La production d eau chaude à partir de l énergie solaire

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1 La production d eau chaude à partir de l énergie solaire Prévenir les risques sanitaires en Etablissements de santé Etablissements sociaux et médico-sociaux d hébergement pour personnes âgées Eau et santé en Midi-Pyrénées

2 En préalable Il est nécessaire avant tout investissement dans une installation de production d eau solaire de rechercher une conception optimale de manière à : - optimiser la captation et le stockage de l énergie solaire par une conception simple et fiable dans le temps - dissocier l énergie solaire et l énergie d appoint pour conserver un caractère strict de complémentarité - consommer systématiquement en priorité l énergie solaire - limiter la consommation des auxiliaires électriques - rendre la maintenance et l entretien aisés - prendre en compte les risques sanitaires (légionelles). Les patients d ETS et les résidents d EHPA sont particulièrement sensibles à la bactérie légionelle, d où l importance de maîtriser les risques liés à cette exposition dans ce type d établissements. Par ailleurs, pour tirer le meilleur profit des énergies renouvelables d un point de vu environnemental et économique, l installation doit être dépourvue de légionelles dès sa mise en service afin d éviter tout recours à un traitement continu ou à des modifications techniques ultérieures. La connaissance du mode de fonctionnement de l installation préalablement à tout investissement est donc essentielle. Eléments de contexte La France s est engagée à diviser ses émissions de gaz à effets de serre par 4 d ici Le recours à l énergie solaire s impose comme une nécessité et une opportunité pour atteindre cet objectif. Toutefois, l exploitation de l énergie solaire ne doit pas se faire au dépend de la sécurité sanitaire. Par ailleurs, avant toute démarche de conception d une installation de production d ECS par énergie solaire, il faut également se rappeler que le management énergétique est une démarche en 3 étapes : 1- Sobriété : Réduction des besoins par suppression des gaspillages 2- Efficacité : Réduction des pertes par l isolation, l amélioration de l existant, 3- Energie renouvelable : Investissement dans une nouvelle production Il est inopportun de passer directement à la troisième étape sans avoir au préalable étudié la pertinence des deux autres étapes.

3 Les points à prendre en compte 1.1- Risques sanitaires liés à l installation d une production d Eau Chaude Sanitaire Les deux risques sanitaires principaux pouvant être occasionnés par l Eau Chaude Sanitaire (ECS) sont : - Le risque de brûlure : ce risque doit être maîtrisé sur le circuit de distribution (mitigeurs au plus près des points d usage) - Le risque de développement des légionelles. Les personnes immunodéprimées, les personnes âgées, les personnes souffrant d affection respiratoire sont les plus exposées au risque de légionellose. L inhalation de gouttelettes d eau contaminées est à l origine de la maladie. Les installations concernées sont donc celles où il y a «pulvérisation» d eau, telles que les douches (Installations ECS), les tours aéro-réfrigérantes (TAR), les stations de lavage, etc. Les patients des établissements de santé (ETS) et les résidents des établissements sociaux et médico-sociaux d'hébergement pour personnes âgées (EHPA) sont donc particulièrement exposés à ce risque lors des toilettes. 1.2 Dimensionnement d une production solaire Pour assurer la performance d une production solaire, il est nécessaire de disposer des consommations d eau chaude réelles. Pour un établissement existant, il est conseillé de procéder à des mesures de consommation préalables. Les consommations des ETS et des EHPA peuvent varier énormément en fonction de la population (de 15 à 60 litres d eau à 60 C par jour et par occupant) et de l encadrement (diminution d un facteur 4 dans les EHPA qui ont une équipe d encadrement suffisante). A défaut de mesures, il est préférable de sous-estimer les consommations plutôt que de les surestimer. Il est désormais admis la valeur par défaut de 15 litres d eau par jour pour le calcul de l évaluation des besoins en ECS dans un établissement collectif : cf. fiche de ratio des besoins ECS sur SOCOL, rubrique «Technique». Le stockage dans les ballons solaires doit être dimensionné pour être a minima renouvelé quotidiennement : Le volume solaire doit être égal ou inférieur à la consommation ECS journalière minimum. La température de l eau au point de mise en distribution doit être en permanence au minimum de 55 C ou être portée à un niveau suffisamment élevé au moins une fois par 24 h (cf.arrêté du 30 novembre 2005). Les calculs de pré-dimensionnement de l étude de faisabilité peuvent être réalisés avec la méthode SOLO 2000, ceux-ci peuvent être réalisés en ligne sur le site internet TECSOL L étude de faisabilité devra également prendre en compte les arguments économiques (coût de l investissement, coût de l entretien et de la maintenance, coût d exploitation, temps de retour brut et net, aide à l investissement), et environnementaux (lutte contre l épuisement des ressources, diminution de l émission des gaz à effet de serre, durée de vie des capteurs solaires) avant d aboutir à l étude projet et à sa réalisation.

4 1.3 Production d Eau Chaude Sanitaire solaire adaptée aux ETS et EHPA Les circulaires de 2002 et de 2005 (voir encadré de références), demandent la suppression des ballons de stockage à une température inférieure à 55 C dans les ETS et les EHPA. La production solaire doit par conséquent disposer d une technologie permettant de s affranchir d une capacité de stockage d une ECS solaire. Le stockage en eau technique (schéma de principe 1) prévient le risque de développement des légionelles dans l eau chaude sanitaire en isolant le ballon de stockage d eau solaire. 1. L énergie solaire est stockée dans une eau non sanitaire et transférée à l ECS par échange instantané (échangeur à plaques). 2. Un appoint d énergie complémentaire (gaz, électricité ) est alors apporté à l'ecs pour pallier les fluctuations de température du primaire solaire et permettre le respect permanent des températures réglementaires (second ballon). Points clés En cas de récupération d énergie (solaire, condensats de fumée ), privilégier des solutions stockant l énergie dans une eau non sanitaire et transférant l énergie à l ECS par échange instantané. L ECS contenue dans les équipements de stockage doit être en permanence à une température supérieure à 55 C. A défaut, une vigilance supplémentaire et des élévations quotidiennes de température sont nécessaires afin de maîtriser le risque de prolifération des légionelles. Le cahier des charges d une installation neuve de production d ECS doit prévoir des garanties et une mise en œuvre particulière en matière de lutte contre les légionelles.

5 1.4 Production d Eau Chaude Sanitaire solaire favorisant le développement des légionelles Le schéma de principe 2 est le plus fréquemment proposé pour des raisons de rendement énergétique et de moindre coût d investissement. Il présente cependant un risque sanitaire important s il est mal conçu et/ou est mal exploité. Les ballons solaires qui stockent de l eau sanitaire peuvent être considérés comme des ballons de préchauffage. La température de l eau dans ces ballons est très fluctuante car fonction de l ensoleillement : elle est basse la nuit, les jours de faible ensoleillement et pendant toute la période hivernale. Le maintien des 55 C en permanence au sein de ces ballons ne peut par conséquent pas être assuré par la simple énergie solaire. Les ballons de préchauffage solaires sont le plus souvent à une température très favorable au développement des légionelles (entre 25 et 45 C) car dépendant de l ensoleillement. Par ailleurs, le temps de passage de l ECS dans le second ballon, qui bénéficie d un appoint énergétique externe, peut être insuffisant pour éliminer toutes les légionelles potentiellement présentes dans le premier ballon. Par conséquent, même si le second ballon est en permanence à 60 C, des légionelles peuvent arriver dans le circuit de distribution, notamment lors des pointes de consommation pour les toilettes, période pendant laquelle le débit d ECS demandé est important. 1. Le capteur diffuse le fluide caloporteur qui alimente l échangeur à plaques. 2. Au contact de l échangeur l eau d alimentation de la production se réchauffe et est stockée dans un ballon de préchauffage solaire. La température et les conditions de stockage favorisent le développement des légionelles si le volume est trop important et qu il n est pas assez renouvelé. 3. Cette eau est ensuite réchauffée dans le ballon de chauffe (65 ) avec une durée de stockage variable en fonction de la demande d eau chaude. La durée de séjour de l ECS dans ce ballon n est parfois pas suffisante pour éliminer les légionelles si celui-ci n a pas été dimensionné correctement (voir 3). Points clés Le schéma de principe 2 ne répond pas aux préconisations réglementaires exigées pour les ETS et les EHPA : Circulaires N 2002/243 et N 2005/493. L eau chaude sanitaire ne doit pas être stockée à une température comprise entre 25 C et 55 C. Aucun préchauffage d eau sanitaire ne doit être prévu.

6 Comment maîtriser le risque légionelles 2.1 Mesures préventives pour toute production d Eau Chaude Sanitaire A la mise en service, il convient de purger les réseaux d eau après le test de bon fonctionnement. Ceux-ci doivent faire l objet d une désinfection avec obligation de résultats (absence de germes pathogènes) avant l accueil du public. Une validation de la bonne exécution des travaux est nécessaire : En l absence de compétence interne, faire appel à un prestataire extérieur qui engagera sa responsabilité. En cours d exploitation, l arrêté du 1 er février 2010 fixe les conditions de surveillance des productions d ECS collectives pour les établissements recevant du public : Surveillance ETS EHPA Mesures températures Quotidiennes en sortie de ballon et en retour de boucle. Hebdomadaires aux points d usage Mensuelles en sortie de ballon, en retour de boucle et aux points d usage Analyses légionelles Annuelles en fond de ballon, en retour de boucle et aux points d usage Les modalités et les résultats de cette surveillance avec les éléments descriptifs des réseaux d'eau chaude sanitaire et ceux relatifs à leur maintenance sont enregistrés dans un fichier sanitaire des installations. 2.2 Mesures préventives complémentaires pour les productions avec stockage d Eau Chaude Sanitaire solaire Si des ballons de préchauffage solaire sont présents dans les ETS et EHPA (schéma de principe 2), des mesures préventives supplémentaires par rapport aux installations classiques sont nécessaires. Elles doivent également être associées à des vérifications techniques afin de maîtriser le risque de développement des légionelles. Du fait de la particularité des ETS et EHPA, le respect de trois prérogatives initialement destinées aux seuls ballons de stockage est demandé également sur le(s) ballon(s) de préchauffage solaire(s). Points clés 1. Enregistrement en continu de la température de chacun des ballons 2. Elévation quotidienne de la température pour tout ballon contenant de l eau sanitaire non maintenue en permanence à 55 C (cf.arrêté du 30 novembre 2005) : 2 minutes pour une température supérieure ou égale à 70 C, 4 minutes à 65 C ou 60 minutes à 60 C. 3. Prélèvement légionelles annuel en fond de ballon de préchauffage solaire 4. Maintenance du ballon de préchauffage solaire équivalente à celle du ballon de chauffe : Ouverture hebdomadaire de la vanne de vidange : Purge du fond de ballon. Désinfection et le détartrage annuels du ballon.

7 2.3 Vérifications techniques Une production solaire existante peut être optimisée en respectant les règles suivantes : - retour de boucle circulant et indépendant de la demande en eau. Il ne doit pas se faire sur les ballons de préchauffage solaire - volume de stockage solaire (premier ballon) dimensionné de manière à être renouvelé quotidiennement : le volume doit être égal ou inférieur à la consommation journalière minimale évaluée - volume d appoint (deuxième ballon) égal au minimum à une heure de débit de pointe, et porté à une température égale ou supérieure à 60 C - présence d une canne ou d un déflecteur en entrée du ou des ballons de stockage : ceci afin d éviter la présence de boues ou d un volume non renouvelé dans la partie basse du ou des ballons solaires - maîtrise de la vitesse de circulation dans la distribution : celle-ci doit être systématiquement supérieure à 0,2m/s en tout point du circuit afin principalement d éviter la présence de bras morts qui sont sources de développement de légionelles - maîtrise de la température en tout point du circuit de distribution : une mesure de température au niveau de chaque boucle ou branche dérivée doit être possible - montage en série si plusieurs ballons de préchauffage solaire sont présents. L arrivée d eau froide doit se faire sur le premier ballon. - utilisation éventuelle de l eau préchauffée pour des usages non sanitaires lors des périodes de faible ensoleillement (appoint d eau de piscine, chauffage basse température, ) dans la mesure où ceci ne complique pas le schéma hydraulique La contribution des constructeurs est importante pour améliorer la conception et la régulation des productions solaires. Si la prolifération des légionelles ne peut pas être maîtrisée sur une production solaire existante répondant au schéma de principe 2, il est nécessaire d envisager des travaux afin que l eau contenue dans le ballon solaire devienne une eau technique. Cela consiste en la mise en place d un échangeur à plaque pour la séparer de l eau chaude sanitaire : schéma de principe 1.. Points clés

8 Les textes de référence L arrêté du 30 novembre 2005 modifiant l'arrêté du 23 juin 1978, complété par la circulaire du 3 avril 2007 relatifs aux installations fixes destinées au chauffage et à l'alimentation en eau chaude sanitaire des bâtiments d'habitation, de bureaux ou locaux recevant du public, indique : «lorsque le volume total des équipements de stockage est supérieur ou égal à 400 litres, l eau contenue dans les équipements de stockage, à l exclusion des ballons de préchauffage, doit être en permanence à une température supérieure ou égale à 55 C à la sortie des équipements». Cet arrêté qui concerne tous les établissements recevant du public sous-entend qu il est autorisé de disposer de ballons de préchauffage à une température inférieure à 55 C. En effet, cet arrêté n'impose pas de température minimum dans les ballons de préchauffage, mais seulement en sortie des équipements de production. Les circulaires DGS/SD7A/SD5C-DHOS/E4 N 2002/243 du 22 avril 2002 et DGS/SD7A/DHOS/E4/DGAS/SD2 N 2005/493 du 28 octobre 2005 relatives à la prévention du risque lié aux légionelles dans les établissements de santé (ETS) d une part et dans les établissements sociaux et médico-sociaux d'hébergement pour personnes âgées (EHPA) d autre part préconisent la suppression de tous les réservoirs de stockage préchauffé ou non à une température inférieure à 55 C car ils favorisent le développement bactérien. L arrêté du 1er février 2010 expose la surveillance des légionelles dans les installations de production, de stockage et de distribution d'eau chaude sanitaire. La circulaire DGS/EA4/2010/448 du 21 décembre 2010 propose un guide d information pour les gestionnaires d établissements recevant du public concernant la mise en œuvre de cet arrêté. Les circulaires de 2002 et de 2005 préconisent la suppression des ballons de stockage à une température inférieure à 55 C.

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