Dans le cadre du projet RENOPTIM et suite à un Appel à Manifestation d’Intérêt édité en 2022, le CSTB a testé une machine de CAELI ENERGIE dédiée au rafraîchissement d’un local. La machine exploite le « froid » produit par l’évaporation de l’eau !

 

La machine et son principe de fonctionnement

Chacun aura expérimenté la sensation de froid procurée par une peau humide. Cette sensation est intensifiée par le vent. Une machine dite « à rafraîchissement adiabatique » exploite cet effet naturel, associé à l’évaporation de l’eau. Différents systèmes commerciaux exploitent ce phénomène de manière directe (en humidifiant l’air soufflé) ou indirecte (sans humidifier l’air soufflé). Le procédé utilisé par CAELI ÉNERGIE est un procédé indirect qui a la particularité de descendre plus bas en température qu’un système adiabatique conventionnel : jusqu’au point de rosée.

En simplifiant, la machine de CAELI ÉNERGIE, aspire l’air extérieur qui, en été, n’est en général pas saturé d’eau, puis évapore de l’eau apportée dans la machine, l’ensemble est donc refroidi et proche de la température de rosée. Ce froid est fourni à l’air du local à rafraîchir par un échangeur de chaleur. La machine rejette à l’extérieur de l’air humidifié et à l’intérieur de l’air rafraîchi. Elle consomme d’une part de l’électricité pour assurer les déplacements d’air, ainsi que l’alimentation électrique de la pompe et de l’électronique de contrôle commande. D’autre part, elle consomme de l’eau du réseau qui est rejetée à l’extérieur sous forme de vapeur. Il n’y a ni fluide frigorigène ni compresseur ni organe extérieur ni rejet de chaleur sensible.

Actuellement, la machine testée est en phase de développement pré-industriel. Elle est prévue pour rafraîchir un local tel qu’un bureau ou bien une pièce de vie d’un logement. L’ensemble tient dans un volume de 100 cm x 50 cm x 25 cm adossé à un mur donnant sur l’extérieur. Son installation nécessite : une ligne d’eau Ø1/2, une alimentation électrique (quelques dizaines de watts), deux carottages Ø160 mm du mur pour assurer l’entrée-sortie d’air extérieur.

Les tests en laboratoire

La machine a été intégrée dans le laboratoire semi virtuel du CSTB à Sophia Antipolis. La partie aéraulique de ce laboratoire est composée de deux enceintes. Une enceinte est dédiée à produire l’air extérieur avec la possibilité de contrôler sa température et son humidité (ex : 40°C 50% pour une canicule). La seconde enceinte accueille la machine et est dédiée à représenter l’air intérieur du local à rafraîchir.

Lors d’un essai, la machine est mise en marche et simultanément une source de chaleur contrôlable est activée dans l’enceinte « air intérieur » en sorte d’atteindre la température et humidité cibles (ex : 25°C 50%). On peut alors par un bilan thermique estimer la puissance froide utile de la machine. La mesure de la consommation électrique et du débit d’eau permet d’accéder au coefficient d’efficacité de la machine et à sa consommation d’eau.

À iso-climat intérieur, la puissance utile et les performances varient suivant les conditions extérieures et le mode de fonctionnement. En mode « ECO », on relève une efficacité (puissance de rafraîchissement divisée par la consommation électrique) autour de 25, avec une puissance électrique autour de 20 W, une consommation d’eau autour de 0,7 L/h avec des puissances de froid utiles de l’ordre de 600 W pouvant monter à 1 kW en mode BOOST.

Pour fixer les idées avec un usage hypothétique permanent dans les trois mois d’été en mode Eco implique une consommation d’eau de quelques pourcents de la consommation d’eau moyenne d’une personne en France et la consommation électrique de la machine est de l’ordre du sixième de la consommation moyenne annuelle d’un réfrigérateur combiné qui équipe quasiment tous les ménages. La machine de CAELI Energie est double lauréat aux Trophées de l’innovation HLM 2023: Prix de l’innovation technique en partenariat avec La Fondation Excellence SMA et Prix « Coup de cœur », en partenariat avec la Banque des Territoires.

 

Les tests in situ

Dans le cadre du projet RENOPTIM nous avons pu interviewer des utilisateurs pour 3 logements et pour 12 bureaux équipés de ces machines durant tout ou parti de l’été 2023. Les indicateurs performanciels in situ sont cohérents avec les indicateurs en conditions contrôlées (ci-dessus). On note aussi une forte diversité d’utilisation des machines en termes de nombre d’heures de fonctionnement et de sélection parmi les 3 modes de fonctionnement.

Cette diversité est imputable à de nombreux facteurs : la sensibilité au confort thermique des occupants, l’occupation du local, la gestion des ouvrants et des protections solaires, l’orientation des baies, le mode constructif, la météo locale, etc. Les besoins de froid dans les cas étudiés sont du point de vue des usagers pourvues car les ressentis sont positifs sur le confort thermique apporté par ces machines. Les interviews montrent aussi la nécessité de progresser sur l’acoustique afin d’améliorer l’acceptabilité des usagers. Parallèlement CAELI Energie consolide la procédure de mise en hivernage de la machine et la maîtrise des consommables en exploitation.

La machine propose une régulation en température, qui n’a pas été étudiée durant ces tests ; sa gamme de puissance froide utile est plus petite qu’une technologie de type climatiseur mono split. Ainsi la solution proposée par CAELI ENERGIE est bien une solution douce de rafraîchissement qui appelle une appropriation spécifique de la part des usagers par un usage continu à basse puissance. Les bâtiments étant appelés à voir leur enveloppe améliorée (décret tertiaire, éradication des étiquettes DPE les pires), les besoins de froid ainsi abaissés pourraient être largement compatibles avec ce type de solution adossée aux bonnes pratiques encore insuffisamment diffusées d’utilisation des baies et des protections solaires.

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