Système de climatisation par absorption

Chauffage et refroidissement

 Les énergies renouvelables modernes fournissent environ 8 % de l’énergie finale des services de chauffage et de refroidissement dans les bâtiments et l’industrie à travers le monde. Elles reposent principalement sur la biomasse et dans une moindre mesure, le solaire thermique et la géothermie. L’énergie utilisée pour le chauffage dans le monde continue toutefois de reposer, aux trois quarts, sur les combustibles fossiles. Bien que la capacité et la production des technologies de chauffage et de refroidissement basées sur les énergies renouvelables continuent de s’accroître au total, leur taux de croissance a reculé à l’échelle mondiale, en partie à cause de la baisse des cours mondiaux du pétrole. Les dynamiques sont toutefois inégales d’une région à l’autre. L’énergie solaire a été intégrée à de nombreux systèmes de chauffage urbains, en 2015, principalement en Europe. Malgré les difficultés persistantes des marchés du chauffage et du refroidissement renouvelables, des signaux apparus à l’échelle mondiale laissent espérer une amélioration de la sensibilisation et de l’appui politique pour ces technologies. 

 Aspect économique 

L’attention portée aux activités améliorant l’efficacité énergétique dans tous les secteurs confondus s’est améliorée, en 2015, à tous les niveaux administratifs et dans le secteur privé. Il est de plus en plus admis que l’efficacité énergétique peut jouer un rôle majeur dans la réduction des émissions liées à l’énergie et offrir de multiples avantages pour l’économie au sens large notamment accroître la sécurité énergétique, réduire la précarité énergétique et améliorer la santé publique. À la fin de 2015, pas moins de 146 pays avaient adopté une politique sur l’efficacité énergétique, sous une forme ou une autre et pas moins de 128 pays étaient dotés d’un objectif pour son amélioration dans un ou plusieurs secteurs économiques. Certaines politiques visent à tirer partie des synergies existantes entre l’efficacité énergétique et les énergies renouvelables, l’idée étant que les mesures sur l’efficacité accélèrent l’accroissement de la part des énergies renouvelables dans la consommation énergétique mondiale. L’intensité énergétique primaire mondiale a reculé à un taux annuel moyen de 1,5 % entre 1990 et 2014, ce qui représente une baisse de plus de 30 % sur la période, du fait notamment des changements structurels et des améliorations apportées à l’efficacité énergétique. L’économie mondiale a toutefois progressé plus rapidement tandis que la demande en énergie augmentait de façon constante.

 La théorie de Production du froid 

Un système frigorifique est conçu pour maintenir une température définie dans un volume donné. Cette température est régulée autour d’une valeur de consigne. Le principe général de tout cycle frigorifique est d’extraire de la chaleur par l’intermédiaire de l’évaporateur à un niveau de température généralement inférieur à la température ambiante, lorsque cette chaleur est extraite dans un volume délimité, la température d’équilibre est alors inférieure à la température ambiante.

 La climatisation

 La climatisation est définie comme la création des conditions de température, d’humidité et de qualité de l’air adéquates pour le confort thermique des personnes ou pour la correcte réalisation de différents procédés [3]. Le principal système dans la climatisation est le système de refroidissement. Le principe de la réfrigération consiste à évaporer un réfrigérant à basse pression et à basse température afin d’extraire la chaleur du fluide de l’espace à refroidir [4]. Le système de réfrigération par compression est le système le plus utilisé. Toutefois, il existe d’autres systèmes non conventionnels comme les systèmes à sorption (absorption et adsorption) et les systèmes par roue de dessiccation. 

Réfrigération par compression 

 Principe de base

 Le système de réfrigération par compression est typiquement décrit comme un cycle de Rankine inverse dans lequel la chaleur est extraite du milieu à refroidir à travers un évaporateur dans lequel circule un fluide réfrigérant. Dans ce cycle, les principaux éléments sont : le compresseur de vapeur, le condenseur, la vanne de détente et l’évaporateur. Les quatre étapes principales qui se produisent dans un refroidissement idéal du cycle de Rankine sont [5]. 1) Compression isotrope ; 2) Condensation du réfrigérant à pression constante ; 3) Perte de pression dans la vanne de détente ; 4) Extraction de la chaleur à pression constante dans l’évaporateur. 6 a. Cycle thermodynamique La figure ci-dessous montre le cycle thermodynamique idéal Figure 1 : Cycle thermodynamique à compression 

 La réfrigération solaire thermique 

La technologie de réfrigération solaire thermique consiste à remplacer la compression mécanique par l’échauffement d’une solution qui produit l’évaporation d’un gaz et une augmentation de la pression du gaz évaporé. Cette technique a l’avantage de réduire l’utilisation d’éléments mécaniques en mouvement et de fonctionner à l’aide d’une source de chaleur à température moyenne qui peut être fournie par des capteurs solaires. Cette technologie regroupe les machines à absorption utilisant un couple réfrigérant liquide absorbant et les machines à adsorption utilisant un couple réfrigérant solide adsorbant. L’efficacité de ces machines est déterminée par le Coefficient de performance thermique. (COP). Les systèmes avec machine de froid à sorption (absorption et adsorption), ce sont des systèmes à cycle fermé. . 

 Les différents types de climatisation autonome 

L’expression climatisation solaire désigne l’ensemble des moyens de climatiser en utilisant comme ressource énergétique primaire le soleil. La technologie de climatisation solaire consiste à capter le rayonnement solaire à partir de capteurs solaires pour le transformer soit en électricité (photovoltaïque), soit en énergie solaire thermique pour les besoins de fonctionnement d’un groupe froid ou de rafraichissement de l’air. La climatisation solaire porte le principal intérêt de pouvoir fournir le plus de froid quand il y a le plus de soleil, ce qui correspond généralement aux périodes plus chaudes. Il existe deux grandes familles de systèmes de climatisation autonome : – Les systèmes avec machine de froid à sorption (absorption et adsorption), ce sont des systèmes à cycle fermé ; – Les systèmes avec Dessiccant Cooling, ce sont des systèmes à cycle ouvert. La différence entre ces deux systèmes est : les machines de froid à sorption produisent de l’eau glacée alors que les systèmes à dessiccation produisent directement de l’air rafraîchi. La figure ci-dessous représente une présentation des différents types de climatisation solaire. Figure 2 : Diagramme des technologies de climatisation solaire [7] 8 Dans le cadre de cette étude, ce sont les machines de froid à sorption qui nous intéressent plus précisément à absorption, puisque nous cherchons à produire de l’eau glacée afin d’abaisser la température du grande chapiteau de 1500 places de la Faculté des Sciences, ce qui limitera la consommation classique d’électricité utilisé, actuellement. 

Principe de fonctionnement d’un système de climatisation par absorption 

Principe général 

Le principe de base de la production de froid de confort consiste à prélever de la chaleur sur un milieu à refroidir (air ou eau), appelé source chaude et à la transférer vers un milieu extérieur (eau ou air extérieur) qui, lui, est réchauffé (source froide) Ce transfert d’énergie est réalisé par l’intermédiaire d’un fluide frigorigène soumis en continu à un cycle thermodynamique de succession de changements d’états vapeur/liquide. Le cycle comporte les quatre phases suivantes : – Compression : la température et la pression du fluide sous forme gazeuse s’élèvent ; – Condensation : en passant dans un échangeur situé au contact du milieu extérieur (plus froid), le fluide passe à l’état liquide et rejette des calories vers l’extérieur ; – Détente : le fluide sous forme liquide voit sa pression abaissée de même que sa température ; – Évaporation : en passant dans un échangeur situé au contact du milieu à refroidir (plus chaud), le fluide capte des calories et se vaporise.