Qu’est ce que le rafraîchissement adiabatique ?

Qu’est ce que le rafraîchissement adiabatique ?

Le procédé de refroidissement adiabatique, également appelé refroidissement par évaporation, est principalement utilisé dans les processus industriels, bien qu’il soit également très présent dans les systèmes de climatisation des bâtiments.

Le refroidissement adiabatique : définition

Ce principe est appliqué dans de nombreux processus de transmission de chaleur et applications physiques où l’on considère que le système n’échange pas d’énergie avec l’environnement.
Par exemple, les processus adiabatiques sont considérés comme étant ceux dans lesquels se produit l’expansion ou la compression d’un gaz à l’intérieur d’un cylindre, ainsi que les processus d’essai pour déterminer la valeur calorifique d’un combustible, puisque toute l’énergie du combustible est transférée au fluide ou au composé à l’intérieur de l’équipement d’essai.

Application dans les bâtiments et la climatisation

Le refroidissement adiabatique est un processus physique par lequel l’air est refroidi par l’évaporation de l’eau préalablement ajoutée.
Pour obtenir l’évaporation de l’eau dans le flux d’air, la plus courante est la pulvérisation directe de micro-gouttes d’eau ou de vapeur, il existe d’autres systèmes alternatifs comme l’utilisation de panneaux humides qui sont traversés par le flux d’air. La conséquence de tous ces systèmes est la même : une diminution de la température sèche et une augmentation de l’humidité absolue et relative.

Les processus de refroidissement adiabatique dans la climatisation peuvent être appliqués à l’air d’alimentation, ce que l’on appelle le refroidissement adiabatique direct, ou appliqués aux systèmes à double flux avec récupération de chaleur, refroidissant l’air d’échappement avant qu’il ne passe par l’échangeur de chaleur, auquel cas on parle de refroidissement adiabatique indirect.

Dans les deux cas, l’opération se déroule généralement comme suit :

  • L’air sec passe par la section d’humidification où l’eau est fournie au moyen de lances à vapeur ou de panneaux humides.
  • L’augmentation du taux d’humidité au-dessus du niveau de saturation de l’air, ajoutée à la circulation d’air sec, provoque l’évaporation directe des micro-gouttes d’eau liquide.
  • L’énergie nécessaire pour produire cette évaporation est obtenue à partir du flux d’air qui, en conséquence, produit le refroidissement de l’air et une augmentation de l’humidité, comme mentionné ci-dessus.

La consommation d’énergie de ces systèmes est donc très faible, puisqu’il n’y a de consommation que dans les ventilateurs utilisés pour le transfert d’air, et les petites pompes nécessaires pour la recirculation de l’eau de refroidissement. En revanche, dans les systèmes de climatisation classiques, le refroidissement repose sur l’utilisation de machines frigorifiques équipées de compresseurs frigorifiques à forte consommation d’électricité.

Le processus de refroidissement adiabatique, qui n’entraîne pratiquement aucune consommation d’énergie, permet d’obtenir un refroidissement de l’air entre 2 et 10 ºC.
Cependant, le refroidissement produit avec un système adiabatique dépend des conditions hygrométriques de l’air et de la température de l’eau.

A quoi faut-il faire attention ?

Le paramètre le plus limitant est l’humidité relative de l’air à refroidir. Plus l’humidité relative de l’air entrant est élevée, plus le potentiel de refroidissement du système est faible. C’est pourquoi le fonctionnement idéal de ce type de système de climatisation se situe dans les zones sèches où les températures sont élevées, normalement celles qui sont les plus éloignées de la côte.

Après le processus d’ajout d’humidité, l’air qui en résulte a une humidité relative élevée, ce qui rend le système déconseillé dans les installations où il est nécessaire de garantir un certain niveau d’humidité.
C’est le cas des musées, des bibliothèques, où les éléments et les objets à l’intérieur du bâtiment ont tendance à capter beaucoup d’humidité (par exemple les livres).

musée

Les processus de refroidissement adiabatique indirect sont généralement intégrés dans les unités de traitement de l’air. Dans ces unités, un sprinkler ou un générateur de vapeur est intégré à l’air d’échappement, avant qu’il ne passe par l’échangeur de chaleur, un élément fait de plaques d’aluminium. La baisse de la température de l’air obtenue se traduit par une augmentation de l’efficacité du récupérateur et de la puissance thermique récupérée.

Ces sprinklers injectent uniquement l’eau nécessaire pour refroidir l’air d’échappement de l’installation avant que cet air n’entre dans le récupérateur. Cette conception garantit qu’il n’y a pas d’accumulation excessive d’eau dans la partie inférieure du récupérateur. Une unité de refroidissement par évaporation intégrée dans une CTA permet la récupération d’énergie en mode chauffage et refroidissement, ainsi que le refroidissement à faible consommation d’énergie que le processus implique.

Équipement de refroidissement par évaporation

Les unités de refroidissement par évaporation peuvent également être installées de manière autonome pour refroidir l’air sans CTA. Dans ce cas, les systèmes sont normalement placés sur le toit et refroidissent l’air avant qu’il ne soit introduit dans la pièce. Cette utilisation est typique des grands espaces ou des installations sportives, telles que les salles de sport ou les courts intérieurs, où un niveau de refroidissement excessif n’est pas nécessaire. Ainsi, presque gratuitement, on obtient un refroidissement de quelques degrés qui améliore grandement la sensation de confort des utilisateurs.

Dans l’usage domestique, ces équipements se trouvent indépendamment dans des équipements portables qui peuvent être déplacés dans différentes pièces pour être refroidis par l’utilisation d’un ventilateur et d’eau froide contenue dans un réservoir.
Sécurité

En ce qui concerne la sécurité de ces dispositifs, le seul risque réside dans le contrôle de la prolifération des légionelles. Cette bactérie provoque une infection chez l’homme lorsque de l’eau contaminée est pulvérisée sous forme d’aérosol. Cela peut être facilement contrôlé par un simple processus de chloration de l’eau et l’ajout d’autres substances spécifiques en plus d’un contrôle élevé de la maintenance de l’équipement.

gare d'Atocha à Madrid

Exemple de refroidissement par évaporation

Un exemple de système de refroidissement par évaporation appliqué à un grand espace est celui de la gare d’Atocha à Madrid, où l’air intérieur est refroidi par pulvérisation d’eau sur une zone végétalisée. De cette manière, les plantes bénéficient d’une humidité relative adéquate et la qualité générale de l’air intérieur est améliorée.