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Plomberie sanitaire, dimensionnement, réseaux d'alimentation d'eau potable, eau chaude sanitaire, recyclage et bouclage d'eau, débit de base, débit de simultanéité. |
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Le présent document a été créé dans le but pour permettre le dimensionnement des installations de plomberie sanitaire. C'est un document de synthèse, Il reprend partiellement les notes de calculs indiquées dans le DTU plomberie 60.11.
Installations individuelles Chaque appareil individuel est affecté d'un coefficient suivant le Tableau 2. La somme des coefficients permet avec le graphique suivant de déterminer le diamètre minimal d'alimentation du groupe d'appareils, à partir de deux appareils. Installations individuelles diamètre intérieur minimal d'alimentation Le diamètre intérieur minimal d'alimentation est fonction du nombre d'appareils.
Lorsque le total des coefficients (Indice U) est supérieur à 15, il y a lieu de calculer, comme pour les parties en installations collectives.
Installations collectives Débits de base Le DTU plomberie NF DTU 60.11 P1-1 dans Le Tableau 1 Chapitre 3.2.1) indique les débits minimaux (en l/s) à prendre en considération pour le calcul des installations d'alimentation ainsi que les diamètres intérieurs minimum (en mm) des canalisations d'alimentation des appareils pris individuellement. En fait ce sont des débits minimums de consommation de pointe par robinet d’équipement sanitaire. Les documents particuliers du marché peuvent mentionner des valeurs différentes en particulier pour les lavabos.
Hypothèses de simultanéité pour le calcul des débits d'alimentation des parties collectives Les hypothèses de simultanéité indiquées ci-après sont faites pour le calcul des débits d'alimentation ;
· Robinets de chasse : les robinets de chasse, ne fonctionnant que pendant quelques secondes ne sont pas comptabilisés dans le calcul au même titre que les autres appareils : Il y a lieu de considérer pour ces robinets de chasse :
Le débit ainsi obtenu pour les robinets de chasse est à ajouter à la somme des débits obtenus pour les autres appareils après application du coefficient de simultanéité ci-dessous. Coefficient de simultanéité en fonction du nombre d'appareils installés parties collectives Cette courbe correspond à la formule :
Cette formule est valable pour x > 5 et également à > 150. COMMENTAIRE
Vitesses de passage dans les canalisations à l’intérieur des bâtiments La vitesse à prendre en considération pour le calcul des diamètres selon la méthode générale est de :
A noter que pour des petites installations, ces vitesses limites de passage sont nettement trop élevées parce que les Pdc par mètre vont dépasser les limites acceptables. Inconvénients des vitesses trop faibles et bras morts Stagnation et formation de dépôts ; développement bactérien ; désagrément pour le consommateur (eaux colorées, mauvais goût...) ; risques sanitaires (présence de métaux, germes, ...) Inconvénients des vitesses trop élevées Bruits : augmentation de l'effet "coup de bélier" ; usure prématurée des installations ; dégradation de la qualité de l'eau par "ramonage" des tuyauteries (particules de plomb, de cuivre, ...
Calculs hydrauliques installations eau chaude sanitaire (ECS) Calculs des débits ECS des équipements sanitaires Le DTU plomberie NF DTU 60.11 P1-1 dans Le Tableau 1 Chapitre 3.2.1, indique les débits minimaux (en l/s) à prendre en considération pour le calcul des installations d'alimentation d'eau ainsi que les diamètres intérieurs minimum (en mm) des canalisations d'alimentation des appareils pris individuellement. Les débits indiqués ci-dessous sont valables à la sortie d’un robinet d’eau froide, d’eau chaude ou d’un mitigeur. En fait ce sont des débits minimums de consommation de pointe par robinet d’équipement sanitaire. La température de l’eau utilisée (au point de puisage) doit être comprise entre 35 et 40 °C si celle-ci est en contact avec le corps humain, mais d’au moins 55 °C en cuisine par exemple s’il s’agit de décoller spontanément des graisses sans détergent. La température de consigne n’est donc pas la même pour certains usages. Débit de base pour les robinetteries de type mélangeur ou mitigeur Certains appareils sanitaires (Baignoires, douches, lavabos, etc.) sont généralement pourvus de robinets de type mélangeur ou mitigeur. Par exemple, le remplissage de la baignoire se fera uniquement en eau chaude. Pour d’autres (Douches, lavabos, etc.), l’eau chaude sera mélangée à de l’eau froide afin d’obtenir une eau à température appropriée à la sortie du robinet puisage (Par exemple 40°C) Dans le cas d’une installation de production ECS de type centralisée, puisque le débit de base du mitigeur est donné à la sortie du mitigeur en conformité au DTU, on peut donc le cas échéant réduire le débit de base pour les douches, lavabos, par exemple pour le dimensionnement des réseaux de distribution d’eau chaude placés en aval de cette production ECS. A partir du tableau des débits de base selon le DTU 2013 et de la température au point de puisage généralement admise le tableau suivant donne les débits de conversion à la température des points de puisage. Référentiel de certification de marque NF sur les robinetteries sanitaires E (comme Ecoulement), le débit Q est mesuré sous 3 bar, plus l’indice est élevé, plus le débit est grand. Pour les robinetteries de baignoire, la classe minimale est E3 Exemple d’un mitigeur monocommande d’un fabricant
Le DTU indique le débit minimal à considérer pour chaque type d'appareil, mais il s'agit d'un débit de calcul qui permet de dimensionner la canalisation d'alimentation. Attention : cela ne correspond pas aux débits réels mesurés au niveau de la robinetterie, lesquels dépendent de la pression résiduelle disponible. Dans l’exemple précédent sous une pression de 1 bar on a tout juste 8 l/mn (0,133 l/s).
Calcul des débits des réseaux distribution (ECS dissociés de l’EF) Dans le cas d’une production ECS de type centralisée, on aura la possibilité le cas échéant de réduire le débit de base pour les douches, lavabos, par exemple pour le dimensionnement des réseaux de distribution d’eau chaude placés en aval de cette production ECS. A noter que dans ce cas le débit de pointe sur le réseau d’alimentation d’eau froide situé en parallèle sera largement inférieur au débit de pointe du réseau distribution d’ECS. Mais cela dit les diamètres de réseaux seront similaires aux réseaux de distribution ECS. Feuille de calcul fournie avec le programme de calcul (HydroTherm & HydroWater) Les calculs des débits pour les réseaux de distribution EF et ECS sont dimensionnés selon les indications données selon les données du DTU. Des feuilles de calcul préprogrammées sont fournies en complément avec le programme de calcul. Elles permettent de pré-dimensionner les diamètres de réseaux de distribution EF, ECS et retours de boucles.
Calcul des débits des réseaux distribution d’eau EF + ECS Dans le cas d’une production ECS de type décentralisée, c’est-à-dire constituée d’installations individuelles de production ECS par appartement ou par bloc sanitaire, il suffira simplement de prendre les débits de base donnés dans le tableau 1 du DTU pour le dimensionnement des réseaux de distribution d’eau froide placés en amont de ces différentes production ECS. Feuille de calcul fournie avec le programme de calcul (HydroTherm & HydroWater) Les calculs des débits pour les réseaux de distribution EF et ECS sont dimensionnés selon les indications données selon les données du DTU. Des feuilles de calcul préprogrammées sont fournies en complément avec le programme de calcul. Elles permettent de pré dimensionner les diamètres de réseaux de distribution EF, ECS . Selon le DTU : Lorsqu'il est prévu une alimentation pour une ou plusieurs machines à laver, il n'est pris en compte qu'une seule de ces machines dans le calcul de la somme des débits des appareils Les réseaux de distribution EF et ECS situés en aval de ces différentes productions ECS seront dimensionnés selon les indications données dans le chapitre du DTU 3.2.1.2 – « Installations individuelles »
Feuille de métré paramétrée Feuille de calcul fournie avec le programme HydroExcel ou HydroWater
Pression sur les réseaux de distribution d’eau potable Unités de pression Dans les activités liées au transport et à la distribution de l'eau, les pressions sont souvent données en mètre de colonne d'eau (mCE). Cette unité présente l'avantage de permettre une comparaison facile entre différentes pressions et surtout, de pouvoir les mettre en relation avec les différences d'altimétrie du terrain.
Hauteur géométrique (m) : Il s'agit de la hauteur entre le niveau haut et le niveau bas. Pression de service (Bar) : C'est la pression disponible qui arrive à un point de sortie, comme par exemple à un compteur d'abonné, une borne incendie, etc.
Systèmes de distribution d’eau potable Les systèmes en eau exploités par les compagnies de distribution d’eau potable sont souvent constitués de :
L'entreposage de l'eau dans un réservoir joue un rôle de tampon entre le débit demandé par les abonnés et le débit fourni par la station de pompage. La pression statique de l’eau qui est fournie au robinet des abonnés est proportionnelle au dénivelé qui existe entre le niveau d’eau dans le château d’eau et l'habitation : 10 m de dénivelé est approximativement équivalent à 1 bar de pression. Pour un écoulement en charge, la ligne piézométrique permet de visualiser la pression exercée par l'eau en chaque point du tracé et de connaitre par exemple la pression disponible au compteur d’abonné. Lorsque qu’il n’y a pas d’écoulement dans le réseau de Distribution d’Eau Potable (Réseau fermé), la ligne piézométrique est horizontale et située au niveau supérieur du stockage d’eau. La pression statique est la pression qui règne à l'intérieur d'une canalisation quand l’eau est immobile, c’est-à-dire lorsque aucun débit ne circule dans les canalisations. Si la hauteur du tube par rapport au réservoir varie, la pression statique variera aussi en fonction du différentiel d’altitude. Lorsque le réseau de distribution d’eau est en service, la ligne piézométrique est inclinée. L’angle d’inclinaison est variable selon l’intensité du débit d’eau transitant dans le réseau qui est la résultante des pertes de charge de l'eau sur son parcours. On peut donc résumer :
Les pertes de charge (Pdc) correspondent aux pertes d'énergie de l'eau sur son parcours. Les Pdc varient en fonction du carré de la vitesse de l'écoulement de l'eau.
Architecture des réseaux publics de distribution d’eau potable L'ossature du réseau de distribution d’eau potable (APE) situé en en aval des stockages d’eau dépend de l’environnement du site ou de l'agglomération. Deux concepts de réseau sont généralement utilisés : réseau ramifié ou réseau maillé.
Branchement d’eau potable particulier et pression disponible au compteur d’abonné La pression statique à l’entrée du compteur de branchement d’eau potable est variable selon la topographie du site (Niveau d’altimétrie et de la distance entre le lieu du site et le système de stockage d’eau). Plus le différentiel d’altimétrie entre le stockage d’eau et le compteur de l’abonné sera important et plus la pression statique au compteur sera élevée. Le débit d'eau dans un réseau de distribution d’eau potable varie constamment durant la journée. Les pertes de charges sur les réseaux de distribution d’eau augmentent avec le débit. Lorsque la demande est maximale (en général, le jour), les pertes de charges sont élevées et la pression chez l’usager est minimale. Au contraire, quand la demande est minimale (en général la nuit), les pertes de charges sont faibles et les pressions sur réseaux plus importantes. Donc plus la distance sera importante et plus les fluctuations de pressions aux compteurs des abonnés seront élevées et donc moins il y aura de pression disponible sur ces compteurs lors des pointes de consommation d’eau. La hauteur piézométrique du réseau de distribution publique au compteur de l’abonné va donc varier en permanence en fonction des pointes de consommation d’eau des différents usagers. La hauteur piézométrique peut donc être assimilée à la
pression de service minimale disponible durant la période de forte consommation de pointe.
La pression statique (Donc sans écoulement d’eau) donnée par la compagnie de service d’eau n’est pas un élément suffisant pour pouvoir mener à bien une étude d’un projet d’installation. Dans un contrat d'abonnement pour l'approvisionnement en eau potable, la compagnie de distribution d’eau potable devrait à priori donner la pression de service (ou la hauteur piézométrique) en fonction du débit de consommation de pointe donné par le l’usage ou indiquer la pression mini /maxi à laquelle l'eau est fournie selon le débit de pointe demandé par l’usager.
Pression disponible à la consommation d’eau des usagers (Zone privative) L’Article R 1321-58 du Code de la Santé Publique précise que la hauteur piézométrique (ou pression résiduelle) de l'eau distribuée par les réseaux intérieurs mentionnés au 3º de l'Article R. 1321-43 doit, pour chaque réseau et en tout point de mise à disposition, être au moins égale à 3 mètres (0,3 bar environ), à l'heure de pointe de consommation, c’est à dire au point le plus élevé ou le plus éloigné de l’immeuble même où la pression de service dans la conduite publique atteint sa valeur minimale. Certains équipements tels que les chaudières individuelles gaz pour la production d’ECS ou les mitigeurs thermostatiques nécessitent des pressions d’alimentation supérieures aux exigences minimales du code de la santé publique. Le NF DTU 60.11 P1-1 indique que pour les immeubles collectifs d'habitation, l'installation doit être conçue pour obtenir à l'entrée de chacun des logements, dans le collectif, une pression minimale de 1 bar. En outre, la pression statique doit être à inférieure à 4 bar au point de puisage. Des réducteurs de pression sont à prévoir le cas échéant. La pression résiduelle (Pr) chez l'usager est la différence entre la pression piézométrique (Pz) disponible sur le compteur privatif d’eau potable et la différence d’altitude (Hs : Hauteur statique) du point de passage sur le robinet le plus élevé moins les pertes de charges du réseau de distribution privatif.
Il faudrait s’assurer que si possible, la pression de service minimale (En heure de pointe) au compteur de branchement soit au moins de : Si la pression disponible est trop faible, il faut réduire les pertes de charges donc augmenter les diamètres mais avec une vitesse de l'eau toujours > 0,5 m/s pour le débit de pointe ; Lorsque les réseaux desservent des immeubles de plus de six étages, des surpresseurs et des réservoirs de mise sous pression, conformes aux dispositions de l'Article R. 1321-55, peuvent être mis en œuvre. Au-delà de 40 mCE de Pdc dans la zone privative, il faudrait étudier si nécessaire la mise en place de surpresseurs.
Programme de calcul Hydroexcel & HydroWater Les programmes de calcul HydroWater, hydroExcel, tiennent compte tout particulièrement de :
En complément, dans le cas du dimensionnement d'une pompe ou d'un surpresseur d'eau, la hauteur manométrique sera déterminée également en fonction de :
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