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Systèmes de rafraîchissement à base d’énergie renouvelable

Par Alain GARNIER - Directeur Scientifique & Innovation du Bureau d'Etudes GARNIER



Free-cooling, free-chilling, rafraîchissement adiabatique, …, toutes les solutions de rafraîchissement naturel utilisant les EnR deviennent prioritaires en premier lieu dans le tertiaire et l’industrie, mais également dans le résidentiel. Si, sur le plan réglementaire, la consommation due au rafraîchissement rentre bien évidemment dans le bilan énergétique à optimiser avec l’utilisation des énergies renouvelables, le confort des individus doit être également respecté et atteint.

Deux caissons adiabatiques sur l'air neuf sur le toit d’une blanchisserie
Deux caissons adiabatiques sur l'air neuf sur le toit d’une blanchisserie

Le free cooling classique

Choix 

Dans certaines activités qui ont des besoins de rafraîchissement faibles à moyens et où l’humidité n’est pas contrôlée, on pourra recourir au free cooling classique.

Cas d’applications

Souvent employé dans les salles de spectacles (cinémas, théâtres, etc.), qui fonctionnent surtout le soir quand la température extérieure commence à descendre et permet un ∆ts suffisant du fait de l’écart diurne.

Fonctionnement 

Ce système recourt à une centrale de traitement d’air double flux air neuf - air rejeté comportant une modulation du débit d’air ou encore une centrale de traitement d’air double flux avec un caisson à 3 voies de répartition et de mélange d’air, Le débit d’air renouvelé sera très élevé pour satisfaire un ∆ts suffisant. Pour assurer une température maximale en été, une STD devra être réalisée, ce qui permettra de calculer le taux de renouvellement et s’assurer une vitesse du déplacement d’air satisfaisante.
La régulation réalisera une comparaison permanente entre la température sèche intérieure et extérieure (∆ts). Si, la température intérieure dépasse la température de début d’inconfort (27°C par exemple) et que la température extérieure est plus basse, on fera peu à peu pénétrer de l’air frais et neuf et on extraira dans la même proportion l’air chaud et vicié pour obtenir un rafraîchissement naturel.

Commentaire 

Sa capacité de refroidissement est en moyenne de 1,65 de jour et 3,30 Wf/m³ soufflé de nuit,
Il faut l’utiliser de jour ou la nuit, si le t ≥ 8K pour lui trouver un réel avantage, car il ne faudrait pas que la consommation de ses auxiliaires dépasse celle de refroidissement.
Si ce système satisfait la plupart des utilisateurs, il reste malgré tout une solution simpliste qui sur le plan énergétique n’est pas satisfaisante puisque la chaleur est rejetée à l‘extérieur (énergie fatale) sans la valoriser ou la mettre à disposition.






Le free cooling enthalpique

Choix 

C’est la même solution que celle de « free cooling classique »,  sauf que la régulation tiendra compte en plus d’une limite haute d’humidité.

Cas d’applications

Cette fonction est recherchée dans certaines applications comme les usines où il faudra un rafraîchissement contrôlé en humidité, les data centers, les laboratoires, les salles à atmosphère contrôlée ou les tolérances « température et humidité » seront larges.
Mais aussi pour le confort comme les salles de cinéma ou les théâtres où l’humidité de l’air neuf introduit plus celle des occupants créeraient un inconfort tel que l’on recourrait au froid pour déshumidifier, cela arrive très souvent et créé une surconsommation d’énergie par manque d’analyse du problème. S’il pleut, le système sera complétement arrêté, mais ce n’est pas important car le besoin frigorifique sera réduit dans le même temps du fait de la chute de la température extérieure et du rayonnement solaire.
On surveillera en même temps le point de rosée au travers d’une sonde d’humidité absolue. Celle-ci agira en limite haute et viendra déroger la fonction précédente (∆ts).

Fonctionnement

free cooling enthalpiqueCe système recourra donc aux mêmes types de centrales de traitement d’air que dans la solution « free cooling classique ».
Mais la régulation sera quelque peu différente : les sondes de température sèche intérieure et extérieure seront doublées de sondes de température humide. Un calculateur traduira le résultat en différence d’enthalpie, si bien que l’on ne pourra se servir que de ce système quand il n’apportera pas d’humidité à l’intérieur des locaux à rafraîchir.

Ce système pourra être mis en série avec une production de froid à un ou plusieurs étages de compresseurs.

Rien n’empêchera par ailleurs dans des moments où on aura plus besoin de contrôler l’humidité (hors production par exemple), de revenir à la solution « free cooling classique » qui permettra plus de débit d’air et donc plus de rafraîchissement.

Commentaire 

Sa capacité de refroidissement est la même qu’en « free cooling classique » mais le potentiel de fonctionnement annuel est de 22% de moins du fait qu’on l’arrête les jours ou il y a trop d’humidité extérieure (pluie, brouillard).

Free cooling enthalpique en data center – Ts.ext < 20°C (doc. GEA)

Free cooling enthalpique en data center




Free cooling enthalpique en data center – Ts.ext entre 20°C et 30°C (doc. GEA)

Free cooling enthalpique en data center




Free cooling enthalpique en data center – Ts.ext > 30°C (doc. GEA)

Free cooling enthalpique en data center

Le rafraîchissement adiabatique direct

Choix 

Ce système est utilisé dans certaines activités où on souhaite d’avantage de rafraîchissement naturel qu’en free cooling, sans trop se soucier de l’humidité et où on n’est pas trop regardant sur les problèmes de santé.

Fonctionnement 

Ce système fait appel soit à un humidificateur autonome qui fonctionne par évaporation ou brumisation (pulvérisation) d’eau dans la centrale de traitement d’air. L’humidification par laveur d’air ou rampes de pulvérisation d’eau perdue se rencontre parfois.

Commentaire 

Les systèmes à pulvérisation d’eau sont dangereux pour la santé, on les trouve encore dans des expositions temporaires ou l’industrie textile (atelier de tricotage). Surchlorée, l’eau pulvérisée, pour éviter la légionellose, n’arrange rien car c’est très corrosif et toxique allant jusqu’à affecter le système respiratoire des occupants.

Si l’humidification est réalisée par pulvérisation d’eau, ce système devra pourtant être soumis à autorisation comme c’est le cas des tours de refroidissement ouvertes. Il faudra un traitement d’eau adapté et un contrôle régulier de la non présence de la légionella avec communication régulière des analyses à l’ARS.

Si l’humidification est réalisée par évaporation d’eau, ce système sera soumis à une simple déclaration comme c’est le cas des aéroréfrigérants adiabatiques et l’exploitant devra s’engager auprès de l’ARS sur la non présence de légionella.





Le rafraîchissement adiabatique indirect

Choix 

Dans certaines activités où les besoins de rafraîchissement sont faibles ou moyens, et où l’humidité est contrôlée, on pourra recourir au « rafraîchissement adiabatique indirect ».

Cas d’applications

C’est un système de rafraîchissement naturel souvent employé en prérefroidissement dans les data centers et en refroidissement dans les locaux à forts apports internes tels que les restaurants, les locaux de spectacles (cinémas, théâtres, etc.), qui fonctionnent le jour (bien souvent en adiabatique) et le soir (en sec).

Fonctionnement 

Ce système recourt au même type de centrale de traitement d’air que dans la solution « free cooling classique », mais compte tenu d’une meilleure efficacité elle pourra à puissance égale, être d’une taille plus petite. Elle comportera en plus un récupérateur d’énergie à plaques de grande surface d’échange avec en amont sur la ligne d’air rejeté un système d’humidification généralement à évaporation pour qu’il n’y ait pas de risques de légionellose.

CTA avec rafraîchissement adiabatique indirect par évaporation.
Mis au point en 2006 par A.GARNIER pour la réalisation de différents locaux du Center Parcs Picardie.

  • Ts.ext < 6°C mode hiver, quel que soit le taux d’occupation du local

rafraîchissement adiabatique indirect

  • Ts.ext entre 6°C et 22°C mode printemps et automne, avec un taux d’occupation faible

rafraîchissement adiabatique indirect

  • Ts.ext entre 22°C et 29°C mode été, avec un taux d’occupation moyen

rafraîchissement adiabatique indirect

  • Ts.ext > 29°C mode été, lorsque l’on est en été et que le local est occupé à moitié

rafraîchissement adiabatique indirect

  • Ts.ext > 29°C mode été, lorsque l’on est en été et que le local est occupé au maximum

rafraîchissement adiabatique indirect

Commentaire 

Sa capacité de refroidissement est en moyenne de 1,83 de jour et 3,65  Wf/m³ d’air soufflé de nuit.
La nuit, est plus favorable à ce système du fait que la température extérieure décroit et permet un meilleur refroidissement et donc une économie de climatisation s’il est utilisé en prérefroidissement. Il reste malgré tout une solution qui, sur le plan énergétique, n’est pas satisfaisante puisque la chaleur est rejetée à l’extérieur (énergie fatale) sans la valoriser ou la mettre à disposition.




Le free chilling

Choix 

Le refroidissement à eau, est beaucoup plus efficace que l'air pour transporter la chaleur à évacuer. Si à la fois, les apports internes sont élevés, que la température intérieure à contrôler est basse (climatisation et non rafraîchissement) et que l’on veuille contrôler l’humidité avec une tolérance étroite, on recourra à la solution free chilling.

Cas d’applications

  • Le pré-refroidissement des bureaux, commerces, établisements de santé, salles à atmosphère contrôlée, laboratoires, pharmacie, métrologie, ateliers de production, etc.,
  • La déshumidification des piscines,
  • Le prérefroidissement des data centers,
  • Le rafraîchissement de nuit des BEPAS et BEPOS,
  • Le refroidissement de process,
  • Etc.

Fonctionnement 

Le free chilling est encore peu utilisé alors qu’il nous permettrait de diminuer, voir éviter, dans bien des cas, des travaux de climatisation et les consommations d‘énergie qu’ils auraient entrainées.
Les principales opportunités favorables au free chilling :
Là où il y a un coût d’énergie élevé lors d’une production de froid en industrie :


  • La production de froid en industrie pour les process et/ou la climatisation entraîne des coûts d’énergie électrique élevés qui, de plus, entre dans une grille tarifaire hiver peu favorable. Le free chilling serait une réponse adaptée.

Là où il y a un coût de travaux de climatisation et d’exploitation élevé dans le cas de bureaux, commerces et établissements de santé :


  • La climatisation de bureaux entraîne des coûts d’énergie électrique 3 à 4 fois plus importants que ceux d’énergie correspondant au chauffage, en tenant compte des consommations d'énergie électrique liées aux auxiliaires : pompes et ventilateurs. Le free chilling sera une réponse adaptée.

Là où il y a un inconfort d'été trop important comme dans les logements ou les bureaux. Très rapidement la solution vers laquelle se tourne légitimement les responsables, c'est d'installer un système de climatisation pour les logements les plus exposés à ce problème de surchauffe. Pour vaincre la chaleur, rien de tel que du froid ! Oui mais n'y a-t-il pas d'autres alternatives à une climatisation onéreuse aussi bien à l'investissement qu'à l'exploitation ? Le free chilling sera une réponse adaptée.


  • Même en ayant respecté la RT 2012 certains logements bien exposés au soleil ou ayant de forts apports calorifiques auront besoin d’être rafraîchis. Il suffit de réaliser une simulation thermo-dynamique (STD) ou encore mieux d’habiter dans les premiers logements passifs pour s’en rendre compte.

Nous aurons de plus en plus recours à des systèmes de ventilation double flux dont le passage en grande vitesse suffira à réaliser un free cooling la nuit mais de jour cela sera insuffisant, il faudra en passer par un free chilling.
Là où il y a une tolérance étroite de température et d’hygrométrie.

Commentaire 

Sa capacité de refroidissement est en moyenne de 1,65 à 3,30 Wf/m³ d’air soufflé. On peut l’utiliser tant que le ts ≥ 5K ou le tr ≥ 2K sont négatifs par rapport à la température extérieure.

Consommation en eau 
Le free chilling quand il fait appel à des aéroréfrigérants adiabatiques a besoin d’eau les jours les plus chauds, mais cette consommation n’est plus que d’environ 15% de celle que l’on aurait eu avec une tour de refroidissement. Cette eau n’a pas besoin d’être traitée, elle peut donc provenir d’un lac, de la récupération d’eau de pluie, du lavage des filtres de piscine ou encore d’eau perdue de process.


Origine du free chilling 
Dans les systèmes classiques de production de froid, dés qu’il y a une demande de climatisation ou de refroidissement d’un process, les compresseurs frigorifiques électriques sont sollicités.

Pourquoi produire du froid en hiver et en demi-saison alors que le température extérieure pourrait à elle seule le réaliser ?

Improprement appelé «  free cooling », le « free chilling  trouve ses origines aux USA quelques 60 ans après l’avènement de la climatisation des bureaux (1902). Dans les tours principalement où la température extérieure est de 40°C (New York est située à peu près à la même latitude que Madrid ou Rome (40°43' N) et que les premières surchauffes dues à la bureautique sont apparues.

Schéma avec tour ouverte et échangeur, sans et avec free chilling (à droite).
Il s’agit d’un fonctionnement alterné (doc A. GARNIER)


Schéma avec tour ouverte et échangeur, sans et avec  free chilling






La véritable performance du free chilling

Les quelques rares installations qui utilisent le free chilling ne vont que très rarement  permettre d’exploiter entièrement le potentiel de rafraîchissement gratuit mis à disposition et compte-tenu du surcoût qu’auront engendré les travaux, cela explique beaucoup de désillusions.
Pourquoi ? L’explication en est simple, ce n’est pas parce qu’un constructeur va vous dire qu’il pourra produire avec son dry adiabatique de l’eau glacée avec une couverture de 62% des besoins frigorifiques que vous allez faire une économie similaire, le taux de couverture réel dépendra de plusieurs facteurs.

amplitude thermique




Ces 62% représente un potentiel qu’il faudra approcher au plus près grâce à une conception adaptée, ensuite rentrera en ligne de compte la période d’utilisation de votre production de froid (jour chaud - nuit plus fraîche - nombre d’heures), et enfin, il ne faudra pas oublier de prendre en compte, le rendement de l’installation pour obtenir le taux de couverture réel.

Schéma d’une production de froid recourant alternativement soit au free chilling,
soit à une machine thermodynamique - Solution américaine


Schéma d’une production de froid recourant alternativement soit au free chilling, <br/>soit à une machine thermodynamique - Solution américaine

Le schéma ci-dessus est le seul utilisé aujourd’hui, il ne permet pas d’obtenir un taux de couverture élevé du fait qu’il recoure alternativement au free chilling ou au froid thermodynamique. Nous allons voir comment améliorer considérablement son efficacité.






Free chilling sec et adiabatique

Le free schilling par dry sec

Schéma avec batterie prérefroidissement incorporée au groupe de production d’eau glacée à condensation par air
(doc. CLIMAVENETA)


Schéma avec batterie prérefroidissement incorporée au groupe de production d’eau glacée à condensation par air

Une batterie incorporée au groupe assure le free chilling sec. Elle est sur demande de la régulation traversée par l’eau glacée de retour du circuit.

Si la température extérieure est inférieure à celle du retour du circuit d’eau glacée, l’eau glacée de retour traverse la batterie. Elle est refroidie par l’air extérieur.

Sur l’année, cela réduit énormément le fonctionnement des compresseurs. En hiver, il est même annulé totalement, ce qui permet une consommation d’énergie égale à zéro mais permet aussi une réduction de la puissance souscrite et une plus grande durée de vie des compresseurs.

Suivant la latitude, la saison et l’altitude, la température extérieure varie et le taux de couverture en free cooling aussi.



Taux de couverture pour des bureaux

Taux de couverture pour des bureaux

Taux de couverture pour des bureaux

Schéma d’un groupe de production d’eau glacée eau-eau raccordé à un aéroréfrigérant sec ou adiabatique
(doc A. GARNIER)


Schéma d’un groupe de production d’eau glacée eau-eau raccordé à un aéroréfrigérant sec ou adiabatique

Le free schilling par dry adiabatique

free schilling par dry adiabatiqueSi l’on a besoin d’un refroidissement d’eau à 13°C pour climatiser ou refroidir notre process, le free chilling pourra y parvenir au moyen d’air extérieur à ts 8°C (∆t 5 K) ou à th 11°C (∆t 2 K).

Le dry adiabatique aura aussi une partie de l’année à dissiper la réjection de chaleur du groupe de froid.

Il sera capable en adiabatique de refroidir l’eau à 26°C soit au moyen d’air extérieur à ts 21°C (∆t 5 K) ou à th 24°C (∆t 2 K), soit environ 34°C de température extérieure. Dans ce dernier cas, on sera obligé de fonctionner en adiabatique.

Principe de fonctionnement du dry cooler

Principe de fonctionnement du dry cooler

Le prérefroidissement se fait sans aucune formation d’aérosols et/ou de gouttelettes, l’air est préalablement refroidi d’une manière simplement adiabatique avant l’échange sur la batterie sèche. Dans les températures les plus extrêmes, une distribution d’eau est amenée depuis le sommet de l’appareil d’une manière gravitaire sans pompe supplémentaire. Cette distribution est réalisée totalement hors du flux d'air de refroidissement et permet un mouillage total du média d'humidification.

L'air guidé au travers de ce média, subit ainsi un processus d'humidification très performant et, est ramené de ce fait, à une température simplement supérieure à 2°C à celle du bulbe humide. Cet abaissement très important de la température de l’air de refroidissement entraîne un accroissement substantiel de la capacité de refroidissement à sec.

Zones de fonctionnement du dry en sec et en adiabatique

Zones de fonctionnement du dry en sec et en adiabatique






Améliorer les performances du free chilling

Les charges de froid ne seront pas les mêmes toute l’année, seules elles seront stables par exemple pour la climatisation des data centers ou le refroidissement de process.
Mais même si du fait d’une augmentation de la température extérieure le dry n’arrive plus à produire l’eau à 13°C, comme les émetteurs ont été dimensionnés pour du 13/18°C, on aura intérêt à venir soulager le travail du groupe de froid et tant qu’il pourra produire du 17°C on le conservera en fonctionnement free chilling.

Schéma d’une production de froid performante recourant à un échangeur de prérefroidissement pour un fonctionnement bivalent où on rendra prioritaire le free chilling par rapport à la machine thermodynamique - Solution A. GARNIER.

>Schéma d’une production de froid performante recourant à un échangeur de prérefroidissement pour un fonctionnement bivalent où on rendra prioritaire le free chilling par rapport à la machine thermodynamique

C’est un second dry cooler adiabatique qui réalisera la dissipation de la chaleur de réjection du groupe de froid.
On pourra valoriser la chaleur de réjection du groupe de froid comme c’est le cas en industrie ou dans les hôpitaux (préchauffage process ou ECS).

Schéma d’un traitement d’air performant recourant à un échangeur de prérefroidissement pour un fonctionnement bivalent où on rendra prioritaire le free chilling par rapport à la machine thermodynamique - Solution A. GARNIER.

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Plutôt que de recourir de façon alternée au free chilling ou à la production thermodynamique comme le font les américains, il sera préférable de recourir au free chilling en base et au froid en appoint. On se rapprochera ainsi du potentiel offert par le free chilling. Ce système comportera un échangeur de disconnection entre les deux sources froides, avec un pincement très faible de l’ordre de 1°C.

On aurait aussi pu recourir à deux batteries sur la CTA : de prérefroidissement (free chilling) et de refroidissement (froid thermodynamique), mais cela aurait créé trop de perte de charge sur l’air et aurait engendré une surconsommation électrique ainsi que du bruit.

Avec une telle solution, on pourra également mettre à niveau des installations existantes et transformer un système existant 2 ou 4 tubes en 6 ou 8 tubes de façon à permettre le recours aux énergies renouvelables et fatales sans avoir à remettre en cause ni les productions, ni les émetteurs.

Schéma d’un système 4 tubes + 2 batteries converti en 8 tubes (doc A. GARNIER)

Schéma d’un système 4 tubes + 2 batteries converti en 8 tubes

La boucle de refroidissement passera successivement sur les échangeurs à plaques de prérefroidissement (free chilling) puis de refroidissement (thermodynamique). Les deux batteries de l’émetteur seront mises en série afin d’augmenter leur surface d’échange et pouvoir ainsi utiliser une température de source froide plus haute permettant une plus grande couverture annuelle en free cooling. Du côté chauffage, on pourra avoir le même scénario, l'eau chaude passera successivement sur les échangeurs à plaques de préchauffage (énergie fatale) puis de chauffage. L’énergie fatale pourra correspondre à la chaleur de réjection du groupe de froid fonctionnant dans le même temps pour assurer les besoins de climatisation ou de process.

Fonctionnement bivalent du free chilling et du froid thermodynamique

Fonctionnement bivalent du free chilling et du froid thermodynamique

De quelle température d’eau glacée aurons-nous besoin ?

courbe températures eau glacéeDu fait de la remontée des températures intérieures, les températures d’eau glacée ne sont plus aussi basses qu’il y a quelques années et c’est un avantage important pour recourir au refroidissement naturel car leur taux de fonctionnement dans l’année sera d’autant plus important.
En quelques années, compte tenu de la recherche d’économie d’énergie, la température de climatisation dans les bureaux est passée de 24 à 26°C, de l’eau glacée à 13/18°C suffira. Le point de rosée des parois sera par ailleurs de 15°C.
Les conditions recommandées dans les data centers, sont maintenant : Ts.int 22,5°C et HR 50%, de l’eau glacée à 8/13°C suffira. On peut aussi aller à l’extrémité de la zone, c’est-à-dire : Ts.int 22,5°C et HR 60%, de l’eau glacée à 10,5/16,5°C suffira. Dans ce dernier cas, l’efficacité de la machine de froid thermodynamique sera améliorée et le bilan thermique sera quant à lui légèrement diminué, on aura un gain d’énergie électrique d’environ 7,5%, soit à peu près 0,75% par % de gagné en HR.int.

Le cas particulier du free chilling en piscine

L’air humide venant de la piscine passera dans une centrale de traitement d’air thermodynamique. Une batterie froide raccordée sur un aéroréfrigérant adiabatique réalisera une première étape de déshumidification, puis une seconde raccordée sur l’évaporateur d’une machine à absorption réalisera la seconde étape de la déshumidification.
La chaleur récupérée de la première batterie froide viendra réchauffer l’air déshumidifié mais qui aura été malheureusement refroidi.
Compte-tenu de ses performances, la machine à absorption sera malgré tout prioritaire en déshumidification par rapport au fonctionnement de l’aéroréfrigérant adiabatique. Sous réserve que le hall piscine soit étanche à l’air (il faudra le vérifier au moyen d’un test d’infiltrométrie), associée à une machine à absorption, le système de free chilling permettra :


  • En piscine neuve, d’obtenir un gain d’énergie ≥ 50% et de passer ainsi d’une consommation d'énergie calorifique globale de 2960 kWh/m² de plan d'eau à 1500 kWh/m². 
  • En piscine existante, d’obtenir un gain d’énergie de 50% et de passer ainsi d’une consommation d'énergie calorifique globale de 3600 kWh/m² de plan d'eau à 1800 kWh/m². 

Ce système répondra donc bien au marché du neuf comme celui de la rénovation.

free chilling en piscine

Il faudra écarter l’idée de sur-dimensionner la machine à absorption pour qu’elle réalise toute la déshumidification car en cas d’ensoleillement on ne saura que faire de sa chaleur de réjection et on devrait, soit créer un bassin extérieur pour la consommer, soit recourir au dry cooler adiabatique pour évacuer. Le surcoût de travaux aurait un ROI trop élevé.






La production de froid solaire

Choix 

S’il y a, à la fois, un fort besoin de climatisation surtout en été et un bon ensoleillement sur le site, le froid solaire sera une bonne solution de production de froid thermodynamique. On pourra alors ne pas avoir à utiliser une machine recourant à de l‘énergie électrique.
C’est un système auto-adaptatif car plus il y aura de soleil, plus il fera chaud et plus on produira de froid solaire.

Cas d’applications

Les locaux à forts apports internes qui fonctionnent le jour, tels que les hôpitaux, les centres de vacances ouverts toute l’année dans les pays chauds. Le soir, ils utiliseront l’un des systèmes de rafraîchissement naturel.
Si l’ensoleillement décroit et que les charges de froid restent constantes, on pourra toujours substituer la source de chaleur solaire par une autre (réseau de chaleur ou chaufferie biomasse ou biogaz). C’est le cas par exemple, des data centers, du refroidissement de cuves à vin, de la conservation de produits ou du refroidissement de process industriels.

Fonctionnement 

La production de froid solaire consiste à fournir au bouilleur d’une machine à absorption (à réchauffage indirect) de l’eau chaude à une température ≥ 70°C produite par des capteurs solaires à tubes sous vide ou à concentrateurs dont la température peut monter jusqu’à 250°C, Le recourt à de tels capteurs n’est pas de monter au-delà de 88°C mais de produire de la chaleur solaire le plus longtemps possible et, c’est le cas avec ce type d’appareil, qui conserve encore un bon rendement thermique même en cas de nébulosité.
Avec les systèmes à absorption, le passage de l'évaporateur vers le condenseur est réalisé par l'association du fluide frigorigène à un autre fluide qualifié d'absorbant. Ce mélange va permettre le passage du fluide frigorigène d'un niveau de basse pression/basse température à un niveau de haute pression/haute température sous l'effet d'un apport de chaleur.
Les propriétés de l'absorbant sont (de par son affinité très grande avec le frigorigène) d'absorber des vapeurs de frigorigène à basse pression et de s'en séparer par chauffage à haute pression.

Fonctionnement d’une machine à absorption à réchauffage direct (générateur incorporé)

Fonctionnement d’une machine à  absorption à réchauffage direct (générateur incorporé)

Le bouilleur pourra être alimenté par des capteurs solaires HT. La production d’eau glacée commencera à partir du moment ou l’eau arrivera à 70°C.

Si la production de froid solaire est insuffisante, rien n’empêchera de basculer l’alimentation du bouilleur sur un réseau de chaleur ou une chaudière.

Fonctionnement d’une machine à absorption à réchauffage indirect
dont le bouilleur est alimenté par des capteurs solaires


Fonctionnement d’une machine à absorption à réchauffage indirect

En France, compte-tenu de l’ensoleillement, pour alimenter le bouilleur d’une machine à absorption, il faut une surface de capteurs solaires thermiques d’environ 3 m² par kWf dans le Nord et de 2,7 m² par kWf dans le Sud. Si les français ont inventé en 1859 le réfrigérateur à absorption (Ferdinand Carré), ils restent les mauvais élèves de l’Europe pour son utilisation en froid solaire.

carte europe

Si la production de froid solaire est utilisée pour la déshumidification des piscines, on pourra dimensionner la machine à absorption pour qu’elle réalise touts les besoins. En été, on n’aura plus besoin de froid pour la déshumidification, la piscine aura juste un besoin en free cooling classique, La machine à absorption pourra alors continuer de fonctionner en alimentant au travers d’un réseau de froid (ilot énergétique ou éco quartier) les bureaux et hôtels proches et la chaleur de réjection réchauffera les bassins intérieurs et extérieurs de la piscine qui sera utilisé en été.

Par Alain GARNIER
Alain Garnier est ingénieur et Directeur Scientifique & Innovation du Bureau d'Etudes GARNIER
Ingénierie des Fluides à Reims ; filiale de Phosphoris

SOURCES ET LIENS



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Commentaires

  • Olivier
    05/05/2015

    Affirmer que les refroidisseurs adiabatiques sont dangereux pour la santé est me semble il un peu rapide comme analyse. Aujourd'hui des systèmes existent pour gérer le taux d'humidité ainsi que pour prévenir tout risque de légionnelle.

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