Comparaison entre la tour de refroidissement et le refroidisseur adiabatique

En matière de refroidissement industriel, ou même dans le domaine de la réfrigération et de la climatisation, on entend souvent dire qu’un refroidisseur adiabatique peut remplacer une tour d’évaporation en termes de fonction et de performance, en justifiant cette possibilité par un certain nombre d’avantages « à sens unique » en faveur du système adiabatique.

Selon MITA Cooling Technologies, qui fabrique les deux systèmes, cette affirmation doit être clarifiée.

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par Giorgio Lorenzetti, conseiller technique

1. Refroidisseur adiabatique et évaporateur : quelques définitions

Afin de répondre objectivement aux questions ci-dessous, il est bon de faire un clin d’œil au principe de fonctionnement des deux systèmes de refroidissement considérés. En effet, ils sont totalement différents l’un de l’autre et peuvent être résumés comme suit :

• Système de refroidissement adiabatique : il exploite la chaleur sensible, c’est-à-dire le principe selon lequel deux corps à températures différentes mis en contact (dans ce cas, l’air et les ailettes de la bobine à ailettes), échangent de la chaleur en produisant une diminution de la différence de température initiale entre les deux corps eux-mêmes. L’ampleur finale de la différence de température dépend de la surface de la bobine à ailettes en contact avec l’air, ainsi que de la masse et de la température de l’air. Comme mentionné ci-dessus, cela dépend de l’efficacité du système d’humidification.
• Système de refroidissement par évaporation : il tire parti de la chaleur latente, c’est-à-dire du principe selon lequel le changement de phase d’un fluide (dans ce cas, l’eau à refroidir qui s’évapore partiellement) retire de l’énergie sous forme de chaleur au fluide restant. Plus précisément, la « chaleur latente d’évaporation » est l’énergie maximale correspondant au passage du fluide (l’eau) de l’état liquide à l’état de vapeur.

De ce qui précède, il ressort un aspect fondamental qui différencie les deux systèmes, et qui est en fait le véritable « facteur discriminant » entre les deux choix : l’utilisation de l’eau.

Dans le système adiabatique, en effet, l’eau n’est utilisée que pour refroidir l’air qui investit le serpentin à ailettes. Son utilisation n’est donc aucunement liée à la quantité de chaleur à dissiper, mais seulement à l’efficacité du système d’humidification par rapport à la masse d’air qui le traverse. De plus, dans le système adiabatique, ce besoin n’apparaît que lors des journées les plus chaudes de la période estivale, limitant ainsi l’utilisation de l’eau au strict minimum.

Ensuite, sur cet aspect, il est important de prêter attention à la façon dont l’eau utilisée pour l’humidification de l’air est gérée : des systèmes qui utilisent de l’eau osmosée et nébulisée à travers des buses et des pompes à très haute pression, aux systèmes qui utilisent de l’eau jetable distribuée sur des packs d’humidification en cellulose imprégnée, à d’autres encore qui humidifient par intermittence des packs en PVC floqué et récupèrent l’eau en prévoyant des purges et/ou des remplacements programmés sans nécessiter de traitement coûteux. Sur ce point, les implications pour l’installation et les coûts qui en découlent doivent être soigneusement évalués.

Au contraire, dans les systèmes évaporatifs, l’utilisation d’eau est presque constante tout au long de l’année et est étroitement liée à la quantité de chaleur à dissiper, à hauteur d’environ 1 litre pour chaque 600 Kcal environ.

L’utilisation d’eau soulève plusieurs questions qui peuvent influencer le choix, comme indiqué ci-dessus. Certains éléments doivent également être pris en compte : le coût, qui peut varier d’une région à l’autre, les coûts liés au traitement de l’eau d’appoint, la formation d’un panache de vapeur gênant (autant qu’inoffensif) pendant la saison froide ou la formation éventuelle de glace, et, surtout, les implications possibles au niveau sanitaire que la présence d’eau entraîne dans les systèmes sanitaires et industriels et qui doivent être gérées en respectant les lignes directrices dictées par Eurovent à cet égard.

En conclusion, il devient essentiel d’examiner les besoins objectifs du client dans son ensemble (car il est normal que chaque système ait ses aspects favorables et défavorables). L’objectif est de pouvoir proposer la solution technique la mieux adaptée aux besoins du client.

Nous proposons ci-dessous une série de questions récurrentes auxquelles nous avons essayé de répondre le plus objectivement possible et exclusivement d’un point de vue technique.

2. Un refroidisseur adiabatique peut-il toujours remplacer une tour d'évaporation ?

Cela dépend de plusieurs facteurs qui doivent être soigneusement évalués, dont deux principalement.

• La capacité thermique à dissiper. En principe, pour des puissances unitaires allant jusqu’à 1 MW et avec quelques « distinctions » liées aux performances offertes, les deux systèmes peuvent être proposés comme des alternatives l’un à l’autre. Une puissance supérieure impliquerait des machines si grandes, ou plus de machines, que le système adiabatique ne serait pas rentable.
• Température requise pour la sortie du fluide. Dans les refroidisseurs adiabatiques, où le refroidissement forcé de l’air est réalisé par l’apport d’eau, l’efficacité du système d’humidification conditionne fortement la limite inférieure que peut atteindre le fluide. En tout état de cause, cette limite peut difficilement correspondre à celle atteinte par une tour de refroidissement évaporatif, à moins d’utiliser des surfaces d’échange considérables.

Ceci étant dit, il n’est donc pas automatique que l’on puisse toujours et sans discernement proposer un système adiabatique à la place d’un système évaporatif : il y a des limites en potentiel thermique et en performance qui doivent être dûment prises en compte.

3. Un refroidisseur adiabatique a-t-il la même efficacité qu'une tour d'évaporation ?

L’efficacité d’un système adiabatique est étroitement liée à celle du système d’humidification de l’air que l’on choisit d’adopter, ainsi qu’à son mode d’utilisation. Or, si l’on tient compte du fait qu’elle dépend de la vitesse à laquelle l’air traverse le système d’humidification et que l’échange sensible-air est moins efficace que l’échange latent-humide, il est clair que l’affirmation selon laquelle un refroidisseur adiabatique peut remplacer une tour d’évaporation à conditions d’efficacité égales n’est pas défendable dans l’absolu.

Pour augmenter les performances du système d’humidification, il est nécessaire de réduire la vitesse de l’air. En revanche, si cette dernière est augmentée, l’efficacité de l’humidification est réduite et, en outre, la perte de charge du côté de l’air augmente de manière exponentielle : c’est le classique « short blanket »…

En revanche, dans les systèmes évaporatifs, c’est le volume d’air déplacé à travers le bloc d’échange qui détermine l’efficacité du système (plus la vitesse est élevée, plus le système est performant). La température de l’air est moins importante, car plus la température du bulbe humide est élevée, plus les approches sont réduites.

4. Un refroidisseur adiabatique peut-il offrir les mêmes performances qu'une tour d'évaporation en termes de températures réalisables ?

Sur la base de ce qui précède, il devient immédiatement clair que des systèmes de nature fonctionnelle et de conception différentes ont chacun leurs propres conditions optimales de fonctionnement, qui ne se chevauchent pas.

Par conséquent, demander à un système d’air, bien qu’adiabatique, de fonctionner dans les mêmes conditions qu’un système d’évaporation est une extension conceptuelle non négligeable.

5. Il faut se méfier des messages trompeurs assimilant les refroidisseurs adiabatiques à des tours d'évaporation

MITA Cooling Technologies en est consciente et c’est pourquoi elle est en mesure d’offrir au client les deux solutions en fonction de ses besoins réels.

Cela dit, les systèmes adiabatiques doivent être considérés comme « complémentaires » des systèmes évaporatifs et non comme des alternatives au sens strict. MITA produit les deux, et est donc la mieux placée pour suggérer au client la meilleure proposition basée sur le problème actuel, en partageant avec lui les objectifs et les limites à atteindre.