Tours de refroidissement pour des projets de construction durable

Étant donné que la plupart des bâtiments construits aujourd’hui utilisent une méthode pour refroidir l’air intérieur, les ingénieurs et les architectes peuvent rechercher la méthode la plus efficace et la plus durable possible sur le plan environnemental. Les systèmes d'évaluation de la durabilité récompensent les pratiques écologiquement durables qui préservent les ressources énergétiques, matérielles et en eau. Voici des exemples utilisant le système LEED :

Un système de tour de refroidissement par évaporation capable d'atteindre ces objectifs a le potentiel de gagner des points pour le crédit d'optimisation énergétique LEED, dont jusqu'à 20 dans les bâtiments existants et jusqu'à 18 dans les nouveaux bâtiments. Une équipe de conception de bâtiments visant à optimiser la performance énergétique peut atteindre la moitié du chemin vers la certification en mettant en œuvre des stratégies liées au CVC et en choisissant des équipements qui contribuent à une efficacité accrue. Un bâtiment devient certifié LEED avec un minimum de 40 points.

Premièrement, pour gagner des points en vue de la certification, les bâtiments doivent remplir quelques conditions préalables. Pour les nouveaux bâtiments, les équipes de conception peuvent démontrer la contribution de la tour de refroidissement à la réduction de l'eau intérieure avec des compteurs d'eau d'appoint, des contrôleurs de conductivité et des alarmes de débordement, ainsi que des éliminateurs de gouttes. Les nouveaux bâtiments peuvent également être pré-qualifiés pour la certification si les propriétaires s'engagent à effectuer le comptage de l'eau ainsi qu'à effectuer la mise en service et la vérification fondamentales.

La mise en service et la vérification fondamentales comprennent la mise en œuvre d'un « plan d'exigences et d'exploitation des installations », qui peut traiter des calendriers de fonctionnement des équipements et des points de consigne CVC qui optimisent la consommation d'énergie.

Les tours de refroidissement évaporent l'eau recirculée d'un système CVC pour éliminer la chaleur. Seules de petites quantités d’eau doivent être recirculées dans le système. L'eau dans la tour de refroidissement par évaporation se mélange au flux d'air – généralement produit par un ventilateur (utilisant souvent un entraînement à fréquence variable pour économiser de l'énergie) ; il en résulte une évaporation de l’eau chaude, créant une action de refroidissement.

Le fonctionnement des tours de refroidissement peut être optimisé de plusieurs manières pour contribuer directement à la certification LEED :

• L'exploitation d'une tour de refroidissement dans des conditions de débit variable en dehors des heures de pointe peut permettre d'obtenir une plus grande efficacité en réduisant le débit et l'énergie du ventilateur, à condition qu'une bonne distribution de l'eau soit assurée. Exemples:
  • Faire fonctionner la moitié des ventilateurs à pleine vitesse pour un refroidissement de 50 % avec une consommation d'énergie réduite de moitié.
  • Faire fonctionner tous les ventilateurs à moitié vitesse pour un refroidissement de 50 % avec une consommation d'énergie réduite d'un huitième.

• Surveiller la consommation d’eau pour identifier les moyens de minimiser l’utilisation. Comme mentionné précédemment, le comptage d’eau peut potentiellement aider un bâtiment existant à gagner jusqu’à deux points et un nouveau bâtiment jusqu’à un point. Le Calculateur de consommation d'eau Marley aide les planificateurs de bâtiments à déterminer la quantité d'eau qu'ils peuvent économiser en utilisant le refroidissement par évaporation dans leurs applications spécifiques.

• Intégrer la gestion de la qualité de l’eau, le contrôle des contaminants et les cycles de concentration dans le cadre de la conservation de l’eau du système. Réaliser la conservation de l'eau peut potentiellement rapporter jusqu'à trois points à un bâtiment existant et jusqu'à deux points à un nouveau bâtiment.

Maximiser les « cycles de concentration » est une pratique recommandée de conservation de l’eau. Les cycles de concentration sont définis comme le rapport résultant des solides dissous concentrés dans l’eau de « purge » en circulation par rapport à celui de l’eau d’appoint fraîche. L'augmentation des cycles de concentration peut réduire considérablement la purge et l'eau d'appoint simultanément, créant ainsi un équilibre chimique de l'eau qui conserve l'eau et élimine les minéraux dissous pendant le processus de refroidissement par évaporation.

Parallèlement, la quantité de matières dissoutes doit être soigneusement contrôlée. La mise en œuvre d'un programme efficace de traitement de l'eau avec des outils pour surveiller la qualité de l'eau permet aux opérateurs de tours de refroidissement de résoudre de manière proactive les problèmes liés aux micro-organismes, à la corrosion, au tartre et à la conservation de l'eau.

L'humidité relative mesure la différence entre l'humidité réellement présente dans l'air et la quantité d'humidité que l'air pourrait contenir. C’est la différence entre la température du bulbe humide, ou la quantité d’humidité dans l’air, et la température du bulbe sec, la température extérieure. À 100 pour cent d’humidité relative, les températures humides et sèches sont les mêmes. Dans les systèmes de refroidissement par évaporation, la chaleur est transférée en fonction du bulbe humide, tandis que les systèmes secs reposent sur le bulbe sec. Les systèmes évaporatifs sont capables de produire des températures d’eau froide proches des niveaux de bulbe humide qui tombent souvent en dessous des températures extérieures de bulbe sec, ce qui entraîne des économies d’énergie dans les zones arides. Les systèmes secs, en revanche, doivent fonctionner toute l’année contre des températures élevées de bulbe sec dans des régions comme le Moyen-Orient.

Dans les climats arides avec des ressources en eau limitées ou inexistantes, les tours de refroidissement hybrides peuvent contribuer à limiter la consommation d'eau. La combinaison hybride de composants humides et secs maximise l'efficacité du refroidissement dans des conditions de charge thermique élevée tout en permettant des économies d'eau à charge réduite. Produits hybrides innovants utilisant à la fois des technologies humides et sèches – comme le Tour de refroidissement Marley NCWD – refroidissez d'abord l'eau via une section sèche au sommet de la tour, offrant des économies d'eau supplémentaires et un autre moyen de gagner potentiellement des points pour le crédit d'innovation. La tour NCWD peut réduire la consommation annuelle d'eau jusqu'à 20 %, en fonction du climat et du profil de charge thermique de l'installation.

L'utilisation de variateurs de fréquence (VFD) avec ventilateurs est recommandée. Avec les moteurs de ventilateur à deux vitesses, chaque fois que vous avez besoin d'une capacité de refroidissement supérieure à 50 %, la puissance du ventilateur doit être augmentée à 100 % pour l'atteindre. Les systèmes VFD sont conçus pour combiner un contrôle absolu de la température avec une gestion idéale de l’énergie. L'utilisateur de la tour de refroidissement sélectionne une température d'eau froide et le système d'entraînement fera varier la vitesse du ventilateur pour maintenir cette température. L'utilisation des VFD peut réduire considérablement la consommation d'énergie annuelle dans la plupart des climats, ce qui les rend essentiels pour les projets axés sur l'efficacité énergétique et la durabilité.

Lorsqu'il est utilisé avec un VFD, l'utilisation d'un moteur à aimant permanent peut être aussi économe en énergie qu'un entraînement par engrenages, mais le coût initial peut être considérablement plus élevé. En plus de ces deux facteurs, les gestionnaires de bâtiments doivent prendre en compte la facilité d'entretien, la fiabilité et la durée de vie, en tenant compte des coûts d'installation, de la complexité opérationnelle et de l'impact environnemental.

Les tours de refroidissement physiquement plus grandes sont plus efficaces car elles ont généralement un plus grand volume de fluide de transfert de chaleur (remplissage), ce qui leur permet d'utiliser moins de débit d'air et une puissance de ventilateur inférieure pour des économies d'énergie accrues. De nombreuses combinaisons de taille physique de tour et de puissance de ventilateur peuvent répondre à certaines exigences de température pour un débit d’eau spécifique. Étant donné que l'optimisation des économies d'énergie nécessite généralement l'utilisation d'une tour de refroidissement plus grande et potentiellement plus coûteuse, les concepteurs de systèmes doivent consulter les fabricants de tours de refroidissement pour obtenir de l'aide en comparant les coûts aux avantages en matière de consommation d'énergie afin de trouver une solution qui répond le mieux à leurs besoins.

LEED définit l'efficacité ASHRAE 90.1 comme seuil de conformité avant d'être pris en compte pour les crédits LEED. Les crédits sont accordés sur la base d'améliorations de l'efficacité énergétique globale du bâtiment qui sont meilleures que la norme ASHRAE 90.1.

Les tours sélectionnées de plus grande taille physique avec une efficacité énergétique en gallons par minute par cheval-vapeur supérieure à ASHRAE 90.1 peuvent aider à acquérir des crédits LEED. L'utilisation de variateurs de fréquence (VFD) peut également permettre des économies d'énergie annuelles significatives dans la plupart des climats, ce qui peut également contribuer à l'obtention de crédits LEED.

Notre Dimensionnement et sélection des tours Le logiciel peut vous aider en fournissant le calcul d'efficacité ASHRAE sur le résultat de chaque sélection.