La méthode économe en énergie pour utiliser 100 % d’air extérieur dans les bâtiments

Apportez l'extérieur à l'intérieur : la méthode écoénergétique pour utiliser 100 % d'air extérieur dans les bâtiments

Utiliser 100 % d’air extérieur dans un système CVC est plus sûr, mais beaucoup plus coûteux et énergivore. Les ingénieurs de l’Université Purdue (de gauche à droite) David Warsinger, Andrew Fix et James Braun travaillent sur un système écoénergétique qui utilise des membranes pour déshumidifier l’air extérieur avant qu’il n’entre dans le système CVC. Crédit : Purdue University photo/Jared Pike

À l’heure actuelle, il est bien connu que la circulation de l’air extérieur dans les bâtiments est plus sûre que la recirculation de l’air intérieur. Ce point a été poussé à la maison par la pandémie. Le problème, c’est que ce n’est tout simplement pas rentable.

Cela pourrait bientôt changer. Les ingénieurs de l’Université Purdue ont proposé un système qui combine une nouvelle technologie de membrane avec les derniers systèmes CVC pour rendre les systèmes d’air extérieur 100 % plus économes en énergie et économiquement réalisables, en particulier dans les climats chauds et humides. Ils disent que leur système pourrait économiser jusqu’à 66% en coûts énergétiques pour les grands bâtiments qui choisissent d’utiliser l’air extérieur plus sûr.

Des recherches antérieures à Purdue ont montré que les systèmes CVC (chauffage, ventilation et climatisation) sont un facteur clé dans la propagation de maladies aéroportées comme le COVID dans les environnements intérieurs comme les immeubles de bureaux, les restaurants et les avions.

« La plupart des gens ne réalisent pas la complexité d’un système CVC moderne », a déclaré James E. Braun, professeur d’ingénierie Herrick et directeur du Center for High Performance Buildings de Purdue. « Il y a un point idéal pour l’humidité dans un environnement intérieur – entre 40 % et 60 %. Plus sec que cela et les gens ne sont pas à l’aise ; plus humide, et vous êtes à risque de moisissure et d’autres problèmes. »

Donc, ouvrir simplement les fenêtres n’est pas une solution.

« Si vous introduisez de l’air extérieur, les niveaux d’humidité d’un bâtiment peuvent fluctuer énormément. C’est un défi incroyable de maintenir le bon équilibre entre la température, l’humidité, le confort humain et le coût global. »

Dans un système CVC typique, dit Braun, près de 40 % de l’énergie est utilisée pour déshumidifier l’air. Cela rend le chauffage ou le refroidissement de l’air extérieur encore plus énergivore et coûteux.

Pour résoudre ce problème, Braun s’est associé à David Warsinger, professeur adjoint de génie mécanique, spécialisé dans l’utilisation de membranes pour la filtration et le dessalement de l’eau. Ils ont proposé un système appelé échangeur d’énergie à membrane active, qui intègre des membranes spécialisées dans le système CVC pour réduire l’énergie requise pour déshumidifier l’air extérieur. Les grands bâtiments comme les hôpitaux pourraient réduire leurs coûts énergétiques jusqu’à 66 % avec un tel système, par rapport aux systèmes d’air entièrement extérieurs actuels.

Leurs recherches ont été publiées dans Énergie appliquée.

« La membrane est la clé », a déclaré Andrew Fix, étudiant au doctorat Purdue en génie mécanique et auteur principal de l’article. Nous utilisons des membranes sélectives à la vapeur, ce qui signifie qu’elles ne laissent passer la vapeur d’eau que lorsqu’une différence de pression est appliquée, mais bloquent l’air. En faisant passer l’air sur ces membranes, nous pouvons extraire la vapeur d’eau de l’air, réduisant ainsi la charge sur les moteurs et les compresseurs qui exécutent le cycle de refroidissement par réfrigération. »

Pour évaluer l’efficacité du système, l’équipe a utilisé des modèles informatiques créés par le Pacific Northwest National Laboratory d’hôpitaux dans différentes conditions climatiques. Les hôpitaux sont des bancs d’essai idéaux car ce sont de grands environnements intérieurs, qui nécessitent souvent un pourcentage d’air extérieur plus élevé dans leurs systèmes CVC à des fins de sécurité. Les modèles informatiques ont montré une réduction globale de la consommation d’énergie pour tous les emplacements utilisant le système à membrane active. Les endroits les plus chauds et humides—Tampa, Houston et La Nouvelle-Orléans—ont montré les plus grandes économies d’énergie.

« Plus il fait chaud et humide, mieux notre système fonctionne », a déclaré Fix. « C’est une conclusion clé, car alors que le climat continue de se réchauffer dans le monde entier, les emplacements qui souhaitent utiliser 100 % d’air extérieur pourront désormais se le permettre économiquement. »

Les chercheurs travaillent à la construction d’un prototype physique pour valider leurs modèles informatiques. Mais il y a maintenant plus en jeu que la simple économie d’énergie.

« Je pense que COVID a été un signal d’alarme pour nous tous », a déclaré Fix. « Chauffer et refroidir nos bâtiments n’est pas seulement une question de température et d’humidité, mais cela peut en fait être une question de vie ou de mort. J’espère que ce travail contribuera à rendre tous nos espaces intérieurs plus sûrs. »


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Plus d’information:
Andrew J. Fix et al, Échangeur d’énergie à membrane active sélective à la vapeur pour le traitement de l’air extérieur à haute efficacité, Énergie appliquée (2021). DOI : 10.1016 / j.apenergy.2021.116950

Qingyan Chen, Pouvons-nous migrer le risque de propagation du COVID-19 ?, Frontières de la science et de l’ingénierie de l’environnement (2020). DOI : 10.1007 / s11783-020-1328-8

Fourni par l’Université Purdue

Citation: Apportez l’extérieur à l’intérieur : la méthode écoénergétique pour utiliser 100 % d’air extérieur dans les bâtiments (2021, 17 juin) récupéré le 17 juin 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-06-outdoors-energy-efficient- methode-air-exterieur.html

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