Climatisation solaire: système à desication

Les systèmes à dessicationn sont des systèmes ouverts utilisant l'eau, en contact direct avec l'air, comme réfrigérant. Le cycle de rafraîchissement est une combinaison de rafraîchissement évaporatif avec une déshumidification avec un matériau hygroscopique, qui peut être aussi bien liquide que solide.

Le terme ouvert signifie que le réfrigerant est évacué du système après qu'il ait produit son effet refroidissant, et qu'une nouvelle quantité de réfrigérant doit être injectée; le tout dans une boucle ouverte. Seule l'eau peut être utilisée comme réfrigérant puisqu'elle est en contact direct avec l'air ambiant.

La technologie la plus courante aujourd'hui utilise des roues à dessication rotatives, avec du silica-gel ou du chlorure de lithium comme matériau de sorption.

Système utilisant un matériau déshydratant solide dans une roue en rotation

Ce sont les machines les plus répandues. La compression thermique est obtenue en utilisant un couple réfrigérant/liquide absorbant, et une source de chaleur qui remplace la consommation électrique du compresseur mécanique. En climatisation c'est le coupe eau/bromure de lithium (H2O/LiBr) qui est utilisé, l'eau étant le réfrigérant. La plupart des systèmes utilisent une pompe à solution, très faiblement consommatrice d'électricité. dans un système H2O/LiBr, la cristallisation de la solution doit être évitée par un contrôle interne de la température du circuit de refroidissement.

Raffraichissement

L'air entrant, chaud et humide, traverse une roue à dessication en rotation lente, et est donc déshumidifié (1-2). L'air étant réchauffé par le phénomène d'adsorption, un premier refroidissement est obtenu au travers d'un échangeur thermique (roue métallique en nid d'abeilles, en rotation 2-3). L'air est ensuite humidifié, et donc refroidi, dans un humidificateur (3-4), permettant d'ajuster le niveau d'humidité et de température souhaité pour l'air neuf.
L'air repris dans la pièce est humidifié pratiquement jusqu'au point de saturation (6-7), pour bénéficier au maximum du potentiel de refroidissement dans l'échangeur thermique (7-8). Enfin, la roue à dessication doit être régénérée (9-10), en utilisant de la chaleur à un niveau de température relativement faible (50 à 75°C), permettant ainsi de poursuivre le processus continu de déshumidification.

Chauffage

Pendant les périodes où les besoins de chauffage sont limités, la récupération de chaleur sur l'air sortant et l'échange enthalpique, utilisant une vitesse de rotation plus élevée de la roue à dessication, sont suffisants. Lorsque les besoins de chauffage sont plus importants, l'énergie solaire, et le cas échéant, une énergie d'appoint (4-5) sont utilisées.

Les capteurs solaires à eau, voire à air, sont les plus couramment utilisés dans ce type d'installation. L'eau utilisée comme fluide de transfert énergétique, associée à un ballon de stockage de l'eau chaude, permet de faire face, pour partie, aux périodes sans ensoleillement. Le système nécessite alors un échangeur thermique complémentaire eau/air (4-5 pour le chauffage ou 8-9 pour le refraichissement). Une autre solution, conduisant à un coût d'investissement plus faible, utilise directement l'énergie solaire de régénération par le biais de capteurs à air.

Le système ne fonctionne bien que pour un taux d'humidité extérieur relativement faible. Dans le cas contraire une configuration différente et plus couteuse du système doitêtre envisagée, en incluant par exemple une autre roue enthalpique ou un groupe de froid complémentaire.

Système utilisant un matériau déshydratant liquide

Un nouveau développement, proche de l'introduction sur le marché, utilise pour la dessication de l'air un sorbant liquide : une solution eau/chlorure de lithium. Par rapport à un système à dessication utilisant un sorbant solide, ce type de système présent plusieurs avantages: un plus fort taux de déshumidification pour le même niveau de température et la possibilité d'un haut niveau de stockage énergétique sous la forme de solution concentrée. Cette technologie représente sans doute un futur prometteur pour le rafraîchissement solaire.

Laurent FABAS Conseil
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