Un climatiseur à économie d'énergie

Garder l'air frais dans les maisons et les bureaux cet été coûtera cher – environ 5 % de l'énergie utilisée aux États-Unis chaque année est consacrée au fonctionnement des climatiseurs. Mais des chercheurs du National Renewable Energy Laboratory (NREL) des États-Unis à Golden, CO, ont mis au point une nouvelle conception de climatiseur qui, selon eux, augmentera considérablement l'efficacité et éliminera les gaz qui contribuent au réchauffement climatique.

Course à pied cool : Eric Kozubal, ingénieur senior du NREL, examine un prototype de canal d'écoulement d'air du climatiseur DEVap. Le graphique montre comment l'air chaud et humide (en rouge) se transforme en air frais et sec (en bleu) lorsque l'air traverse le système.

La technologie dont nous disposons aujourd'hui a près de cent ans, déclare Eric Kozubal, ingénieur senior au NREL. Kozubal et ses collègues ont mis au point un climatiseur qui combine le refroidissement par évaporation avec un matériau absorbant l'eau pour fournir un air frais et sec tout en utilisant jusqu'à 90 % d'énergie en moins. Le climatiseur évaporatif amélioré par dessiccatif, ou DEVap, est destiné à répondre à l'ancienne plainte, ce n'est pas la chaleur; c'est l'humidité, plus efficacement.

Le refroidissement par évaporation - souffler de l'air sur une surface humide pour favoriser l'évaporation - est utilisé depuis longtemps dans les refroidisseurs dits marécageux. Une méthode appelée refroidissement par évaporation indirecte améliore cette conception, divisant l'air en deux flux, séparés par une membrane polymère. L'eau passe à travers un flux d'air, ce qui la rend plus fraîche et plus humide ; l'air frais refroidit la membrane, qui à son tour refroidit l'air de l'autre côté sans ajouter d'eau.

Mais l'air ne peut contenir qu'une certaine quantité de vapeur d'eau, donc dans les climats humides, l'effet est limité. Par une journée de 32 ºC à Houston, dit Kozubal, le refroidissement par évaporation ne peut abaisser la température qu'à environ 27 ºC. Idéalement, pour offrir un bâtiment confortable, un climatiseur doit refroidir l'air à 13 ou 16 ºC.

NREL surmonte le problème de l'humidité en ajoutant une autre étape, l'utilisation d'un matériau appelé déshydratant qui absorbe l'humidité. NREL utilise un déshydratant liquide, une solution sirupeuse de chlorure de lithium ou de chlorure de calcium, environ 44 pour cent de sel en volume. Dans cette configuration, une autre membrane sépare le dessiccateur de l'air circulant dans un canal. La membrane polymère a des pores d'environ 1 micromètre à 3 micromètres de diamètre, suffisamment grands pour que la vapeur d'eau passe facilement pendant que le liquide salé reste en place. La membrane est également recouverte d'une substance semblable au téflon pour repousser l'eau liquide. Le dessiccateur extrait l'humidité du flux d'air, laissant un air sec et chaud. Ensuite, c'est le retour au refroidissement par évaporation indirecte : dans un deuxième canal, l'eau s'évapore pour refroidir un flux d'air secondaire, qui à son tour refroidit le premier flux d'air, et il en sort de l'air frais et sec.

Je pense que c'est très prometteur, déclare Anthony Jacobi, codirecteur du Centre de climatisation et de réfrigération de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. Je ne pense pas que l'idée d'intégrer ces technologies soit très nouvelle. Le faire avec succès peut être.

La nouveauté, dit Kozubal, est une conception qui parvient à fusionner le refroidissement par évaporation et le séchage par dessiccation dans un système rentable. Cela rend ce type de climatisation viable pour les processus commerciaux et résidentiels de refroidissement, dit-il.

L'industrie travaille sur une variété de méthodes pour améliorer l'efficacité de la climatisation, dit Jacobi, de l'utilisation d'échangeurs de chaleur aux améliorations des systèmes de compression des machines traditionnelles. C'est un domaine d'une grande importance pour la nation, car environ un tiers de la consommation d'énergie de notre pays est dans les bâtiments.

Les États-Unis utilisent environ 100 quadrillions d'unités thermiques britanniques chaque année, selon l'Energy Information Administration des États-Unis. Jusqu'à 40 % de cette quantité est utilisée dans les bâtiments, dont environ 5 % pour la climatisation. Kozubal dit que son système pourrait réduire cela de moitié dans les zones moins humides et jusqu'à 90 pour cent là où l'humidité est élevée. Quand vous parlez d'une technologie qui peut économiser 2 à 3 % de l'approvisionnement énergétique total du pays, c'est beaucoup, dit-il.

Le déshydratant utilisé dans le système est relativement inoffensif (le chlorure de calcium est utilisé dans le sel de voirie), bien que sa corrosivité nécessite l'élimination du métal de la quincaillerie. Ce qui est particulièrement intéressant, c'est qu'il remplace les chlorofluorocarbures qui sont utilisés comme réfrigérant dans les climatiseurs traditionnels. Ces CFC peuvent facilement fuir, et chaque kilogramme d'entre eux produit le même effet de gaz à effet de serre qu'environ 2 000 kilogrammes de dioxyde de carbone.

Kozubal dit que cela pourrait prendre environ cinq ans pour développer le système à un point où NREL peut le remettre à l'industrie pour la commercialisation. Le système est conçu pour remplacer les systèmes existants sans beaucoup de changements, il pourrait donc être mis en place progressivement au fur et à mesure que les gens modernisent leurs anciens climatiseurs.

Le dessiccant peut être réutilisé simplement en le chauffant pour faire bouillir l'eau qu'il a absorbée. Dans un environnement industriel, cela peut être fait en utilisant la chaleur résiduelle d'un autre processus industriel. Dans la maison, le gaz naturel ou l'énergie solaire fonctionneraient. En fait, dit Kozubal, la configuration pourrait rendre les systèmes d'énergie solaire thermique, qui absorbent la lumière du soleil pour chauffer une maison et son eau, plus rentables. Pendant les chaudes journées d'été, l'énergie solaire qui pourrait autrement être gaspillée pourrait donc en fait aider à garder un bâtiment au frais.

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