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Juillet 1999

 
Programmes et Projets

THERMIE

 


Un climatiseur
à énergie solaire

 
    L'usage de la climatisation traditionnelle, très coûteuse en énergie, se répand rapidement dans l'Union européenne et entrave les efforts visant à réduire les émissions de gaz à effets de serre en Europe. Mais une technologie alternative, alimentée par le soleil lui-même, est développée actuellement.

L

'énergie consommée dans les bâtiments, à l'origine pour le chauffage, la lumière et la ventilation, compte pour plus de 40% de la consommation d'énergie totale de l'UE, et pour 30% de ses émissions de CO 2 . A mesure que le niveau de vie augmente, l'usage croissant de la climatisation électrique absorbe une grande partie des économies d'énergie réalisées grâce aux technologies de chauffage et aux plans de construction plus performants(1).

Il n'est pas très difficile d'utiliser l'énergie solaire pour alléger le coût global des systèmes de chauffage traditionnels. Le refroidissement à l'énergie solaire exige des technologies plus complexes, mais il dispose d'un grand avantage sur le chauffage solaire : l'énergie du soleil est la plus disponible précisément lorsque la demande de climatisation est la plus élevée. L'énergie solaire peut donc être utilisée immédiatement, ce qui rend inutile les systèmes de stockage encombrants et chers.

Technologie compétitive

L'institut Fraunhofer des systèmes à énergie solaire (ISE), situé en Allemagne, a mis au point une unité de climatisation qui, bien qu'elle soit plus chère à installer qu'un système électrique standard de la même capacité, ne consomme que la moitié d'électricité.

"Tous les systèmes de ventilation utilisent l'électricité pour propulser l'air dans les tuyauteries du bâtiment", explique le Dr Hans-Martin Henning, de l'ISE. "Notre conception incorpore également une source de chaleur thermique en cas de défaillance. Notre objectif était de concevoir un système réellement attractif pour clients cibles, aussi bien en termes de confort que de coût. Jusqu'à présent, notre technologie de refroidissement dessicatif à l'énergie solaire ne peut pas rivaliser avec les petites unités domestiques, mais pour les grands bâtiments non-résidentiels tels que les hôpitaux, les hôtels et les bureaux, nous sommes convaincus qu'elle est commercialement viable."

L'ISE a déjà testé son concept sur une application à petite échelle en Allemagne. Dans le cadre d'un projet Thermie, il installe actuellement un système de démonstration beaucoup plus grand dans les bureaux d'Atecnic, un fabricant portugais de matériel de climatisation situé à Sintra, non loin de Lisbonne. M. Henning espère mettre ce système en service assez tôt pour pouvoir contrôler ses performances durant toute la saison d'été 1999 sur la totalité du rez-de-chaussée de 350 m2 du bâtiment.

"L'entreprise Atecnic est un utilisateur final idéal", dit-il. "La climatisation est son domaine d'activité, et elle comprend donc exactement comment le système doit fonctionner pour être adopté par le marché. Si l'entreprise est satisfaite de sa propre installation, elle sera dans une position excellente pour la recommander à ses clients."
Un deuxième partenaire portugais, l'institut de recherche INETI, sera responsable de l'analyse des données techniques, qui serviront de base à une estimation des économies d'énergie totales réalisées dans la pratique.

Température et humidité

Comment les rayons solaires donnant sur la fenêtre d'un bureau peuvent-ils également être utilisés pour refroidir l'air qui la traverse?
En fait, la réduction de température est obtenue au moyen d'un refroidissement par évaporation. Lorsque l'air entre dans le bâtiment, il est humidifié et cela fait baisser sa température. "Mais si l'humidité de l'air extérieur est déjà élevée, le potentiel de refroidissement par évaporation est très faible", explique M. Henning. "En outre, les occupants de l'immeuble souhaitent respirer de l'air moins humide et pas le contraire. En fait, notre système commence par sécher l'air. On peut alors réduire sa température par humidification jusqu'à un seuil confortable de 18-19°C, sans provoquer de niveaux inacceptables d'humidité."

Au niveau de l'entrée d'air, la vapeur d'eau est fixée par adsorption à l'aide d'un gel de silice placé dans la "roue" d'un déshumidificateur. L'eau chaude provenant d'un collecteur solaire réchauffe l'air de sortie à environ 65°C. Lorsque la roue tourne, elle traverse le courant d'air chaud qui élimine l'eau et désorbe le gel pour le prochain cycle. Une deuxième roue - un échangeur de chaleur rotatif - pré-refroidit l'air d'entrée et préchauffe l'air de sortie en même temps.

"Les roues créent deux boucles de réaction entre les courants d'entrée et de sortie, ce qui permet très difficilement de contrôler à la fois la température et l'humidité", précise M. Henning. "Le plus grand défi technique consiste à maintenir les conditions à l'intérieur du bâtiment dans les limites désirées sans changer les paramètres d'entrée du collecteur solaire. Nous pensons avoir réussi, mais nous allons contrôler le système de près pendant le premier été pour nous assurer qu'il satisfait aux exigences de l'utilisateur final."

Modernisation

L'adoption des technologies d'énergie renouvelable a été ralentie par la baisse des prix des formes traditionnelles d'énergie, qui sont actuellement à leur niveau le plus bas depuis les années 1960. Les économies financières offertes par les nouvelles technologies performantes sur le plan énergétique sont souvent trop faibles pour justifier l'investissement initial - sauf dans le cadre de projets reposant sur des capitaux importants, où seuls les coûts supplémentaires doivent être justifiés.

Toutefois, chaque année, seulement 2% du parc immobilier européen est renouvelé. Les technologies qui peuvent être installées dans les structures existantes, comme le système d'Atecnic, pourraient s'imposer plus rapidement. "Le marché de la modernisation pourrait s'avérer très important", confirme M. Henning. "Bien sûr, il faut disposer d'espace sur les toits pour y placer les collecteurs solaires, et d'un emplacement pour l'unité de climatisation, qui est plus grande qu'un système conventionnel."

La configuration optimale du système dépend du climat local. Dans les conditions de chaleur et d'humidité de Trapani, en Sicile, l'ISE a constaté que les coûts de climatisation globaux les plus bas pouvaient être obtenus en n'utilisant l'énergie solaire que pour le déshumidificateur, et en se reposant sur les systèmes électriques de refroidissement d'air conventionnels pour réduire la température.

(1)Comme indiqué dans le premier rapport du Groupe consultatif externe sur les systèmes d'énergies propres et l'utilisation efficace et économique de l'énergie, décembre 1998. Le rapport est disponible en ligne à l'adresse suivante : http://europa.eu.int/comm/dg12/fp5/eag-energy1.html

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