Que sont les refroidisseurs évaporatifs ? Comment ils fonctionnent, coûts et comparaisons

Que sont les refroidisseurs évaporatifs ?

Un refroidisseur par évaporation est un appareil qui abaisse la température de l'air en faisant passer l'air chaud extérieur sur des coussins saturés d'eau, provoquant l'évaporation de l'eau et l'absorption de la chaleur du flux d'air. Le résultat est un flux d’air frais et humidifié délivré dans un espace. Contrairement aux climatiseurs à réfrigérant, les refroidisseurs par évaporation ne nécessitent aucun compresseur, aucun serpentin de condenseur et aucun réfrigérant chimique – l’ensemble de l’effet de refroidissement est produit par la physique naturelle de l’évaporation de l’eau.

"Swamp Cooler" est simplement un nom familier pour le même appareil. Les deux termes sont complètement interchangeables. On pense que le surnom trouve son origine dans le sud-ouest américain, où les refroidisseurs par évaporation sont largement utilisés, et peut faire ironiquement référence à l'air de sortie humide et humide - ou aux premiers modèles qui développaient des odeurs de moisissure et de moisi lorsqu'ils n'étaient pas entretenus. Dans les contextes techniques, commerciaux et industriels du CVC, « refroidisseur par évaporation » est la terminologie standard.

Le refroidissement par évaporation est l’une des méthodes de refroidissement les plus anciennes connues de l’homme. Les anciens Égyptiens accrochaient des roseaux mouillés aux portes pour rafraîchir les brises entrantes, et le principe est utilisé sous une forme ou une autre depuis des milliers d’années. Les unités modernes sont des versions techniques de ce même processus fondamental.

Comment fonctionne un Refroidisseur évaporatif Du travail ?

Le principe de fonctionnement du refroidissement par évaporation est simple : lorsque l’eau s’évapore, elle passe de l’état liquide à la vapeur, et ce changement de phase nécessite de l’énergie. Cette énergie est extraite directement de l’air ambiant sous forme de chaleur, réduisant ainsi la température de l’air. Le terme thermodynamique pour cela est refroidissement adiabatique — aucune source ou puits de chaleur externe n'est impliqué, seul le transfert d'énergie interne provoqué par l'évaporation.

À l’intérieur d’un refroidisseur évaporatif standard, le processus fonctionne comme suit :

1. Une pompe aspire l'eau d'un réservoir situé à la base de l'unité et la fait circuler jusqu'à un collecteur de distribution situé au sommet des coussins de refroidissement.
2. L'eau coule à travers les coussinets, généralement constitués de cellulose, de fibre de tremble ou de support synthétique rigide, les saturant uniformément.
3. Un ventilateur aspire l'air chaud extérieur horizontalement à travers les coussinets humides. Au fur et à mesure que l'air passe à travers, l'humidité s'évapore de la surface du coussin, absorbant la chaleur de l'air et faisant baisser sa température de 15 °F à 40 °F (8 °C à 22 °C) selon les conditions.
4. L'air désormais refroidi et humidifié est poussé dans l'espace de vie ou de travail via une sortie de conduit ou directement depuis l'unité.
5. L’excès d’eau qui ne s’évapore pas retourne dans le réservoir pour être recyclé.

L'efficacité de ce processus est directement liée à la humidité relative de l'air entrant . L’air déjà fortement chargé d’humidité a une capacité limitée à en absorber davantage, de sorte que l’évaporation ralentit et que la chute de température est plus faible. L’air sec, en revanche, absorbe rapidement l’eau évaporée, produisant un effet de refroidissement beaucoup plus important. C’est pourquoi les refroidisseurs par évaporation fonctionnent exceptionnellement bien dans les climats arides et peinent dans les climats humides.

Qu'est-ce qu'un refroidisseur évaporatif portable et comment fonctionne-t-il ?

Un refroidisseur par évaporation portable est une unité autonome sur roulettes qui peut être déplacée d'une pièce à l'autre sans aucune installation permanente. Il comprend un réservoir d'eau interne (généralement de 5 à 20 litres), une pompe, des coussins de refroidissement et un ventilateur, le tout logé dans une seule armoire qui se branche sur une prise murale standard.

Le mécanisme de refroidissement est identique à celui d'une unité pour toute la maison (l'air chaud de la pièce est aspiré à travers des coussinets humides et évacué sous forme d'air plus frais), mais il existe des différences opérationnelles importantes :

• Exigence de ventilation : Étant donné que les refroidisseurs par évaporation ajoutent de l'humidité à l'air, une unité portable a besoin d'une source d'air frais et sec et d'un moyen pour que l'air humide puisse sortir de la pièce. Faire fonctionner un refroidisseur par évaporation portable dans une pièce entièrement scellée entraîne une augmentation rapide de l’humidité, ce qui réduit l’efficacité du refroidissement et crée un inconfort. Une fenêtre ou une porte légèrement ouverte résout ce problème.
• Remplissage du réservoir : Contrairement aux systèmes canalisés connectés à une conduite d’eau, les unités portables disposent de réservoirs d’eau limités qui doivent être remplis manuellement toutes les quelques heures pendant un fonctionnement continu.
• Zone de refroidissement : Les unités portables conviennent mieux aux pièces individuelles ou aux zones de refroidissement personnelles jusqu'à environ 300 à 500 pieds carrés. Ils ne sont pas conçus pour climatiser une maison entière.
• Consommation d'énergie : La plupart des refroidisseurs par évaporation portables consomment entre 40 et 200 watts, soit une fraction de ce qu'un climatiseur de fenêtre utilise pour la même taille de pièce.

Les refroidisseurs par évaporation portables sont populaires pour le refroidissement localisé dans les ateliers, les garages, les terrasses, les salles de serveurs et les bureaux à domicile, en particulier dans les climats secs où une installation complète de climatisation est inutile ou peu pratique.

Refroidisseur évaporatif vs climatiseur : principales différences

Les refroidisseurs par évaporation et les climatiseurs abaissent tous deux la température de l’air intérieur, mais ils fonctionnent selon des principes fondamentalement différents et sont adaptés à différents environnements. Comprendre la distinction permet de clarifier quelle technologie est appropriée à une situation donnée.

La distinction la plus importante dans une utilisation réelle est la réponse à l’humidité. Un climatiseur élimine l’humidité de l’air en tant que sous-produit du refroidissement : le serpentin de l’évaporateur provoque la condensation de l’eau hors du flux d’air. Cela rend le climatiseur efficace dans les climats humides. Un refroidisseur par évaporation fait le contraire : il ajoute de l’humidité. Dans un endroit où l’humidité extérieure se situe déjà entre 70 et 80 %, l’ajout d’humidité à l’air intérieur rend les conditions plus lourdes et entraîne peu de baisse de température mesurable.

Refroidisseur évaporatif ou ventilateur : quelle est la différence ?

Un ventilateur déplace l'air mais ne modifie pas sa température. La sensation de fraîcheur produite par un ventilateur est purement physiologique : l'air en mouvement accélère l'évaporation de la transpiration de la peau, ce qui donne une sensation de fraîcheur même si la température ambiante reste inchangée. Dès que vous quittez le flux d’air, la sensation disparaît.

Un refroidisseur par évaporation réduit en fait la température de l’air qu’il délivre. L'air évacué d'un refroidisseur par évaporation fonctionnant correctement dans des conditions sèches peut être de 15 °F à 40 °F plus froid que l'air ambiant aspiré. Cet air plus frais abaisse la température réelle de la pièce au fil du temps, et pas seulement la température perçue. Dans un espace bien ventilé par une journée chaude et sèche, un refroidisseur par évaporation produit une réduction mesurable et soutenue de la température intérieure – ce qu'un ventilateur seul ne peut pas accomplir.

Cela dit, les refroidisseurs par évaporation utilisent un ventilateur en interne dans le cadre de leur mécanisme, et de nombreuses unités offrent un mode ventilateur uniquement qui contourne la pompe à eau pour une utilisation les jours plus frais ou dans des conditions d'humidité plus élevée lorsque le refroidissement par évaporation serait moins efficace.

Le refroidissement par évaporation fonctionne-t-il réellement ?

Oui, dans de bonnes conditions, le refroidissement par évaporation est très efficace. La variable critique est dépression humide : la différence entre la température de l’air sec (réelle) et la température humide, qui reflète la quantité d’humidité que l’air peut encore absorber. Une grande dépression humide signifie un air sec avec un fort potentiel de refroidissement par évaporation ; une dépression faible ou nulle signifie que l'air est proche de la saturation et que l'évaporation est négligeable.

En règle générale :

• En dessous de 40 % d’humidité relative — Le refroidissement par évaporation fonctionne très bien. Des baisses de température de 20°F à 35°F sont réalisables. Des régions comme l'Arizona, le Nouveau-Mexique, le Nevada, certaines parties de la Californie et une grande partie du Moyen-Orient, de l'Australie et de l'Asie centrale entrent dans cette catégorie pendant la majeure partie de l'été.
• 40 à 60 % d'humidité relative — Le refroidissement par évaporation fournit toujours un refroidissement utile, mais avec une baisse de température plus faible, généralement de 10 °F à 20 °F. L'amélioration du confort est perceptible mais pas aussi spectaculaire.
• Au-dessus de 60 à 70 % d’humidité relative — L'effet de refroidissement diminue considérablement. À 80 % ou plus, un refroidisseur par évaporation ajoute de l'humidité sans réduire de manière significative la température et peut aggraver les conditions, au lieu de les améliorer.

Pour les résidents des climats humides – côte du Golfe, Floride, sud-est des États-Unis, Asie du Sud-Est ou régions côtières tropicales – le refroidissement par évaporation n’est généralement pas une solution de refroidissement primaire viable. Pour ceux qui vivent dans des climats intérieurs secs, cela peut être l’option la plus rentable et la plus économe en énergie disponible.

Coût des systèmes de refroidissement par évaporation

Les refroidisseurs par évaporation sont nettement moins chers que la climatisation centrale, tant en termes de coût initial que de coût d'exploitation continu, ce qui est l'une des principales raisons de leur popularité dans les climats appropriés.

Coûts d'achat et d'installation

• Refroidisseurs évaporatifs portables varient de 50 $ à 400 $ pour les unités résidentielles, les modèles commerciaux et industriels coûtant de 500 $ à 3 000 $ ou plus selon la capacité de débit d'air.
• Refroidisseurs par évaporation montés sur fenêtre coûte généralement entre 200 $ et 700 $ pour l'unité, plus 100 $ à 300 $ pour une installation professionnelle si nécessaire.
• Systèmes montés sur le toit ou sur le côté pour toute la maison coûte généralement entre 700 et 2 500 dollars pour l'unité, le coût total d'installation comprenant les conduits et les connexions électriques allant de 1 500 à 4 500 dollars pour une maison moyenne. En comparaison, un système de climatisation central pour la même maison coûte généralement entre 5 000 et 12 000 dollars.

Coûts d'exploitation

Un refroidisseur par évaporation pour toute la maison consomme généralement de 300 à 700 watts d'électricité, contre 3 000 à 5 000 watts pour un climatiseur central de capacité équivalente. Avec un tarif d'électricité moyen aux États-Unis de 0,16 $ par kWh, faire fonctionner un refroidisseur par évaporation huit heures par jour pendant une saison de refroidissement de trois mois coûte environ 35$ à 80$ en électricité . La facture équivalente de climatisation centrale pour la même période serait souvent de 300 $ à 600 $ ou plus.

Coûts d'entretien

L’entretien annuel d’un refroidisseur par évaporation est modeste. Les coussins de refroidissement doivent généralement être remplacés une fois par saison, pour un coût de 20 $ à 80 $ selon la taille de l'unité et le type de coussin. Les conduites de distribution d’eau, les pompes et les robinets à flotteur nécessitent parfois un entretien. Les coûts de maintenance annuels totaux pour une unité dans toute la maison s'élèvent généralement entre 50 et 200 dollars, soit bien moins que les recharges de réfrigérant, le nettoyage des serpentins et l'entretien du compresseur requis par les systèmes de climatisation.