Brumisation appliquée aux équipements frigorifiques

Des statistiques récentes montrent que dans les pays industrialisés, plus de 15 % de l'énergie électrique produite est consacrée à la production de froid (12 %) et au conditionnement d'air (3 %) via des installations frigorifiques à compression mécanique de vapeur (Institut international du froid). Ces chiffres vont incontestablement augmenter du fait de la demande croissante, aussi bien pour la climatisation urbaine que pour le froid dans les moyennes et grandes surfaces commerciales. L'enjeu environnemental qui découle de ces tendances est considérable, plaçant aujourd'hui la recherche de performances énergétiques accrues de tels systèmes, plus que jamais, au cœur des préoccupations sociétales, politiques et économiques.

Une installation frigorifique à compression mécanique de vapeur comporte inévitablement un condenseur au travers duquel la chaleur, puisée à la source froide additionnée à la puissance de compression, est évacuée au milieu extérieur. Se reporter aux articles [BE 9 730] et [BE 9 732] sur les machines frigorifiques et [BE 9 742] sur les échangeurs industriels.

Sur le plan technologique, trois principaux types de condenseurs sont utilisés condenseurs à eau, condenseurs à air et condenseurs à évaporation d'eau, appelés « condenseurs évaporatifs ». Pour des contraintes technologiques et économiques, l'utilisation des condenseurs refroidis à l'eau est restreinte et se limite à quelques applications particulières. Les condenseurs évaporatifs (tours de refroidissement fermées ou hybrides) sont plutôt réservés aux grosses installations et bien qu'ils soient énergétiquement efficaces, la possibilité d'une stagnation d'eau, du développement des panaches, et du biofilm reste omniprésente et toute défaillance dans leur maintenance peut conduire à de graves problèmes de légionellose freinant sérieusement leur développement. À ce titre, la réglementation en vigueur a évolué suite au décret n^o 2013-2015 du 14 décembre 2014 dans sa rubrique 2921 en créant un régime d'enregistrement (puissance > 3 000 kW) et de déclaration soumis au contrôle périodique (puissance < 3 000 kW) pour les systèmes par refroidissement évaporatif, par dispersion d'eau dans un flux d'air généré par ventilation mécanique ou naturelle.

Les condenseurs à air sont la catégorie la plus répandue pour les petites et les moyennes puissances car l'air est une source naturelle et gratuite. Dimensionnés à partir de la température moyenne maximale ambiante de l'air, ils conduisent aux pressions de condensation les plus élevées. Leurs performances énergétiques dépendent en premier lieu des propriétés thermodynamiques de l'air. Or, ce dernier est un mauvais médium thermique, ce qui impose un débit d'air élevé associé à une surface d'échange et un volume interne importants. Autrement dit, une machine frigorifique munie de ce type de condenseur consomme plus d'énergie et contient plus de masse de frigorigène. De plus, dépendantes de la température ambiante, les performances des installations frigorifiques à condenseur à air sont variables durant l'année. Le risque d'une production frigorifique insuffisante ou d'un dysfonctionnement du système est omniprésent lorsqu'il y a un grand écart entre la température nominale (de conception) et la température ambiante réelle.

Pour améliorer l'efficacité énergétique d'une majorité des systèmes frigorifiques équipés d'un condenseur à air, le recours à la technique de la brumisation, c'est-à-dire l'humidification d'air en entrée par l'ajout de fines gouttelettes d'eau, semble être une solution potentielle.