o

CLIMATISATION SOLAIRE

Faire du froid avec la chaleur

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.

Les caves de Banyuls

Le système de climatisation solaire utilisé pour rafraîchir les caves viticoles du GICB à Banyuls sur Mer dans le sud de la France. Cette installation composée de 130 m² de capteurs solaires sous vide et une machine à absorption de 50kWf. fonctionne parfaitement depuis 1991.

Les caves viticoles du GICB à Banyuls sur Mer avec le champ 
de capteurs solaires sous vide sur le toit à gauche

La DIREN en Guadeloupe

Le nouveau siège de la Direction Régionale de l'Environnement de Guadeloupe, à Basse Terre, est un bâtiment de deux étages.  Les 36 bureaux d'une superficie totale de 570 m² sont climatisés.

Le système solaire, composé d'un réseau de 61 m² de capteurs solaires sous vide, devrait produire 50% des besoins énergétiques nécessaires à la climatisation. Le complément du système solaire à absorption est fourni par un appoint traditionnel à compression.

Les bureaux du CSTB
A Sophia Antipolis, le CSTB  utilise ses bureaux comme laboratoire pour tester une installation de clim solaire.
Le système est composé de 60 m² de capteurs sous vide posés en terrasse, et une machine à absorption Yazaki de 35 kWf dans le local technique. Les bureaux couvrent une superficie de 243 m², et la climatisation est assurée par une circulation de 610 m³ d'air frais par heure.
L'installation a été terminée en juillet 2003, pour un investissement total de 93.053 EUR HT, soit 2.659 EUR HT/kWf.

Vue du champ de capteurs en terrasse des bureau du CSTB à Sophia Antipolis

Vue de la machine à absorption utilisée pour le système de Clim solaire à Banyuls

Ces trois exemples de climatisation solaire ont été conçus par le bureau d'études Tecsol à Perpignan, voir  www.tecsol.fr

Les principes de la climatisation solaire

1. Climatisation par absorption

Le cheminement de l’énergie calorifique

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.

Aussi le livre en anglais "Solar assisted air conditioning in buildings - a handbook for planners" Hans-Martin Henning; Springer, Vienne (ISBN : 3211006478) 40 euros

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%