Les premiers étés apportent généralement un agréable soulagement après les hivers glacials, mais en avril et mai, la chaleur estivale commence à faire des ravages, tant sur le plan physique que mental. Et lorsqu’il s’agit d’un climat tropical, comme c’est le cas dans la plupart des régions de l’Inde, les journées chaudes peuvent être très stressantes. Les niveaux d’énergie des individus baissent, tout comme leur productivité.

C’est alors que l’air conditionné moderne est un cadeau de Dieu. Un très grand nombre de bureaux, laboratoires, hôtels, bâtiments publics sont aujourd’hui équipés de systèmes de climatisation. Les systèmes d’air conditionné centralisés assurent le refroidissement de chaque coin et recoin de l’espace de travail.

Si tout cela semble aller pour le mieux, ce n’est pas le cas. Une climatisation intensive est synonyme de forte consommation d’énergie (et de gaspillage), ce qui entraîne non seulement des factures d’électricité élevées, mais aussi les redoutables coupures de courant fréquentes. L’étape suivante est, bien sûr, les appareils à gaz, qui apportent le confort désiré à l’intérieur, tout en dégageant des nuages de fumée noire avec des niveaux de pollution sonore terriblement élevés que le monde extérieur et l’environnement doivent supporter.

En voulant nous sauver de la fureur de la nature, nous attaquons involontairement de plus en plus la nature, qui revient de temps à autre avec encore plus de fureur. L’un des plus grands sujets de préoccupation est donc le danger imminent dû à l’augmentation des températures mondiales (réchauffement de la planète !!). Alors que faire pour survivre et survivre confortablement ?

N’oublions pas que nous disposons d’une immense source d’énergie dans le soleil même dont nous nous protégeons. Une réponse est la production d’énergie à partir de l’énergie solaire. C’est gratuit et, pour l’instant, nous pouvons supposer sans risque, illimité. Oui, l’énergie solaire peut éclairer nos maisons et cuire nos aliments. Mais peut-elle aussi refroidir nos maisons ? Là encore, la réponse est oui. La climatisation solaire, une technologie révolutionnaire et en devenir, apporte la réponse.

La climatisation solaire désigne tout système de climatisation (refroidissement) qui utilise l’énergie solaire. Un liquide ou une substance gazeuse s’accumule à la surface d’une substance solide et poreuse (adsorption) ou est absorbé par une substance liquide ou solide (absorption pour fournir le refroidissement nécessaire). Dans certains procédés, l’air d’alimentation est directement conditionné, c’est-à-dire traité en termes de température et d’humidité.

Ce processus de refroidissement et de conditionnement d’air par voie thermique est au cœur de tout système de refroidissement solaire. Le principe de base du conditionnement d’air assisté par sorption est illustré dans le graphique ci-dessous. L’énergie solaire est utilisée pour déshumidifier le sorbant.

Il s’agit d’un processus en 9 étapes. Dans les étapes 1 et 2, la déshumidification par sorption de l’air extérieur a lieu avec une augmentation simultanée de la température grâce à la chaleur d’adsorption libérée. Ensuite, l’air est refroidi dans le rotor de récupération de chaleur à contre-courant de l’air évacué (étape 2 à 3). L’air est encore refroidi (étape 3 à 4) par évaporation-humidification ; Ainsi l’air entrant dans le bâtiment a une température plus basse et moins de vapeur d’eau que l’air extérieur. Dans les phases 4 et 5, l’air est réchauffé et, si nécessaire, de la vapeur d’eau est ajoutée. Ensuite, au cours de la phase 6, la température de l’air évacué du bâtiment est abaissée grâce au refroidissement par évaporation dans l’humidificateur. Cet air vicié est chauffé (étapes 6 à 7) à contre-courant de l’air entrant dans le rotor de récupération de chaleur. L’air évacué est encore chauffé (étapes 7 et 8) par des sources de chaleur externes (par exemple, un système solaire thermique). Enfin, aux étapes 8 et 9, le rotor de sorption est régénéré par la désorption de l’eau liée.

Systèmes de climatisation à cycle ouvert et fermé :

Les systèmes à cycle ouvert sont plus avantageux dans les bâtiments présentant une forte charge d’humidité et un taux de renouvellement d’air élevé. L’installation de gaines pour l’air soufflé et l’air repris, ainsi qu’une unité de récupération de chaleur sont nécessaires. Dans ce système, l’air extérieur est déshumidifié par sorption et est ensuite amené à la température souhaitée par récupération de chaleur ainsi que par refroidissement par évaporation directe et indirecte. Habituellement, la déshumidification est réalisée dans un rotor contenant le matériau dessiccateur gel de silice ou chlorure de lithium, mais de plus en plus de dessiccateurs liquides (matériau dessiccateur : chlorure de lithium) sont essayés. Dans ces systèmes, la chaleur solaire est nécessaire pour la régénération de l’unité d’absorption/adsorption.

Les systèmes de refroidissement par évaporation à cycle fermé sont basés sur les processus d’adsorption (basés sur des déshydratants solides comme le gel de silice ou les zéolites avec de l’eau comme réfrigérant) ou d’absorption (où les déshydratants sont liquides, par exemple des paires de matériaux de bromure de lithium comme déshydratant et d’eau comme réfrigérant, ou d’eau comme déshydratant et d’ammoniac comme réfrigérant, où des températures inférieures à zéro peuvent être requises).

Pour le refroidissement et l’acclimatation des bâtiments, seuls les procédés solaires thermiques sont utilisés.

Dans la pratique, les capteurs solaires sont utilisés pour convertir le rayonnement solaire en chaleur qui est ensuite injectée dans un processus de refroidissement thermique ou dans un processus direct de climatisation. Dans des applications particulières, par exemple pour refroidir des médicaments dans des zones reculées non raccordées au réseau, un générateur photovoltaïque transforme le rayonnement solaire en énergie solaire qui alimente ensuite un processus de réfrigération – généralement sous la forme d’un refroidisseur à compression.

Des développements considérables ont eu lieu dans le domaine du chauffage et du refroidissement assistés par l’énergie solaire et, dans le monde entier, cette technologie est rapidement testée et adoptée.

Récemment, le magazine Solar thermal World a rapporté que le dernier et probablement le plus grand système de climatisation basé sur l’énergie solaire thermique de l’Inde a été mis en service au Muni Seva Ashram (MSA) de Goraj, situé dans le district de Vadodara de l’État du Gujarat, dans l’ouest de l’Inde. Au total, 100 antennes paraboliques (de type Scheffler) de la société indienne Gadhia Solar Energy Systems (GSES) – d’une superficie de 12,5 m2 chacune – alimentent désormais le système de climatisation de 100 tonnes déjà existant de l’hôpital de 160 lits de Muni Seva Ashram. [i]

Performance du système de climatisation solaire

Lors de la conception d’un système SAC et pour juger de sa performance, les points clés à observer sont le profil de charge, les températures extérieures et l’humidité.

La décision de savoir si le refroidissement solaire est raisonnable est fortement influencée par le profil de charge. L’irradiation solaire et la demande de refroidissement doivent être corrélées, car l’utilisation de combustibles fossiles pour le fonctionnement du refroidisseur est désavantageuse du point de vue de l’énergie primaire et doit être évitée.

Afin d’atteindre le plus haut degré d’utilisation possible, il faut explorer les applications qui nécessitent également de la chaleur pour chauffer l’eau ou pour le système de chauffage en dehors de la saison de refroidissement. Ainsi, les bâtiments résidentiels et les petits immeubles de bureaux sont les plus appropriés. Si le refroidissement est nécessaire tout au long de l’année (froid de processus, salles de serveurs), le système de refroidissement solaire peut être utilisé simplement comme une économie de carburant pour la climatisation conventionnelle. Dans ce cas, le refroidissement gratuit directement par l’unité de rejet de la chaleur peut être une option pendant les saisons plus fraîches.

Le taux de rejet de chaleur affecte grandement les performances et l’efficacité du refroidisseur. Dans la plupart des systèmes, la chaleur perdue est rejetée dans l’environnement par des refroidisseurs secs ou des tours de refroidissement humides. Les premiers sont adaptés aux zones climatiques modérées qui ne connaissent qu’occasionnellement des températures extérieures élevées (>30°C). Les tours de refroidissement humides présentent l’avantage de permettre d’obtenir des températures d’eau de refroidissement inférieures à la température ambiante. Cependant, elles ne fonctionnent que si l’humidité relative élevée permet un refroidissement par évaporation. Dans les régions où il y a pénurie d’eau, elle est également inadaptée. En outre, certains pays ont imposé des règles d’hygiène strictes sur les tours de refroidissement humides, ce qui rend l’exploitation de petits systèmes économiquement non viable.

Il est essentiel d’être conscient du fait que des conditions limites autres que les conditions nominales, peuvent affecter négativement les performances de la machine à refroidir. Si le système n’est pas conçu pour le point de fonctionnement nominal, les données de fonctionnement pertinentes doivent être demandées au fabricant. Ainsi, par exemple, un refroidisseur à cycle inversé sec peut également être utilisé dans des climats chauds si le système solaire thermique est adapté en conséquence.

L’utilisation de moteurs EC efficaces dans l’installation du SAC permet de réduire la consommation d’énergie. Pour réduire davantage la consommation d’électricité, ceux-ci doivent être contrôlés en fonction des conditions de fonctionnement et de la demande de refroidissement. Selon les conditions locales respectives, la chaleur perdue peut également être rejetée d’autres façons, par exemple par des forages, des piscines ou des eaux souterraines. Idéalement, la chaleur peut être utilisée dans d’autres endroits.

Les avantages de la climatisation solaire

Par rapport à la technologie conventionnelle de refroidissement par compression à commande électrique, le refroidissement solaire présente un certain nombre d’avantages. Ces systèmes sont plus utiles lorsque le soleil brille le plus fort – en été. Les machines utilisent généralement des réfrigérants respectueux de l’environnement, ce qui permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. Dans la plupart des cas, on utilise de l’eau qui, par rapport aux réfrigérants utilisés dans les machines de refroidissement par compression, n’a aucun potentiel d’effet de serre. D’importantes économies d’énergie peuvent résulter du fait que ces systèmes ne nécessitent qu’une énergie auxiliaire pour le fonctionnement des pompes, le rejet de la chaleur, etc. si les systèmes sont conçus correctement. En plus du refroidissement, le système de capteurs solaires peut également fournir de l’énergie thermique pour la préparation de l’eau chaude sanitaire et le support de chauffage, ce qui entraîne une réduction supplémentaire des émissions. Les SAC sont également idéaux pour les hôtels, les supermarchés, les écoles, les usines et les grands bureaux, etc. En outre, les émissions sonores sont considérablement réduites puisque les machines fonctionnent sans compresseur.

Les systèmes de climatisation à énergie solaire peuvent donc offrir une alternative raisonnable aux systèmes de climatisation conventionnels. En plus de réduire considérablement ou même d’éliminer la facture de climatisation actuelle, dans de nombreuses régions, il est possible de bénéficier d’une importante remise en espèces ainsi que d’un crédit d’impôt en alimentant son climatiseur avec des systèmes de climatisation solaires. Pour l’instant, les investissements en capital sont élevés mais le système peut justifier sa valeur à long terme. Ce n’est qu’une question de temps avant que cette technologie ne soit produite en masse, ce qui ramènera les coûts à des niveaux abordables pour le commun des mortels. Et puis, les jours où les besoins de refroidissement sont les plus importants seront les mêmes jours où l’on pourra extraire le maximum d’énergie du soleil tout en empochant tous les bénéfices qui en découlent. Le choix serait vraiment le nôtre !