Au niveau mondial, quel que soit le secteur d’activité, les économies d’eau et d’énergie deviennent de plus en plus importantes. Cet article explore les avantages du refroidissement adiabatique en examinant une nouvelle installation dans une entreprise de transformation des métaux dont la mise en service était prévue pour la fin 2019. Une étude de cas permet d’illustrer comment d’autres transformateurs industriels pourraient tirer parti de cette technologie.

Les refroidisseurs secs adiabatiques rejettent la chaleur des refroidisseurs à eau. Au total, sept refroidisseurs secs adiabatiques seront utilisés pour fournir 22 092,0 MBH de refroidissement aux processus et devraient permettre de réduire les coûts de fonctionnement de 128 660 euros par an. Chaque refroidisseur sec adiabatique comprend 16 ventilateurs à commutation électronique (CE). Les refroidisseurs ont la capacité de maintenir une température de fluide de 29°C pour les processus de refroidissement lors d’une journée de refroidissement. (Un jour de conception est un jour où la température ambiante est techniquement proche de son niveau le plus chaud. Cela permet de s’assurer que la conception du système peut rejeter la chaleur à l’extérieur même les jours les plus chauds).

Le rafraichissement adiabatique permet de réduire la température sans échange de chaleur. Dans un système de refroidissement adiabatique, l’eau sature un tampon installé à l’extérieur de la surface du serpentin, protégeant ainsi le serpentin. L’air aspiré sur le coussin mouillé est pré-refroidi avant de gagner de la chaleur à partir du serpentin sec. Le système adiabatique module l’eau libérée dans le tampon, réduisant ainsi la quantité d’eau utilisée par rapport aux contrôles de type marche/arrêt. Le procédé adiabatique est plus efficace qu’un refroidisseur à sec standard, mais pas autant qu’une tour de refroidissement par évaporation.

Les échangeurs de chaleur sont dimensionnés pour répondre à une charge spécifique. Lorsque la température ambiante et la charge augmentent, les ventilateurs se mettent en marche pour rejeter la chaleur, maintenant ainsi la température de traitement requise. Lorsque la température ambiante augmente encore, les ventilateurs atteignent leur capacité nominale.

Le processus adiabatique réduit la température sans échange de chaleur. Dans le système installé, l’eau sature un tampon installé à l’extérieur de la surface du serpentin. L’air est aspiré sur le tampon mouillé et pré-refroidi avant de gagner de la chaleur à partir du serpentin sec. Le système adiabatique module l’eau libérée dans le tampon, réduisant ainsi la quantité d’eau utilisée.

Une fois que la température ambiante atteint le point de commutation prévu, l’eau s’engage et sature le tampon. Plus le point de commutation est élevé, plus le refroidisseur fonctionnera longtemps en mode sec sans pré-refroidissement par l’eau. Plus important encore, le refroidisseur adiabatique est capable d’enclencher l’eau à différentes vitesses de ventilateur afin d’économiser soit de l’énergie soit de l’eau.

Par exemple, l’eau s’enclenche à 100 % de la vitesse du ventilateur, puis commence la saturation et le dosage afin d’économiser la plus grande quantité d’eau possible. En revanche, en mode d’économie d’énergie, le refroidisseur adiabatique entraînerait la saturation et le comptage à environ 40 % de la vitesse du ventilateur. La saturation à 40 % de la vitesse du ventilateur présente l’avantage de prérefroidir l’air plus tôt (à 40 % de la vitesse du ventilateur). En raison des lois du ventilateur, cette réduction de la vitesse tout en maintenant la capacité permet d’économiser beaucoup d’énergie, mais sacrifie un peu plus d’eau. Si la saturation commence à 100 % de la vitesse du ventilateur, il est possible d’économiser de l’eau, mais l’utilisation de ventilateurs plus puissants sacrifie l’énergie du ventilateur. Un contrôleur intelligent a la capacité d’accepter des entrées pour les coûts de l’eau et de l’énergie afin d’optimiser la vitesse appropriée du ventilateur et la quantité d’eau pour fournir des économies globales.

Comment mesure-t-on la quantité d’eau ?

Les contrôleurs d’eau et de moteur travailleront ensemble pour réaliser le contrôle du processus, en mesurant l’eau évaporée des tampons pour réduire la consommation globale d’eau. Le contrôleur de gestion de l’eau est équipé de capteurs d’humidité et de température ainsi que d’une vanne modulante, d’une vanne de vidange et d’un dispositif de mesure. Il lit la vitesse du ventilateur ainsi que l’humidité et la température afin de déterminer la quantité d’eau à distribuer aux coussins, n’utilisant ainsi que ce que l’air ambiant va absorber.

En général, la température de l’air pré-refroidi aux conditions nominales est de 24,9°C. Des moteurs de ventilateur à commutation électronique ont été utilisés, ce qui a permis d’éviter l’utilisation d’un entraînement à fréquence variable. Les ventilateurs de rafraichissement adiabatique utilisent un moteur à courant continu sans balais avec un aimant permanent ainsi qu’une électronique intégrée. L’électronique comprend une limitation de courant intégrée, une surveillance de la température, des informations d’alarme, un démarrage progressif et un contrôle de vitesse intégré. Les moteurs de ventilateur offrent un meilleur rendement que les moteurs classiques grâce à un aimant permanent au lieu d’un enroulement (ce qui évite les pertes par glissement). Les moteurs de ventilateur sont capables de moduler vers le haut et vers le bas en fonction des exigences du processus. Par rapport à une méthode de contrôle par paliers (ou similaire), le fait de disposer de la quantité exacte de vitesse de rotation du ventilateur nécessaire pour répondre à la demande est plus efficace que celui des types de ventilateurs classiques.

Comme certaines entreprises fonctionnent parfois dans un climat plus froid, les ventilateurs standard sont dotés d’un mode de nettoyage qui fait que les ventilateurs tournent en sens inverse pour expulser les plus gros débris des coussinets. Une fonction de gestion du moteur de faible capacité fonctionne dans des conditions de faible charge. Dans cette situation, les ventilateurs tournent à environ 5 % de la charge pour rester dans des conditions de faible charge et de faible température ambiante. Les ventilateurs alternent également afin de maintenir le même nombre d’heures de fonctionnement par ventilateur pendant le fonctionnement à faible capacité.

Une fonction anti-rupture permet aux ventilateurs d’osciller en cas d’accumulation de glace. Une fonction de dérivation est également intégrée. Si des erreurs sont détectées par le contrôleur, les ventilateurs se mettent en marche à 100 % afin de ne pas perdre de chaleur.

Les coûts d’approvisionnement en eau et d’évacuation des eaux usées pour l’installation d’un rafraichissement adiabatique ont été estimés à 10,23 euros par 3800 litres d’eau consommée. Les refroidisseurs adiabatiques devraient permettre d’économiser 52 millions de litres d’eau de ville par an, avec une charge de refroidissement de 17 492,0 MBH. La charge de refroidissement par rapport à la capacité installée a été estimée à environ 79 % de la capacité installée.

Les données relatives à la consommation d’eau et d’énergie sont stockées sur le contrôleur adiabatique standard et le contrôleur de ventilateur. Les données d’utilisation sont accessibles à partir des contrôleurs ainsi que du bus de terrain du système. Pour cette installation, des entreprises ont opté pour un automate programmable intégré et une configuration de panneau pour le contrôle du processus et la surveillance du système de gestion des bâtiments. Le panneau comprend la possibilité de contrôler le système de manière isolée à l’aide d’un écran tactile séparé, sur lequel le client peut également surveiller et contrôler tous les échangeurs de chaleur.

Outre d’autres avantages, les entreprises ont réduit leurs besoins en filtration car l’eau de ville consommée dans le cadre du processus adiabatique ne circule pas en retour dans le système. La filtration réduite élimine le besoin de systèmes de traitement de l’eau et de pompes de circulation filtrées.

De plus, l’utilisation du refroidissement adiabatique permet d’éviter un panache visible comme celui qui pourrait se produire dans les tours de refroidissement. Il n’y a pas d’eau stagnante et l’eau de la ville est plus froide, ce qui décourage toute croissance bactérienne.

En conclusion, dans cette installation et d’autres semblables, l’utilisation de refroidisseurs adiabatiques permettra aux usines de réduire la consommation d’eau de ville. Des économies sont possibles grâce à la réduction de la demande en eau de la ville, à l’élimination des coûts d’électricité pour les pompes de filtration et à la réduction de la maintenance grâce à la diminution du nombre de systèmes de refroidissement. La construction du bâtiment et de l’infrastructure est toujours en cours et la conception devrait être pleinement opérationnelle d’ici la fin de 2019.