Viabilité d'un système de refroidissement solaire à absorption dans une école isolée du Mexique

L'utilisation d'énergies renouvelables, en particulier l'énergie solaire, comme source d'énergie externe pour activer les systèmes de refroidissement des espaces est une option particulièrement appropriée, car les besoins énergétiques liés au conditionnement d’air augmentent généralement lorsque les niveaux de rayonnement solaire sont élevés. De plus, les systèmes alimentés par l’énergie thermique sont très attractifs dans les zones où l'accès à l'énergie électrique est limité ou inexistant.

 

Parmi les technologies à entraînement thermique, les cycles de refroidissement à absorption sont l'option la plus utilisée pour tirer parti de l'énergie thermique à basse température, étant capables de générer du froid depuis des sources de chaleur à des températures à partir de 75 °C. Cette technologie bénéficie en outre d’une grande maturité.

 

Un article récent de chercheurs mexicains publié dans la Revue Internationale du Froid ^[1] présente les résultats d'une simulation et des premières expérimentations d'un système de refroidissement par absorption piloté par énergie thermique solaire qui a été installé dans une école primaire de la communauté de Puertecitos, en Basse Californie, au Mexique. Dans ce village côtier, isolé du réseau électrique, la température ambiante peut atteindre jusqu'à 50 °C, rendant indispensable le conditionnement d’air.

 

La machine de refroidissement par absorption à simple effet installée utilise le mélange LiBr-H2O comme fluide actif. Le système a une puissance de refroidissement de 35 kW et peut être activé dans une plage de températures de 75 à 95 °C, pouvant ainsi être couplé à des capteurs solaires. Le système de collecteurs se compose de 110 m2 de capteurs solaires à tubes sous vide qui produisent l'énergie thermique nécessaire pour activer le refroidisseur, tandis que quatre serpentins de refroidissement de 8,75 kW chacun refroidissent les salles de classe de l'école avec l'eau glacée produite.

 

Le système comprend également un réservoir de stockage thermique de 12 m³ contenant le fluide chaud provenant du champ solaire et pouvant fournir l'énergie nécessaire au système de refroidissement en période de rayonnement solaire nul ou faible.

 

Le circuit de refroidissement de la machine comporte une tour de refroidissement par évaporation ainsi que des réservoirs pour l'eau d’appoint, indispensables en raison du manque de ressource hydrique dans la région.

Afin de déterminer les stratégies de fonctionnement optimales et de répondre aux besoins de refroidissement des quatre salles de classe, une étude de simulation a été réalisée dans un premier temps avant l'achèvement du projet. Les résultats ont montré que le système installé est capable de répondre aux besoins de refroidissement de l'école avec les stratégies simulées mais, pour un fonctionnement stable, des périodes de temps doivent être dédiées à la récupération d'énergie à l'intérieur du réservoir de stockage thermique.

 

La tour de refroidissement est indispensable au fonctionnement du refroidisseur mais représente une très forte consommation d'eau, et son alimentation en eau peut poser problème. Pour résoudre ce problème, la possibilité d'utiliser de l'eau de mer dans la tour de refroidissement avec un circuit indépendant de l'eau entrant dans le refroidisseur est à l’étude.

 

Le coût total du système de refroidissement s’est élevé à 80 000 USD, soit 2285 USD / kW de refroidissement, ce qui est un coût spécifique élevé par rapport aux technologies à compression mécanique. La machine de refroidissement à absorption est l'équipement le plus cher du système avec un coût de 19 850 USD. Cependant, le coût de ce type de machines est amené à diminuer.

 

^[1] Aguilar-Jiménez J.A. et al. Optimum operational strategies for a solar absorption cooling system in an isolated school of Mexico, International Journal of Refrigeration, April 2020. Disponible dans FRIDOC, en accès libre pour les membres de l'IIF.