Refroidisseur évaporatif

Le refroidissement par évaporation Direct (circuit ouvert) est utilisé pour abaisser la température et augmenter l’humidité de l’air en utilisant la chaleur latente de l’évaporation, en changeant l’eau liquide en vapeur d’eau. Dans ce processus, l’énergie dans l’air ne change pas. L’air chaud et sec est remplacé par de l’air frais et humide. La chaleur de l’air extérieur est utilisée pour évaporer l’eau., L’HR augmente à 70 à 90%, ce qui réduit l’effet de refroidissement de la transpiration humaine. L’air humide doit être continuellement libéré à l’extérieur ou bien l’air devient saturé et l’évaporation s’arrête.

Une unité de refroidissement par évaporation directe mécanique utilise un ventilateur pour aspirer l’air à travers une membrane mouillée, ou tampon, qui fournit une grande surface pour l’évaporation de l’eau dans l’air. L’eau est pulvérisée au sommet du tampon afin qu’elle puisse s’égoutter dans la membrane et maintenir continuellement la membrane saturée., Tout excès d’eau qui s’écoule du bas de la membrane est recueilli dans une casserole et recirculé vers le haut. Les refroidisseurs par évaporation directe à un étage sont généralement de petite taille car ils ne comprennent que la membrane, la pompe à eau et le ventilateur centrifuge. La teneur en minéraux de l’alimentation en eau municipale entraînera une entartrage sur la membrane, ce qui entraînera un colmatage pendant toute la durée de vie de la membrane. En fonction de cette teneur en minéraux et du taux d’évaporation, un nettoyage et un entretien réguliers sont nécessaires pour assurer des performances optimales., Généralement, l’air d’alimentation du refroidisseur évaporatif à un étage devra être évacué directement (débit unique) en raison de l’humidité élevée de l’air d’alimentation. Quelques solutions de conception ont été conçues pour utiliser l’énergie dans l’air, comme diriger l’air d’échappement à travers deux feuilles de fenêtres à double vitrage, réduisant ainsi l’énergie solaire absorbée par le vitrage. Par rapport à l’énergie requise pour atteindre la charge de refroidissement équivalente avec un compresseur, les refroidisseurs par évaporation à un étage consomment moins d’énergie.,

le refroidissement par évaporation directe passif peut se produire partout où l’eau refroidie par évaporation peut refroidir un espace sans l’aide d’un ventilateur. Cela peut être réalisé grâce à l’utilisation de fontaines ou de conceptions plus architecturales telles que la tour de refroidissement par courant descendant par évaporation, également appelée « tour de refroidissement passive ». La conception de la tour de refroidissement passive permet à l’air extérieur de circuler par le haut d’une tour construite à l’intérieur ou à côté du bâtiment. L’air extérieur entre en contact avec l’eau à l’intérieur de la tour soit à travers une membrane mouillée ou un mister., Lorsque l’eau s’évapore dans l’air extérieur, l’air devient plus frais et moins flottant et crée un flux descendant dans la tour. Au bas de la tour, une sortie permet à l’air plus frais d’entrer à l’intérieur. Similaires aux refroidisseurs par évaporation mécaniques, les tours peuvent être une solution attrayante à faible consommation d’énergie pour les climats chauds et secs, car elles ne nécessitent qu’une pompe à eau pour élever l’eau au sommet de la tour.Les économies d’énergie résultant de l’utilisation d’une stratégie de refroidissement par évaporation directe passive dépendent du climat et de la charge thermique., Pour les climats arides avec une grande dépression humide, les tours de refroidissement peuvent fournir suffisamment de refroidissement pendant les conditions de conception estivales pour être nettes. Par exemple, un magasin de détail de 371 m2 (4 000 pi2) à Tucson, en Arizona, avec un gain de chaleur sensible de 29,3 kJ/h (100 000 Btu/h) peut être entièrement refroidi par deux tours de refroidissement passives fournissant 11 890 m3/h (7 000 cfm) chacune.

Pour Le Zion National Park visitors’ center, qui utilise deux tours de refroidissement passives, l’intensité énergétique de refroidissement était de 14,5 mJ/m2 (1,28 kBtu / ft;), soit 77% de moins qu’un bâtiment typique de l’ouest des États-Unis qui en utilise 62.,5 MJ / m2 (5,5 kBtu/pi2). Une étude des résultats sur le terrain au Koweït a révélé que les besoins en énergie d & apos; un refroidisseur évaporatif étaient inférieurs d & apos; environ 75% à ceux d & apos; un climatiseur classique.

par évaporation Indirecte coolingEdit

le refroidissement par évaporation Indirecte (en circuit fermé) est un processus de refroidissement qui utilise directe refroidissement par évaporation, en plus de quelques échangeur de chaleur pour transférer l’énergie de climatisation de l’air d’alimentation., L’air humide refroidi du processus de refroidissement par évaporation directe n’entre jamais en contact direct avec l’air d’alimentation conditionné. Le flux d’air humide est libéré à l’extérieur ou utilisé pour refroidir d’autres appareils externes tels que les cellules solaires qui sont plus efficaces si elles sont maintenues au frais. Ceci est fait pour éviter l’excès d’humidité dans des espaces clos, ce qui n’est pas approprié pour les systèmes résidentiels.

cycle de Maisotsenkoodifier

Un fabricant de refroidisseurs indirects utilise le cycle de Maisotsenko( m-Cycle), nommé D’après l’inventeur et professeur Dr., Valeriy Maisotsenko, utilise un échangeur de chaleur itératif (en plusieurs étapes) fait d’une membrane recyclable mince qui peut réduire la température de l’air du produit en dessous de la température du bulbe humide, et peut approcher le point de rosée.

le système a un rendement très élevé mais, comme d’autres systèmes de refroidissement par évaporation, est limité par les niveaux d’humidité ambiante, ce qui a limité son adoption pour un usage résidentiel. Il peut être utilisé comme refroidissement supplémentaire pendant les périodes de chaleur extrême sans imposer de charge supplémentaire importante à l’infrastructure électrique., Si un emplacement a des réserves d’eau excédentaires ou une capacité de dessalement excédentaire, il peut être utilisé pour réduire la demande électrique excessive en utilisant de l’eau dans des unités à Cycle M abordables. En raison des coûts élevés des unités de climatisation conventionnelles et des limites extrêmes de nombreux systèmes de distribution d’électricité, les unités à Cycle M peuvent être les seuls systèmes de refroidissement appropriés adaptés aux zones appauvries en période de température extrêmement élevée et de forte demande électrique., Dans les zones développées, ils peuvent servir de systèmes de secours supplémentaires en cas de surcharge électrique, et peuvent être utilisés pour augmenter l’efficacité des systèmes conventionnels existants.

Le Cycle M ne se limite pas aux systèmes de refroidissement et peut être appliqué à diverses technologies, des moteurs Stirling aux générateurs D’eau atmosphérique. Pour les applications de refroidissement, il peut être utilisé dans les configurations à flux croisé et à contre-courant., Le contre-courant a été trouvé pour obtenir des températures plus basses plus appropriées pour le refroidissement domestique, mais le flux croisé a été trouvé pour avoir un coefficient de performance plus élevé (COP), et est donc meilleur pour les grandes installations industrielles.

Contrairement aux techniques de réfrigération traditionnelles, le COP des petits systèmes reste élevé, car ils ne nécessitent pas de pompes de levage ou d’autres équipements nécessaires aux tours de refroidissement. Un système de refroidissement de 1,5 tonne/4,4 kw ne nécessite que 200 watts pour le fonctionnement du ventilateur, ce qui donne un COP de 26,4 et une note EER de 90., Cela ne prend pas en compte l’énergie nécessaire pour purifier ou fournir l’eau, et est strictement la puissance requise pour faire fonctionner l’appareil une fois que l’eau est fournie. Bien que le dessalement de l’eau présente également un coût, la chaleur latente de vaporisation de l’eau est près de 100 fois supérieure à l’énergie nécessaire pour purifier l’eau elle-même. De plus, l’appareil a une efficacité maximale de 55%, de sorte que son COP réel est beaucoup plus faible que cette valeur calculée., Cependant, indépendamment de ces pertes, Le COP efficace reste nettement supérieur à un système de refroidissement conventionnel, même si l’eau doit d’abord être purifiée par dessalement. Dans les zones où l’eau n’est disponible sous aucune forme, elle peut être utilisée avec un déshydratant pour récupérer l’eau en utilisant les sources de chaleur disponibles, telles que l’énergie solaire thermique.

conceptions Théoriquesmodifier

dans la conception « cold-SNAP » plus récente mais encore à commercialiser du Wyss Institute de Harvard, une céramique imprimée en 3D conduit la chaleur mais est à moitié enduite d’un matériau hydrophobe qui sert de barrière contre l’humidité., Bien qu’aucune humidité ne soit ajoutée à l’air entrant, l’humidité relative (Hr) augmente un peu selon la formule température-RH. Pourtant, l’air relativement sec résultant du refroidissement par évaporation indirecte permet à la transpiration des habitants de s’évaporer plus facilement, augmentant ainsi l’efficacité relative de cette technique. Le refroidissement Indirect est une stratégie efficace pour les climats chauds et humides qui ne peuvent pas se permettre d’augmenter la teneur en humidité de l’air d’alimentation en raison de la qualité de l’air intérieur et des problèmes de confort thermique humain.,

Les stratégies de refroidissement par évaporation indirecte Passive sont rares car cette stratégie implique un élément architectural servant d’échangeur de chaleur (par exemple un toit). Cet élément peut être pulvérisé avec de l’eau et refroidi par l’évaporation de l’eau sur cet élément. Ces stratégies sont rares en raison de la forte utilisation de l’eau, ce qui introduit également le risque d’intrusion d’eau et de compromettre la structure du bâtiment.,

conception Hybridemodifier

refroidissement par évaporation à deux étages, ou indirect-directemodifier

dans la première étape d’un refroidisseur à deux étages, l’air chaud est pré-refroidi indirectement sans ajouter d’humidité (en passant à l’intérieur d’un échangeur de chaleur refroidi par évaporation à l’extérieur). Au stade direct, l’air pré-refroidi passe à travers un tampon imbibé d’eau et capte l’humidité en refroidissant. Étant donné que l’alimentation en air est pré-refroidie dans le premier étage, moins d’humidité est transférée dans le stade direct, pour atteindre les températures de refroidissement souhaitées., Le résultat, selon les fabricants, est un air plus frais avec une HR comprise entre 50-70%, selon le climat, par rapport à un système traditionnel qui produit Environ 70-80% d’humidité relative dans l’Air conditionné.

evaporative + conventional backupEdit

dans une autre conception hybride, le refroidissement direct ou indirect a été combiné avec la climatisation par compression ou absorption de vapeur pour augmenter l’efficacité globale et / ou pour réduire la température en dessous de la limite de l’ampoule humide.,

MaterialsEdit

traditionnellement, les tampons de refroidissement par évaporation sont constitués d’excelsior (fibre de bois de tremble) à l’intérieur d’un filet de confinement, mais des matériaux plus modernes, tels que certains plastiques et du papier mélaminé, sont utilisés comme supports de refroidissement. Les milieux rigides modernes, généralement de 8″ ou 12  » d’épaisseur, ajoutent plus d’humidité et refroidissent ainsi l’air plus que les milieux de tremble généralement beaucoup plus minces. Un autre matériau qui est parfois utilisé est le carton ondulé.,

études de Conceptionmodifier

Utilisation de L’eauModifier

dans les climats arides et semi-arides, la rareté de l’eau fait de la consommation d’eau une préoccupation dans la conception des systèmes de refroidissement. À partir des compteurs d’eau installés, 420 938 L (111 200 gal) d’eau ont été consommés en 2002 pour les deux tours de refroidissement passives du Centre des visiteurs du Parc National de Zion., Cependant, ces préoccupations sont traitées par des experts qui notent que la production d’électricité nécessite généralement une grande quantité d’eau, et les refroidisseurs par évaporation utilisent beaucoup moins d’électricité, et donc de l’eau comparable dans l’ensemble, et coûtent moins cher dans l’ensemble, par rapport aux refroidisseurs.

ShadingEdit

Le fait de permettre une exposition solaire directe aux plots de média augmente le taux d’évaporation. La lumière du soleil peut, cependant, dégrader certains milieux, en plus de chauffer d’autres éléments de la conception de refroidissement par évaporation. Par conséquent, l’ombrage est conseillé dans la plupart des applications.,

Systèmesmodifier

En dehors des ventilateurs utilisés dans le refroidissement par évaporation mécanique, les pompes sont le seul autre équipement mécanique requis pour le processus de refroidissement par évaporation dans les applications mécaniques et passives. Les pompes peuvent être utilisées pour recirculer l’eau vers le tampon de fluide humide ou pour fournir de l’eau à très haute pression à un système mister pour une tour de refroidissement passive. Les spécifications de la pompe varient en fonction des taux d’évaporation et de la surface du tampon. Le Zion National Park visitors ‘ center utilise une pompe de 250 W (1/3 HP).,

ExhaustEdit

Les conduits d’échappement et / ou les fenêtres ouvertes doivent être utilisés en tout temps pour permettre à l’air de s’échapper continuellement de la zone climatisée. Sinon, la pression se développe et le ventilateur ou le ventilateur du système ne peut pas pousser beaucoup d’air à travers le média et dans la zone climatisée. Le système d’évaporation ne peut pas fonctionner sans épuiser l’alimentation continue d’air de la zone climatisée vers l’extérieur., En optimisant le placement de l’entrée d’air refroidi, ainsi que la disposition des passages de la maison, des portes connexes et des fenêtres de la pièce, le système peut être utilisé de la manière la plus efficace pour diriger l’air refroidi vers les zones requises. Une disposition bien conçue peut efficacement récupérer et expulser l’air chaud des zones souhaitées sans avoir besoin d’un système de ventilation canalisée au-dessus du plafond. Le flux d’air continu est essentiel, de sorte que les fenêtres d’échappement ou les évents ne doivent pas restreindre le volume et le passage de l’air introduit par la machine de refroidissement par évaporation., Il faut également tenir compte de la direction du vent extérieur, car, par exemple, un vent chaud et fort du Sud ralentira ou restreindra l’air épuisé d’une fenêtre orientée au sud. Il est toujours préférable d’avoir les fenêtres sous le vent ouvertes, tandis que les fenêtres sous le vent sont fermées.