Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Stérilisation

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’autoclave

   

Forme de la cuve

Energétiquement parlant, la forme extérieure de la cuve est un élément intéressant à développer. A première vue, la question suivante paraît stupide :

« Pour un volume de chambre de stérilisation et de double enveloppe donné, quelle est la forme extérieure la plus déperditive : le cylindre ou le parallélépipède rectangle ? »

Faisons rapidement le calcul.

On a :

  • le volume utile de chambre Vutch = (1 x 1 x 1) [m³] (H x L x P);
  • le côté de la chambre Cch = 1 [m]
  • le volume de double enveloppe Vde = 0.05 [m³];

Hypothèses :

  • on ne tient pas compte des épaisseurs de paroi.

On cherche à savoir quelles sont les surfaces de déperdition de la double enveloppe dans chacun des cas :

> pour le parallélépipède

  • le côté Cde est déterminé par la relation suivante: Cde2 x P –  Vde = Vutch

Cde x 1 = (Vde+ Vch)1/2 = (1 + 0.05)1/2 = 1,025 [m]

  • la surface déperditive est donnée par la relation suivante: Sde = 4 x Cde x 1

Sde = 4 x 1,025 = 4,1 [m²]

> pour le cylindre

  • le côté Cde est déterminé par la relation suivante :π x Dde2 / 4 x 1 –  Vde = Vch
  • le volume de la chambre, compte tenu de la perte de volume due à la forme cylindrique de la paroi interne par rapport au volume parallélépipédique :

 Vch  = π x Dch² / 4 x P = π x 2 / 4 = 1,57 [m]

avec Dch = Cch x 21/2 = 21/2

  • le diamètre de la double enveloppe :

Dde = ((Vde+ Vch) x 4 / π)1/2 = ((1,57 + 0.05) x 4 / π)1/2 = 1,44 [m]

  • la surface déperditive est donnée par la relation suivante : Sde = π x Dde x P

Sde = 3,14 x 1,44 = 4,5 [m²]

Pour une même déperdition, le rapport entre les deux surfaces déperditives est de 4,1 / 4,5 = 0,9.

Configuration cylindrique

(+)

  • l’enveloppe cylindrique supporte mieux la mise sous pression des parois;
  • si la paroi interne cylindrique de la cuve n’influence que très peu le volume utile de la charge à stériliser, l’enveloppe extérieure cylindrique offre moins de surface déperditive que la parallélépipédique (réduction de 11 % des pertes calorifiques);
  • …

(-)

  • si la paroi interne cylindrique de la cuve influence le volume utile de la charge (chargement horizontal dans des paniers DIN parallélépipédiques), l’enveloppe cylindrique offre plus de surface déperditive que la parallélépipédique (9 %);
  • mise en œuvre plus compliquée;
  • …

Configuration parallélipipédique

(+)

  • Pour une même capacité utile de stérilisation, le simple choix d’une double enveloppe parallélépipédique plutôt que cylindrique réduira les déperditions calorifiques de 9 %.
  • mise en œuvre technique plus simple;
  • …

(-)

  • la tenue à la pression interne des enveloppes parallélépipédiques est moins bonne que des cylindriques et nécessite de placer des raidisseurs;
  • de part la présence de renforts sur la paroi extérieure, l’enveloppe est plus difficile à isoler thermiquement;
  • …

Isolation de la cuve

Au niveau du constructeur, l’isolation des parois de la double enveloppe est conditionnée par le risque de brûlure au contact des parois chaudes. On parle régulièrement de températures de paroi de 45 à 50 °C. Cette valeur de température permet au constructeur de calculer l’épaisseur d’isolant à placer sur l’enveloppe extérieure.

Exemple.

Soit un stérilisateur effectuant un cycle à 134 °C. On peut considérer que le métal conduit très rapidement la chaleur et établisse une température de paroi extérieure de l’ordre de 134°C.

Calculs

 Pour en savoir plus sur le calcul de la température de paroi.

Si dans le module de calcul on introduit une épaisseur d’isolant de 2 cm de laine minérale, la température de paroi est de l’ordre de 44 °C.

Dans la pratique, le constructeur isolera les parois extérieures au minimum, juste pour éviter les risques de brûlure. Sur le plan énergétique, il pourrait faire mieux en augmentant l’épaisseur d’isolant afin de réduire les déperditions qui risquent d’être importantes au vu de l’exemple suivant.

Exemple.

Un constructeur annonce des déperditions en régime stable pour un stérilisateur de 8 STE (8 paniers stériles de 600x300x300 mm), effectuant un cycle normalisé selon la norme EN 285; soit 6 kg d’ustensiles par panier et 134 °C – 4 minutes lors de la phase plateau de stérilisation, de l’ordre de :

  • 2100 W de la ligne de distribution de vapeur, de la double enveloppe, …
  • 500 W au niveau des portes fermées et 1 400 W portes ouvertes.
  • 800 W au niveau du générateur de vapeur.

Les déperditions annoncées sont importantes sachant que ce même constructeur annonce une épaisseur d’isolant de laine minérale comprise entre 3 et 8 cm.

En introduisant différentes valeurs d’épaisseur d’isolant dans le module de calcul des déperditions d’un volume simplifié cylindrique ou parallélépipédique avec les données suivantes :

  • Un volume de 6,2 m³ (valeur approchée du volume de la chambre de stérilisation dans l’ambiance technique sans compter les portes qui donnent dans l’ambiance de travail).
  • La paroi interne est portée à une température de 134 [°C].
  • L’ambiance autour du cylindre doit rester à 28 [°C].
  • Le coefficient d’échange superficiel a été pris égal à 10 [W/K.m²] (source AICVF).

On en retire sur le graphique suivant les valeurs des températures des parois et les déperditions :

Calculs 

 Pour en savoir plus sur le calcul de la température de paroi,

On en déduit que pour une épaisseur de 2 cm de laine minérale les déperditions sont de l’ordre de 1 213 [W] pour une température de paroi externe de 44 [°C].

Le constructeur annonçant des épaisseurs d’isolant (3-8 cm) et des déperditions (2 100 W) plus importantes que celles déterminées par le module de calcul, il est nécessaire d’être prudent dans le choix des paramètres :

  • De la surface de déperdition (une enveloppe parallélépipédique est renforcée par des raidisseurs qui agissent comme autant d’ailettes de déperdition et empêchent une isolation correcte de l’ensemble de la surface).
  • Du coefficient d’échange superficiel qui varie beaucoup selon que l’ambiance de l’espace technique est ventilée de manière forcée ou pas.

De plus, beaucoup de tuyauteries et de vannes sont connectées à la cuve de stérilisation et augmentent artificiellement la valeur de la surface déperditive. Ces équipements techniques, dans la pratique étant difficiles à isoler, il ne faut pas s’étonner d’arriver à des puissances de déperdition de l’ordre de 2 100 [W].

      

L’impact de l’épaisseur de l’isolant est important et influencera le choix de la ventilation de l’espace technique. En général, ce sont des espaces surchauffés, mal ventilés, jouant à terme des tours à l’électronique de régulation des stérilisateurs. Pour cette raison, la réaction habituelle est de prévoir une extraction vers l’extérieur.

Pensez d’abord à prévoir une isolation correcte des équipements !

Ensuite, pourquoi ne pas prévoir dans le projet une valorisation des calories produites par les déperditions résiduelles par leur réinjection durant les périodes froides dans des espaces à proximité ne nécessitant pas une qualité d’air semblable à celle d’une stérilisation centrale (quais fournisseurs par exemple).

Malheureusement, pendant les périodes chaudes (mais heureusement limitées), les calories devront être extraites de la zone technique vers l’extérieur.

Isolation des portes

Les portes, que ce soit du côté propre ou stérile, sont des parois déperditives qui risquent dans la plupart des cas de nuire au confort des occupants; elles conduisent souvent à la revendication de climatisation des zones de travail. Mais il est difficile, dans ce cas, de demander au constructeur d’augmenter son épaisseur d’isolant et, par conséquent, son épaisseur de porte (d’autres contraintes techniques limitent la marge de manœuvre).

La limitation des déperditions sera plutôt recherchée dans la gestion des temps d’ouverture des portes. En effet :

  • Le constructeur, pris dans l’exemple ci-dessus, évalue les déperditions au travers des portes à 500 W par stérilisateur. Dans le cas d’une stérilisation centrale équipée de 4 stérilisateurs, les déperditions montent à une valeur de 2 000 W été comme hiver.
  • Lorsque les portes sont ouvertes, le constructeur annonce une envolée des déperditions de 500 W à 1 400 W par stérilisateur.

On voit bien la nécessité, lors du projet de conception, de prévoir dans le cahier des charges la possibilité via une commande spéciale au niveau de l’automate de refermer les portes le plus rapidement possible après la sortie de la charge stérile.

Tout dépend aussi de la surcharge de travail des utilisateurs. On voit régulièrement en zone stérile des portes ouvertes pendant un certain temps car personne n’est disponible pour décharger l’autoclave. Une amélioration consiste à placer un déchargement automatique avec fermeture directe des portes après la sortie de la charge.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la pompe à vide

Pompe à vide à anneau liquide

Généralités

On rencontre généralement la pompe à vide à anneau liquide au niveau du process de stérilisation; ce type de pompe créant un vide suffisant pour l’application.

Le dimensionnement de la pompe s’effectuera nécessairement en fonction du niveau de vide. Le niveau de vide est gouverné par la limite de cavitation de la pompe, elle même conditionnée par la pression de vapeur au niveau de l’anneau liquide (type et température du liquide de refroidissement formant l’anneau liquide).

Afin d’éviter un surdimensionnement de la pompe à vide, les constructeurs recommandent d’accroître la capacité de la pompe en terme de débit (à pression de vide nominale) plutôt que de chercher à dimensionner la pompe avec un facteur de sécurité sur la pression de succion.

Les paramètres du système de vide (cuve de stérilisation, conduites, vannes, …) qui influencent le débit d’entrée de la pompe à vide sont:

  • le débit volumique nécessaire au système (débit à l’entrée de la pompe);
  • le volume du système où le vide est créé;
  • le débit massique d’air de fuite;
  • les débits massiques de vapeur et de condensats réels utilisés lors d’un cycle de stérilisation;
  • le temps d’évacuation requis pendant un cycle.

Le temps d’évacuation est le paramètre important dans les process discontinus comme un cycle de stérilisation.

Influence du liquide de refroidissement

Dans le cas de la stérilisation, le liquide de refroidissement formant l’anneau liquide, et par conséquent l’étanchéité entre les ailettes de la roue à aube (ou niveau de vide), est en général de l’eau. La température de ce liquide de refroidissement influence fortement le niveau de vide. En effet, dans l’ouie d’aspiration, la basse pression régnant, le liquide de refroidissement a tendance à s’évaporer et à augmenter la pression partielle de vapeur au niveau de la cellule cloîtrée entre deux ailettes et l’anneau liquide. Il en résulte que plus la température du liquide de refroidissement est élevée, plus il aura tendance à s’évaporer et, par conséquent, le niveau de vide et de débit d’aspiration diminuera.

Le choix de l’eau comme liquide de refroidissement va de soi avec l’utilisation de vapeur comme moyen de stérilisation. Il va sans dire que la gestion de la température de l’eau de refroidissement sera un élément primordial dans la performance énergétique du système de vide.

Influence du gaz à aspirer

Les performances de la pompe à vide, notamment au niveau de la cavitation, dépendant de la capacité du gaz à aspirer à condenser ou pas. Le cas de la vapeur d’eau est intéressant puisqu’elle possède cette qualité.

L’interaction entre la vapeur et le liquide de refroidissement est forte :

  • D’une part, la vapeur se condense au contact de l’eau de l’anneau liquide en renforçant l’effet de vide (la pression partielle de vapeur diminue), c’est l’effet de « condensation ».
  • D’autres parts, l’eau de l’anneau liquide tend à se vaporiser et à diminuer l’effet, d’où la nécessité de contrôler la température de l’anneau liquide.

Il arrive que les fabricants placent des échangeurs avant la pompe à vide afin de condenser la vapeur et de renforcer l’effet de vide dans la pompe à anneau liquide.

Choix d’un éjecteur

Pour renforcer l’effet de vide à l’entrée de la pompe à vide, certains fabricants propose de placer un éjecteur (venturi). Ce système permet de dimensionner la pompe à sa valeur nominale de vide nécessaire pour la stérilisation tout en renforçant le vide par une pièce statique.

Choix du moteur électrique

Le dimensionnement de la pompe à vide influence naturellement celui du moteur électrique d’entraînement. Tenir compte en priorité d’un facteur de sécurité sur le niveau de vide plutôt que sur le débit d’aspiration risque de surdimensionner la pompe à vide et par conséquent le moteur électrique; on sera alors doublement pénalisé au niveau de l’investissement.

Gestion du refroidissement de l’eau de l’anneau liquide

Le choix du mode de gestion de l’alimentation en eau de l’anneau liquide influence le niveau de vide. En effet, la température de l’anneau liquide conditionnant le niveau de vide, l’utilisateur sera tenté de le refroidir avec des grandes quantité d’eau adoucie entraînant une envolée importante de la consommation.

Exemple.

Soit un stérilisateur 9 DIN effectuant 1 600 cycles par an. Sa consommation d’eau adoucie au niveau de l’anneau liquide est de l’ordre de 216 litres/cycle.

La consommation d’eau adouci est de l’ordre de :

nbre de cycle/an x quantité d’eau [m³/cycle] / 1 000

= 1 600 x 216 / 1000

= 346 [m³/an]

Le coût annuel pour un stérilisateur est de :

346 [m³/an] x 2,5 [€/m³]

= 864 [€/an]

Plusieurs modes de gestion du refroidissement de l’eau de l’anneau liquide sont disponibles sur le marché. À l’heure actuelle, la plupart des constructeurs proposent des solutions où les consommations sont réduites de manière draconienne.

Il est intéressant à ce sujet de comparer plusieurs solutions que propose un constructeur de pompe à vide :

  • circuit ouvert,
  • circuit semi-fermé,
  • circuit fermé.

Circuit ouvert

Ce circuit était classiquement installé en standard sur l’ancienne génération de stérilisation.

En nouveau projet, pitié, bannissez-la !

Théories

 pour en savoir plus sur le circuit ouvert, cliquez ici !

Le constructeur annonce des débits moyens de 216 [litres/heure]. Si le choix de l’utilisateur se porte sur ce type de circuit, il doit s’attendre à couvrir des consommations d’eau importante. Si malgré tout vous optez pour ce type d’installation, pour limiter les consommations excessives, il sera nécessaire:

  • de prévoir un compteur d’eau au départ afin de s’assurer qu’il ne s’installe pas une dérive de la consommation au cours du temps par rapport au réglage initial;

  • d’exiger un réglage de la part d’un technicien qualifié en pompe à vide avant la « mise à feu » de l’installation de stérilisation;
  • de prévoir, dans le cadre du contrat d’entretien, l’optimisation régulière du réglage du débit d’eau.

Circuit semi-ouvert

Ce type de circuit est de plus en plus proposé en standard par les constructeurs qui, pour la plupart ont compris l’enjeu énergétique et environnemental.

Mais il y a mieux !

Théories

 pour en savoir plus sur le calcul de la quantité d’eau d’appoint dans le circuit semi fermé, cliquez ici !

L’évaluation théorique de ce système donne une réduction de l’ordre de 30 %

  • de la consommation d’eau de refroidissement,
  • des pertes d’énergie par rejet à l’égout.

Même dans ce cas, il sera nécessaire de :

  • Otpimiser le débit à la mise en route de l’installation par un technicien compétant.
  • Contrôler régulièrement la consommation d’eau dans le cadre du contrat d’entretien afin d’éviter toute dérive.

Circuit fermé

Dans les services de Stérilisation Centrale il y a souvent de la climatisation. Une prolongation de la boucle d’eau glacée et un investissement limité dans une petite régulation autonome permettrait d’y brancher une installation de pompe à vide à anneau liquide en circuit fermé. Ce système permettrait de ne pratiquement plus consommer d’eau adoucie.

Théories

 pour en savoir plus sur le calcul de la quantité d’eau d’appoint dans le circuit semi fermé, cliquez ici !

L’évaluation théorique de ce système donne une réduction de l’appoint d’eau de l’anneau liquide de la pompe à vide élevée. Il est risqué de donner une valeur précise de réduction sachant que les cycles de fonctionnement de la pompe à vide sont particulièrement fluctuants en température. En effet :

  • En début de phase de prise de vide, les températures risquent d’être élevées. À cet instant, le risque que l’échangeur ne soit suffisant est présent; ce qui signifie qu’il faut un appoint d’eau brute.
  • En fin de phase, les températures redeviennent normales puisqu’il n’y a pratiquement plus de vapeur ni de condensats à évacuer (l’échangeur suffisant à refroidir l’eau de l’anneau liquide).

Certains constructeurs annoncent 75 % de réduction de consommation d’eau.

Pompes centralisées ou locales ?

Ces deux alternatives existent. En général, les constructeurs proposent de placer une pompe à vide à proximité de chaque stérilisateur et, par conséquent, de préférer la configuration locale.

   

Configuration locale

Si on ne dispose pas d’un local technique à proximité de la stérilisation centrale, il va de soit que la configuration locale s’impose.
Cependant on sera attentif aux avantages et inconvénients suivants :

(+)

  • le rapprochement de la pompe du stérilisateur réduit le risque de fuite dans le circuit du vide;
  • le dimensionnement de la pompe à vide sera plus aisé;
  • l’investissement sera réduit;
  • …

(-)

  • la pompe à vide est plus sollicitée (plus de démarrage);
  • en cas de panne le cycle de stérilisation est perdu et le stérilisateur immobilisé;
  • les nuisances sonores (si les parois entre l’espace technique des stérilisateurs et l’ambiance de travail ne sont pas isolées) peuvent être importantes;
  • la compacité de l’installation peut être source d’ennui par rapport à l’entretien;
  • …

Configuration centrale

Si on dispose d’un local technique à proximité de la stérilisation centrale, on étudiera la possibilité de regrouper l’installation de vide dans cet espace en restant attentif aux avantages et inconvénients suivants :

(+)

  • on peut tenir compte de l’effet de foisonnement des cycles (réduction de la puissance des pompes à vide);
  • les pompes peuvent être soulagées par leur mise en cascade (inversion automatique des cascades);
  • les consommations d’eau peuvent être mieux maîtrisées
  • on évite les nuisances sonores;
  • réduction du risque d’abandon de cycle en cas de panne;
  • …

(-)

  • le risque de fuite dans le circuit vide augmente;
  • le coefficient de foisonnement est difficile à évaluer au risque de quand même surdimensionner les pompes;
  • …
Image par défaut pour la partie Concevoir
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la distribution de vapeur

Image par défaut pour la partie Concevoir

Choix du réseau

Le choix du réseau de distribution de vapeur est principalement lié à la centralisation ou pas des générateurs de vapeur.

Configuration locale

Dans ce cas, le générateur de vapeur se trouve souvent sous l’autoclave et chaque autoclave possède son propre générateur. La compacité est importante vu qu’il est nécessaire de favoriser l’espace pour les zones de travail du personnel de Stérilisation Centrale.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • la proximité du générateur par rapport à l’autoclave limite les longueurs des conduites de distribution et donc les déperditions au travers des parois;
  • le générateur étant dédicacé à l’autoclave, les débits de vapeur nécessaires sont faibles et ne nécessitent pas des canalisations de grosse section; ce qui limite les déperditions au travers des parois;
  • les condensats formés par les déperditions des conduites sont naturellement ramenés au générateur par gravitation; ce qui réduit les pertes de condensats au niveau des purgeurs;
  • …

(-)

  • la compacité de l’installation pose des problèmes d’isolation des conduites;
  • une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave;
  • problème de maintenance;
  • …

Configuration centralisée

Si la stérilisation centrale dispose d’un local technique annexe à proximité immédiate, on peut très bien envisager le regroupement des générateurs dans ce local afin de diminuer la puissance installée sachant qu’il est rare de voir tous les stérilisateurs du parc fonctionner ensembles.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • gain de place pour la maintenance de l’installation (détection aisée des fuites au niveau de la distribution);
  • une panne d’un générateur n’empêche pas de continuer le cycle du stérilisateur;
  • centralise la source de chaleur en dehors de la zone d’occupation;
  • …

(-)

  • la conduite mère est de forte section (2″ par exemple); ce qui veut dire que les déperditions sont plus importantes et qu’il faut mieux l’isoler;
  • la longueur importante de la conduite mère augmente les déperditions;
  • les difficultés techniques et d’encombrement augmentent pour le tracé de la conduite mère sachant qu’il est important de récupérer la quantité de condensats produite par les déperditions des parois par gravitation naturelle (nécessité d’espace dans les faux-plafonds pour bénéficier d’une pente vers le générateur);
  • nécessité de multiplier les points de purge et les casse-vide;
  • …

Alternative

Dès le début du projet , il est possible de demander au concepteur de prévoir une conduite mère reliant les générateurs locaux entre eux afin d’augmenter la sécurité d’alimentation en vapeur et de pouvoir réduire légèrement la puissance installée des générateurs.

Nous manquons d’étude de cas en la matière. S’il y a des expériences heureuses ou pas en terme de dimensionnement, il serait intéressant pour tout le monde qu’elles figurent ici !

Choix des matériaux

La tenue dans le temps des conduites d’alimentation en vapeur dépend de la qualité de la vapeur et, par conséquent de la qualité de l’eau. Si l’eau est de qualité médiocre (corrosive et agressive par exemple), on risque de détériorer rapidement les équipements du réseau de vapeur. Par sécurité, les matériaux utilisés pour la fabrication de ces équipements, y compris la distribution, seront en acier inoxydable type 316 Ti.

Isolation des conduites

L’isolation des conduites de la distribution de vapeur est importante pour limiter :

  • les déperditions et, par conséquent, les pertes énergétiques,
  • la production de condensats et, par conséquent, la surconsommation d’eau.

L’illustration ci-dessus montre à quel point il est important d’isoler correctement les conduites même si certains mentionneront que l’isolation cache les fuites de vapeur; ce qui est un mauvais prétexte pour ne pas isoler.

Divers matériaux d’isolation des conduites existent dans le commerce comme, par exemple, la fibre de laine minérale en longueur préformée, le caoutchouc, … On sera attentif, dans le cas précis de la vapeur, à la tenue des propriétés de l’isolant à des températures de l’ordre de 150 °C.

Matériaux Température de tenue maximale [°C]
Laine minérale de l’ordre de 650
Caoutchouc 175
Polyuréthane 135

Calculs

 Pour en savoir plus sur la rentabilité de l’isolation des conduites.

Les équipements annexes

Attention à l’isolation des vannes et des équipements susceptibles de provoquer des déperditions énergétiques non négligeables.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le système de production de vapeur

Générateur électrique ou au gaz ?

Générateur électrique

Il n’y a pas photo, l’électricité est très souvent pris comme vecteur énergétique. Pourquoi ? Par souci de facilité peut-être.

Essayons de voir ce qui motive les concepteurs à proposer l’électricité comme vecteur énergétique en synthétisant les avantages et les inconvénients:

(+)

  • l’électricité peut facilement être amenée à tout point du bâtiment, c’est une énergie propre au niveau même de la stérilisation centrale où l’hygiène est un critère important de sélection de la source de production de vapeur;
  • pas de nécessité de local adapté, d’équipements coûteux telle qu’une cheminée;
  • peu d’entretien;
  • pas de risque lié à l’utilisation du gaz par exemple (moyen de protection réduit);
  • …

(-)

  • la stérilisation fonctionne principalement en heure de pointe, la facture énergétique est donc importante (0,11 €/kWh);
  • la pointe quart horaire peut être importante si l’on n’y prend pas garde;
  • les résistances électriques sont relativement fragiles;
  • …

Générateur au gaz

Photo générateur au gaz.

Il arrive encore régulièrement que les hôpitaux, où la cuisine utilisant de la vapeur basse pression comme moyen de cuisson (« douche de cuisson », lave-vaiselle, …), soient équipés d’une chaudière à vapeur. Est-ce l’opportunité rêvée pour alimenter une installation de stérilisation centrale ?

La réponse dans la synthèse ci-dessous :

(+)

  • le gaz est un vecteur énergétique intéressant et propre;
  • le prix du kWh (0,05 €/kWh) est plus intéressant par rapport à l’électricité (0,11 €/kWh);
  • …

(-)

  • l’investissement dans un système de production de vapeur est important. Même si la chaudière vapeur est déjà présente dans le bâtiment, la pose de la distribution est onéreuse (conduite, équipements de purge, pompe de relevage des condensats, …);
  • les pertes en ligne sont importantes;
  • la souplesse de la régulation est moins bonne que le système étagé de résistances électriques;
  • la chaudière existante alimentant la cuisine travaille souvent en basse pression. Il est nécessaire de placer un surchauffeur pour atteindre la pression voulue en bout de ligne (surchauffeur au gaz ou électrique ?);
  • …

Conclusions

Dans le choix du vecteur énergétique entre l’électricité et le gaz, on peut en conclure ceci :

  • En essayant de récupérer l’énergie présente dans l’hôpital sous forme de vapeur à basse pression on se complique la vie à tous points de vue pour l’amener à pression de service de stérilisation (0,3 à 3 bar).
  • Si l’hôpital dispose d’une chaufferie vapeur haute pression (3,5 bar par exemple), il peut être intéressant d’utiliser la vapeur au travers d’un générateur-échangeur vapeur/vapeur; les constructeurs le proposent dans leur catalogue. Mais l’investissement et l’exploitation risquent d’être coûteux au niveau de la distribution de vapeur.
  • L’électricité semble le moins mauvais choix. En terme d’investissement, il est réduit et la technologie est fiable. En terme de facturation énergétique, il sera nécessaire d’être attentif à la gestion du lancement des cycles afin d’éviter une pointe quart-horaire trop importante.

Pour les réfractaires à l’électricité, il existe aussi des chaudières vapeur au gaz/fuel. Dans le cas précis de la stérilisation, il n’est pas possible de prévoir une chaudière au gaz à condensation; les températures mises en jeu sont trop importantes. Alors chaudières gaz ou fuel, c’est le même combat ! Mais de nouveau, l’investissement est très conséquent par rapport aux générateurs individuels intégrés électriques.

   

Générateur local ou central ?

1. Critères de choix

Le choix d’une configuration centrale ou locale est liée à plusieurs critères:

Confort thermique des zones de travail

Le confort thermique des occupants de la stérilisation centrale est très sensible. En effet, l’ambiance est souvent surchauffée de part le contact direct et quasi permanent avec les déperditions des parois des autoclaves lorsque les portes sont fermées (500 W par stérilisateurs selon un constructeur) et de l’intérieur des chambres de stérilisation lorsque les portes sont ouvertes (1 400 W par stérilisateur selon le même constructeur). Il faut ajouter à cela les déperditions des parois de séparation de l’ambiance de travail (zones stérile et propre) et de l’espace technique qui sont, en général, de simples parois de propreté en inox sans isolation.

   

Si cet espace technique est mal ventilé, il risque de surchauffer de part les apports internes importants et de transmettre au travers des parois de propreté une chaleur importante. On y relève les apports internes de déperdition au travers des parois :

  • de la double enveloppe de l’autoclave et de la distribution (de l’ordre de 2 100 W);
  • du générateur de vapeur (800 W).

Les apports internes, s’ils ne sont pas :

  • limités par une bonne isolation des parois des équipements,
  • confinés dans l’espace technique par une bonne isolation des parois de propreté,
  • évacués par une ventilation intelligente (récupération des calories au niveau d’un quai fournisseur en période froide par exemple),
  • …

cela risquent de rendre les zones de travail incorfortables; d’où nécessité de climatiser.
Il est pratiquement certain que la conception d’une stérilisation centrale passe par la climatisation des zones de travail car il est difficile, de toute façon, de réduire les apports internes de manière à passer en dessous du seuil de climatisation (gestion des déperditions des portes des autoclaves, de l’ouverture limitée de ces portes, …) mais on peut du moins les limiter au maximum comme, par exemple, la centralisation des générateurs dans un local technique annexe.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur la climatisation, cliquez ici !

Puissance installée

Il est clair que lorsqu’on choisi comme vecteur énergétique de l’électricité directe, il est nécessaire de se soucier de l’appel de courant ou de la pointe quart-horaire. Avec la centralisation, on pourrait espérer réduire la puissance installée sachant que le coefficient de foisonnement des cycles de l’ensemble des stérilisateurs est faible. Mais vu que la priorité reste la garantie de résultat au niveau du cycle de stérilisation, le sous-dimensionnement n’est pas une solution en soi car rien n’empêche la possibilité de démarrer tous les stérilisateurs en même temps; une piste à suivre ?

Enfin la centralisation d’une production électrique de vapeur n’est pas le cheval de bataille des constructeurs. A puissance égale, l’investissement est donc beaucoup plus important dans le cas d’un générateur central que celui de la somme des générateurs locaux (rapport annoncé de 1 à 4)

Pertes en ligne

Les pertes en ligne d’une configuration centrale sont plus importantes qu’une configuration locale. Il faudra en tenir compte lors du dimensionnement si on choisit quand même cette option.

Intermittence

L’intermittence permet de réduire les consommations énergétiques et d’eau osmosée. Pourquoi maintenir une installation sous pression entre les cycles ? sachant que :

  • les déperditions inutiles au travers des parois continuent de se produire;
  • les condensats dans la double enveloppe continuent de se former;
  • les temps d’intercycle sont, en général, importants,
  • le temps de remise en pression faible;
  • les contraintes mécaniques peuvent être maîtrisées;
  • …

Théories

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Dans une configuration locale, l’intermittence pourrait être pratiquée sans trop de problème en coupant l’alimentation électrique du générateur à la fin d’un cycle de stérilisation et en la rétablissant au cycle suivant. C’est vrai que l’on va légèrement allonger le temps de cycle effectif pour relancer le générateur afin qu’il puisse fournir une vapeur correcte en terme de pression et de température. Par contre, les consommations vont s’améliorer.

Dans une configuration centrale, l’intermittence ne peut être pratiquée puisque, par son principe même, la centralisation permet une mise à disposition permanente de la vapeur pour les autoclaves.

2. Synthèse

Configuration locale

Dans ce cas, le générateur de vapeur se trouve souvent sous l’autoclave et chaque autoclave possède son propre générateur. La compacité est importante vu qu’il est nécessaire de favoriser l’espace pour les zones de travail du personnel de Stérilisation Centrale.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivants :

(+)

  • le générateur réagit rapidement à la demande du stérilisateur;
  • l’intermittence peut être pratiquée aisément;
  • les pertes en ligne sont limitées;
  • le dimensionnement de la puissance du générateur est plus aisé puisqu’il ne dépend pas d’un coefficient de foisonnement;
  • la mise en parallèle de deux ou plusieurs générateurs peut être envisagée comme secours;
  • …

(-)

  • la source de chaleur reste à proximité immédiate de l’ambiance de travail;
  • la compacité de l’installation pose des problèmes de maintenance;
  • une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave (sauf si les générateurs sont reliés par une conduite de secours);
  • …

Configuration centralisée

Si le service de Stérilisation Centrale dispose d’un local technique annexe à proximité immédiate, on peut très bien envisager le regroupement des générateurs dans ce local afin de diminuer la puissance installée sachant qu’il est rare de voir tous les stérilisateurs du parc fonctionner ensemble.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • gain de place pour la maintenance de l’installation (détection aisée des fuites au niveau de la distribution);
  • une panne d’un générateur n’empêche pas de continuer le cycle du stérilisateur;
  • Une des sources de chaleur est sortie de la zone de travail;
  • …

(-)

  • la conduite mère est de forte section (2″ par exemple); ce qui veut dire que les déperditions sont plus importantes et qu’il faut mieux l’isoler;
  • la longueur importante de la conduite mère augmente les déperditions;
  • les difficultés techniques et d’encombrement augmentent pour le tracé de la conduite mère sachant qu’il est important de récupérer la quantité de condensats produite par les déperditions des parois par gravitation naturelle (nécessité d’espace dans les faux-plafonds pour bénéficier d’une pente vers le générateur);
  • nécessité de multiplier les points de purge;
  • …

Alternative

Dès le début du projet, il est possible de demander au concepteur de prévoir une conduite mère reliant les générateurs locaux entre eux afin d’augmenter la sécurité d’alimentation en vapeur et de pouvoir réduire la puissance installée des générateurs.

Nous manquons d’étude de cas en la matière. S’il y a des expériences heureuses ou pas en terme de dimensionnement, il serait intéressant pour tout le monde qu’elles figurent ici !

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