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Janvier 2015 / 27e Note d’Information sur les …

2015 / 27e Note d Information sur les technologies du froidLe refroidissement vaporatifL IIF publie r guli rement des Notes d Information l intention des d cideurs du monde entier. Ces notes pr sentent une synth se des connaissances sur des th mes cl s li s aux technologies du froid et ses applications. Chaque note propose des axes de d veloppement prioritaires pour l avenir et expose les recommandations de l IIF en ce raison de son faible co t et de son efficacit , en particulier sous un climat chaud et sec, le froid vaporatif devrait tre davantage utilis . Cette note d information donne un tat de l art de cette technologie simple et pratique.

2 r Note d’Information - Institut International du Froid Introduction Le principe du refroidissement évaporatif est basé sur le fait que l’évaporation d’un liquide

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1 2015 / 27e Note d Information sur les technologies du froidLe refroidissement vaporatifL IIF publie r guli rement des Notes d Information l intention des d cideurs du monde entier. Ces notes pr sentent une synth se des connaissances sur des th mes cl s li s aux technologies du froid et ses applications. Chaque note propose des axes de d veloppement prioritaires pour l avenir et expose les recommandations de l IIF en ce raison de son faible co t et de son efficacit , en particulier sous un climat chaud et sec, le froid vaporatif devrait tre davantage utilis . Cette note d information donne un tat de l art de cette technologie simple et pratique.

2 Le principe de fonctionnement et les divers modes de fonctionnement des syst mes sont expliqu s l aide de repr sentations simplifi es. Les potentiels d conomie d nergie possibles par rapport aux syst mes de refroidissement classiques et les probl mes li s la consommation d eau sont mis en vidence. Le conditionnement d air, l entreposage des denr es p rissables et le pr -re-froidissement, qui sont les principales applications du froid vaporatif, sont expliqu s. En conclusion, l IIF fournit quelques recommandations pratiques sur les conditions dans lesquelles cette technologie peut tre mise en Note d Information a t pr par e par Renato Lazzarin, Pr sident de la Commission E1 de l IIF, avec l aide du si ge de l IIF et r vis e par plusieurs experts du r seau de l Fr2 Note d Information - Institut International du FroidIntroductionLe principe du refroidissement vaporatif est bas sur le fait que l vaporation d un liquide absorbe bien plus de chaleur que la quantit requise pour faire augmenter sa temp rature de quelques degr s.

3 Pour prendre un exemple concret, on peut penser la sensation de froid que l on ressent quand on sort d une piscine en plein air, m me par temps chaud, sous l effet du vent : l eau pr sente sur la peau s vapore, en retirant du corps la chaleur d vaporation correspondante, ce qui le refroidit. Ce processus est utilis , en combinaison avec d autres, dans les syst mes frigorifiques et de conditionnement d air classiques . On d signe n anmoins par refroidissement vaporatif le refroidissement obtenu uniquement gr ce l vaporation d eau dans l principaux proc d s de refroidissement vaporatif sont : le refroidissement vaporatif direct, le refroidissement indirect et la combinaison des deux.

4 La pr sente note pr sente les applications de ces proc d s et les conditions dans lesquelles ils peuvent pr senter un int r t technique et description et des explications techniques plus compl tes sont diffus es dans une Note Technique sur le refroidissement vaporatif [Lazzarin, 2012] diffus e sur le site Web de l IIF : Principes de fonctionnement Le refroidissement vaporatif fait appel deux ph nom nes importants. D une part, temp rature et pression normales, il faut environ 60 fois plus de chaleur pour vaporer une certaine quantit d eau que pour lever sa temp rature de 10 C. D autre part, l air non satur en humidit peut absorber une certaine quantit de vapeur d eau suppl mentaire : la chaleur contenue dans l air est absorb e par l vaporation d eau.

5 Ce changement d tat liquide -vapeur provoque simultan ment le refroidissement de l air et de l eau encore liquide . Remarque : La quantit de vapeur d eau que contient l air satur augmente plus vite que la temp rature. Le froid vaporatif est donc particuli rement int ressant dans les r gions climat chaud et sec. A contrario, le potentiel de refroidissement vaporatif diminue et tend vers z ro lorsque l air se rapproche de son point de saturation en humidit . Dans les r gions climat humide, le froid vaporatif peut cependant tre utilis au niveau des condenseurs de syst mes frigorifiques classiques ou des changeurs de chaleur dans les processus industriels, comme on le verra plus vaporatif direct.

6 C est le proc d le plus simple : l air ext rieur passe dans une enceinte o il entre en contact avec de l eau. Celle-ci est fournie soit par un asperseur, sous forme de fines gouttelettes, soit par un milieu poreux satur d eau. L eau s vapore dans l air, ce qui abaisse sa temp rature et augmente son taux d humidit . Les limitations pratiques des appareils font que l on ne sature pas l air 100 %, mais quelques pour cents de moins (exemples : les trajets repr sent s par les fl ches 1 et 3 sur les figures 1 et 2). Ce proc d est galement appel refroidissement adiabatique par les fabricants, car il n y a pas d change de chaleur autre qu entre l air et l eau avec laquelle il est en contact.

7 Refroidissement vaporatif indirect : dans ce cas, l air destin refroidir la pi ce passe par un changeur de chaleur qui est lui-m me plac dans une enceinte refroidie par vaporation. Comme la quantit de vapeur d eau dans cet air n est pas augment e, l hu-midit relative augmente moins que lors du refroidissement direct, abaissement de temp rature gal. Du fait de la pr sence d un changeur dans le dispositif, l abaissement de la temp rature r alis gr ce l changeur de chaleur est l g rement moindre qu avec le refroidissement direct (exemple : le trajet 2 sur les figures 1 et 2)./ FrNote d Information - Institut International du Froid3 Syst me bi- tag : on peut aussi refroidir l air successivement de fa on indirecte, puis directe (exemple : les trajets 2, puis 3 sur les figures 1 et 2), ce qui permet d abaisser davantage la temp rature qu avec un seul des deux proc d s mentionn s ci-dessus.

8 A titre d exemple, un tel syst me install dans une zone aride du sud de la Californie avec une temp rature de l air ext rieur 38,3 C et une humidit relative de 12 % environ, permet de fournir de l air une temp rature inf rieure 13 C [Jain, 2008]. Le co t de l quipement (hors pose) pour climatiser 1 500 m de locaux dans ce contexte est estim moins de 10 000 (environ 5 000 pour le brumisateur et un peu moins pour l changeur de chaleur).En pratique, on ne peut pas utiliser la totalit du potentiel de refroidissement, en raison des limitations physiques des appareils et des risques de corrosion rencontr s lorsque l humidit relative est trop lev e.

9 Il s y ajoute, dans certains cas, des contraintes li es l utilisation que l on veut faire des locaux rafra chis, contraintes sur lesquelles on reviendra plus loin. L adjonction d appareils classiques de refroidissement ou de d shumidification peut donc s av rer indispensable si l on veut ma triser pr cis ment la temp rature et l humidit . Figure 1 : Repr sentation des trajets 1, 2 et 3 sur un diagramme psychrom trique simplifi de l air humide pression normale (type diagramme de Carrier)Figure 2 : Repr sentation des trajets trajets 1, 2 et 3 dans un sch ma simplifi d appareil utilisant le froid vaporatif (les ventilateurs, pompes, filtres et appareils de r gulation ne sont pas repr sent s.)

10 / FrNote d Information - Institut International du Froid4 Trajet 1/refroidissement vaporatif direct : l air entrant dans l appareil a une temp rature de 37 C et une humidit relative (HR) de 20 %, correspondant une humidit absolue (HA) de 8 g de vapeur d eau par kg d air ( tous les chiffres sont arrondis). L air sort une temp rature de 21 C, HA= 14 g/kg ; il est donc la fois refroidi et humidifi , d o un d placement sur un segment de droite oblique sur la figure 1 (refroidissement adiabatique). Son humidit relative est de 90 % (l air contient 90 % de la vapeur d eau qu il contiendrait s il tait satur en humidit , la m me temp rature de 21 C).


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