Comment fonctionne le refroidissement par évaporation
Le refroidissement par évaporation est un processus thermodynamique naturel : lorsque l'eau s'évapore, elle absorbe la chaleur de l'air ambiant, abaissant ainsi la température de l'air. L’énergie nécessaire pour convertir l’eau liquide en vapeur d’eau – appelée chaleur latente de vaporisation – est directement extraite de l’air passant sur la surface mouillée. C’est pourquoi une brise sur une surface mouillée semble fraîche même par temps chaud. C’est le même principe physique qui sous-tend la transpiration chez les humains et les animaux.
Un refroidisseur d’air par évaporation (également appelé refroidisseur de marais ou refroidisseur de désert) applique ce processus mécaniquement. La séquence opérationnelle de base est simple : une pompe à eau aspire l'eau d'un réservoir et la distribue sur des coussinets de refroidissement absorbants, généralement fabriqués à partir de cellulose, de fibre de tremble ou de polymère synthétique. Un ventilateur aspire l’air extérieur chaud et sec à travers ces coussinets saturés. Lorsque l'air traverse le milieu humide, l'eau s'y évapore, transférant la chaleur de l'air et abaisser la température de l'air de 5 à 15°C en fonction de l'humidité ambiante. L’air refroidi et légèrement humidifié est ensuite évacué dans l’espace.
L'ensemble du processus ne nécessite qu'une alimentation en eau et en électricité pour faire fonctionner le ventilateur et la pompe : pas de réfrigérant, pas de compresseur et pas de serpentin de condenseur. Cette simplicité est à l’origine à la fois des avantages du refroidisseur par évaporation et de ses limites fondamentales.
Faire Refroidisseurs d'air par évaporation Vraiment travailler ?
Les refroidisseurs par évaporation fonctionnent efficacement, mais uniquement dans de bonnes conditions atmosphériques. La variable critique est humidité relative ambiante . L'évaporation ne se produit que lorsque l'air n'est pas déjà saturé de vapeur d'eau. Plus l’air entrant est sec, plus il peut absorber d’eau et plus la baisse de température que le refroidisseur peut atteindre est importante. Dans l'air humide, le taux d'évaporation diminue fortement, les performances de refroidissement diminuent proportionnellement et l'air évacué semble humide et étouffant plutôt que frais et frais.
Le seuil pratique pour un refroidissement par évaporation utile est généralement humidité relative inférieure à 50-60 % . Dans les climats arides et semi-arides – sud-ouest américain, Moyen-Orient, Unsie centrale, certaines parties de l'Unustralie et de l'Afrique subsaharienne – où l'humidité relative estivale tombe régulièrement en dessous de 20 à 30 %, les refroidisseurs par évaporation fournissent un refroidissement substantiel et fiable avec des chutes de température à la sortie de 10 à 15 °C réalisables. Dans ces régions, les systèmes de refroidissement par évaporation pour toute la maison constituent une technologie courante qui rivalise véritablement avec la climatisation réfrigérée en termes de confort et la surpasse largement en termes de coûts d'exploitation.
Dans les climats humides (régions côtières, zones tropicales et partout où l'humidité relative estivale dépasse 70 %), les refroidisseurs par évaporation produisent un refroidissement minimal et ajoutent une humidité indésirable à un environnement déjà inconfortable. Dans ces conditions, la réponse honnête est que le refroidissement par évaporation ne fonctionne pas suffisamment bien pour constituer une solution de refroidissement primaire.
La règle de la température du bulbe humide
La manière la plus précise d'évaluer si un refroidisseur par évaporation sera efficace à un endroit donné est de vérifier température du bulbe humide — la température la plus basse pouvant être atteinte grâce au refroidissement par évaporation au niveau d'humidité actuel. Un refroidisseur par évaporation ne peut pas refroidir l’air en dessous de la température humide de l’air entrant. Lorsque la température du bulbe humide est de 18 °C ou moins, le refroidissement par évaporation offre des températures intérieures confortables même par temps chaud. Lorsqu’elle dépasse 24°C – ce qui se produit dans les climats humides au plus fort de l’été – la marge de refroidissement réalisable devient trop petite pour être utile au confort humain.
Faire Portable Air Coolers Work?
Les refroidisseurs d'air par évaporation portables - les unités compactes vendues pour un usage personnel ou domestique, distinctes des refroidisseurs de marais canalisés pour toute la maison - fonctionnent sur le même principe d'évaporation mais à plus petite échelle. Ils sont efficaces pour refroidir une zone localisée directement devant l’unité lorsqu’ils sont utilisés dans des conditions suffisamment sèches. L’évaluation honnête des refroidisseurs d’air portables nécessite de séparer deux catégories de produits très différentes qui sont souvent confondues en marketing.
Véritables refroidisseurs par évaporation (avec coussinets et pompe)
Une unité portable dotée d’un réservoir d’eau, d’une pompe et d’un support d’évaporation appropriés abaisse véritablement la température de l’air par évaporation. Dans un climat sec ou une pièce bien ventilée avec une faible humidité, ces unités peuvent réduire la température de l'air de 4 à 8 °C dans le flux de décharge et offrir un confort significatif à une personne assise à moins de 2 à 3 mètres. Ils consomment 50 à 150 watts d'électricité - environ un dixième de la puissance d'un climatiseur de fenêtre comparable - et ne nécessitent qu'un remplissage d'eau et un nettoyage périodique des tampons pour l'entretien.
Leurs limites sous forme portable sont les mêmes que celles des unités plus grandes : les performances se dégradent à mesure que l’humidité de la pièce augmente. Parce qu’ils ajoutent de l’humidité à l’air ambiant, ils fonctionnent mieux avec une fenêtre ou une porte ouverte pour permettre à l’air humide de s’échapper et à l’air frais et sec d’entrer. Faire fonctionner un refroidisseur par évaporation portable dans une pièce fermée et scellée provoque une accumulation rapide d'humidité, réduisant progressivement la puissance de refroidissement de l'unité jusqu'à ce qu'elle fasse essentiellement circuler de l'air chaud et humide.
Ventilateurs/dispositifs de brumisation sans pales commercialisés sous le nom de « refroidisseurs d'air »
Une partie importante des produits commercialisés sous le nom de « refroidisseurs d'air portables » ou de « climatiseurs personnels » sont en pratique de simples ventilateurs dotés d'un petit réservoir d'eau qui soit pulvérise des gouttelettes d'eau dans le flux d'air, soit fait passer l'air sur une éponge humide sans un système de pompe et de tampon approprié. Ces appareils procurent une légère sensation d'évaporation très proche de l'unité mais n'abaissent pas de manière significative la température de l'air ambiant. Ils ne sont pas comparables aux véritables refroidisseurs par évaporation et ne doivent pas être évalués selon les mêmes critères.
Climatiseur vs refroidisseur de marais : en quoi ils diffèrent
Un climatiseur réfrigérant et un refroidisseur par évaporation abaissent tous deux la température de l'air intérieur, mais ils fonctionnent selon des mécanismes physiques entièrement différents et ont des profils de performances, des coûts d'exploitation et des exigences d'installation fondamentalement différents.
A climatiseur réfrigérant utilise un cycle de réfrigération à compression de vapeur : un réfrigérant circule entre un serpentin d'évaporateur intérieur et un serpentin de condenseur extérieur. Le réfrigérant absorbe la chaleur de l’air intérieur au niveau du serpentin de l’évaporateur, transporte cette chaleur à l’extérieur et la libère au niveau du condenseur. L'air refroidi est recirculé à l'intérieur de l'espace scellé. Étant donné que le refroidissement par réfrigération est indépendant de l'humidité (il élimine la chaleur directement de l'air, quelle que soit la teneur en humidité), il fonctionne aussi bien dans les climats humides que secs. Il déshumidifie également l’air intérieur en tant que sous-produit du refroidissement, car l’humidité se condense sur le serpentin froid de l’évaporateur.
A refroidisseur de marais ajoute de l'humidité à l'air au lieu de l'éliminer, nécessite un apport continu d'air frais extérieur et ne peut fonctionner qu'avec les fenêtres ou les bouches d'aération ouvertes. L'avantage du refroidissement par évaporation en termes de coût d'exploitation est substantiel : un refroidisseur par évaporation pour toute la maison consomme généralement 75 à 80 % d'électricité en moins qu’un système réfrigérant de capacité de refroidissement équivalente.
| Facteur | Refroidisseur évaporatif (refroidisseur de marais) | Climatiseur réfrigérant |
|---|---|---|
| Mécanisme de refroidissement | Évaporation de l'eau | Réfrigération à compression de vapeur |
| Effet d'humidité | Ajoute de l'humidité à l'air | Élimine l'humidité (déshumidifie) |
| Adéquation climatique | Climats secs/arides uniquement | Tous les climats |
| Exigence de ventilation | Les fenêtres/aérations doivent être ouvertes | Fonctionne dans des espaces fermés |
| Consommation d'énergie | Faible (pompe de ventilateur uniquement) | Élevé (ventilateurs du compresseur) |
| Réfrigérant requis | Non | Oui |
| Complexité d'installation | Faible à modéré | Modéré à élevé |
| Coût d'installation de l'unité | Inférieur | Plus haut |
| Entretien | Remplacement des tampons, tartre minéral | Nettoyage des filtres, contrôles du réfrigérant |
Types de refroidisseurs par évaporation
Les produits de refroidissement par évaporation sont disponibles dans plusieurs configurations adaptées à différents types de bâtiments et exigences de refroidissement.
Refroidisseurs par évaporation directe
La configuration standard du refroidisseur de marais décrite ci-dessus : l'air passe directement à travers les coussinets humides et est évacué dans l'espace. Effet de refroidissement maximal mais également ajout maximal d'humidité. Convient aux climats secs où l’humidité ajoutée est bénéfique plutôt que problématique. Disponible sous forme d'unités pour toute la maison montées sur le toit, d'unités de fenêtre et d'unités autoportantes portables.
Refroidisseurs évaporatifs à deux étages (indirects-directs)
Un refroidisseur par évaporation à deux étages pré-refroidit d'abord l'air entrant via un échangeur de chaleur indirect - où l'évaporation se produit sur un flux d'air secondaire qui n'entre pas en contact avec l'air d'alimentation - puis fait passer l'air pré-refroidi à travers un étage d'évaporation directe. Le résultat est un air soufflé plus frais avec une humidité ajoutée inférieure à celle d’un système direct uniquement. Les unités à deux étages peuvent réaliser un refroidissement efficace dans des climats avec une humidité relative allant jusqu'à 70 à 75 % , étendant considérablement la portée géographique viable du refroidissement par évaporation par rapport aux unités directes uniquement.
Systèmes d'évaporation canalisés pour toute la maison
Dans les régions où le refroidissement par évaporation est climatiquement approprié, les systèmes de conduits centraux distribuent l'air refroidi dans toute la maison via les mêmes conduits que ceux utilisés pour le chauffage. Une unité montée sur le toit aspire l'air extérieur, le fait passer à travers des coussins d'évaporation de grand format et pousse l'air refroidi dans le système de distribution de conduits. Ces systèmes sont dimensionnés en fonction de la capacité de débit d'air - une règle empirique est 1 à 2 changements d'air par minute pour le volume total de la maison – et nécessitent une gestion délibérée des ouvertures des fenêtres et des portes pour diriger le flux d’air à travers les espaces de vie et évacuer l’air humide.
Entretien du refroidisseur évaporatif et qualité de l’eau
Les exigences d'entretien continu d'un refroidisseur par évaporation sont modestes mais ne doivent pas être négligées. Étant donné que le système fait circuler l’eau en permanence et l’expose à l’air, l’accumulation de tartre minéral et la croissance biologique sont les deux principaux problèmes de maintenance.
L'eau dure dépose du tartre de carbonate de calcium et de magnésium sur les coussinets d'évaporation et les composants de la pompe à mesure que l'eau s'évapore et que les minéraux se concentrent dans le réservoir. Dans les zones d'eau dure, le réservoir doit être vidé et rincé chaque semaine pendant les périodes d'utilisation maximale, les tampons doivent être inspectés mensuellement et remplacés chaque année ou lorsqu'ils présentent une accumulation importante de tartre qui restreint la circulation de l'air.
L’eau stagnante dans le réservoir constitue un environnement de croissance pour les bactéries et les algues. Faire fonctionner périodiquement l'unité en mode ventilateur uniquement pour sécher les tampons, utiliser un traitement biocide approuvé pour les refroidisseurs par évaporation et vidanger complètement le système à la fin de la saison de refroidissement empêche l'accumulation biologique et l'odeur de moisi résultant de tampons négligés - qui est l'origine du « marais » dans « refroidisseur de marais ».
Les supports rigides en cellulose modernes durent 3 à 5 ans avec un entretien approprié, comparativement à 1 à 2 saisons pour les anciens tampons en fibre de tremble. En fin de saison, la vidange, le nettoyage et le recouvrement de l'unité empêchent le durcissement du tartre pendant l'hiver et prolongent la durée de vie de tous les composants mouillés.
