Un nouveau cadre cherche à établir des normes pour la recherche sur les technologies de refroidissement par évaporation

Intérêt croissant pour le refroidissement par évaporation

 

Alors que la demande mondiale en refroidissement d’intérieur ne cesse de croître, des chercheurs explorent des alternatives aux systèmes de conditionnement d’air classiques fonctionnant avec des cycles de compression de vapeur. Ces systèmes traditionnels consomment de grandes quantités d’énergie et dépendent de frigorigènes contribuant aux émissions de gaz à effet de serre.

 

Les technologies de refroidissement par évaporation constituent une alternative prometteuse. En tirant parti du procédé naturel par lequel l’évaporation de l’eau absorbe la chaleur de l’air ambiant, ces dispositifs peuvent réduire la température de l’air avec une consommation d’énergie nettement inférieure. De plus, ils n’utilisent pas de frigorigènes synthétiques, et permettent également d'éviter le recours à des unités extérieures qui rejettent de la chaleur dans l’environnement, contribuant ainsi à combattre l’effet d’îlot de chaleur urbain.

 

Bien que le nombre de technologies de refroidissement par évaporation et d’approches de modélisation ait considérablement augmenté ces dernières années, une terminologie harmonisée et des ensembles de données normalisés font encore défaut dans le corpus scientifique. Il est donc difficile de comparer différentes configurations entre elles ainsi que de vérifier la validité des modèles de simulation utilisés pour prédire les performances des systèmes. Une récente étude ^[1], menée par une équipe internationale de chercheurs de l’Université de Liège (Belgique), de l’Université de Reims Champagne-Ardenne (France) et de l’Université des sciences et technologies de Wroclaw (Pologne), et dont fait partie Anna Pacak, chercheuse associée à l’IIF, a été publiée dans la revue Applied Thermal Engineering. Cette étude tente de combler cette lacune en proposant une classification exhaustive des refroidisseurs par évaporation et en fournissant des ensembles de données de référence pour la validation des modèles.

 

Principaux types de refroidisseurs par évaporation

 

L’étude propose la classification suivante des refroidisseurs par évaporation en fonction de l’utilisation du processus d’évaporation pour refroidir l’air :

• Refroidisseurs directs par évaporation: dans ces dispositifs, l’air est directement refroidi au contact avec l’eau circulant dans des canaux humides. A mesure que l’eau s’évapore, le refroidisseur absorbe la chaleur de l’air, ce qui abaisse sa température tout en augmentant son taux d’humidité.
• Refroidisseurs indirects par évaporation: ces dispositifs refroidissent l’air sans augmenter son taux d’humidité. La chaleur est transférée par un échangeur de chaleur entre un flux d’air primaire et un flux d’air secondaire où l’évaporation se produit.
• Refroidisseurs indirects par évaporation au point de rosée: il s’agit d’une variante des refroidisseurs indirects par évaporation dans laquelle une partie de l’air primaire refroidi est réutilisée comme air secondaire. Cette configuration permet d’obtenir des températures plus basses, s’approchant du point de rosée de l’air d’entrée.
• Refroidisseurs indirects par évaporation de type Maisotsenko: ces dispositifs intègrent un canal sec auxiliaire dans la section secondaire afin de réduire davantage la température de refroidissement maximale et d’accroître l’efficacité.
• Configurations perforées (refroidisseurs indirects perforés par évaporation au point de rosée et de type Maisotsenko): certaines variantes de refroidisseurs indirects par évaporation comportent des parois perforées entre les canaux afin de favoriser le mélange de l’air et d’améliorer les processus d’évaporation.
• Refroidisseurs bi-étagés par évaporation: au sein d’un même système, ces dispositifs combinent plusieurs étages de refroidissement par évaporation, tels que les refroidisseurs directs et indirects par évaporation, afin d’en optimiser les performances globales.

Figure 1. Classification des refroidisseurs par évaporation proposée par les chercheurs ^[1].

 

Anglais	Français
Evaporative Cooler (EC)	Refroidisseur par évaporation
Direct humidification of primary fluid	Humidification directe du fluide primaire
Direct Evaporative Cooler (DEC)	Refroidisseur direct par évaporation
Humidification occurs in secondary channels	L’humidification se produit dans les canaux auxiliaires
Indirect Evaporative Cooler (IEC)	Refroidisseur indirect par évaporation
Combination of evaporative coolers	Combinaison de refroidisseurs par évaporation
2-stage Evaporative Coolers	Refroidisseurs par évaporation à bi-étagés
Partial recirculation of primary air	Recirculation partielle de l’air primaire
Dew point IEC (D-IEC)	Refroidisseur indirect par évaporation au point de rosée
Perforations between wet and dry channels	Perforations entre les canaux humides et secs
Perforated D-IEC	Refroidisseur indirect perforé par évaporation au point de rosée
Additional dry channel on secondary side	Canal sec auxiliaire du côté secondaire
Maisotsenko IEC (M-IEC)	Refroidisseur indirect par évaporation de type Maisotsenko
Perforations between wet and dry secondary channels	Perforations entre les canaux secondaires humides et secs
EC category: - DEC - IEC - M-IEC	Catégorie de refroidisseurs par évaporation : - Refroidisseur direct par évaporation - Refroidisseur indirect par évaporation - Refroidisseur indirect par évaporation de type Maisotsenko

 

Un nouveau cadre pour la validation des modèles

 

Cet article va au-delà de cette classification existante en proposant un cadre structuré pour faciliter la validation des modèles numériques utilisés pour simuler les dispositifs de refroidissement par évaporation. La validation des modèles est cruciale pour veiller à l’exactitude des simulations qui prédisent le comportement du système dans différentes conditions de fonctionnement.

 

Pour soutenir ce processus, les chercheurs ont compilé 18 ensembles de données normalisés issus d’études expérimentales et numériques disponibles dans la littérature scientifique. Ces ensembles de données couvrent 7 configurations de refroidisseurs par évaporation et contiennent plus de 1 300 points de données, représentant un large éventail de températures, de niveaux d’humidité et de conditions de fonctionnement.

 

Tous les ensembles de données sont organisés selon une terminologie homogénéisée et sont accessibles sur une base de données en ligne libre d’accès ^[2], ce qui facilite considérablement la tâche des chercheurs pour conduire des tests et comparer différents modèles. Selon les auteurs, cette ressource collaborative pourrait favoriser l’harmonisation des études à venir et accélérer le progrès vers des technologies de refroidissement par évaporation plus performantes.

 

Consulter l’article scientifique dans Applied Thermal Engineering et en libre accès sur FRIDOC.

 

Sources:

[1] Zeoli, A., Gendebien, S., Janod, T., Moussa, T., Maalouf, C., Pacak, A., Lemort, V. (2026).  Towards reliable model validation of evaporative coolers: Unified terminology and benchmark datasets. Applied Thermal Engineering, Volume 289, Part 3, 129928. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2026.129928

[2] https://github.com/alaniszeo/OSD-ECMTest