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Les unités de traitement d'air équipées d'échangeurs à roue avec revêtement par sorption offrent des opportunités significatives pour réduire les émissions d'énergie et de carbone, tout en améliorant l'environnement intérieur. Mais qu'est-ce qui les rend si bénéfiques exactement ? Voici un guide étape par étape pour comprendre pourquoi la technologie du rotor à sorption fonctionne si bien, en particulier pour les applications de réfrigération.
Technologie de sorption
Le matériau du revêtement de sorption a la capacité d'absorber l'humidité de l'air à forte humidité et de la libérer à nouveau à faible humidité. Cela signifie que l'humidité est récupérée; ce qui signifie que nous obtenons à la fois une récupération d'énergie latente et une récupération d'énergie sensible.
En été, lorsque l'air extérieur est humide, l'humidité est retirée de l'air extérieur et évacuée dans l'air rejeté. En hiver, l'air extérieur a une faible teneur en humidité, ce qui signifie que le revêtement de sorption peut récupérer l'humidité de l'air extrait et la transférer dans l'air pulsé. Cela offre deux avantages dans des conditions extérieures froides. Premièrement, l'augmentation de l'humidité dans l'air pulsé est bénéfique pour la qualité de l'environnement intérieur et deuxièmement, parce que l'humidité est éliminée du rotor, il y a beaucoup moins de risques de gel et le besoin de dégivrage est plus ou moins évité. Cela signifie que le rotor à sorption économise de la puissance de chauffage en hiver
En été, lorsque l'humidité est plus élevée, l'humidité est retirée de l'air extérieur et transférée à l'air rejeté. En hiver, l'humidité est transférée de l'air extrait à l'air pulsé.
Le transfert d'humidité se produit lorsqu'il existe une différence d'humidité spécifique entre l'air extrait et l'air extérieur. La quantité transférée est déterminée par l'efficacité latente du rotor.
Efficacité latente de l'air soufflé = (x22-x21)/(x11-x21 ) %
où
X11 = humidité spécifique dans l'air extrait g/kg
X21 = humidité spécifique dans l'air extérieur g/kg
X22 = humidité spécifique dans l'air pulsé g/kg
Réduction de la puissance nécessaire pour le refroidissement
En raison de la récupération d'énergie latente dans le rotor, nous réduisons considérablement la demande de puissance de refroidissement dans le système de refroidissement. Même avec un échangeur de chaleur en aluminium ordinaire, nous obtenons une récupération de refroidissement sensible
Ce diagramme illustre combien de récupération de refroidissement nous obtenons avec le rotor de sorption. L'exemple est basé sur un air extérieur de 30°C et une température de soufflage de 12°C. Le rotor sensible fournit environ 20 % du refroidissement, tandis que le rotor à sorption peut fournir environ la moitié de la puissance de refroidissement. Celui-ci variera selon les circonstances, mais montre que la diminution de la puissance frigorifique est très importante au niveau du rotor de sorption.
Cette récupération latente du refroidissement nous permet de réduire drastiquement la taille de l'installation de refroidissement. Cela signifie que la capacité de refroidissement et le système de distribution sont beaucoup plus petits ; ce qui signifie des coûts d'installation nettement inférieurs, moins d'espace requis et une plus petite quantité de réfrigérant.
Économie d'énergie de refroidissement
La réduction de l'énergie de refroidissement dépend bien sûr de la durée de la période de chaleur. L'exemple suivant est calculé avec les conditions suivantes :
Débit d'air : 2 m3/s
Température de pulsion : 16° C
Température de l'air extrait : 22° C
- La roue avec sorption a un rendement en température de 82 % et un rendement en humidité de 74 % en été.
- La roue en aluminium a un rendement thermique de 82% en été.
- La perte de charge de la roue avec sorption est d'environ 10 Pa supérieure à celle de la roue en aluminium, la différence énergétique pour le ventilateur est donc faible.
- Le premier schéma montre la récupération du froid à l'aide de la roue en aluminium et le deuxième schéma montre la récupération du froid à l'aide de la roue avec sorption.
Dans cet exemple, la réduction de la consommation d'énergie pour le refroidissement est de près de 50 % dans les climats plus chauds comme Milan et Francfort, tandis que dans les endroits plus frais, elle est de près de 20 %.
Par rapport aux machines de refroidissement, les roues avec sorption sont des équipmements relativement simples, ce qui nous donne l'avantage supplémentaire que les coûts de maintenance par kWh sont bien inférieurs.
Réduction des pics de puissance
Parfois, les conditions climatiques impliquent des températures et des niveaux d'humidité plus élevés que ceux de la conception. Cela entraînera bien sûr une augmentation de la température intérieure. La puissance de refroidissement récupérée de l'échangeur de chaleur est proportionnelle à la différence de température et d'humidité, donc lorsque les conditions extérieures augmentent et que la différence entre l'extraction et les conditions extérieures augmente, nous obtenons plus de puissance récupérée.
Récupération d'humidité
Par temps froid, l'air extérieur chauffé aura une faible humidité, de sorte que l'air intérieur deviendra sec. Dans ces conditions, la roue avec de sorption récupère l'humidité de l'air extrait et la renvoie à l'air soufflé ; ce qui signifie que l'air intérieur est maintenu plus humide et plus confortable et hygiénique. Il peut être nécessaire d'ajouter de l'humidité à l'aide de l'humidification, puis le rotor de sorption apporte l'avantage d'une charge d'humidification plus faible, de sorte que l'installation sera moins chère et les coûts d'exploitation inférieurs.
Dans cet exemple, l'air froid est chauffé par la roue à 13 degrés C et est ensuite réchauffé à 20 degrés C.
Avec la roue en aluminium, l'air soufflé résultant a une humidité relative de seulement 10 % alors qu'avec le rotor de sorption, elle est supérieure à 25 %.
Réduction de la puissance nécessaire à l’humidification
On voit sur le schéma que le coût de l'humidification est considérablement réduit. Si nous supposons que l'air d'alimentation doit avoir entre 30 et 40 % d'humidité relative, alors au lieu d'avoir besoin d'ajouter environ 5-6 g d'humidité par kg d'air, nous n'aurons besoin d'ajouter que 2-3 g d'humidité donc le coût sera divisé par deux en utilisant la roue avec sorption.
Si vous utilisez un humidificateur adiabatique, la roue avec sorption peut offrir l'avantage d'une puissance de réchauffage réduite et d'une consommation d'eau réduite.
Fuites
L'inconvénient des échangeurs de chaleur rotatifs est le problème des fuites internes entre l'air extrait et l'air soufflé. Si elles sont correctement conçues et installées, les fuites peuvent être réduites à moins de 1 %. Le rotor doit être équipé de joints efficaces, d'un secteur de purge et le système doit être configuré avec le bon équilibre de pression.
Pour obtenir le bon équilibre de pression, les ventilateurs doivent être correctement positionnés. Les ventilateurs de pulsion et d'extraction sont mieux placés en amont du rotor dans leurs flux d'air respectifs. Il sera souvent nécessaire d'introduire un dispositif de réduction de pression dans l'air extrait.
Conclusion
La capacité de la roue avec sorption à récupérer à la fois le refroidissement sensible et latent a un impact profond à la fois sur la demande de puissance de refroidissement et la consommation d'énergie de refroidissement. Le système de refroidissement est beaucoup plus petit, économisant de l'espace et des coûts. Un refroidisseur plus petit signifie également une quantité réduite de réfrigérant. Au total, une roue de type sorption présente de nombreux avantages significatifs en termes d'économies d'énergie et des coûts d'investissement réduits, tout en garantissant un niveau de confort et de bien-être supérieur.
