Évaluer la consommation d'un système de climatisation à eau glacée et à eau perdue

Préalable

On prend ici un comme exemple le milieu hospitalier pour effectuer cette comparaison. Plus spécifiquement, on considère un local technique de commande, de calcul et de régulation d’un scanner se trouvant dans le local adjacent. Il pourrait tout aussi bien s’agir d’un local central de laboratoire regroupant des congélateurs, d’une banque de sang au bloc opératoire, d’une banque de lait en Maternité, …Le but est de comparer les consommations et les coûts d’un système de climatisation à eau perdue par rapport à un système de puissance équivalente à eau glacée.

On prend en compte un certain nombre de données et d’hypothèses.

Données

  • l’apport thermique des armoires électroniques est de 3.5  kW;
  • les conditions de température interne sont de 23°C et externe de 35°C;
  • le prix du kWh électrique est de 16 c€;
  • le prix du m³ d’eau de ville est de 1.5 €;
  • le scanner fonctionne 10 heures par jour, 5 jours par semaine tout au long de l’année (soit 2600 heures par an). En considérant que l’installation frigorifique

Hypothèses

Le local technique :

  • est sans apport d’air neuf;
  • est sans occupant;
  • a des déperditions dans les parois constante;
  • a des apports internes constants (les congélateurs, les banques de sang, … fonctionnent en permanence).

Climatisation à eau perdue

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau perdue.

Schéma climatisation d' un local en eau perdue.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant.

Pour une unité dont on tire 3.5 kW froid :

  • le débit d’air normal est de 550 m³/h à température ambiante de 23°C et 50 % d’humidité ;
  • le débit d’eau perdue à 15°C en entrée et 25°C en sortie du condenseur à eau perdue est de 0.136 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur est de 55 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur est de 850  W;
  • un COP (pour une température d’ambiance de 23°C et de 15°C d’eau de ville) de l’ordre de 4.4;
  • un COPA évalué à 2

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation du ventilateur + consommation du compresseur

= (Puissance du ventilateur + Puissance du compresseur) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA / COP)

= (0.055 + 0.85) x 2 600 x (2 / 4.4)

= 1 069 kWh/an

> Calcul de la consommation annuelle d’eau de ville

= débit [m³/h] x nombre d’heure x (COPA/COP)

= 0.136 [m³/h] x 2 600 x (2 / 4.4)

= 160 m³/an

> Calcul du coût de consommation annuel du climatiseur à eau perdue (consommation électrique + eau perdue)

Coût annuel = 1 069 [kWh/an] x 0.16 [€/kWh] + 160 [m³/an] x 1.5 [€/m³]

= 411 €/an

Climatisation à eau glacée

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau glacée.

Schéma climatisation d' un local à eau glacée.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant

Pour une cassette plafonnière dont on tire 3.3 kW froid couplée à une unité de production de 5.7 kW (l’unité la plus petite de la gamme):

  • le débit d’air normal de la cassette plafonnière est de 760 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur de la cassette est de 110  W;
  • la puissance électrique absorbée par le ventilateur du condenseur extérieur est de 150 W;
  • la puissance électrique absorbée par la pompe de circulation d’eau glacée est estimée à 20 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur du groupe de production à charge réduite est de 1 150  W (la puissance de l’évaporateur de la machine frigorifique s’adapte à la demande de la cassette plafonnière);
  • un COP (pour une température extérieure de 35 °C en régime 7/12°C de l’ordre de 3;
  • un COPA évalué à 1.5.

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation (ventilateur extérieure + compresseur + ventilateur de la cassette + pompe)

= (Puissance du ventilateur extérieur + Puissance du compresseur + Puissance du ventilateur de la cassette + Puissance de la pompe) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA/COP)

= (0.150 + 1.15 + 0.11 + 0.02 ) [kWh] x 2 600 [heures] x (1.5 / 3)

= 1 859 kWh/an

> Calcul du coût de consommation annuel de l’installation (consommation électrique)

Coût annuel = 1 859  [kWh/an] x 0.16 [€/kWh]

= 297 €/an