Refroidissement d'air à flux continu en zone tropicale humide

[teddol]

Bonjour à tous,
Je travaille sur un projet de refroidissement d'air continu en zone tropicale humide.
Je m'explique.
Les zones tropicales humides utilisent aujourd'hui de manière classique la climatisation largement connue pour maintenir une pièce autour de 23°C/25°C avec des températures extérieures de 30°C/35°C et une HR à 90%/95%.
Le problème est que dans la pièce, le même air est refroidi sans être renouvelé.
Je recherche donc du côté du refroidissement adiabatique une solution qui pourrait récupérer en continu l'air extérieur, le déshumidifier à une certain niveau, puis le ré-humidifier pour en abaisser la température puis l'injecter dans la pièce en question. Le tout régulé bien évidemment par différents capteurs...
Je pense que cette solution serait moins coûteuse en énergie et permet surtout de bénéficier d'air frais, frais!

Quelqu'un pourrait-il partager avec moi son savoir?

Grand merci par avance.
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[phys4]

Bonjour,
Pour les régions très froides, un système d'aération avec échangeur à double flux est au point et commercialisé. Il permet un échange de chaleur entre l'air sortant et l'air entrant, la pompe de chaleur fournit seulement les pertes.
Vous pouvez adopter ce principe qui permettrait de refroidir l'air extérieur entrant par l'air intérieur sortant, l'échange d'humidité peut se faire par la même occasion.
En fin du circuit entrant, il suffit d'ajouter un refroidissement complémentaire qui régulera aussi l'humidité. Vous pouvez économiser au moins la moitié de la puissance thermique.

[teddol]

Très intéressant comme principe mais je vous avoue que je ne vous comprends pas très bien.
Pouvez détailler votre idée ?

[Sethy]

Faisons une expérience de pensée.

Imaginons deux systèmes les plus optimisés possibles, avec les meilleurs rendements pour toutes les opérations, etc.

Dans le premier cas, la pièce à refroidir est cloisonnée de manière étanche, ce qui ne permet que le transfert de chaleur par la conduction des matériaux (murs, sols, plafond). Dans le second cas, en plus de ces transferts résiduels, de l'air chaud est introduit dans le système.

Il est alors évident que le second cas ne peut pas être mieux optimisé que le premier.

Si je ne me trompe pas, ce que phys4 propose est d'utiliser l'air frais qui doit sortir (pour compenser l'entrée d'air chaud) pour pré-refroidir cet air chaud. Si aucune source d'énergie n'est impliquée, on peut "au mieux" équilibrer les t°, si une pompe à chaleur est ajoutée, il est possible de transférer encore plus de calories et donc de refroidir l'air entrant en deçà de la t° de l'air sortant.

Par contre, cette pompe à chaleur consomme de l'énergie.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Pouvez détailler votre idée ?

Voici une première base de documentation :
https://conseils-thermiques.org/cont...ouble_flux.php
https://www.econology.fr/vmc-ventila...dynamique.html

Les constructeurs indiquent jusque 90% de récupération de calories, mais il ne faut pas trop y croire, 70% serait une belle performance.
C'est une optimisation entre le cout de l'échangeur et le cout de la pompe à chaleur.

[teddol]

Merci pour ces infos. J'ai appris beaucoup de choses...
Ne maîtrisant pas la thermodynamique ce n'est pas simple pour moi. Cependant, il ne faut pas perdre de vue que le climat extérieur est sur une moyenne de 30°C/35°C et une HR à 90%/95%.
Donc, est-ce que le simple ne serait pas d'utiliser un déshumidificateur d'air (industriel ou pas à fort débit) qui aspirerait l'air extérieur pour le réinjecter dans la pièce concernée qui elle est exposée à une HR plus élevée. Ainsi la température en sortie du conduit d'air chaud et sec chuterait. A l'autre bout de la pièce, un extracteur évacuerait l'air vicié. Le but est de faire chuter la température d'environ 5°C à 9°C, ce qui est suffisant pour le confort.
Je ne sais pas ce que valent les déshumidificateurs sur le marché en terme de rendement et de consommation.
Cette idée vous parait-elle viable ?

[teddol]

En fait, le problème majeur est le taux d'humidité qu'il faut amener à 50% ou 60%.

[ecolami]

Bonsoir,
Un déshumidificateur refroidit bien l'air pour condenser l'eau mais il rejette de l'air chaud donc au final la température ne baisse pas, seule l'humidité diminue. Et encore ne tient-on pas compte de l'énergie dissipée par l'appareil lui même (moteur+compresseur). Dans votre utilisation il faudrait employer la méthode préconisée par PHYS4 qui permet d'optimiser le processus.
si vous avez un déshumidificateur il faudrait que vous puissiez canaliser l'air chaud vers l'extérieur.
Il existe un autre moyen d'assécher l'air c'est d'employer des absorbants regénérables: un fonctionnement en tandem permet alors d'avoir une cartouche (ou bidon) en phase d’absorption et l'autre en désorption par chauffage. Il y a un calcul à faire pour savoir si avec les quantité d'eau et donc le renouvellement de l'air c'est valable ou non.

[yvon l]

Bonsoir,
Voir les systèmes utilisant une roue dessicante :
https://www.energieplus-lesite.be/in...6343+c20966353

[Sethy]

La question de cette discussion, n'est-elle finalement pas, de savoir pourquoi des générations d'ingénieurs et d'industriels ont décidé de sortir le produit le moins optimisé qui soit.

Mais ce qu'il faudra m'expliquer, c'est l'intérêt qu'ils trouveraient à offrir à leur client le produit le moins efficace.

Se faire facilement dépasser par un concurrent ?

[teddol]

Donc pour les régions tropicales humides, il n'existerait pas de système de rafraîchissement incluant une circulation d'air continu efficace autre que la climatisation telle qu'on la connaît, qui elle se contente de refroidir l'air intérieur sans le renouveler.
Les déshumidificateurs les plus optimisés ne le sont que pour des régions peu humides.
Est-ce bien cela ?

[Sethy]

Donc pour les régions tropicales humides, il n'existerait pas de système de rafraîchissement incluant une circulation d'air continu efficace autre que la climatisation telle qu'on la connaît, qui elle se contente de refroidir l'air intérieur sans le renouveler.
Les déshumidificateurs les plus optimisés ne le sont que pour des régions peu humides.
Est-ce bien cela ?

Plusieurs éléments de réponse :
1) Ma réaction était liée à ce que tu sous-entendais, à savoir qu'il existait "forcément" une autre solution plus économique.
2) La question de la déshumidification est très complexe, et notamment en raison du fait qu'on parle en humidité relative. Notion qu'il faut bien maitrisée pour comprendre l'enjeu. Abaisser la t° de l'air (tout en conservant la même quantité d'eau présente sous forme de vapeur) fait augmenter son taux d'humidité relative. C'est d'ailleurs ce qui explique la rosée matinale. La t° ayant tellement baissée pendant la nuit que l'humidité relative de l'air atteint 100% et que de l'eau condense.
3) Espérer refroidir de l'air "sec" en profitant de sa "réhumidifcation" contrôlée ne fonctionne pas car l'abaissement de t° est marginal. C'était également sous-entendu dans certaines réponses. Il y a eu une discussion ces derniers mois à ce propos sur ce forum et j'avais fait le calcul pour le montrer.
4) Il faudrait s'intéresser aux climatisations des hôtels et des hôpitaux en Afrique. Ces bâtiments ont besoin d'une ventilation pour renouveler l'Oxygène et évacuer le CO2. Au vu des volumes à traiter et du coût énergétique de ces traitements, ils auront opté pour les systèmes les plus rentables.

[teddol]

Merci Sethy, connais tu des liens sur ta réponse 4) ?

[Sethy]

Merci Sethy, connais tu des liens sur ta réponse 4) ?

Bah ... si tu introduis les mots clés "climatisation des hôtels en afrique" tu trouveras un pdf dans les premiers liens retournés qui est déjà très intéressant ...

[teddol]

Bien evidemment

[RomVi]

Faisons une expérience de pensée.

Imaginons deux systèmes les plus optimisés possibles, avec les meilleurs rendements pour toutes les opérations, etc.

Dans le premier cas, la pièce à refroidir est cloisonnée de manière étanche, ce qui ne permet que le transfert de chaleur par la conduction des matériaux (murs, sols, plafond). Dans le second cas, en plus de ces transferts résiduels, de l'air chaud est introduit dans le système.

Il est alors évident que le second cas ne peut pas être mieux optimisé que le premier.

Si je ne me trompe pas, ce que phys4 propose est d'utiliser l'air frais qui doit sortir (pour compenser l'entrée d'air chaud) pour pré-refroidir cet air chaud. Si aucune source d'énergie n'est impliquée, on peut "au mieux" équilibrer les t°, si une pompe à chaleur est ajoutée, il est possible de transférer encore plus de calories et donc de refroidir l'air entrant en deçà de la t° de l'air sortant.

Par contre, cette pompe à chaleur consomme de l'énergie.

Effectivement le second système ne peut en aucun cas être plus performant. Ce qui a été oublié dans la réflexion précédente est la puissance apportée par transfert thermique à travers les parois. En aucun cas l'ajout d'un échangeur double flux ne pourra faire mieux.

[yvon l]

...
Les zones tropicales humides utilisent aujourd'hui de manière classique la climatisation largement connue pour maintenir une pièce autour de 23°C/25°C avec des températures extérieures de 30°C/35°C et une HR à 90%/95%….

En fait, le problème majeur est le taux d'humidité qu'il faut amener à 50% ou 60%.

Discussion concernant le problème que tu poses.

Chiffrons le problème en considérons 1000 m³ d’air par heure d’air à faire passer de 35° à
25° en abaissant l’HR de 95% à 60%

Il faut donc extraire de l’air une énergie globale appelée enthalpie (anciennement somme de la chaleur sensible et la chaleur latente de changement:
d’état
On peut résumer en 3 méthodes que l’on peut calculer à partir du diagramme de l’air humide:
1) Tu refroidis l’air à une température suffisamment basse de façon, quand la réchauffant ensuite à 25°, tu obtiennes une HR de 60%.
D’après le diagramme psychométrique ici: http://clusters.wallonie.be/servlet/...6400&saveFile=
Tu dois amener la température de l’air à 17° et extraire une énergie de 120-58 = 62KJ par kg d’air
Donc pour 1000kg d’air par heure (environ 1000m³) 62000KJ ou 62000/3600= 17KWH par heure, c’est à dire une puissance de 17KW.
Tu trouveras ici un exemple bien expliqué de l’utilisation du diagramme de l’air humide pour calculer la puissance d’un groupe refroidisseur:

https://www.youtube.com/watch?v=RfiJZxO-77c

2)La 2eme méthode est plus complexe, mais beaucoup moins coûteuse en énergie électrique.

Tu déshumidifies l’air (roue dessicante) (enthalpie de 62000KJ constante), à 20%,
Cette opération (condensation) amène la température de l’air vers 60°
tu évacues la chaleur produite avec échangeur avec l’air sortant.
Par exemple l’air passe à 35°, ce qui fait que l’HR passe à 60% (au lieu de 90°)
Si on veut descendre à 25° et 60%, il faut procéder à une deuxième dessiccation, un 2eme échange pour ramener à 35° … jusqu’à obtenir un air suffisamment sec (20 % à 35°) pour procéder à une humidification finale amenant l’air à 25 ° - 60% HR).

3) Un mixte:
Utilisé la méthode 2 pour ramené l’air à 35° 60%
Puis la méthode 1 pour obtenir le résultat final demandé .
l’enthalpie de l’air ayant passé de de 120 à 90 KJ/Kg, l’énergie à extraire vaut maintenant 90-58= 32KJ/Kg. Soit dans l’exemple une puissance de 32000/3600=9KW (au lieu de 17KW)..
La différence, 8KWH par heure correspond à l’énergie nécessaire pour ré-évaporer l’eau liquide emprunté par la roue dessicante. Si cette énergie est fournie par le soleil, elle devient gratuite.

[teddol]

Très bonnes explications. Mais pas simple à appliquer. J'étudierai toutes vos solutions et travaillerai ma thèse en ce sens.

[yvon l]

Si tu regardes https://www.energieplus-lesite.be/in...8243#c20966343
tu vois la 2eme méthode améliorée.
En 1-2 on assèche l’air, en 2-3 (roue de dessiccation) on refroidi l’air dans l’échangeur rotatif et en 3-5 on humidifie pour diminuer la température.
L’amélioration consiste à refroidir en 6-7, l’air sortant des pièces en l’amenant pratiquement en 7 à 100% d’humidité, ce qui fait descendre la température avant de passer dans l’échangeur de chaleur rotatif.
l’échangeur fait remonter la température de sortie jusqu’en 8. Ensuite la batterie chaude remonte la température de l’air de sortie jusqu’en 9.Ceci permet de déshumidifier (régénérer) la roue de dessication en vaporisant l’eau accumulée dans l’air sortant pour atteindre le point 10.
Seule, La batterie chaude demande de l’énergie au système pour évaporer l’eau extraite.
Cette énergie peut être propre.

[yvon l]

Très bonnes explications. Mais pas simple à appliquer. J'étudierai toutes vos solutions et travaillerai ma thèse en ce sens.

Bonsoir,
lien qui peut être intéressant:
https://www.cibsejournal.com/cpd/modules/2014-12/