Le rafraîchissement adiabatique consomme peu d’énergie et n’utilise que de l’eau

Le réchauffement climatique est avéré. Les épisodes de surchaleur se multiplient. La réponse technique à laquelle on songe spontanément est la climatisation. Mais il en existe une autre, moins gourmande en énergie, moins bruyante et qui n'utilise ni compresseur, ni fluide frigorigène : le rafraîchissement adiabatique.

Le rafraîchissement adiabatique repose sur l’évaporation de l’eau dans une veine d’air. L’évaporation de 1 m³ d’eau absorbe 695 kWh de chaleur. Plus l’air est chaud et sec, plus l’efficacité d’un système adiabatique augmente. En France, l’humidité relative de l’air extérieur baisse quand sa température augmente.

Les 5 séquences du rafraîchissement adiabatique

Un rafraîchissement adiabatique se déroule en cinq étapes :

– de l’air chaud et sec traverse un filet d’eau,

– l’air chaud provoque l’évaporation d’eau dans le filet,

– la chaleur nécessaire à la vaporisation d’eau est ex­traite de l’air,

– l’air se refroidit après en traversant le filet d’eau,

– l’air en sortie est plus frais et plus humide.

Il existe deux grandes approches techniques du rafraîchissement adiabatique : direct, si l’air humidifié refroidi est soufflé directement dans le local à traiter, et indirect, si un échangeur évite tout contact entre l’air humidifié et refroidi et l’air soufflé dans le local à traiter.

Le risque, si la conception du système adiabatique génère des aérosols et permet l’entraînement de gouttelettes dans l’atmosphère, est la multiplication de bactéries et leur diffusion dans le local ou dans l’atmosphère extérieure autour de l’installation. Les bactéries dont on craint la multiplication et la diffusion sont notamment la legionella pneumophila, qui peut entraîner la maladie du légionnaire, souvent mortelle.

Par conséquent, si l’installation n’évite pas la dispersion de l’eau dans le flux d’air, elle est soumise à déclaration au titre de la rubrique 2921 et doit être conforme aux exigences de l’arrêté ministériel du 14 décembre 2013 modifié. La rubrique 2921 concerne tous les systèmes de refroi­dissement par dispersion d’eau dans un flux d’air, quelle que soit leur puissance. Mais les installations inférieures à 3 000 kW de puissance froid sont seulement soumises à déclaration, tandis que celles qui dépassent 3 000 kW sont soumises à enregistrement. Les systèmes de rafraichissement adiabatique disposant d’un media entre l’air et l’eau, ne sont pas considérés comme une installation classée. À propos des installations soumises à la rubrique 2921, l’arrêté ministériel du 14 décembre 2013 modifié précise que la concentration des legionella pneumophilia dans l’eau du circuit doit être maintenue à un niveau inférieur à 1 000 UFC (Unités Formant Colonies) par litre d’eau. Les installations classées obéissent à des règles d’exploitation et d’entretien précises. 3 000 kW froid, c’est une puissance très importante que l’on croise rarement dans des bâtiments. Les technologies que nous évoquons plus avant dépassent rarement 100 kW et ne sont donc pas soumises à la rubrique 2921.

Le système PreCooll d’Oxycom améliore la performance des groupes froids et des condenseurs existants en les enveloppant dans des "coussinets de refroidissement adiabatiques Oxyvap". © Oxycom

Quatre technologies adiabatiques courantes

Le guide Profeel Rafraîchissement adiabatique dans les bâtiments tertiaires en rénovation liste quatre technologies courantes : compléter une CTA (Centrale de Traitement d’Air) double flux existante par un échangeur adiabatique, les CTA comportant nativement un échangeur adiabatique, le caisson adiabatique indépendant, les échangeurs adiabatiques sur l’entrée d’air des groupes de production d’eau glacée.

La première technologie est intéressante parce que, d’année en année, les puissances des CTA concernées diminuent et qu’on en arrive maintenant à ajouter un échangeur à un groupe de ventilation double flux pour apporter un rafraîchissement en été. Cette approche – ajouter un échangeur adiabatique sur la veine d’air extrait avant son entrée dans la CTA pour que l’air neuf soit rafraîchi par échange de chaleur, c’est de l’échange indirect – est simple et particulièrement efficace. La gamme Adiabox NFG de Bluetek, membre du groupe Adexsi, comporte sept modèles avec des débits d’air de 500 à 30 000 m³/heure, conçus pour être raccordés à une CTA existante. Le modèle Adiabox NFG 1 000 (débit d’air maximal de 1 000 m³/heure), par une température extérieure de 40 °C avec une humidité relative (HR) de 10 % souffle de l’air à 21,6 °C en sortie d’échangeur, par 40 °C avec 50 % HR, il souffle à 31,9 °C, par °C avec 70 % HR, il souffle à 35,6 °C.

Pour des applications domestiques, Brink annonce son module Air Cooler pour VMC double flux. Il est monté sur la veine d’air extrait et rafraîchit l’air neuf de manière indirecte, sans augmenter le taux d’humidité de l’air soufflé. Ce rafraîchisseur adiabatique affiche un rendement de 75 %. Un air extrait à 29 °C avec 30 % HR est refroidi à 20 °C avec 75 % HR. Air Cooler de Brink peut être installé sur toute unité de ventilation double flux, aucun transfert d’humidité ne s’effectue pendant l’échange de chaleur entre l’apport d’air neuf extérieur et l’air de reprise. L’application sur un échangeur de chaleur enthalpique (qui récupère l’humidité de l’air extrait) est possible, mais augmentera l’humidité dans l’air neuf introduit. L’Air Cooler est activé par une régulation sans fil livrée de série. Dès que le capteur de température ambiante mesure une température supérieure au point de consigne, le rafraîchisseur est activé. La commande est équipée d’une régulation d’eau anti-stagnation en guise de sécurité supplémentaire contre la formation de légionelle. Le capteur mesure l’humidité relative et la température de l’air dans la gaine après le rafraîchisseur Air Cooler et agit comme une protection maximale contre l’humidité, de sorte qu’aucune condensation ne peut se produire dans les gaines en raison d’une humidité excessive dans les conditions normales d’utilisation.

En ce qui concerne les CTA directement équipées d’un échangeur adiabatique, elles sont proposées sur le marché français par ETT avec sa pompe à chaleur double flux à récupération de chaleur Heolair qui embarque un système de refroidissement adiabatique indirect, ainsi que par Menerga, membre du groupe Systemair, avec ses systèmes Adconair Adiabatic, Adiabatic zeroGWP.

Le modèle Adiabox NFG 100 de Bluetek offre un débit d’air maximum de 1000 m³/h. Il se monte sur la veine d’air extrait d’une CTA existante. © Bluetek

Le nouvel échangeur Air Cooler de Brink se monte sur n’importe quel groupe de ventilation double flux. © Brink

La CTA Menerga Adconair (11 800 à 22 800 m³/heure) offre des puissances de refroidissement adiabatique de 39,1 à 72,2 kW, pour des puissances électriques absorbées de seulement 0,5 à 1,10 kW. © Menerga

Le caisson adiabatique indépendant

Les offres techniques les plus nombreuses portent cependant sur les caissons adiabatiques indépendants. Elles sont notamment proposées par Kingspan, Bluetek, Oxycom, Hoval, Neu JKF Delta Neu qui propose les caissons Econoclim de 8 200 à 40 000 m³/h de débit d’air, ainsi que d’autres fabricants. Les caissons adiabatiques indépendants sont plutôt destinés aux locaux de grand volume. Ils s’installent sur la toiture, à l’extérieur suspendus aux parois du local ou au sol pour les plus puissants. Les caissons indépendants fonctionnent en tout air neuf et sur le mode adiabatique direct. Ils consomment de l’eau et de l’électricité. Selon Bluetek, son caisson indépendant son Adiabox Wetbox WFP 16000 consomme 26 l d’eau/h à puissance nominale durant l’été pour un débit de 16 000 m³/h. Dans ces conditions, il utilise une puissance électrique de 1,5 kW seulement pour une puissance froid de 58 kW (avec une température extérieure de 36 °C et 30 % HR). Ce qui lui donne un EER (Energy Efficiency Ratio), la mesure de l’efficacité énergétique en froid, similaire à celle du COP en chauffage) égal à 39.

Les caissons adiabatiques indépendants sont bien adaptés aux locaux de grand volume : usines, ateliers, showrooms, salles de spectacles, grands commerces, etc. © Bluetek

Oxycom propose les caissons indépendants IntrCooll, dont la puissance de rafraîchissement unitaire peut atteindre jusqu’à 134 kW avec un EER de 44. © Oxycom

Les échangeurs adiabatiques sur les groupes d’eau glacée

Dernière technologie adiabatique courante : rafraîchir l’air entrant dans les condenseurs des groupes froid grâce à un media adiabatique indirect ou à une pulvérisation directe sur le condenseur. Cette technologie augmente la puissance des groupes de production d’eau glacée par les jours les plus chauds et réduit leur consommation d’énergie. Dans le cadre du décret tertiaire, c’est une mesure facile à mettre en œuvre sur tous les bâtiments équipés de groupes de production d’eau glacée à condensation par air, de condenseurs (avec une liaison en fluide ou en eau glycolée vers un évaporateur) et d’aéroréfrigérants. Le grand propagateur de cette technologie est l’italien LU-VE qui propose à la fois ses systèmes spray WSS et sa solution EMERITUS qui combine spray et adiabatique indirect, dont le fabricant assure qu’il multiplie par quatre la puissance d’un échangeur air/fluide sec classique.

LU-VE, fabricant italien d’échangeurs de chaleur, associe effets adiabatique direct et indirect dans son système EMERITUS avec spray adiabatique et media adiabatique indirect. © PP

ADC High Density de Jaeggi est posé sur toute la hauteur des refroidisseurs ACD HD (500 à 3 500 kW). Ce pré-rafraîchissement adiabatique de l’air entrant dans l’échangeur conserve la puissance à encombrement pratiquement égal. © Jaeggi