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Le concept de refroidissement à sec consiste à fournir un refroidissement sensible à partir d'un circuit hydronique. Cela peut sembler simple, mais cela requiert une condition préalable : la température de l'eau qui circule dans le système doit toujours être maintenue au-dessus du point de rosée. Une fois ce critère rempli, il y a un potentiel clair d'économies en termes d’énergie et de coûts d’exploitation.
Comme le concept de refroidissement à sec vise à fournir un refroidissement sensible à partir d’une boucle hydronique, il est essentiel que la température de l'eau qui circule dans le système soit toujours maintenue au-dessus du point de rosée pour éliminer le risque de condensation. Les poutres froides actives et les plafonds climatiques sont conçus pour fonctionner sans humidité, c'est pourquoi ces produits sont généralement conçues sans filtres ni condensats. Cela permet de réaliser des économies significatives au niveau de la maintenance et de l’entretien et ce, pendant toute la durée de vie de l’installation. En effet, lorsque des filtres sont utilisés, ils doivent être nettoyés ou remplacés pour assurer le bon fonctionnement de l'unité, et les bacs à condensats nécessitent des traitements appropriés pour éviter la prolifération de bactéries et de moisissures.
Et les conditions humides ?
Le concept de refroidissement à sec peut sembler un peu risqué pour les concepteurs qui n'ont pas l'habitude de créer des solutions de chauffage, de ventilation et de refroidissement (CVC) de ce type. La crainte de tout concepteur est de se retrouver face à de la condensation provenant des terminaux . Cependant, dans plusieurs parties du monde, ce problème peut être contourné lorsque la température de l'eau d'alimentation est correctement contrôlée.
Un système de refroidissement à sec confortable repose sur des taux de ventilation adéquats pour gérer les charges latentes dans le bâtiment. Dans des conditions très humides, l'unité de traitement d'air (CTA) doit également déshumidifier l'air extérieur avant qu'il ne soit distribué dans le bâtiment. Cela signifie que toute l'humidité condensée est prise en charge en un seul point et si l'on en revient au coût de l'entretien, ne nécessitera donc qu'un seul point de service. La déshumidification par l’unité de traitement d’air peut être efficacement réalisée en utilisant des roues traités par sorption : avec une consommation d'énergie minimale, ce revêtement aide à transférer l'humidité de l'air extérieur (l'air d'alimentation) à l'air rejeté. Cependant, l’introduction d’air humide provenant de l'extérieur peut poser problème pour le bâti. Ainsi, pour s'assurer que les bâtiments neufs et rénovés soient écoénergétiques, les niveaux d’introduction sont maintenus au minimum absolu de nos jours.
Et qu'en est-il d'une augmentation temporaire du taux d'humidité ?
S'il y a une crainte d’atteindre des niveaux d'humidité accrus dans une pièce pouvant entraîner un risque de condensation, il existe quelques moyens de mitiger ce risque. Le moyen le plus simple consiste à utiliser des capteurs reliés aux conduites d'eau froide qui peuvent enregistrer les variations : lorsqu'une fine couche d'humidité se forme sur les capteurs, ils déclenchent un signal au thermostat de la pièce pour fermer la vanne d'eau. Une méthode plus avancée consiste à mesurer en continu l'humidité relative dans la pièce et de laisser le thermostat fermer la vanne d'eau lorsque le point de rosée dans les pièces se rapproche de la température de l'eau d'alimentation.
Cependant, ces deux types de protection empêcheront les circuits hydroniques d'évacuer la chaleur de la pièce, pouvant causer alors un climat intérieur inconfortable pour les occupants. Pour éviter cet inconfort, la méthode la plus avancée consiste à envoyer un signal au système pour augmenter la température de l’eau plutôt que de fermer la vanne d'eau. De cette façon, le système hydraulique continuera à retirer la chaleur de la pièce, certes avec une capacité moindre en raison de l'augmentation de la température de l'eau, mais celle-ci est bien souvent suffisante pour une période déterminée.
Avantages du refroidissement à sec
Au niveau du système, il existe plusieurs avantages à fonctionner dans des conditions de refroidissement à sec. La température de l'eau froide est significativement plus élevée que dans un système traditionnel de ventilo-convecteurs qui repose sur un refroidissement humide. Cela signifie que l'eau peut être produite à l'aide d'un refroidisseur fonctionnant avec un rapport d'efficacité énergétique saisonnière (SEER) très élevé. En général, comme c'est seulement l'air extérieur qui est déshumidifié, la puissance frigorifique maximale est plus faible dans un système fonctionnant dans des conditions de refroidissement à sec. Cela signifie également que la taille d'un refroidisseur peut être réduite. De plus, le refroidissement gratuit (free cooling) par échange de chaleur direct avec l'air ambiant est possible pendant une plus grande partie de l'année. Autant d'avantages qui peuvent avoir un impact conséquent sur la consommation d'énergie et donc sur les coûts d’exploitation.
De plus, d’autres économies sont réalisées puisque les ventilateurs dans chaque unité terminale, utilisés pour compenser les pertes de pression dues à l'utilisation de filtres, sont inutiles. Une solution de poutre froide active utilise la pression du conduit existant pour créer un flux d'air de la pièce à travers la batterie. Au niveau de la centrale de traitement d’air, la consommation d'énergie nécessaire pour fournir cette pression est minime par rapport à ce que consommeraient les ventilateurs dans chaque terminal. Il en va de même pour une solution de plafond climatique, qui ne dépend pas d’un flux de convection forcé et n’a donc pas besoin d'énergie de ventilation supplémentaire.
Les pays nordiques et l'énergie géothermique
Dans les pays nordiques, l’utilisation de pompes à chaleur géothermiques est très répandue. Les exigences en matière de chauffage se traduisent souvent par le dimensionnement de la profondeur des trous de forage. Cependant, ces derniers peuvent également être utilisés pour obtenir du refroidissement pendant la période de l'année la plus chaude. L'utilisation du refroidissement à sec permet de réduire la profondeur des trous de forage et, par conséquent, le coût d'investissement initial. Un autre avantage énergétique est que la chaleur retirée du bâtiment pendant la saison de refroidissement peut être stockée dans le sol et récupérée pendant la saison de chauffe. Néanmoins, l'efficacité de ce type de stockage d'énergie dépend principalement des conditions géologiques.
En résumé, pour utiliser le refroidissement à sec, il est nécessaire de concevoir un système où la température de l'eau d'alimentation et l'humidité relative de l'air intérieur sont contrôlées. Lorsque ces deux paramètres sont correctement contrôlées, le point de rosée reste alors au-dessus de la température de l'eau d'alimentation. Les différentes manières de contrôler la température de l'eau et l'humidité peuvent être vues comme des barrières contre la condensation et offrent une sécurité supplémentaire en cas d'augmentation temporaire des niveaux d'humidité. Les avantages indéniables liés à la réduction des opérations de maintenance et d’entretien, une diminution de la consommation énergétique et à l’amélioration de l’efficacité globale de l’installation rendent cette solution de refroidissement à sec très intéressante.
Chez Swegon, nous sommes heureux de discuter de toute question concernant les solutions de refroidissement à sec, que ce soit avec des poutres climatiques ou des plafonds rayonnants. Il peut également être utile de consulter notre guide pour obtenir des informations supplémentaires sur la déshumidification par le biais de roues traitées par sorption.
