Refroidisseur d’air adiabatique : fonctionnement et avantages

Fonctionnement du refroidisseur d’air adiabatique

Principe de fonctionnement du refroidissement adiabatique par évaporation

Le refroidissement adiabatique de l’air abaisse la température ambiante grâce à l’énergie absorbée par l’eau lors de sa vaporisation. Lorsque l’eau entre en contact avec l’air chaud, une partie de celle-ci s’évapore. Ce changement d’état nécessite l’absorption d’énergie calorifique pour briser les liaisons hydrogène, un processus énergivore connu sous le nom de chaleur latente de vaporisation. Pour qu’un kilogramme d’eau à 20 °C s’évapore, il doit absorber 2454 kJ d’énergie thermique.

Ce flux de chaleur de l’air vers l’eau entraîne un refroidissement de l’air environnant. À partir d’une température initiale comprise entre 25 °C et 40 °C, l’air peut perdre entre 5 °C et 11 °C, selon le dimensionnement de l’installation et les conditions hygrométriques extérieures. L’air insufflé, rafraîchi, a aussi une hygrométrie plus élevée notamment en sortie d’un rafraîchisseur adiabatique direct.

Ce refroidissement est qualifié d’adiabatique, car l’énergie est conservée à l’intérieur du système eau/air sans échange avec l’extérieur : la chaleur sensible est transformée avec l’évaporation en chaleur latente, c’est-à-dire en humidité.

Les principaux composants d’un refroidisseur adiabatique 

1. Média Adiabatique

Le panneau évaporatif constitue la pièce maîtresse du refroidissement adiabatique. Leur performance dépend de plusieurs facteurs, tels que la température de l’air (et plus précisément le différentiel de température entre le bulbe sec et le bulbe humide), l’humidité relative de l’air et la pression atmosphérique. Ces éléments ont un impact direct sur la vitesse d’évaporation et, par conséquent, sur l’efficacité du système de rafraîchissement.

La conception et les matériaux des panneaux sont tout aussi importants. Fabriqués en cellulose cannelée, ces médias évaporatifs doivent maximiser la surface de contact entre l’air et l’eau, ce qui améliore le refroidissement adiabatique.

2. Système de distribution d’eau

Assurer une distribution uniforme et constante de l’eau sur le média adiabatique est crucial pour maintenir une saturation optimale des panneaux et ainsi garantir un refroidissement adiabatique efficace. C’est la fonction des distributeurs, buses ou goutteurs. Des pompes, des régulateurs de débit et des vannes de contrôle maintiennent une pression constante dans le flux d’eau. Les conduits minimisent les pertes de pression. 

La qualité de l’eau est également un facteur important dans l’efficacité du processus d’évaporation. Un liquide sans sels ni particules biologiques s’évapore plus facilement. Des filtres de déminéralisation et des systèmes de désinfection sont utilisés pour garantir la pureté de l’eau.

3. Système de ventilation

La ventilation est essentielle dans le système de refroidissement adiabatique. Les ventilateurs régulent la direction et la vitesse du flux d’air chaud vers les panneaux humidifiés, ce qui permet de contrôler efficacement le débit d’air à travers le média alvéolaire, renforçant le rendement du processus de rafraîchissement. 

De plus, les rafraîchisseurs d’air sont équipés de filtres qui captent les particules et poussières, améliorant la qualité de l’air intérieur et protégeant le média adiabatique contre l’encrassement.

Rafraîchissement évaporatif vs. Climatisation : les avantages énergétiques, écologiques et financiers  

Efficacité énergétique

Une consommation d’électricité très faible pour rafraîchir l’air

La dépense électrique du rafraîchisseur adiabatique provient uniquement de la ventilation et de la circulation de l’eau ; et cette consommation d’électricité ne représente que 5 % de la puissance frigorifique apportée. En effet, 95 % de la capacité frigorifique est générée par le processus naturel d’évaporation d’eau, contrairement à la climatisation qui dépend entièrement de l’électricité pour produire du froid. Ainsi, le rafraîchisseur d’air adiabatique consomme 10 fois moins d’électricité qu’une climatisation traditionnelle !

À titre d’information, pour rafraîchir un local de 250 m², la consommation électrique d’un rafraîchisseur adiabatique varie entre 1 et 3 kWh (en fonction du modèle installé).

Une utilisation d’eau extrêmement réduite pour refroidir l’ambiance

Un rafraîchisseur adiabatique consomme environ 120 litres d’eau par jour pour rafraîchir un local de 250 m². Cette quantité est insignifiante : le secteur industriel dépense en moyenne 500 litres d’eau par jour et par travailleur.

Pour illustrer, si ce local comporte 12 postes de travail, la dépense en eau du rafraîchisseur représente seulement 2 % de la consommation journalière moyenne par employé. Les rafraîchisseurs adiabatiques ont donc un impact minimal sur la consommation globale d’eau en milieu industriel. 

Une efficacité énergétique redoutable

Les systèmes de rafraîchissement évaporatif ont une efficacité énergétique améliorée par rapport à une climatisation type machine frigorifique à compression : COP 15-20 vs. 2-5. 

De plus, l’efficacité énergétique d’un rafraîchisseur adiabatique augmente avec la température ambiante, car l’air chaud favorise l’évaporation de l’eau, améliorant la puissance frigorifique sans augmenter significativement la demande en énergie. Au contraire, une climatisation nécessite une haute intensité énergétique pour atteindre la température intérieure souhaitée.

Le haut rendement énergétique du rafraîchissement adiabatique est donc particulièrement avantageux en période de canicule ou dans les industries à forte dissipation thermique.

Impact sur l’environnement

Empreinte carbone faible

Le rafraîchisseur adiabatique utilise uniquement de la vapeur d’eau comme réfrigérant, contrairement aux climatiseurs qui emploient des fluides frigorigènes chimiques à fort potentiel de réchauffement global. Cette utilisation de la vapeur réduit considérablement l’empreinte carbone et les émissions de gaz à effet de serre. Les climatiseurs sont, quant à eux, responsables d’environ 5 % des émissions de CO₂ dans le secteur du bâtiment.

En utilisant la vapeur d’eau, le rafraîchisseur adiabatique ne contribue pas à la pollution atmosphérique, à la destruction de la couche d’ozone ni au réchauffement climatique. L’eau vidangée peut être déversée sans prétraitement dans le système d’eau usée, ajoutant un avantage écologique supplémentaire.

Contribution nulle au réchauffement urbain

Plus le taux de renouvellement d’air est élevé, plus le processus de rafraîchissement adiabatique sera efficace. Les rafraîchisseurs adiabatiques sont conçus pour fonctionner efficacement dans des ambiances ouvertes. En rejetant de l’air frais dans ces espaces ouverts, les refroidisseurs adiabatiques réduisent la température à l’intérieur des bâtiments, mais aussi autour des locaux. Aussi, le refroidissement adiabatique est une solution efficace pour lutter contre le réchauffement urbain et la formation d’îlots de chaleur, contrairement à la climatisation qui expulse le flux d’air chaud des condenseurs dans l’environnement extérieur.

Recyclabilité des composants

Les refroidisseurs d’air sont durables et respectueux de l’environnement, car ils peuvent être recyclés en fin de vie, ce qui s’inscrit dans une démarche visant à réduire l’impact environnemental. Fabriqués à partir de matériaux recyclables comme le propylène et l’aluminium revêtu, ils contribuent à une gestion plus circulaire des déchets. Les composants électriques sont traités conformément aux directives européennes en matière de DEEE. Le média évaporatif peut être composté dans les installations de traitement des déchets.

Coût et retour sur investissement

Investissement rapidement amorti

Les rafraîchisseurs d’air offrent un avantage financier notable grâce à leur coût initial, relativement bas. 

Comparativement aux climatiseurs traditionnels, les frais d’installation d’un système adiabatique sont également réduits, même pour des installations fixes sur le toit ou murales. Le rafraîchisseur adiabatique mobile, quant à lui, ne nécessite aucun coût d’installation ; une simple prise électrique suffit. 

L’amortissement sur 10 ans du matériel ne représente que quelques centaines d’euros annuels.

Faible coût d’exploitation

Les refroidisseurs d’air se démarquent par leur coût de fonctionnement abordable, couvrant à la fois les dépenses en électricité et en eau. Pour un local de 250 m², le coût quotidien de fonctionnement est généralement de quelques dizaines de centimes seulement. 

Les coûts d’entretien et de maintenance sont environ 10 fois inférieurs à ceux des climatiseurs traditionnels en raison de la simplicité de leur conception et du nombre limité de composants nécessitant un entretien régulier. Les tâches de maintenance, telles que le nettoyage du média alvéolaire, des filtres et du bac de rétention d’eau, sont rapides et ne nécessitent pas de personnel spécialisé. Le remplacement du panneau évaporatif tous les deux ans constitue la principale intervention de maintenance. 

En prenant en compte tous ces coûts, les refroidisseurs d’air adiabatiques offrent un coût d’exploitation global nettement réduit par rapport aux systèmes de climatisation, ce qui se traduit par un retour sur investissement rapide.

Amélioration du confort des employés et meilleure productivité

La productivité décroît dès lors que les températures dépassent les 24-26 °C et chute de moitié lorsque les thermomètres franchissent les 33-34 °C, un phénomène connu sous le nom de stress thermique. Maintenir des conditions de température et d’humidité optimales influence donc directement la productivité des salariés. 

Contrairement à la climatisation qui assèche l’air et peut causer un effet coup de froid, les refroidisseurs adiabatiques génèrent un environnement de travail confortable en accord avec les normes réglementaires en matière de conditions de travail.

En maintenant une humidité adéquate, les refroidisseurs d’air adiabatiques aident également à prévenir les problèmes liés aux décharges électrostatiques, améliorant ainsi la sécurité des équipements et la productivité des employés. Outre leurs bienfaits pour la santé, ils émettent un niveau sonore inférieur à celui des climatiseurs (-10 dB), créant ainsi une atmosphère de travail plus calme et propice à la concentration.

Applications du refroidisseur adiabatique par évaporation dans l’industrie et les bâtiments tertiaires

Le rafraîchissement adiabatique par évaporation représente une solution efficace et économe pour maintenir un environnement confortable et productif dans l’industrie et les collectivités. 

Les entrepôts industriels

Ces locaux nécessitent souvent un système de refroidissement efficace pour maintenir des conditions de travail confortables pour le personnel et protéger les marchandises sensibles aux températures. L’installation de rafraîchisseurs évaporatifs mobiles offrent une solution flexible de refroidissement adiabatique qui peut être déplacée et adaptée à différentes zones du bâtiment. Si l’objectif est de réduire la température globale du bâtiment, il est préférable d’installer un système adiabatique fixe avec un débit plus important.

Les usines de production

Dans les usines de production, où les machines et équipements génèrent souvent de la chaleur, le rafraîchissement adiabatique est une solution efficace pour maintenir les performances opérationnelles tout en respectant les critères d’ambiance intérieure inscrits dans le code du travail. Grâce à des systèmes de refroidissement adiabatique portatifs, il est possible de cibler précisément les zones de travail ou les équipements nécessitant un refroidissement, préservant ainsi l’intégrité des équipements sensibles aux températures. Les refroidisseurs évaporatifs garantissent une ventilation adéquate des locaux et favorisent le confort thermique des travailleurs.

Les locaux aux grands volumes ouverts

Ces bâtiments présentent des défis uniques en matière de refroidissement. Les hauts plafonds et les portes fréquemment ouvertes rendent l’utilisation de la climatisation classique inapplicable et trop coûteuse. 

Le rafraîchissement adiabatique permet de maintenir une température et humidité agréables pour les opérateurs de manière efficace et économique, et notamment lorsque les températures extérieures fluctuent. Certains systèmes mobiles de refroidissement adiabatique sont particulièrement intéressants pour apporter un confort thermique aux opérateurs travaillant en extérieur (stand, atelier de mécanique,…). 

Le rafraîchissement adiabatique est particulièrement adapté à ce type de locaux, les grands volumes ouverts et sans cloisonnement. 

Les grands volumes à forte densité de personnes

Le rafraîchissement adiabatique direct offre une solution idéale pour ces grands espaces à forte fréquentation ou les apports solaires combinés aux apports calorifiques du public et des activités internes rendent la régulation de la température difficile, surtout lorsque le bâtiment est non climatisé et de structure légère. Les rafraîchisseurs adiabatiques assurent un apport en air neuf tout en maintenant une température ambiante agréable et une hygrométrie optimale, garantissant ainsi un confort estival pour les occupants. La ventilation intégrée aux refroidisseurs évaporatifs garantit une circulation d’air adaptée.