L’eau est l’un des frigorigènes les plus puissants présents à l’état naturel. Les systèmes d’Oxycom mettent cette propriété unique à profit de manière optimale et évaporent l’eau pour générer le refroidissement. Nous le faisons de diverses manières innovantes. Dans ce blog, nous vous expliquons pourquoi l’eau est une excellente alternative au frigorigène R-22, qui dégrade la couche d’ozone, dans des systèmes de climatisation conventionnels et comment fonctionne le refroidissement à base d’eau. Nous présentons également des statistiques sur les avantages en termes de développement durable et les émissions de CO2 évitées.
Pourquoi de l’eau ?
Les frigorigènes fonctionnent à l’instar des fluides de travail de climatiseurs, de pompes à chaleur et de systèmes de refroidissement en absorbant et en libérant de la chaleur, tandis qu’ils passent par des transitions de phase continues entre l’état gazeux et l’état liquide dans un cycle de refroidissement fermé.
Le R-22 (un chlorofluorocarbone ou HCFC) a longtemps été le frigorigène le plus utilisé dans les systèmes de climatisation mais, aujourd’hui, il est de plus en plus souvent remplacé en raison de son effet de dégradation de la couche d’ozone. Au lieu de cela, des substituts sans chlore ont gagné en popularité, à savoir les hydrofluorocarbures (HFC), tels que le R-410A, le R-407C et le R-134a.
L’eau est également l’un des nombreux frigorigènes disponibles, avec ses propriétés uniques et son numéro de frigorigène (R718). À proprement parler, le refroidissement adiabatique utilise également l’eau comme frigorigène mais au lieu de s’évaporer et de se condenser de manière répétée dans un système fermé, elle s’évapore en permanence et un flux d’air est refroidi et humidifié.
L’eau convient parfaitement au refroidissement de l’air car c’est l’un des frigorigènes les plus puissants présents à l’état naturel, avec une chaleur latente d’évaporation exceptionnellement élevée (2501 kJ/kg à 0 °C). L’évaporation d’eau à une vitesse de 1 L/h génère ainsi jusqu’à pas moins de 695 W de puissance frigorifique.
Technologie de refroidissement conventionnelle
La climatisation par compression de vapeur est la technologie la plus utilisée pour des systèmes de climatisation, de pompes à chaleur et de refroidissement utilisés à des fins résidentielles, commerciales et industrielles. Ces systèmes comportent quatre composants principaux à travers lesquels le frigorigène est pompé dans un cycle fermé :
- Le compresseur comprime le frigorigène gazeux de manière adiabatique, ce qui a pour effet que la pression et la température augmentent.
- Le condenseur permet au frigorigène gazeux de se condenser à l’état liquide sous pression constante, libérant ainsi de la chaleur dans l’environnement.
- Le détendeur provoque l’expansion du frigorigène liquide, de sorte que la pression et la température diminuent.
- L'évaporateur permet au frigorigène liquide de s’évaporer à l’état gazeux à pression constante, de sorte que la chaleur de l’environnement est absorbée.
Technologie de refroidissement adiabatique
Dans le cas du refroidissement adiabatique, un courant d’air insaturé est mis directement en contact avec une surface humide. La couche limite autour de la surface humide est naturellement saturée en vapeur d’eau. Lorsque de l’air insaturé circule le long de la couche limite, la vapeur d’eau se diffusera dans le flux d’air, entraînée par une différence de concentration de vapeur. La teneur en vapeur d’eau dans la couche limite est ensuite ramenée à son état naturel saturé par l’évaporation adiabatique de l’eau. La chaleur latente requise pour le changement de phase de l’eau est tirée de la chaleur sensible du flux d’air, ce qui entraîne une baisse de la température de l’air.
La température la plus basse possible pouvant être atteinte est la température du bulbe humide de l’air, mais en pratique elle est légèrement plus élevée en raison d’un rendement limité. Le rendement de saturation ou rendement du bulbe humide est défini comme le rapport entre la baisse de température effectivement atteinte et la baisse de température maximale possible.
Production d’électricité
Avant d’examiner la différence sur le plan de l’efficacité énergétique entre le refroidissement par évaporation et le refroidissement conventionnel, nous allons regarder ce que coûte la production d’énergie. Les centrales électriques utilisent différents types de combustibles pour produire de l’électricité. Par exemple, au Moyen-Orient et dans de nombreuses autres régions du monde, elles utilisent le pétrole et le gaz naturel et rejettent ainsi d’énormes quantités de CO₂. Ces centrales ont également besoin d’eau pour produire de l’électricité, où elle est principalement utilisée pour le refroidissement. Les centrales électriques au mazout, par exemple, consomment 2,33 litres d’eau et rejettent 0,76 kg de CO₂ par kWh d’électricité produite.
Refroidissement adiabatique par opposition au refroidissement conventionnel
Des calculs comparatifs ont été effectués à la fois pour le refroidissement adiabatique et pour la technologie de climatisation conventionnelle d’une puissance frigorifique identique. Le refroidissement adiabatique a été choisi avec un taux d’évaporation moyen de 1 litre d’eau par heure, ce qui correspond à une puissance frigorifique de 695 W. On part de l’hypothèse que de l’électricité est produite dans des centrales électriques au pétrole. L’eau destinée à être utilisée dans des refroidisseurs adiabatiques doit de préférence être de qualité eau potable. Le dessalement par osmose inversée nécessite généralement environ 4 kWh d’énergie électrique par m³ d’eau.
Conclusion
Rien qu’en ce qui concerne l’aspect du refroidissement propre, l’utilisation de la technologie de refroidissement adiabatique au lieu de la technologie conventionnelle de compression de vapeur permet de réduire la consommation d’électricité et les émissions de CO₂ de plus de 98 %.
La technologie du refroidissement adiabatique nécessite naturellement de l’eau pour l’évaporation, mais les systèmes de climatisation à compression de vapeur existants consomment eux-mêmes indirectement des quantités d’eau considérables. Par conséquent, l’utilisation croissante du refroidissement adiabatique aura un impact moindre sur la consommation mondiale d’eau par rapport à ce que l’on s’attend souvent.
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