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À propos du plan de traitement d’eau des réseaux fermés de chauffage et de refroidissement en CVCA

À PROPOS DU PLAN DE TRAITEMENT D’EAU DES RÉSEAUX FERMÉS DE CHAUFFAGE ET DE REFROIDISSEMENT EN CVCA

Le traitement de l’eau dans les réseaux fermés de chauffage et de refroidissement est essentiel à leur bon fonctionnement, car il permet notamment de réduire l’encrassement microbiologique, l’entartrage (« scale ») et la corrosion. Ces problèmes, si non traités, mènent à la perte d’efficacité des équipements, à la perte de confort offert par le réseau et au bris prématuré des composantes.

Le présent article s’intéresse aux contaminants et aux processus qui mènent à la dégradation des réseaux, aux options de traitement (chimique et non chimique) disponibles ainsi qu’aux conditions de design et d’opération facilitantes au maintien des réseaux.

Les remarques et les résultats de recherche présentés ci-après sont pertinents pour les réseaux fermés opérant principalement sous 110 °C. Celles-ci sont toutefois également pertinents aux réseaux ouverts en refroidissement.

Contaminants dans les réseaux fermés : la raison d’être du programme de traitement de l’eau

L’eau est un solvant. Cette caractéristique fait en sorte qu’elle a la capacité d’entraîner avec elle des contaminants souvent dissous. Les impuretés contenues dans l’eau sont généralement évaluées en observant sa turbidité (son taux de matières en suspension), sa dureté (présence d’ions minéraux évaluée par la conductivité), son alcalinité ou son acidité et sa concentration en particules métalliques. Le maintien de hauts niveaux de contaminants génère des problématiques sur un réseau. L’objectif d’un plan de traitement de l’eau vise donc à réduire ces impuretés et à contrôler leur développement.

En plus des contaminants mentionnés précédemment, un des pires ennemis des réseaux fermés se trouve à être l’oxygène dissout dans l’eau, car il contribue au phénomène de la corrosion et au développement microbiologique aérobique.

Des contraintes majeures de conception

Axée sur le développement durable, First Capital souhaitait que son bâtiment obtienne la certification Argent selon la norme LEED-Noyau et enveloppe.

Une autre contrainte dans ce projet venait du site. En effet, la nature du site et de l’aménagement imposait qu’il n’y ait pas d’équipements montés en toiture ni de salle mécanique adjacente aux espaces locatifs, afin d’optimiser la surface disponible.

Processus menant à la dégradation des réseaux

La présente section vise à définir les phénomènes les plus connus liés à la dégradation des réseaux :

Entartrage (« scaling ») : Processus de formation d’un mince film issue de la précipitation des matières dissoutes et qui obstrue une paroi. Ceci mène habituellement à la perte d’efficacité du système.

Corrosion : Processus qui mène à la destruction d’une paroi métallique par réaction chimique d’oxydation. La corrosion peut être de diverse nature dépendamment du matériau et peut entraîner des bris majeurs.

Contamination microbiologique : Processus qui mène au développement de microorganismes et d’un mince biofilm obstruant une paroi. La contamination microbiologique peut également mener à la propagation de bactéries et de microorganismes néfastes pour les occupants ; pensons notamment au danger de la légionellose.

Options de traitement des réseaux

Parce que les contaminants propres à un réseau peuvent être divers et parce qu’un phénomène peut en affecter un autre, l’approche de traitement doit être globale et agir sur plusieurs axes. La recommandation habituellement suivie consiste à prévoir une filtration mécanique et un traitement chimique.

Stratégie de filtration (choix et dimensionnement)

Filtration principale

D’une part, grâce à la filtration mécanique, on obtient une solution économique et relativement efficace pour retirer du réseau les matières solides en suspension et ainsi prévenir le développement de la corrosion (ex. : diminution des problèmes d’abrasion) et le développement microbiologique grâce à l’enlèvement des nutriments et à la diminution de la surface de contact libre au développement des organismes.

Dans les réseaux d’eau fermés, les particules à filtrer sont typiquement comprises dans l’étendue des dimensions

1 à 10 μm. La stratégie la plus couramment rencontrée consiste à filtrer une partie de l’eau circulée dans le réseau primaire dans une voie de contournement à la pompe principale. Concernant le débit à assurer au niveau du filtre principal, voici les règles générales de dimensionnement :

  • Le débit dans le filtre doit permettre une recirculation équivalente à 5 à 10 fois la contenance du réseau durant 24 heures ;
  • Le débit dans le filtre doit être équivalent à 3-5 % du débit de la pompe primaire ;

Le premier critère m’apparaît celui à suivre, car il tient compte du volume du réseau.

Les filtres les plus couramment utilisés pour cette application sont les filtres à poches ou les filtres à cartouche. Il existe cependant d’autres technologies tel que les filtres magnétiques.

FILTRATION TERMINALE

Il est assurément pertinent d’ajouter des éléments de « filtration terminale » en amont des équipements principaux du réseau (robinets de contrôle, échangeurs, pompes, refroidisseurs, etc.), tel que des tamis, car ce sont des éléments très efficaces pour protéger les équipements contre les larges débris. Cependant, puisque le maillage des tamis est souvent assez lâche, ils ne peuvent assurer la filtration à eux-seuls ; d’où la pertinence d’une filtration principale.

Stratégie de traitement chimique

Le développement de la solution de traitement chimique doit être laissée à un spécialiste en traitement des eaux. Cependant, il est bien de comprendre les bases du raisonnement permettant le développement de la solution de traitement.

Les sous-sections qui suivent décrivent les éléments particuliers du programme de traitement qui contribuent à maintenir la qualité d’eau du réseau.

Inhibiteurs de corrosion

L’inhibiteur de corrosion doit préserver les surfaces métalliques du réseau contre la dégradation. Leur fonctionnement consiste généralement en la formation d’un mince film protecteur sur les parois internes du réseau ; celle-ci visant à retarder ou à stopper la réaction chimique d’oxydation. La concentration requise de l’inhibiteur de corrosion dépend des résultats de l’analyse d’eau du réseau et doit se mesurer avec une estimation juste de la contenance du réseau. Après chaque ajout et recirculation de l’inhibiteur, il devrait y avoir mesurage de cette concentration.

Les inhibiteurs de corrosion peuvent être de différents types dépendamment du paramètre sur lesquels ils agissent pour contrer la corrosion (inhibiteurs cathodiques, anodiques, catho-anodiques, organique).

Inhibiteurs d’encrassement biologique

L’encrassement biologique est le plus dommageable lorsqu’une couche appelée « biofilm » parvient à se former sur les parois internes du réseau. Les bactéries contenues dans cette couche sont plus résistantes et la seule présence de cette couche de surface permet de créer des conditions très locales propices au développement d’autres microorganismes ou de corrosion sous la couche en question (ex. : conditions d’environnement acide ou absence d’oxygène).

Le traitement chimique utilisé pour combattre les contaminants biologiques se base sur l’action de biocides. Ceux-ci sont sélectionnés et injecté à des concentrations précises selon l’amalgame de contaminants à combattre.

Inhibiteurs contre l’entartrage

En principe, le problème d’entartrage pour les réseaux fermés devrait être limité, car par définition le réseau est fermé. Cependant, à mesure qu’il y a des pertes sur le réseau (vidange du réseau, drainage pour entretien, fuites, etc.), le réseau admet de l’eau neuve. Comme discuté précédemment, l’eau est rarement entièrement pure, ce qui mène à l’accumulation de dépôts calcaire sur les parois internes. Les solutions de traitement des réseaux contiennent souvent une mesure contre cet entartrage.

Lignes pertinentes à la conception des réseaux fermés

Bien que non exhaustive, la présente section regroupe les éléments essentiels, à mon avis, à mettre de l’avant lors de la conception des réseaux fermés de chauffage et de refroidissement.

  • Favoriser la circulation et assurer une vitesse d’écoulement à l’intérieur des plages de vitesse généralement acceptable. La stagnation des particules mène souvent à leur prolifération ;
  • Minimiser l’oxygène dissout. Il faut à tout prix empêcher l’oxygène de pénétrer dans le réseau fermé. À cet effet, s’assurer que :
  1. Le réseau est étanche ;
  2. Le réseau est convenable pressuriser (pas de pression négative) ;
  3. réservoir d’expansion permet l’expansion thermique.
  • Favoriser l’évacuation de l’air : ceci comprend l’ajout d’évent d’air sur les points hauts et de séparateur d’air sur la ligne principale ;
  • Permettre l’ajout du traitement chimique : inclure une contre-passe de traitement chimique ;
  • Prévoir des équipements de suivi et de mesurage sur le réseau (ex. : coupons de corrosion) ;
  • Prévoir des équipements de filtration mécanique.

Auteurs:

Olivier Potvin, ing. jr chez CIMA+
Le bulletin du Chapitre de la Ville de Québec

Source info:

L'Infobec Volume 42, numéro 1, octobre 2018

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