" >le DEC (Dessicative and Evaporative Cooling)
">le système fermé à adsorptionadsorption : silica gel, zéolite)

La climatisation solaire par absorption

">-Rappel : la climatisation classique par compression mécanique
">">-La climatisation par absorption
">">-La climatisation solaire à absorption
">">-Exemple de climatisation solaire à absorption : La cave de Banuyls

La production de froid par absorption est une technique ancienne, développée avant les techniques de compression mécanique. Le cycle du fluide frigorigène est identique dans les deux cas.

" class="tit">">Rappel : la climatisation classique par compression mécanique

Le cycle du fluide frigorigène passe par 4 phases, permettant de « pomper » la chaleur dans le local à refroidir pour la rejeter dans l’ambiance extérieure.

1/ Dans le compresseur, le fluide frigorigène gazeux est amené à haute température et haute pression.

2/ Dans le condenseur, le gaz se liquéfie en cédant de la chaleur à l’extérieur.

3/ La détente du fluide frigorigène (liquide) diminue sa pression.

4/ Dans l’évaporateur, le fluide frigorigène (liquide) se transforme en gaz en prélevant des calories au local à refroidir. Un nouveau cycle peut redémarrer.

Cette technique présente plusieurs inconvénients :
• une consommation importante d’énergie électrique, concentrée sur les périodes les plus chaudes
• l’émission associée de gaz à effet de serre lorsque cette production d’électricité a lieu dans des centrales thermiques classiques.
• un risque de fuite des fluides frigorigènes à fort pouvoir de réchauffement global (de 1300 à 10 000 fois plus que le CO2 )

">" class="tit">">La climatisation par absorption

Le fluide frigorigène suit un cycle condenseur/détendeur/évaporateur identique au cycle classique à compression mécanique. On remplace simplement le compresseur mécanique par un système de compression thermique.

La compression thermique repose sur la capacité de certains liquides (absorbants) à "aspirer" les vapeurs de fluide frigorigène à basse température, et à les "refouler" à haute température.

On utilise ici comme absorbant un sel, le bromure de lithium (présent dans la nature et sans impact environnemental) et comme fluide frigorigène l'eau.

La chaleur nécessaire au fonctionnement du cycle à absorption peut provenir de différentes sources d'énergie : gaz, bois ou solaire.

1/ Une pompe remonte la solution riche en fluide frigorigène vers la zone haute pression.

2/ Le mélange est chauffé dans le désorbeur ou bouilleur. Le fluide frigorigène se vaporise et se sépare de l’absorbant.

3/ Le fluide frigorigène est envoyé vers le cycle classique condenseur/détendeur/évaporateur

4/ Le mélange pauvre en fluide frigorigène retourne dans l’absorbeur en passant par une vanne de détente.

5/ Le mélange "aspire" le fluide frigorigène dans l’absorbeur. Le cycle peut recommencer.

La climatisation à absorption la plus répandue utilise le gaz naturel comme source énergétique. Cette technologie est très répandue aux Etats-Unis et au Japon où elle représente 60% des équipements en grand tertiaire. Elle se développe en France depuis quelques années, puisque 500 sites environ sont équipés de climatisation à absorption au gaz.

">" class="tit">">La climatisation solaire à absorption

Les besoins de climatisation correspondent généralement aux périodes de fort ensoleillement. L'utilisation de l'énergie solaire comme source de chaleur du cycle à absorption apparaît donc comme particulièrement adaptée.

L’intégration de l’énergie solaire pour le chauffage dans le bouilleur supprime la plupart des nuisances d'une climatisation classique :
• La consommation d’électricité (pompe) est environ 20 fois inférieure à celle du compresseur remplacé.
• Le fluide frigorigène employé est totalement inoffensif, puisqu’il s’agit d’eau. L’absorbant est un sel présent à l’état naturel et sans impact environnemental.
• La nuisance sonore du compresseur est totalement supprimée.

La température nécessaire dans le bouilleur est de 80°C environ, ce qui nécessite l’utilisation de capteurs sous-vide.

Pour optimiser la production du champ de capteurs sur l’ensemble de l’année, une valorisation de la chaleur en dehors de la période de climatisation est à rechercher : chauffage, eau chaude sanitaire.

Il existe aujourd'hui une trentaine d’installations de climatisation solaire à absorption en Europe, dont bientôt 3 en France (Banuyls, DIREN en Guadeloupe et CSTB à Sophia Antipolis).

">" class="tit">">Exemple de climatisation solaire à absorption :
La cave de Banuyls

Schéma de l’installation :

Fonctionnement :

Ce principe a été mis en œuvre à Banyuls pour le rafraîchissement de caves. L'installation fonctionne parfaitement depuis 1991 et fait l’objet d’un télésuivi continu.

Le cycle décrit précédemment à lieu dans les machines à absorption.

• L’eau chaude, stockée dans un réservoir tampon, est ensuite dirigée vers le désorbeur/bouilleur (G) de la machine à absorption.
• L’eau glacée, refroidie par échange thermique avec l’évaporateur (E), est envoyée aux dispositifs de climatisation.
• La chaleur produite par l’absorbeur (A) et le condenseur (C) est évacuée dans la tour de refroidissement.

L’installation comprend :

• 130 m² de capteurs solaires sous vides installés sur le toit pour le chauffage du bouilleur.
• un échangeur à plaque d'une surface d'échange de 17 m².
• un réservoir de 1000 litres pour stocker l’eau chaude.
• deux machines de refroidissement à absorption d'une capacité de 50kW froid.
• les pompes nécessaires à la circulation des différents fluides.
• une tour de refroidissement.
• trois dispositifs de climatisation, un à chaque étage, équipés de filtres, de réservoirs d’eau froide (et chaude au rez-de-chaussée) et d’un ventilateur de 25 000m3/h.

Le système à absorption demande des températures d’environ 80°C, ce qui nécessite l'utilisation de capteurs sous vide.

De plus, lors de la saison de chauffe, l’installation permet, avec un appoint, de produire l’eau chaude et le chauffage des locaux.">

" >le système à absorption eau/bromure de lithium

">-">Le refroidissement par évaporation
">-">Le refroidissement par dessication/évaporation
">-">Intégration du solaire dans le DEC
">-">Un exemple d’application du DEC : L’IHK à Freiburg

">Le refroidissement par évaporation

Pour se transformer de liquide en vapeur, l’eau absorbe une certaine quantité de chaleur (la chaleur latente de vaporisation). Si ce prélèvement de chaleur est effectué sur l’air ambiant, sa température est abaissée.

On peut par exemple, dans un environnement à 40°C, maintenir une enceinte à 30°C en utilisant le principe de refroidissement par évaporation. L’évaporation peut être amplifiée par convection forcée.

L'évaporation d'eau dans un air sec conduit donc à une diminution de la température (et une augmentation d’humidité) de l'air.

Le rafraîchissement par évaporation en climat aride est l’un des plus vieux systèmes adoptés par l’homme. Des fresques égyptiennes montrent des esclaves ventilant des jarres poreuses pour fournir un effet rafraîchissant.
Des exemples de cette utilisation peuvent être trouvés à Bagdad :

">" class="tit"> " >Le refroidissement par dessication/évaporation

Dans les climats européens, le taux d'humidité initial important de l'air limite la capacité d'évaporation, et donc la capacité de refroidissement associée. Pour pouvoir utiliser le principe de refroidissement par évaporation, il faut donc d’abord déshumidifier l’air.

Le cycle des machines DEC est le suivant :

1/ L’air extérieur passe dans un déshumidificateur (roue déshumidificatrice)
2/ L’air est sec, mais sa température a augmenté.
3/ Il est refroidi une première fois grâce à un échangeur thermique (roue thermique). L'air se retrouve à une température proche de la température extérieure, mais sec (cf. climat aride).
4/ Dans l'humidificateur, l'évaporation permet d'abaisser la température.
5/ L’air frais, avec un taux d'humidité dans la zone de confort (30 à 70%), est expulsé dans la pièce à climatiser par un ventilateur.
6/ L’air ambiant (assez frais) est repris dans le conduit sortant.
7/ Il est humidifié pour descendre en température et refroidir l'échangeur thermique.
8/ L’air est réchauffé dans un échangeur thermique alimenté par énergie solaire.
9/ L'air chaud dessèche la roue déshumidificatrice.
10/ L’air est rejeté vers l'extérieur.

Le déshumidificateur et l'échangeur thermique sont en fait des roues, qui tournent lentement, entre le conduit de l'air entrant (partie basse du schéma) et l'air sortant (partie haute). Ces roues subissent des transformations inverses entre les deux conduits.

Le déshumidificateur est une roue contenant un gel de silice qui absorbe la vapeur d'eau et assèche l'air dans le conduit entrant. Il est régénéré (desséché) par chauffage dans le conduit sortant

L'échangeur thermique est une roue métallique en nid d'abeilles qui refroidit l'air dans le conduit entrant, et est refroidi par l'air dans le conduit sortant.

"> ">Intégration du solaire dans le DEC

Les besoins de climatisation correspondent généralement aux périodes de fort ensoleillement. L'utilisation de l'énergie solaire comme source de chaleur pour déshumidifier le gel absorbant est donc particulièrement bien adaptée.

Les machines DEC nécessitent une température d’environ 60°C pour la régénération de la roue déshumidificatrice. Ainsi ce système permet l’utilisation de capteurs solaires plans, aussi bien à air (utilisation directe) qu'à eau (utilisation d'un échangeur eau/air).

" class="tit">" class="tit"> ">Un exemple d’application du DEC : L’IHK à Freiburg.

Lorsque la chambre de commerce de la région du sud-ouest de l’Allemagne a dû s’équiper d’une climatisation pour des salles inconfortables en été, un système de DEC, couplé à des capteurs solaires a été installé. Les informations concernant le bâtiment pour l’installation figure dans le tableau suivant :

L’étude pour le rafraîchissement a montré que les besoins en climatisation de ces deux pièces représentent environ 34.8 kW.

Cette installation utilise des capteurs à air pour le séchage de la roue de déshumidification en été et le chauffage en hiver.

Schéma de l’installation :

Cette configuration, variante du système classique précédent, évacue l'air vicié à la sortie de la roue thermique, et utilise directement l’air issu des capteurs solaires pour sécher la roue de déshumidification.

L’air issu des capteurs solaires est directement envoyé dans les pièces à chauffer.

Résultats :

Les résultats de cette installation ont permis de conforter ce système de climatisation avec capteurs à air. Une température de 26°C n’a pratiquement pas été dépassée dans la pièce pour des températures extérieures de plus de 35°C.


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" >le système à absorption eau/bromure de lithium

" >le DEC