Selon l’ADEME, l’état de l’art en matière de systèmes de rafraîchissement utilisant l’énergie solaire fait apparaître deux grandes familles : les
systèmes dits « fermés » et les
systèmes « ouverts ». Alors que les systèmes fermés produisent, grâce aux machines à sorption, de l’eau glacée qui est ensuite utilisée pour le refroidissement ou la déshumidification de l’air, les systèmes ouverts refroidissent directement l’air (système DEC).
Contrairement à la climatisation électrique traditionnelle qui produit du froid en comprimant un fluide, dans les machines à sorption, la compression mécanique est remplacée par une
compression thermique. Ces systèmes utilisent également un fluide frigorigène et ses changements de phase (liquide/vapeur) mais provoquent ces changements grâce à un apport de chaleur. Le fluide frigorigène est dans ce cas de l’eau additionnée d’un second composant. Si ce dernier est un liquide, on parle alors d'absorbant et de
machine à absorption, si c’est un solide poreux, on parle alors d'adsorbant et de
machine à adsorption.
Schéma de fonctionnement d’une machine à absorption
Source : Rhônalpénergie-Environnement
Dans les machines frigorifiques à absorption utilisées en climatisation, la substance absorbante est généralement le bromure de lithium (LiBr), le fluide réfrigérant, de l'eau. Le couple ammoniac/eau peut également être utilisé. Ce type de machine permet de refroidir de l'eau jusqu’à 7°C environ. La température de l'eau utilisée pour la décomposition de l’eau et de l’absorbant doit être comprise entre 80 et 120°C.
Pour les machines à adsorption, le gel de silicium fait le plus souvent office d’adsorbant. La machine est composée de deux compartiments.
Schéma de fonctionnement d’une machine à adsorption. Source : Rhônalpénergie-Environnement
L’eau chaude dont la température doit être comprise entre 65 à 80 °C permet au fluide réfrigérant de se vaporiser et de se séparer de l’adsorbant dans le premier compartiment avant de rentrer dans le cycle classique condenseur(condenser)/détenteur/évaporation (evaporator) et de s’adsorber dans le second compartiment. Au fur et à mesure, le premier compartiment se vide de fluide frigorigène tandis que le second se remplit. Il suffit ensuite d’inverser le phénomène et ainsi de suite.
Une machine frigorifique est énergétiquement efficace si elle demande peu d'énergie pour fournir une puissance frigorifique donnée. On évalue son efficacité par le calcul du coefficient de performance (COP) : rapport entre la puissance frigorifique produite et la puissance fournie au compresseur. Dans le cas d'une machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est électrique. Le COP d'une telle machine peut atteindre la valeur de 3 voire plus. Dans le cas d'une machine frigorifique à absorption, le COP thermique tourne autour de 0,7 ; celui d'une machine à adsorption varie entre 0,5 et 0,6.
Ces machines à sorption sont déjà répandues dans le secteur industriel car certains process libèrent une chaleur importante dont il est possible de tirer une puissance frigorifique utile par ailleurs. Dans le secteur du bâtiment, l’idée est de coupler ces machines avec un cogénérateur ou des panneaux solaires. La chaleur nécessaire pour séparer les deux produits proviendrait par conséquent d’un cogénérateur ou de panneaux solaires thermiques. Le défi consiste désormais à réduire la taille et la puissance des machines pour pouvoir les intégrer dans le domaine du bâtiment.
À l’heure actuelle, les systèmes fermés représentent la majorité des installations existantes de rafraîchissement solaire, avec une part prépondérante pour les systèmes à absorption (60 % environ des installations).
Pour en savoir plus
