Rafraichissement adiabatique

Phase 1: insufflation

La première phase d’un processus refroidissement adiabatique ou adiabatic cooling process est la phase d’humidification. L’humidification refroidissement adiabatique ou Humidification adiabatic colling, consiste à faire ruisseler de l’eau sur des médias cellulosiques qui sont l’échangeur chaleur des systèmes refroidissement adiabatique. L’eau est amenée en haut des médias par une pompe, et ruisselle ensuite par gravité le long du média qui va jouer le rôle d’éponge et absorber le maximum d’eau. L’excédent d’eau tombe dans le bac pour être repris par la pompe Tornado: un rafraichisseur adiabatique n’est en aucun cas un système à eau perdu. Le nouveau média Minicell Chilcell avec un pas de 4mm permet une amélioration des performances de 8 à 13% selon la température extérieure. Le coefficient de saturation est la capacité du média à absorber l’eau. ce coefficient est tout à fait exceptionnel pour un média Minicell Chillcell grâce à une qualité cellulosique optimale et à un design unique du média qui permet une augmentation de la surface d’échange de 25% par rapport à un média classique. Le coefficient de saturation est déterminant sachant que l’efficacité du rafraichissement évaporatif (que l’on mesure avec le delta T de température entre le bulbe sec et le bulbe humide) dépend directement de la saturation du média durant toutes les phases de fonctionnement du refroidisseur adiabatique). Alors que le coefficient de saturation d’un média classique sera de l’ordre de 80%, celui du média Coolair ou du média Breezair Minicell Chillcell sera proche de 92%, soit un écart considérable en terme de performance du rafraichisseur d air adiabatique.

L’évaporation eau s’opère de façon simple: le ventilateur aspire l’air chaud et sec extérieur (fonctionnement en tout air neuf) qui va passer dans les alvéoles (design en nid d’abeilles) des médias Minicell Chillcell (exclusif) des rafraichisseurs Coolair Exeltec. Grâce au design exclusif du média Minicell équipant le rafraichisseur d’air adiabatique Coolair Breezair et à son pas d’alvéole de 4mm qui augmente la surface d’échange de 25%, on obtient une évaporation eau remarquable et des performances de rafraichissement tout à fait exceptionnelles. Il est important de préciser à ce stade que le principe évaporation eau d’un système refroidissement adiabatique s’opère exclusivement à un stade moléculaire. Il n’y a donc aucune production de gouttelettes ou de phénomène de brumisation ou de vapeur eau dans le local. Les systèmes de refroidissement adiabatique sont donc totalement différents dans leur fonctionnement de systèmes tels qu’une tour de refroidissement adiabatique, un système par brumisation ou une pompe chaleur. De même le rafraichisseur adiabatique Coolair Breezair Exeltec est un système de rafraichissement adiabatique direct qui est totalement différent d’un rafraichissement adiabatique CTA qui n’insuffle pas directement le flux rafraichi dans le local et qui est donc beaucoup moins performant.

L’air qui est saturé en hygrométrie est ensuite insufflé dans le local, en partie haute via une gaine de diffusion placée en toiture ou en partie latérale via une pénétration latérale (configuration avec supports chaise ou au sol avec diffusion sur le dessus du rafraichisseur en mode Top Discharge). En diffusion verticale on utilisera le plus souvent un diffuseur spécial 8 voies avec pointe d’Arnold et grille de diffusion orientable. Ce diffuseur offre beaucoup de flexibilité en matière de diffusion et permet de conserver un minimum de vitesse d’air (cibler 0,4-0,5m/s) avec un maximum de couverture. La diffusion latérale est souvent réalisée avec une ventelle double déflexion sachant que ce type de diffusion peut également être utilisé en soufflage vertical de grande hauteur.

Calcul refroidissement adiabatique : il est important de préciser que le dimensionnement de la puissance de l’installation (locaux industriels tertiaires grand volume) se fait en prenant en compte (entre autres) la hauteur de diffusion des plénums, les apports du bâti, les apports process et l’orientation du bâtiment.

Phase 2: extraction

La première phase permet de rentrer en général un ration compris entre 10 V/h et 20 V/h (selon les apports) d’air neuf rafraichi dans le local. On se retrouve donc avec un local sous pression à l’intérieur duquel on a diffusé un flux rafraichi saturé en hygrométrie (seuls les systèmes de rafraichissement adiabatique indirect comme le Climate Wizard Breezair permettent d’évacuer l’humidité à l’extérieur avant insufflation mais ils sont très limités en puissance avec un coût peu adapté pour des grands volumes). Il va donc falloir contrôler à la fois le mise en pression du local, pour éviter la surpression, et l’humidité du local, pour éviter des poches chaudes et humides qui seraient facteurs d’inconfort.

Pour ce faire il conviendra de prévoir une évacuation de 80% du volume d’air insufflé. En d’autres termes à la différence d’un système par climatisation détente directe ou climatisation par groupe d’eau glacée qui fonctionne en tout air repris et portes fermées, le système de refroidissement adiabatique fonctionne toujours portes ouvertes.

Plusieurs possibilités pour l’extraction:

Extraction naturelle: lorsque le bâtiment est assez petit et que les ouvrants sont répartis de façon équilibrée, on pourra opter pour une évacuation naturelle via des ouvrants: portes, portes sectionnelles, fenêtres, skydome, ouvrants toitures. Concernant les ouvrants toitures, il est important de noter que dans la plupart des cas la nappe chaude se fixe en partie haute du bâtiment entre la rive et le faitage. Ce point est d’autant plus important lorsque les apports, notamment en process sont importants. Lorsque la répartition des ouvrants n’est pas équilibrée, lorsque le bâtiment est de taille importante et surtout dans le cas  où l’on se retrouve avec des apports process importants, il sera indispensable de prévoir une extraction mécanique.

Extraction mécanique: l’extraction mécanique permet de casser la nappe chaude et de capter les apports. Elle permet de combiner l’installation de rafraichisseur d’air adiabatique à un système de ventilation et ainsi d’optimiser de façon importante le fonctionnement de l’installation. Dans la plupart des cas les tourelles d’extraction sont placées en toiture. Exeltec propose une gamme particulièrement adaptée de tourelles d’extraction (gamme d’extracteur TEXVE avec moteur EC) hautes performances avec ventilateur centrifuge et turbine à réaction. Exeltec a également développé un système exclusif d’asservissement du fonctionnement des tourelles d’extraction aux rafraichisseurs (asservissement modulant 0-10V).

Lorsque l’implantation de la tourelle n’est pas possible en toiture on pourra opter pour des extracteurs hélicoïdes qui seront implantés en façade ou sur les pignons du bâtiment.

Confort

Refroidissement adiabatique confort

Le rafraichisseur adiabatique Coolair Breezair Exeltec permet d’atteindre des conditions de confort optimales grâce à une régulation Magic Touch qui permet de contrôler à la fois le point de consigne (température ambiante) , mais aussi en contrôlant en permanence l’hygrométrie. La régulation est équipée d’une sonde de température et d’hygrométrie. Le contrôle de la température se fera en ajustant la vitesse de ventilation. L’hygrométrie sera contrôlée en ajustant le débit de la pompe d’alimentation d’eau des médias. On pourra également fixer des points mini ou maxi en hygrométrie: certains sites (rafraichissement d’une imprimerie, rafraichissement d’une usine textile) auront besoin d’une minimum hygrométrique. a l’inverse d’autres sites demanderont un maximum hygrométrique afin d’éviter des phénomènes de corrosion ou une incidence sur le process. Le refroidisseur adiabatique permettra d’assurer en permanence ce contrôle d’humidité et d’hygrométrie.

Le rafraichissement adiabatique évaporatif est le seul qui permette de maintenir des conditions de confort en cas de températures extrêmes supérieures à 35°C. Avec un flux d’air de l’ordre de 22°C, le rafraichisseur adiabatique diffuser une brise rafraichissante tout en maintenant l’hygrométrie. On obtient donc un confort beaucoup plus doux qu’une climatisation traditionnelle qui diffuse des flux froids de l’ordre de 11°C qui dessèchent l’atmosphère. On évitera ainsi tout problème de type angine d’été avec du rafraichissement adiabatique.

Il est important également de souligner que le rafraichissement adiabatique est un système qui repose sur le renouvellement d’air du local (de 10V/h à 20V/h). Il est donc parfaitement adapté pour toutes les prescriptions visant à limiter les risques sanitaires de type Covid 19 en participant naturellement au renouvellement d’air hygiénique du local.

Economie d’énergie

Un système de refroidissement adiabatique présente une économie d’énergie considérable par rapport à un système de climatisation traditionnelle avec une consommation électrique extrêmement limitée sachant qu’un rafraichisseur adiabatique Exeltec Coolair utilisera une puissance totale inférieure à 1,5 kW pour un débit de 10 800 m3/h. La consommation d’eau est extrêmement limitée puisqu’elle se limite à l’évaporation et à la purge du bac en fin de cycle. Un rafraichisseur adiabatique Exeltec Coolair ne nécessitera pas plus de 2 Eur par jour et par appareil en cumulant la consommation moyenne d’eau et d’électricité sur la saison. En prenant en compte la totalité du budget d’exploitation (électricité, eau, maintenance) on arrive à des ratios 13 à 20 fois inférieurs à une climatisation traditionnelle.

Fonctionnement du rafraichisseur adiabatique

Phase 1: insufflation

Le principe d’un rafraichisseur adiabatique, (également appelé refroidisseur adiabatique) est donc très simple. Son fonctionnement est le suivant : aspiré au moyen d’un ventilateur, l’air  sec et chaud passe par l’extérieur au travers d’un média (véritable échangeur de chaleur) que l’on va constamment humidifier.  Cet échangeur de chaleur autrefois réalisé en bois d’Aspen, est aujourd’hui réalisé en média cellulosique en nids d’abeille. L’eau absorbe la chaleur par évaporation, refroidissant ainsi l’air qui peut alors par insufflation être introduit dans le local qui se trouve dès lors en surpression. On a ainsi augmenté le taux d’humidité du bâtiment à rafraîchir par ventilation (l’humidité de l’air sera néanmoins contrôlée en permanence par une sonde d’hygrométrie reliée à la pompe du rafraichisseur). L’eau est atomisée, il n’y a donc ni gouttelette ni brumisation, garantissant ainsi les conditions d’hygiène dans le bâtiment. On parle de systèmes adiabatiques directs par rapport au système indirect qui produit le flux rafraîchi et le mettant sous pression, sans ramener d’humidité dans les installations.

Phase 2: extraction

On va ensuite extraire les calories en s’appuyant soit sur un système de ventilation industrielle (tourelles, extracteur d’air…), soit sur une extraction d’air naturelle par les ouvrants existants du bâtiment. On va donc travailler sur des taux de renouvellement de l’air important (de 10 à 20 V/h en fonction des apports du bâti et du process), ce qui va de fait contribuer au traitement de l’air du local et à la qualité de l’air intérieur. On évitera ainsi des investissements pour renouveler l’air de façon spécifique (poussière, brouillard d’huile etc.).

Avantages et inconvénients

Confort

Le rafraichissement adiabatique est une technique de rafraichissement industriel qui permet d’abaisser la température du local avec un delta T de 6° à 8°C en moyenne (selon le dimensionnement de l’installation et les conditions hygrométriques extérieures) par rapport à la température extérieure. La performance de l’installation et d’un système de rafraichissement Coolair d’Exeltec dépend directement des conditions climatiques extérieures (températures et hygrométrie) d’où le terme de bioclimatique. Cette technique permet d’offrir des conditions de confort inégalées dans la mesure où le flux rafraîchissant est distribué à une température douce et non agressive de l’ordre de 22°C (alors que les techniques traditionnelles de climatisation par détente directe ou par eau glacée ont une température de soufflage de l’ordre de 11°C). Par ailleurs et à la différence des techniques de climatisations traditionnelles on conservera un taux d »hygrométrie dans l’air, évitant ainsi les phénomènes de déshydratation et de dessèchement des trachées. La gamme de rafraichisseurs COOLAIR* proposée par EXELTEC offre en en standard une régulation avec une sonde de température et d’hygrométrie permettant de réguler la ventilation et le débit de l’eau. Cette régulation associée à une gestion multivitesse par modulation du système de ventilation (inverter), garantissant ainsi les meilleures conditions de confort à l’utilisateur. La qualité de confort de l’installation est ainsi garantie grâce à un fonctionnement optimisé et régulé.

Economie d’énergie

La gamme de rafraichisseurs COOLAIR proposée par EXELTEC permet de mettre en place des projets de rafraichissement avec des budgets d’investissement très compétitifs par rapport aux techniques de climatisation traditionnelle (structure légère ne nécessitant aucun renfort de charpente, aucune modification des abonnements EDF en raison de la faible consommation électrique etc.). Le retour sur investissement est très rapide grâce à des budgets d’exploitation exceptionnels et une facture d’énergie limitée:

• moins de 1€ par jour et par appareil (modèle de 10 800 m3/h) avec une puissance électrique très faible (moteur Monophasé 50Hz de moins de 2 kW) et une consommation d’eau très basse (gestion de la consommation optimisée sur tous les produits Coolair) offrant ainsi un bilan énergétique exceptionnel tout en préservant l’environnement;
• une maintenance simple et économique ne nécessitant aucun agrément particulier pour intervenir sur les appareils (aucun fluide réfrigérant)

Les systèmes COOLAIR d’Exeltec offrent ainsi une solution très économe en eau et en énergie avec un rapport qualité prix inégalé au niveau du confort.

Chauffage et rafraichissement des grands volumes, les techniques combinées:

Rafraichissement adiabatique et chauffage gaz direct en industrie

Afin de pouvoir assurer le confort dans les meilleures conditions d’exploitation, Exeltec propose des solutions combinant un système de refroidisseurs adiabatiques avec des aérothermes ou des roof top Exeltec selon les deux options suivantes : – modèle Coolair* indépendants REXHL (hélicoïde haut rendement), REXH (hélicoïdes) et REXC (centrifuges) avec aérothermes  XG ou XC ; – Roof top  (unités de toiture extérieure) combinés à un ou plusieurs rafraichisseurs adiabatiques Coolair*;

Applications

Le refroidissement adiabatique est une technique de rafraichissement industriel particulièrement adaptée pour le rafraichissement des imprimeries. En effet cette technique de rafraichissement industriel bioclimatique permet de traiter les apports considérables liés au process spécifique de l’imprimerie tout en maintenant des conditions de productivité optimale et en réduisant au minimum le risque de pertes d’exploitation de la production: – Les opérateurs travaillent dans un environnement confortable grâce aux traitements efficace des apports et à un maintien de l’hygrométrie qui ne dessèche pas la trachée (aucun phénomène d’angine d’été). Les pauses et l’absentéisme sont réduits au minimum et l’environnement social est apaisé; – Le niveau d’humidité nécessaire à une bonne qualité d’impression est maintenu grâce à une régulation sur l’hygrométrie qui permet de maintenir le minimum hygrométrique qui aura été défini par le service qualité et les responsables de la production. On évite ainsi les phénomènes parasites au niveau de l’électricité statique et on réduit au minimum le risque de rupture des bobines de papier. Le rafraichissement adiabatique est également très efficace en rafraichissement industriel pour des activités aussi diverses que le rafraichissement de fonderies, le rafraichissement d’ateliers métallurgiques, le rafraichissement d’industries agro-alimentaires, le rafraichissement d’ateliers de plasturgie, le rafraichissement d’ateliers mécaniques et le rafraichissement de garages automobiles, le rafraichissement d’atelier spécialisé de type ESAT etc..

Protection de l’environnement

Le refroidissement adiabatique est une technique bioclimatique qui préserve l’environnement et qui permet d’économiser l’énergie (pas de fluide frigorigène, consommation d’énergie extrêmement limitée). On valorise ainsi fortement l’utilisateur en terme d’image (comportement eco-responsable) avec des effets limités sur l’environnement. *Coolair et Breezair sont deux marques commerciales propriété de la société Seeley International