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Rejet de chaleur au condenseur

Aérocondenseur, tour de refroidissement, condenseur évaporatif — approche et range

🏗️ Application chantier : Au condenseur (module A5), le fluide frigorigène cède sa chaleur latente de condensation. Cette chaleur doit ensuite être rejetée vers l'extérieur — vers l'air ambiant ou vers de l'eau. Le choix du système de rejet (aérocondenseur, tour de refroidissement, condenseur évaporatif) conditionne directement la performance et l'encombrement de l'installation frigorifique.

Dans le cycle frigorifique étudié au module A5, le condenseur est l'échangeur où le fluide frigorigène, comprimé et chaud, cède sa chaleur pour se liquéfier. Cette chaleur ne disparaît pas : elle doit être évacuée vers l'extérieur du bâtiment.

Plusieurs technologies existent pour ce rejet de chaleur, avec des performances et des contraintes très différentes. Le choix se fait selon la puissance à rejeter, le climat local, la disponibilité en eau et les contraintes réglementaires (notamment sanitaires, pour les systèmes utilisant de l'eau en circuit ouvert).

Deux grandeurs permettent de caractériser et comparer la performance thermique d'un système de rejet à eau (tour de refroidissement, condenseur évaporatif) : l'approche et le range.

📖 Vocabulaire clé

Aérocondenseur : Système de rejet où le fluide frigorigène (ou l'eau du circuit condenseur) cède sa chaleur directement à l'air ambiant, à travers une batterie à ailettes ventilée, en circuit fermé. Solution simple et sans consommation d'eau, mais dont la performance se dégrade fortement par forte chaleur (l'air chaud absorbe moins bien la chaleur).

Tour de refroidissement ouverte : Système où l'eau chaude issue du condenseur est pulvérisée au contact d'un flux d'air ; une fraction de l'eau s'évapore, ce qui refroidit le reste de l'eau par prélèvement de sa chaleur latente de vaporisation. Très efficace, mais nécessite un traitement d'eau rigoureux (risque de prolifération de la légionellose dans l'eau stagnante et les aérosols).

Condenseur évaporatif : Système combinant les deux principes précédents : le fluide frigorigène circule dans un serpentin directement aspergé d'eau et balayé par un flux d'air, l'évaporation partielle de l'eau assurant le refroidissement. Plus compact qu'une tour associée à un condenseur séparé.

Approche : Écart entre la température de l'eau refroidie en sortie de tour et la température humide de l'air ambiant :

\text{Approche} = T_{sortie\,eau} - T_{humide\,air}

. Usuellement de

2

6\,°C

: plus l'approche est faible, plus la tour est performante (mais aussi plus grande et coûteuse).

Range (ou refroidissement) : Écart de température de l'eau entre l'entrée et la sortie de la tour :

\text{Range} = T_{entrée\,eau} - T_{sortie\,eau}

. Usuellement de

5

7\,°C

, ce range dépend directement de la puissance à rejeter et du débit d'eau en circulation.

📋 Évaluer la performance d'un système de rejet de chaleur à eau

1 Identifier le type de système de rejet (aérocondenseur, tour ouverte, condenseur évaporatif) et les températures disponibles (entrée/sortie eau, température humide de l'air).
2 Relever ou estimer la température humide $T_{humide\,air}$ de l'air ambiant (donnée climatique locale, dépend de la température sèche et de l'humidité relative).
3 Calculer l'approche $= T_{sortie\,eau} - T_{humide\,air}$ à partir de la température de l'eau refroidie en sortie de tour.
4 Calculer le range $= T_{entrée\,eau} - T_{sortie\,eau}$ à partir des températures d'eau en entrée et en sortie.
5 Comparer aux plages usuelles ( $2$ à $6\,°C$ pour l'approche, $5$ à $7\,°C$ pour le range) pour juger si la tour est correctement dimensionnée, en gardant à l'esprit que ce sont des ordres de grandeur usuels, à confirmer sur la fiche constructeur.

✅ Exemple résolu

Énoncé : Une tour de refroidissement reçoit de l'eau à

T_{entrée\,eau} = 32\,°C

et la restitue à

T_{sortie\,eau} = 27\,°C

. La température humide de l'air ambiant ce jour-là est

T_{humide\,air} = 22\,°C

.

Calculer l'approche et le range de cette tour, et commenter.

Démarche :

Approche $= T_{sortie\,eau} - T_{humide\,air} = 27 - 22 = 5\,°C$ .
Range $= T_{entrée\,eau} - T_{sortie\,eau} = 32 - 27 = 5\,°C$ .

Réponse : L'approche de

5\,°C

se situe dans la plage usuelle (

2

6\,°C

), tout comme le range de

5\,°C

(plage usuelle

5

7\,°C

) : cette tour de refroidissement fonctionne dans des conditions normales pour ce climat.

🌡️ Relations clés

\text{Approche} = T_{sortie\,eau} - T_{humide\,air}

(usuellement

2

6\,°C

)

\text{Range} = T_{entrée\,eau} - T_{sortie\,eau}

(usuellement

5

7\,°C

)

🎨 Illustration

Températures caractéristiques d'une tour de refroidissement

Approche et range entre air humide et eau du circuit condenseur

Trois niveaux de température (entrée eau, sortie eau, air humide) permettent de lire directement deux écarts caractéristiques : le range, entre l'entrée et la sortie d'eau, et l'approche, entre la sortie d'eau et la température humide de l'air ambiant.

1 Le range (écart entrée/sortie eau) dépend surtout de la puissance à rejeter et du débit d'eau en circulation dans la tour.
2 L'approche (écart sortie eau/air humide) traduit l'efficacité propre de l'échange tour-air : plus elle est faible, plus la tour est performante, mais aussi plus volumineuse.
3 La température humide de l'air, et non la température sèche, est la référence pertinente car c'est elle qui limite le potentiel de refroidissement par évaporation.

Ce qu'il faut lire : Repère les trois lignes horizontales de haut en bas (entrée eau, sortie eau, air humide), puis lis les deux écarts verticaux annotés : range en haut, approche en bas.

Lecture des écarts de température caractéristiques d'une tour de refroidissement : range et approche.

❌ Une erreur, une suggestion

❌ L'erreur fréquente

Les valeurs usuelles d'approche ( $2$ à $6\,°C$ ) et de range ( $5$ à $7\,°C$ ) sont des ordres de grandeur courants, pas des constantes physiques universelles : elles dépendent du modèle de tour, de son dimensionnement et des conditions climatiques réelles.

✅ La suggestion

Elles doivent toujours être vérifiées sur la fiche technique du constructeur de la tour retenue. Attention également à ne pas confondre température humide (obtenue avec un thermomètre à bulbe humide, liée à l'humidité de l'air) et température sèche (température ambiante classique) : c'est bien la température humide qui sert de référence pour l'approche.

💡 À retenir

Le condenseur (module A5) doit céder sa chaleur vers l'extérieur : plusieurs technologies de rejet de chaleur existent.
L'aérocondenseur rejette vers l'air en circuit fermé, simple mais moins performant par forte chaleur.
La tour de refroidissement ouverte exploite l'évaporation partielle de l'eau (chaleur latente) — très efficace mais à surveiller sanitairement (légionellose).
Le condenseur évaporatif combine les deux principes dans un seul échangeur compact.
Deux indicateurs de performance : l'approche ( $T_{sortie\,eau} - T_{humide\,air}$ , $2$ - $6\,°C$ ) et le range ( $T_{entrée\,eau} - T_{sortie\,eau}$ , $5$ - $7\,°C$ ).

🏗️ Application chantier

Où retrouve-t-on ce principe sur une installation réelle ?
Au condenseur (module A5), le fluide frigorigène cède sa chaleur latente de condensation. Cette chaleur doit ensuite être rejetée vers l'extérieur — vers l'air ambiant ou vers de l'eau. Le choix du système de rejet (aérocondenseur, tour de refroidissement, condenseur évaporatif) conditionne directement la performance et l'encombrement de l'installation frigorifique.

Mots-clés associés : CondenseurTour de refroidissementAérocondenseurCondenseur évaporatifApprocheRangeTempérature humide

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