Lorsque la plupart des gens pensent à la réfrigération, les premières choses qui leur viennent à l’esprit sont les réfrigérateurs et les climatiseurs. Cependant, les systèmes de réfrigération sont pratiquement omniprésents. Un entrepôt frigorifique rempli de fruits, un centre de données rempli de serveurs, le circuit de refroidissement d’une usine chimique, voire le petit cave à vin à la maison, tous reposent sur quelques technologies de base.
 
Il existe quatre principales méthodes utilisées par les ingénieurs pour évacuer la chaleur des applications indésirables : les systèmes à compression, les systèmes à absorption, le refroidissement par évaporation et les dispositifs thermoélectriques.
 
Chaque méthode est applicable à différents secteurs et scénarios. Si vous envisagez quel système est le mieux adapté à votre nouveau projet, une compréhension complète de chacun vous aidera à faire le bon choix.

1. Système de réfrigération à compression

---

La réfrigération par compression est la méthode de réfrigération la plus courante, largement utilisée dans les refroidisseurs à expansion directe et les refroidisseurs à variation de fréquence (VFD). Elle utilise un compresseur pour comprimer le réfrigérant, le faisant circuler entre un évaporateur et un condenseur, afin d’obtenir le refroidissement.
 
Le processus central d’un système de réfrigération à compression comprend quatre étapes principales. Le compresseur aspire le gaz réfrigérant basse pression depuis l’évaporateur, augmentant sa pression et sa température pour préparer le rejet de chaleur.
 
Le gaz entre ensuite dans le condenseur, libérant la chaleur dans l’air et l’eau, et se condense en liquide. Lorsque le liquide passe par la vanne d’expansion, sa pression et sa température continuent de chuter.
 
Une fois qu’il pénètre dans l’évaporateur, il rencontre le fluide ou l’air chaud de l’autre côté de l’échangeur de chaleur, absorbe la chaleur et se transforme de nouveau en gaz, qui est ensuite aspiré par le compresseur.
 
Il s’agit d’une technologie de réfrigération très mature et efficace, utilisée dans presque tous les refroidisseurs industriels, systèmes de climatisation et équipements de refroidissement principaux dans les centres de données et applications de refroidisseurs pour semi-conducteurs. Cependant, certaines limites existent.
 
La plupart des refroidisseurs à compression sont alimentés électriquement et, même ceux utilisant la technologie VFD, consomment une énergie considérable. De plus, le compresseur est bruyant pendant le fonctionnement, ce qui le rend plus adapté à une installation éloignée des zones de vie et de travail.

2. Système de réfrigération à absorption

---

Contrairement aux systèmes de réfrigération par compression, les systèmes de réfrigération à absorption ne dépendent pas de l’électricité pour entraîner le compresseur. Ils utilisent plutôt l’énergie thermique pour faire circuler l’absorbant et le réfrigérant.
 
Dans l’évaporateur, le réfrigérant absorbe la chaleur de l’environnement ou du processus, s’évaporant en gaz qui est ensuite absorbé par l’absorbant. Les absorbants courants sont le mélange eau-bromure de lithium et l’ammoniac-eau.
 
La solution ayant absorbé le gaz réfrigérant entre dans un générateur ou un chauffe-eau, où elle est chauffée par gaz, vapeur ou eau chaude pour séparer le gaz réfrigérant de l’absorbant. À ce stade, le gaz est à haute température et haute pression. Le gaz réfrigérant entre ensuite dans le condenseur, libère la chaleur, se liquéfie et circule de nouveau vers l’évaporateur. Cela complète le cycle de réfrigération.
 
Lors de la présentation des refroidisseurs à gaz, nous avons appris que les refroidisseurs à absorption peuvent utiliser la chaleur ou le gaz résiduel pour le chauffage, et peuvent également récupérer la chaleur perdue pour chauffer l’eau de process ou pour le chauffage des locaux. Par conséquent, la conservation de l’énergie et la protection de l’environnement sont des avantages majeurs des systèmes de réfrigération à absorption.
 
Cependant, comparés aux systèmes de réfrigération par compression, les refroidisseurs à absorption ont un coefficient de performance (COP) plus faible et sont plus volumineux, nécessitant plus d’espace. Ils sont donc généralement utilisés dans de grands systèmes de refroidissement où la récupération de chaleur résiduelle est possible, comme les centrales électriques et les applications de refroidissement industriel.

3. Système de réfrigération par évaporation

---

Comme nous le savons tous, l’eau absorbe la chaleur de l’environnement lorsqu’elle s’évapore. Les systèmes de réfrigération par évaporation utilisent ce principe, abaissant la température de l’air ou du liquide en absorbant la chaleur pendant l’évaporation. Ils ne possèdent pas de compresseurs complexes ni de circuits à haute pression, mais reposent sur l’écoulement et la structure d’échange thermique entre l’eau et l’air pour améliorer l’efficacité du transfert de chaleur.
 
L’eau peut être répartie uniformément sur la surface de l’objet nécessitant un échange thermique par pulvérisation ou par des pads de refroidissement. Lorsque l’air circule sur la surface humidifiée, les molécules d’eau absorbent la chaleur de l’air et de la surface, s’évaporant. Cela réduit la température de l’air et de l’objet. L’eau restante peut être récupérée et recyclée.
 
Cette méthode est limitée par le climat et la disponibilité en eau. Cependant, elle consomme très peu d’énergie et est respectueuse de l’environnement. Elle est donc couramment utilisée dans les tours de refroidissement industrielles, les serres agricoles et les centres de données.

4. Système de refroidissement thermoélectrique

---

Un système de refroidissement thermoélectrique utilise l’effet thermoélectrique pour convertir la chaleur en froid. Son composant central est le module Peltier.
 
Lorsque le courant continu traverse un module Peltier, le flux d’électrons transfère la chaleur. La température d’un côté du module baisse, tandis que celle de l’autre côté augmente.
 
À ce stade, un dissipateur thermique évacue la chaleur du côté chaud, maintenant le côté froid à basse température. Une plaque de refroidissement transfère ensuite la température du côté froid à l’objet à refroidir, réalisant ainsi le refroidissement.
 
Cette méthode de refroidissement ne nécessite pas de composants mécaniques tels que réfrigérants ou compresseurs, ce qui permet de réduire la taille de l’appareil et la rend adaptée aux environnements à espace limité, comme les laboratoires, les automobiles et les cabinets médicaux.
 
Cependant, la puissance de refroidissement d’un seul module est généralement de seulement quelques dizaines de watts, ce qui limite la capacité de refroidissement et rend son efficacité nettement inférieure à celle des systèmes de réfrigération par compression. De plus, les matériaux et modules thermoélectriques de haute performance sont coûteux.

Tableau comparatif des quatre systèmes de réfrigération

---

Le tableau suivant offre une comparaison claire des quatre principaux types de systèmes de réfrigération, en mettant en évidence leurs principes, coûts, performances et applications typiques.

Catégorie	Compression de vapeur	Absorption	Évaporation	Thermoélectrique
Principe de fonctionnement	Le compresseur fait circuler le réfrigérant	Cycle absorbant + réfrigérant entraîné par la chaleur	L’évaporation de l’eau absorbe la chaleur	Effet Peltier avec courant continu
Efficacité	Moyenne à élevée, moins à charge partielle	Faible à moyenne, COP < compression	Élevée, mais chute en climat humide	Faible, bonne pour le refroidissement précis à petite échelle
Source d’énergie	Électricité	Chaleur (gaz/vapeur/chaleur résiduelle)	Eau + énergie du ventilateur	Électricité continue
Taille du système	Moyenne à grande	Grande	Moyenne à grande	Petite
Investissement initial	Moyen	Élevé	Faible à moyen	Moyen à élevé
Coût de fonctionnement	Électricité élevée	Faible si chaleur résiduelle utilisée	Forte consommation d’eau, faible consommation électrique	Électricité élevée
Maintenance	Moyenne, entretien du compresseur	Élevée, contrôle de la solution nécessaire	Faible, problèmes de qualité de l’eau	Faible, entretien minimal de l’électronique
Avantages	Mature, fiable, largement utilisé	Économie d’énergie, utilise la chaleur résiduelle	Écologique, faible coût	Précis, silencieux, sans réfrigérant
Inconvénients	Bruyant, dépend de l’électricité	Volumineux, efficacité plus faible	Dépend du climat	Faible capacité, faible efficacité
Applications typiques	Refroidisseurs, HVAC, centres de données	Grands bâtiments, trigénération	Tours de refroidissement, serres, usines	Dispositifs médicaux, laboratoires, refroidissement électronique
Impact environnemental	Moyen, dépend des réfrigérants	Élevé, sans CFC/HFC	Élevé, sans réfrigérant	Élevé, sans réfrigérant

Conclusion

---

Le système de réfrigération le plus adapté n’est jamais celui offrant les meilleures performances, mais celui qui correspond le mieux à votre application. Si vous avez du mal à choisir l’un des quatre systèmes ci-dessus, nos experts en réfrigération peuvent vous aider.
 
LNEYA propose une large gamme d’équipements de réfrigération par compression et de systèmes de refroidissement Peltier, allant des équipements standard aux services personnalisés. Nous pouvons fournir la solution la plus adaptée à vos besoins.