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Climatisation naturelle
Les principes de la climatisation solaire
Faire du froid avec la chaleur?
La climatisation solaire est une technique efficace, mais pas encore disponible pour le particulier. On sait en effet très bien faire du froid avec de la chaleur, comme le font les réfrigérateurs ou les climatiseurs à absorption. Or, par temps de canicule, l’énergie solaire est surabondante. Les rares installations de climatisation solaire existantes démontrent l’efficacité de cette technique (caves viticoles de Banyuls, bureaux du CSTB à Sophia Antipolis, hôtel Belroy, en Espagne, etc.).
La chaleur et l’énergie solaire vont de pair. Nous avons bien vu les applications solaires pour la production d’eau chaude et le chauffage. Mais si on pouvait concevoir un « combi-système solaire reversible » qui pourrait fournir de la chaleur en hiver et du froid en été, la boucle serait bouclée. C’est possible, mais pas si simple.
La technique la plus commune consiste à utiliser des capteurs solaires pour fournir de la chaleur qui est dirigée vers une machine à absorption. Cette machine dissocie, par ébullition, une solution d'eau et de bromure de lithium. Après refroidissement, la recombinaison des deux composants produit du froid, par absorption de chaleur. Le froid est ensuite distribué comme pour la climatisation classique.
C'est une solution propre, efficace et silencieuse. Elle réduit des émissions de CO2, l'emploi de fluides frigorigènes et le bruit urbain. Mais la technique est encore en phase de développement et il n'y a qu'une cinquantaine d'installations en Europe.
Paradoxalement, la chaleur du rayonnement solaire peut aussi être utilisée pour rafraîchir un bâtiment : on utilise dans ce cas des capteurs cylindriques sous vide dans lesquels circule un liquide caloporteur qui va être porté à haute température (100°C et plus). Ce liquide va transférer la chaleur via un échangeur à une solution chimique qui va se réchauffer et qui en se refroidissant va ensuite produire du froid. Ce procédé permet une climatisation écologique de bâtiments industriels ou d'habitations collectives.
1. Climatisation par absorption |
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L'utilisation des capteurs solaires sous vide est recommandée pour assurer des températures supérieures à 80°C nécessaires au bon fonctionnement de la machine frigorifique à absorption.
Le ballon de stockage tampon évite l'arrêt de la machine pendant le passage des nuages.
La tour de refroidissement, ainsi que les techniques de distribution du froid sont les mêmes que celles utilisées pour la climatisation classique.
Impact environnemental
La climatisation solaire à absorption supprime la quasi-totalité des nuisances dues aux techniques de climatisation conventionnelles :
- La source d’énergie est le soleil, donc sans rejet.
- La consommation électrique des auxiliaires est plus de vingt fois inférieure à celle du compresseur remplacé.
- L’appoint éventuel se limite le plus souvent à une chaudière gaz à haut rendement, intervenant pour moins de 30% des besoins. Il faut noter que l'appoint n'est nécessaire que s'il faut garantir la température maximale et il n'y a pas de système d'appoint dans deux des trois exemples présentés : Pour les caves à Banyuls, la climatisation solaire fonctionne au fil du soleil. Il n'y a pas de température de consigne, mais le système solaire évite une montée en température des millions de bouteilles de vin pendant leur maturation. Les bureaux du CSTB ne sont utilisés que pendant la journée et s'il y a du soleil, ils seront climatisés. C'est normalement suffisant. Cependant, le système solaire sera probablement incapable de maintenir une température confortable pendant quelques jours de grande canicule chaque année.
- Les fluides frigorigènes employés sont totalement inoffensifs, à la différence des fluides de type HCFC utilisés dans les systèmes conventionnels.
- Les sources de bruit le plus importantes (moteur et compresseur) sont totalement supprimées.
- Et l’absence de pièces mécaniques en mouvement conduit en conséquence à une durée de vie nettement plus longue que les groupes de réfrigération classiques.
2. Climatisation par dessiccation/évaporation
L'évaporation de la vapeur d'eau dans l'air sec réduit la température et augmente l'humidité de l'air.
La rafraîchissement par évaporation en climat aride, avec des jarres d'eau poreuses ou des tissus humides suspendus dans les courants d'air, est le plus ancien système adopté par l'homme pour assurer le confort en période chaude. .
Dans le climat européen, le taux d'humidité de l'air est généralement trop important et il faut d'abord déshumidifier l'air avant de le refroidir par évaporation.
La technique de climatisation par dessiccation/évaporation utilise une roue contenant un gel de silice comme déshumidificateur. Le gel absorbe la vapeur d'eau et assèche l'air et ensuite, il est régénéré (desséché) par chauffage, afin d'être disponible à nouveau.
Comme les besoins de climatisation correspondent aux périodes de fort ensoleillement, l'énergie solaire peut servir comme source de chaleur pour la déshumidification du gel absorbant.
Pour savoir plus : Voir le projet européen "Climasol" coordonnées par Rhônalpénergie www.raee.org/climasol Vous trouverez une analyse de :
- la maîtrise des besoins du froid,
- les techniques de froid solaire,
- les installations de rafraîchissement solaire en Europe.
Perspectives pour la climatisation solaire (octobre 2006)
La fourniture d'électricité en été pour la climatisation est déjà un problème majeur dans plusieurs pays et la demande ne cesse de croître. La climatisation solaire est vue comme une solution, si l'équipement nécessaire est adapté à la demande du marché.
Jusqu'à maintenant, la puissance importante des machines frigorifiques disponibles a limité les réalisations de climatisation solaire aux grands et coûteux systèmes. Actuellement, de nouveaux équipements sont en train d'être développés pour ce marché prometteur. Comme pour d'autres techniques solaires, c'est l'Allemagne et l'Espagne qui sont à l'avant garde de la recherche et du développement.
Plusieurs machines frigorifiques de petite taille sont à l'essai, par exemple :
La machine frigorifique à absorption de 4,5 kW de l'entreprise espagnole Rotartica.
- Température nominale de la source chaude solaire est de 100°C
- Le fluide frigorigène LiBr (bromure de lithium) est totalement inoffensif pour l'environnement.
La répartition des centaines d'installations solaires actuellement en fonctionnement en Europe est la suivante : Allemagne 41%, Espagne 27%, Grèce 9%, France 6%
Sources : http://www.outilssolaires.com/premier/prin-clim.htm
Voir : La climatisation solaire ADIABATIQUE
La climatisation solaire par effet vortex
Le soleil chauffe un tuyau de poêle d'un diamètre de 150 mm environ, peint en noir qui dépasse du toit. L'air chaud va ainsi monter et créer un aspiration d'air au bas du tuyau. En faisant tourner l'air rapidement dans le tube, on crée un effet vortex qui permet de récupérer du froid de l'air qui y circule : dans un tourbillon, la force centrifuge crée une dépression au centre et y refroidit ainsi l'air. Il suffit donc de faire passer un tube plus fin au centre du tuyau de poêle pour refroidir l'air qu'il contient et le faire passer dans la pièce.
On peut aussi se procurer de la tôle de 0,4 à 0,8 mm d'épaisseur et y découper des carrés de 20 cm de coté. Donner une forme légèrement cylindrique à chaque carré. Souder les carrés légèrement superposés par 2 points de soudure, l'un en haut, l'autre en bas, de manière à laisser un vide de l'ordre d'1,5 mm entre les carrés de tôle. Faire en sorte d'obtenir un cylindre de 20 à 30 cm de diamètre. On soude enfin une plaque de tôle sur chaque face et on la perce pour faire passer le tuyau de poêle d'un côté et le tube d'air froid de l'autre.
Plus facile à réaliser: récupérer un pot de peinture d'un diamètre de 20 à 30 cm de diamètre sur une hauteur de 30 à 50 cm. Garder le couvercle fermé pour une plus grande rigidité de la boite, voire le renforcer tout comme le fond. Découper des fentes verticales sur la hauteur de la boite espacées de 5 cm environ. Déformer la fente pour forcer l'air à entrer dans le sens de rotation souhaité. Découper un trou dans le couvercle pour y raccorder le tuyau de poêle.
Sources : http://fr.ekopedia.org/Climatisation_solaire
Évaporer de l’eau est un des moyens les plus anciennement connus et les plus efficaces pour rafraîchir. C’est celui qu’utilise notre organisme, par la transpiration, ou les plantes, par l’évapotranspiration, pour lutter contre la chaleur. Chaque fois qu’un gramme d’eau passe de l’état liquide à celui de vapeur, il prend en effet 600 calories à l’environnement dans lequel il se trouve. Les rafraîchisseurs d’air sont des appareils qui fonctionnent selon ce principe. Sans prétendre à l’efficacité d’un climatiseur, ils peuvent rafraîchir l’air de manière sensible, tout en consommant dix fois moins d’électricité qu’un climatiseur. Les rafraîchisseurs d’air par évaporation indirecte, encore peu disponibles sur le marché, arrivent à des performances proches de celles des climatiseurs, pour une consommation d’énergie minime. À défaut d’appareils spécifiques, on peut évaporer de l’eau de diverses manières : en mouillant périodiquement le carrelage, en arrosant la terrasse le soir, en disposant du linge humide en face d’un ventilateur, ou directement sur les parties du corps non couvertes par des vêtements.
Sources : http://www.sortirdunucleaire.org/
Produits :
Plancher, plafond ou cloisons peuvent être rafraîchis par un réseau de tuyaux noyés dans la paroi et dans lesquels circule de l’eau froide. Encore peu utilisée dans l’habitat, cette technique commence à se répandre dans le tertiaire. Elle évite la mise en mouvement de l’air et la présence d’appareils disgracieux et bruyants. Elle est particulièrement écologique si l’on dispose d’une source d’eau froide gratuite (puits, source, rivière, nappe phréatique).
Sources : http://www.sortirdunucleaire.org/
En habitat individuel ou en petit collectif, c’est un moyen remarquablement simple et efficace de rafraîchir l’air en été et de le préchauffer en hiver. Il consiste à faire passer l’air devant pénétrer dans la maison dans un tuyau enterré à deux mètres de profondeur, sur une longueur – pour une maison individuelle – d’une trentaine de mètres. Dans ce parcours, la température de l’air s’abaisse en été de 7 à 8° C, la température du sol à cette profondeur ne dépassant presque jamais 20° C.
Sources : http://www.sortirdunucleaire.org/
En France, ce système sert surtout de climatisation naturelle. Il est basé sur le simple constat que la température à différentes profondeurs sous terre subit une variation d'amplitude beaucoup plus faible qu'en surface, restant autour de 15 °C.
La surface immédiate du sol est tributaire du rayonnement solaire et de la température de l'air alors que les variations journalières jour/nuit sont amorties vers 60 cm. Les variations saisonnières été/hiver n'interviennent presque plus à partir de 1,5 mètre de la surface et la température reste quasi-constante au cours de l'année.
Le principe est simple : faire passer sous terre (généralement entre 1,5 et 2 mètres de profondeur) plusieurs (le nombre dépend du volume et du débit demandé) tuyaux de quelques centimètres (par exemple cinq) de diamètre. Ces tuyaux se scindent à partir d'un tuyau unique à l'extérieur qui peut être protégé dans un poteau creux à chapeau et se réunissent en un tuyau unique à l'intérieur de la maison. Un simple ventilateur disposé de manière à diminuer les nuisances sonores assure ensuite la circulation de l'air qui va permettre l'échange thermique avec les parois du tuyau, le gain étant proportionnel à la surface d'échange et à la vitesse de circulation de l'air. Une crépine à l'entrée pour éviter rongeurs et feuilles ainsi qu'une isolation thermique pour éviter des pertes dans la maison sont conseillées. Cela suppose bien entendu qu'il n'y ait pas d'autres entrées d'air dans la maison, telles les grilles de ventilation sur les fenêtres, mais une bonne extraction calculée et répartie de manière à optimiser l'apport d'air frais.
Son utilisation dans le bâtiment est double :
En appliquant ce même principe, on a climatisé en Suisse des maisons de retraite d'universités. Mais ce système est encore très insuffisamment utilisé alors que son coût d'installation serait marginal s'il était prévu lors de la construction.
Le principe du puits provençal ou canadien étant d'échanger des calories avec le sous-sol, plusieurs paramètres sont à prendre en compte :
Sources : http://fr.wikipedia.org/
Rafraîchir le corps en facilitant à la fois la production de sueur (boire beaucoup, consommer des aliments très aqueux) et son évaporation (ventilateurs, courants d’air, port de vêtements amples, corps peu couvert, dans la mesure ou les considérations sociales le permettent et où l’on est à l’abri du rayonnement solaire direct).
Sources : http://www.sortirdunucleaire.org/
