La climatisation solaire par absorption

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La climatisation solaire à « absorption » est une des techniques les plus utilisées pour le moment.

Technologie encore jeune, elle ne présente cependant pas de difficultés à mettre en œuvre.

Le principe est déjà largement utilisé dans nos réfrigérateurs à compression, il est simplement décliné pour le solaire.

La seule contrainte que ce système impose, c’est de choisir des capteurs à tubes sous vide, ayant une bien meilleure inertie thermique que les capteurs plans.

Principe de fonctionnement

Comme dans les réfrigérateurs à compression, un réfrigérant s’évapore à basse température et à basse pression.

Le réfrigérant soustrait de la chaleur et produit ainsi l’effet frigorifique souhaité.

La climatisation solaire à « absorption » utilise l’énergie thermique du soleil dans un dispositif à circuit fermé qui utilise comme particularité de produire de l’eau froide.

Ce procédé utilise un moyen de sorption liquide, de l’eau à laquelle a été ajouté du bromure de lithium ou de l’ammoniac.

Il permet d’atteindre des puissances disponibles de 35 à 5 000 kW.

Mode de fonctionnement du cycle réfrigérant et du cycle solvant

Le processus se compose donc de deux cycles liés entre eux : le cycle réfrigérant et le cycle solvant.

Le réfrigérant à l’état gazeux venant de l’évaporateur est absorbé dans l’absorbeur (1) par le solvant.

La solution liquide est, à partir de ce moment, riche en réfrigérant. Elle est portée à un niveau de pression plus élevée par une pompe (2) dans le bouilleur (3).

Ici, le réfrigérant est « chassé », par un apport de chaleur venant des capteurs solaires, jusqu’au condenseur (4), puis il est détendu et amené à nouveau dans l’évaporateur (5).

De cette façon le cycle réfrigérant est bouclé. La solution, pauvre en réfrigérant (puisqu’il a été chassé vers le condenseur), quitte le bouilleur, passe par un restricteur et s’écoule dans l’absorbeur, pour capter à nouveau la vapeur du réfrigérant revenue à l’évaporateur.

De cette façon le cycle du solvant est bouclé.

Le cycle solvant est basé sur le décalage provoqué dans les équilibres thermiques d’une combinaison de deux matières, lors de conditions de pression et de température différentes.

La production de chaleur de l’absorbeur et du condenseur est évacuée par une tour de réfrigération (6) ou par récupération de cette chaleur (7).

Selon le niveau de température souhaité, différentes associations de matières sont utilisées pour produire du froid :

  • Pour la climatisation de bâtiments (températures positives) : de l’eau et du bromure de lithium (LiBr).
  • Pour de la congélation (températures inférieures à 0°C) : de l’eau et de l’ammoniac (NH3).

Schéma de principe d’un système à absorptionSchéma de principe d’un système à absorption

Les rendements

Dans un système de climatisation solaire à « absorption », on fait face à deux types de rendements :

  • Le rendement thermique : comme tous les appareils dédiés à faire du froid, la climatisation solaire à un coefficient de performance (COP). Ce COP est défini comme le rapport de la puissance de froid, divisée par la puissance de chauffe nécessaire. On atteint des COP de 0,7 dans des systèmes mono étages, des COP supérieurs à 1 pour des systèmes multi étages. Toutefois, les températures d’entrée dans l’évaporateur augmentent dans les systèmes multi étages (130 – 160°C pour 80 – 110°C dans les systèmes mono étages).
  • Le rendement des capteurs solaires : en général, pour les capteurs solaires thermiques (chauffe-eau solaire), le rendement baisse lorsque la température du capteur monte. Dans le cas d’une installation de refroidissement à absorption, en revanche, le rendement augmente lorsque la température de chauffage monte. Tout l’art de développer des concepts performants réside donc dans le choix de meilleurs capteurs (à tubes sous vide) qui conduisent à une réduction au minimum des dépenses en énergie solaire primaire.

En conclusion

Un système solaire à haute température sera plus performant pour le fonctionnement d’une installation de refroidissement par « absorption ».


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