entretien annuel par un technicien de leur équipement • Pouvoir soumettre une preuve de l’entretien annuel • Si T<60°C: informer les utilisateurs que les installation ne sont pas protégées contre les légionelles; la preuve de cette information doit être tenue à disposition
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Section I Distributions d’eau : mesures alternatives • Les mesures alternatives peuvent être appliquées pour la maîtrise de L. pn., après qu’une approbation aie été obtenue du ministre en charge de la santé publique
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4.3.4. Conseil Supérieur d’Hygiène
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CSH • https://portal.health.fgov.be mettre « Legionella » dans la case « Rechercher »
• Recommandations – Prévention primaire: • Plan de gestion • Mesures architectoniques: construire selon les codes de bonne pratique • Contrôle de la température: production : 60°C; minimum 50 à 55°C dans les conduites • Entretien des boilers, robinets, tours de refroidissement
– Prévention secondaire: = après constatation de légionelloses
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