Pour passer de l’état liquide à l’état gazeux l’eau a besoin d’énergie. La mise en contact de l’air avec l’eau permet l’évaporation de celle-ci et l’abaissement de la température de l’air. Un rafraîchisseur adiabatique permet l’échange entre l’air et l’eau et l’insufflation d’un air plus frais. On parle de refroidissement adiabatique car l’énergie totale de l’air reste la même (si on occulte l’énergie du ventilateur), l’énergie sensible est transformée en énergie latente sous forme de vapeur d’eau. C’est la chaleur gratuite de l’air qui permet d’évaporer l’eau, d’où un bilan énergétique particulièrement favorable. Le schéma ci-dessous représente les composants que l’on retrouvera dans cette technologie.

En 1997 les accords de Kyoto sont signés. Ils entrent en vigueur en 2005 et obligent les pays signataires à réduire leur empreinte carbone. L’impact de la climatisation, de ses gaz réfrigérants et de ses consommations électriques sur la planète est identifié et les fabricants doivent trouver des solutions aux niveaux des réfrigérants utilisés mais aussi sur la performance des produits de climatisation. La solution de refroidissement adiabatique refait donc surface car c’est un principe de rafraîchissement 100% naturel, simple et efficace : plus l’air extérieur est chaud, et plus le rafraîchissement adiabatique est efficace ! De plus, la réduction des émissions de GES qu’intègrent dorénavant les réglementations européennes et françaises vont impliquer chaque entreprise, chaque collectivité à s’engager vers des actions environnementales et bas carbone. La prochaine réglementation environnementale RE 2020 sera une des contraintes majeures à respecter dès 2021. Ainsi, les fabricants de refroidisseurs d’air adiabatique font également évoluer leurs produits pour offrir une alternative réelle à la climatisation classique et ce pour un nombre grandissant d’applications : ERP, bureaux, enseignement, maisons de retraite, salles de sports, locaux commerciaux, locaux industriels, datacenters, …

Rafraîchisseur par évaporation sur le toit d’un local de grande hauteur L’expérience des premières années avait démontré que le refroidissement adiabatique permettait d’amener du confort dans toutes les régions tempérées du globe, celles où la chaleur n’était pas associée à une humidité trop importante. Une optimisation des produits était cependant nécessaire.

• Régulation : La performance du procédé adiabatique est liée à la température et à l’hygrométrie extérieure; il n’est donc pas possible de choisir une température de soufflage. Celle-ci, pour les zones géographiques favorables, est inférieure à 25° même par temps chaud, il est donc possible de maintenir une température de confort en adaptant le débit d’air aux apports calorifiques. La température de soufflage étant la plupart du temps aux alentours de 23,5°C par 35°C extérieur, il est possible de maintenir une température mesurée de 28°C correspondant à un ressenti de 26°C pour un déplacement d’air de 1 m/s environ. C’est la variation de vitesse qui permettra ainsi de maintenir la température de confort souhaitée. Une limite haute d’hygrométrie peut être rajoutée pour s’assurer que l’hygrométrie ne dépassera jamais un certain seuil. Une sonde de température extérieure permet de basculer du mode freecooling (ventilation seule) au mode adiabatique (pompe de circulation d’eau en marche).
• Une meilleure gestion de l’eau : La présence d’eau dans le système entraîne une crainte liée à la légionellose. Les solutions par ruissellement permettent, grâce à un contact entre l’air et l’eau sur média et sans entraînement de gouttelettes, d’éviter tout risque de transmission de bactéries. Elles sont aujourd’hui préférées à la brumisation où le risque de transmission entraîne des contraintes fortes. L’adiabatique par ruissellement n’est pas soumis à l’ICPE 2921. Une bonne gestion de l’eau permet également d’éviter toute eau stagnante en enclenchant des cycles de renouvellement d’eau. Ces mêmes cycles permettent d’éviter l’encrassement en minéraux lié à l’évaporation. La fréquence doit être réglée en fonction du Th (la dureté) de l’eau et de la quantité d’eau évaporée.

• Des échangeurs adiabatiques plus performants : Le cycle de Maisotsenko appliqué à certains rafraîchisseurs adiabatiques permet faire de l’adiabatique indirect avec un seul échangeur et de se rapprocher du point de rosée. Cela consiste à faire passer de l’air déjà rafraîchi indirectement à travers à un échangeur à plaques vers le côté « humide » pour pouvoir se rapprocher progressivement du point de rosée. Une partie de l’air soufflé passe par des perforations dans la partie humidification de l’échangeur, 20% de l’air soufflé est ainsi perdu dans le procédé mais sa température est plus froide. Le coût actuel de ce type de produit limite pour l’instant son application à des applications de process comme des salles de serveurs mais ce procédé devrait se développer à l’avenir.
• Utiliser l’eau résultante pour le premier étage indirect : L’eau qui n’est pas évaporée tombe dans un réservoir pour être recyclée. L’eau se retrouve naturellement à une température proche du bulbe humide de l’air (22°C pour une température extérieure de 40°C avec 20% d’HR). En faisant passer l’eau dans une batterie froide, il est possible de refroidir l’air de manière indirecte sans augmentation du poids d’eau dans l’air. L’air refroidi par ce premier étage passe ensuite à travers un échangeur adiabatique direct avec augmentation du poids d’eau en enthalpie constante.

Avec des CTA double-flux : Le procédé adiabatique appliqué au rafraîchissement impose un bon renouvellement d’air. Le débit passant à travers un média adiabatique doit impérativement être supérieur ou égal au débit de renouvellement d’air. Ce principe étant respecté, un module adiabatique peut ensuite être positionné sur l’air neuf, sur l’air soufflé (adiabatique direct avec apport en vapeur d’eau sur l’air neuf) ou sur la reprise (adiabatique indirect sans apport de vapeur d’eau sur l’air neuf). Le positionnement sur la reprise est souvent privilégié pour les ERP et les applications tertiaires où la concentration de personnes entraîne une augmentation de la chaleur latente. Il est en revanche nécessaire d’avoir un rendement élevé au niveau de la roue ou des échangeurs à plaques pour ne pas réduire la capacité de rafraîchissement. L’exemple ci-dessous donne les températures restituées pour un rendement global de récupération au niveau de la CTA de 80%.

Technologie adiabatique évoluée dans les espaces de grandes hauteurs

Le principal atout de l’adiabatique vient de sa faible empreinte carbone due à une consommation énergétique négligeable. Les consommations énergétiques sont dix fois plus faibles qu’une climatisation et dans le cas d’un raccordement sur ventilation existante, carrément négligeables.

Dans le cas d’une climatisation, la chaleur absorbée dans le bâtiment s’ajoute à l’énergie du compresseur pour être évacuée vers l’extérieur. Ainsi en essayant de maintenir la fraîcheur dans les bâtiments on réchauffe la planète. En adiabatique seule l’énergie nécessaire pour ventiler est perdue. L’eau évaporée n’est ni perdue ni polluée. Dans un bâtiment où il faut combattre 30 kW d’apport, une climatisation consommera environ 10 kW alors qu’un rafraîchisseur seulement 1 kW.

La consommation en eau surtout un été sera de 25 m3 environ. L’eau utilisée retournera dans l’atmosphère ou dans les eaux pluviales, c’est le cycle naturel de l’eau. L’utilisateur fera des économies (1000 € par an environ) tout en réduisant son empreinte carbone.

Rafraîchissement adiabatique : Economies d’énergie et empreinte écologique limitée

• Aucun gaz réfrigérant, ni produit chimique.
• Une consommation électrique très faible.
• Une consommation d’eau optimisée : elle dépend de la température extérieure.
• Une utilisation possible de récupération d’eau de pluie : double solution écologique.
• L’eau utilisée n’est pas polluée : une partie s’évapore et une autre est évacuée dans les eaux pluviales. Le cycle naturel de l’eau est respecté.
• Aucun risque de légionellose : aucune micro-gouttelette n’est entraînée dans le flux d’air, la vitesse à travers les échangeurs étant trop faible. Les rafraîchisseurs ne sont pas soumis aux arrêtés ministériels du 14 décembre 2013.

En 2022, sur le site de TRIGANO VDL situé à Tournon-sur-Rhône, des rafraîchisseurs adiabatiques à soufflage vers le bas. Retour d’expérience sur une solution confortable, saine et rentable …

• Une ouverture à travers la toiture a été réalisée afin de permettre la mise en place d’un système de diffusion d’air par gaine textile.
• La gaine textile a été spécialement conçue afin de limiter les vitesses air <5m/s ( contrainte règlementation SPRINKLAGE).
• Un asservissement en cas de demande sprinklage coupe l’ensemble des appareils. Les lanternes se dégonflent afin de ne pas créer d’obstacle avec les têtes de SPRINKAGE.
• Les rafraîchisseurs fonctionnent en «tout air neuf» Les portails des lignes de productions peuvent rester ouverts, l’air dans l’atelier est renouvelé toutes les 6 minutes.
• limatisation traditionnelle, celle-ci fonctionne presque toute l’année avec de coûts d’exploitations très importants.
• Les solutions de Rafraîchissement d’Air par Evaporation utilisent dans un premier temps le fonctionnement « free cooling » c'est-à-dire la fraîcheur « gratuite » à l’extérieur du bâtiment pour maintenir la température souhaitée.
• Il faut pour cela prévoir une introduction d’air neuf ainsi qu’une évacuation.
• Le maintien du taux d’hygrométrie souhaité est assuré par un appareil situé à l’intérieur du local.

Si l’on veut continuer de rafraîchir les bâtiments sans réchauffer la planète, le refroidissement adiabatique s’imposera comme l’alternative naturelle à la climatisation, voire une solution de référence.

Combiner l’adiabatique à des solutions de ventilation permet d’en optimiser le fonctionnement.

Le vrai bouleversement consistera à concevoir des bâtiments avec un renouvellement d’air suffisant et combiné au refroidissement adiabatique afin d’obtenir un confort d’été avec le minimum de consommation électrique et d’impact en termes de gaz à effet de serre (GES).

L’être humain aura toujours besoin de confort, à lui d’utiliser les solutions que la planète lui propose naturellement, les anciennes civilisations l’avaient compris.

Avec les crises climatiques et les canicules à répétition, la solution de rafraîchissement adiabatique est appelée à un développement important, en neuf comme en rénovation.