Tours de refroidissement

A quoi sert une tour de refroidissement ? qu’est-ce qu’un refroidisseur adiabatique ?
Comment une tour de refroidissement fonctionne- t-elle?

Une tour de refroidissement est utilisée pour refroidir de l’eau :

  • Soit seule(s) soit en complément des groupes froids pour les systèmes de climatisation en milieu tertiaire : immeubles de bureaux, centres commerciaux, hôpitaux, campus universitaires, Data center…
  • tous process industriel nécessitant de refroidir son cycle de production : sucreries, distilleries, pétrochimie, agroalimentaire, métallurgie, sidérurgie, R&D, production d’énergie, …

Le refroidissement s’effectue par le biais d’une surface d’échange (packing), l’air étant en contact direct avec l’eau permet, par évaporation d’une faible quantité de celle-ci, d’abaisser sa température.
De cette manière, il est possible de refroidir l’eau à une température plus basse que celle de la température sèche ambiante.

Le choix d’un appareil fait l’objet d’une étude personnalisée pour répondre à chaque besoin spécifique :

  • Le type d’application, industrielle ou tertiaire.
  • La qualité de l’eau à refroidir (le choix de la surface d’échange est prépondérant)
  • La puissance thermique à rejeter et/ou le débit d’eau à refroidir.
  • La température de refroidissement souhaitée.
  • La zone dédiée à son installation et l’environnement en fonction des contraintes acoustiques et visuelles (anti-panache).

Tour ouverte, fermée, hybride ?

Tour ouverte :

Une tour ouverte ne comporte aucune séparation physique entre le circuit primaire (process) et secondaire (tour).
L’eau à refroidir passe directement à l’intérieur de la tour et est distribuée en partie haute et de façon homogène sur la totalité de la surface d’échange du packing.
L’air étant en contact direct avec l’eau permet, par évaporation d’une faible quantité de celle-ci, d’abaisser sa température.
La ventilation mécanique, soufflante ou aspirante, permet de véhiculer l’air à contre-courant de l’eau.
L’eau refroidie est alors récupérée dans le bassin pour retourner au process.

Les principaux avantages :

  • Equipement permettant d’obtenir les températures d’eau les plus basses.
  • Appareil compact.

Tour fermée :

Une tour fermée comporte une séparation physique entre le circuit primaire (process) et secondaire (tour).
L’eau à refroidir passe dans un échangeur à plaques accolé à la section ouverte.
Ainsi, les deux circuits sont isolés et l’échange thermique s’effectue d’une part au travers de l’échangeur à plaques pour le circuit client, et d’autre part dans le packing sur le même principe d’évaporation d’eau que pour la tour ouverte.

Les principaux avantages :

  • L’eau du process n’est pas au contact de l’eau de la tour.
  • Maitrise de la qualité d’eau et du risque d’un éventuel développement des bactéries,
  • Maintenance simplifiée et sécurisée car limité au volume d’eau de la tour.
  • Coût de traitement d’eau faible, liée au volume stricte de la tour.



Tour hybride ouverte ou fermée :

Une tour hybride ouverte ou fermée est une tour complétée par la mise en place d’une batterie sèche anti panache.
L’ajout d’une batterie anti panache au sommet d’une tour ouverte ou fermée, permet de réduire, voire supprimer le panache.
Le panache pourrait à tort être associée à une pollution, mais il ne s’agit que de vapeur d’eau.
L’efficacité d’une tour hybride est garantie par l’utilisation d’une batterie sèche associée à une vanne de variation de débit d’arrosage sur le corps d’échange (brevet Jacir).
Ainsi, la désaturation par réchauffement de l’air en sortie de tour, et la diminution de l’humidification de l’air sur le packing assurent une réduction maximale du panache.
Au-delà de la seule suppression de panache, ce système permet de réduire la consommation d’eau jusqu’à 80 %, et représente un ultime obstacle aux entraînements vésiculaires possibles.


Refroidisseur Adiabatique :

Le refroidisseur adiabatique résulte de l’association d’un aéroréfrigérant sec et d’une section de pré-refroidissement d’air, Il fonctionnera majoritairement en mode sec puis en mode adiabatique, lorsque la charge thermique sera maximale notamment lors des saisons chaudes.

Mode sec
L’eau à refroidir circule dans les deux batteries verticales, elles-mêmes traversées par l’air ambiant. Le média à l’entrée est sec.
Cet air est aspiré par une ventilation à variation de vitesse et régulée en fonction de la charge thermique afin de maintenir constante la température de sortie du fluide.
L’air est ensuite évacué vers le haut, et l’eau refroidie est alors disponible à la sortie des batteries.

Mode adiabatique
Lorsque les conditions climatiques changent et que le refroidissement en mode sec devient insuffisant, le média est humidifié.
L’air ambiant traversant le média se refroidit par humidification : l’air ainsi pré-refroidi traverse ensuite la batterie pour refroidir l’eau.
L’eau d’humidification excédentaire est collectée dans un bac en acier inox, puis recyclée.
L’économie d’eau est alors majeure, sans risque de propagation de bactéries.

Cette section de pré refroidissement a pour rôle d’abaisser la température de l’air ambiant par évaporation d’eau sur un média conçu spécifiquement pour cet usage.


Les principaux avantages :

  • Aucun entrainement vésiculaire : Non soumis ICPE
  • Faible consommation d’eau grâce au système de récupération d’eau avec pompe
  • Maintenance aisée (Accès interne total)
  • Aucun traitement d’eau nécessaire

Paramètres importants à prendre en compte :

Le type de circuit de refroidissement est déterminant pour la façon exacte dont la transmission de chaleur se produit :

L’efficacité des procédés est directement liée à la température de fonctionnement des circuits d’eau.
Le refroidissement évaporatif demeure le procédé le plus économique pour obtenir des températures d’eau froide inférieures à la température ambiante.
Un procédé efficace devra optimiser ses rendements en maîtrisant la consommation électrique, en abaissant les consommations d’eau, en limitant les temps d’arrêt de maintenance pour une disponibilité des équipements toujours accrue, et des coûts de fonctionnement maitrisés.

Les solutions existent, et doivent être optimisées dès la conception :

Faciliter les accès de maintenance, permettant un accès suffisant pour agir rapidement et en toute sécurité.
Offrir des équipements conçus pour limiter les consommations, conserver les performances dans le temps, et permettre une régulation en fonction de la demande du procédé, des variations des conditions extérieures et de l’environnement de travail.
Assurer une qualité de fabrication afin de maitriser les dépenses de maintenance et permettre de les programmer à long terme afin de prévenir les aléas de production.