Amélioration des performances énergétiques et environnementales des systèmes frigorifiques au moyen de la brumisation des condenseurs à air

Improvement of refrigerating systems regarding energy saving and environmental impact by means of sprayed air flow upward the air cooled condenser

• Auteur / Autrice : Julien Tissot
• Direction : Pascal Boulet, Laurence Fournaison
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 07/10/2011
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Michel Feidt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Trinquet, N. Doré
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Marvillet, Lounès Tadrist

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Refroidissement par pulvérisation

Brumisation

Alimentation en énergie

Réfrigération et appareils frigorifiques

Mots clés libres

Brumisation

Spray

Evaporation

Machine frigorifique

Condenseur

Energie

Transfert thermique

Mist

Spray

Evaporation

Refrigerating machine

Condenser

Energy

Heat transfer

Résumé

L'application de la brumisation d'eau dans l'air en amont des condenseurs à air permet de réduire la consommation d'énergie des machines frigorifiques. L'intérêt de la brumisation d'eau réside dans l'abaissement de température de l'air obtenu par évaporation du spray. L'optimisation de cette méthode permet d'obtenir une efficacité se rapprochant de celle des systèmes évaporatifs tout en supprimant le risque de développement et de transports de bactéries tel que les légionelles. Le problème est abordé ici de deux manières : la première théorique et numérique (utilisation du code MIRABELLES et développement d'un modèle d'échange thermique air-goutte/condenseur) et la seconde expérimentale (mise en place d'un pilote et d'une pompe à chaleur). A l'aide du code MIRABELLES, on a déterminé les caractéristiques d'un spray évoluant dans un milieu ambiant donné et son impact sur l'abaissement de température de l'air. Les données numériques obtenues ont guidé le choix du matériel et la stratégie de brumisation à appliquer expérimentalement. Les mesures effectuées sur le pilote montrent l'amélioration des échanges thermiques entre l'air et le condenseur grâce à la brumisation et quantifient également l'influence de l'impact des gouttes avec les ailettes du condenseur. L'application de la brumisation sur la pompe à chaleur a mis en avant les gains sur la consommation électrique et l'augmentation de la production frigorifique. La comparaison de l'ensemble des résultats expérimentaux avec les résultats numériques a permis de valider le modèle thermique simulant les échanges entre un air chargé de gouttelette d'eau et un condenseur.

The application of water mist in the air upstream of the air-cooled condensers can reduce the energy consumption of refrigeration. The advantage of water mist is the lowering of air temperature obtained by evaporation of the spray. The optimization of this method provides an efficiency approaching that of evaporative systems while eliminating the risk of development and transport of bacteria such as legionella. The problem is addressed here in two ways: the first theoretical and numerical (using the code MIRABELLES and development of a model heat exchange air-droplet/condenser) and the second experiment (establishment of a pilot and a heat pump). Using the code MIRABELLES, it was determined the characteristics of a spray operating in a given environment and its impact on the lowering of air temperature. The digital data obtained have guided the choice of materials and the experimental using condition of water mist. Measurements on the pilot show the improvement of heat exchange between air and the condenser by means of the mist and quantify the influence of the impact drops/condenser fins. The application of the mist on the heat pump has highlighted the gains in power consumption and the increase in refrigeration. The comparison of all experimental results with the numerical results has validated the thermal model simulating the interaction between a droplet-laden air and water condenser.