Dans les domaines de l'agriculture moderne, de la production industrielle et de l'élevage, la régulation de la température des environnements intérieurs est directement liée à la croissance des cultures, à l'efficacité de la production et à la qualité de l'élevage. Parmi les nombreuses solutions, le système de refroidissement forcé avec ventilateurs et rideaux humides est devenu un choix privilégié dans de nombreux scénarios en raison de son effet rafraîchissant important et de sa grande rentabilité. Cet article analyse en détail ce système de refroidissement efficace, notamment son principe, sa composition, les caractéristiques de ses composants principaux, ses scénarios d'application et ses paramètres clés.
1. Principe de refroidissement principal des ventilateurs et des rideaux humides : obtenir un échange de chaleur et d'humidité par évaporation de l'eau
La logique fondamentale du système de refroidissement par rideau humide à ventilateurs est de refroidir et d'humidifier l'air intérieur par contact direct entre l'air et l'eau, grâce à la propriété d'absorption thermique de l'eau par évaporation. Son processus spécifique se décompose en trois étapes clés : d'abord, le dispositif de circulation d'eau du système achemine l'eau vers le haut du rideau humide, puis l'eau pulvérisée s'écoule uniformément sur le papier du rideau humide, formant un film d'eau fin et uniforme à la surface du rideau humide. Ensuite, les ventilateurs d'extraction installés de l'autre côté commencent à évacuer l'air vers l'extérieur, créant ainsi un environnement à dépression stable à l'intérieur de la serre. Cette dépression force l'air extérieur à traverser le rideau humide et à pénétrer dans la pièce. Enfin, lorsque l'air extérieur traverse le film d'eau à la surface du rideau humide, l'eau absorbe la chaleur sensible (la chaleur de l'air) et s'évapore, évacuant la chaleur de l'air tout en augmentant l'humidité de l'air. Finalement, la température de l'air entrant dans la pièce diminue significativement, produisant ainsi le double effet de refroidissement et d'humidification de l'air intérieur.
Cette méthode de refroidissement ne repose pas sur la réfrigération mécanique, mais utilise le principe naturel de dissipation thermique par évaporation. Elle évite non seulement la forte consommation énergétique des systèmes de climatisation traditionnels, mais améliore également l'humidité de l'air tout en refroidissant, ce qui la rend particulièrement adaptée aux situations nécessitant un contrôle coordonné de la température et de l'humidité.
2. Composition du système : quatre composants essentiels fonctionnant en synergie
Le système de refroidissement d'une serre, typique du système ventilateur-rideau humide, se compose principalement de quatre éléments principaux : des ventilateurs à haut débit et à économie d'énergie, des rideaux humides, des systèmes de circulation d'eau et des systèmes de contrôle. Chaque élément a une répartition claire des tâches et fonctionne en synergie :
Ventilateurs à haut débit et à économie d'énergie : En tant que source d'énergie du système, leur fonction principale est de créer une dépression lors de l'extraction de l'air et de guider le flux d'air. La puissance des ventilateurs conventionnels destinés aux serres est de 1,1 kW, ce qui permet non seulement de répondre aux besoins d'extraction d'air des grands espaces, mais aussi de maîtriser la consommation d'énergie. En termes de taille, les modèles 1380 et 1500 sont des choix classiques, permettant une adaptation flexible à la surface de la serre. Les pales des ventilateurs sont de type push-pull et de type poids. Le premier est facile à utiliser, tandis que le second offre une grande stabilité et s'adapte à différents environnements d'utilisation.
Rideaux humides : Grâce à leur structure centrale favorisant le contact air-eau, leur conception affecte directement l'efficacité du refroidissement. Le papier du rideau humide est fabriqué en collant des fibres de papier selon un angle spécifique, avec une surface ondulée. De plus, les ondulations des couches adjacentes sont inclinées en sens inverse. L'ingéniosité de cette conception réside dans le fait que la structure ondulée offre une surface de contact air-eau suffisamment importante, tandis que les canaux décalés prolongent le temps de séjour de l'air dans le rideau humide, améliorent le transfert de chaleur et de masse entre le film d'eau à la surface du rideau humide et l'air, et assurent une meilleure absorption de la chaleur par évaporation.
Système de circulation d'eau : Il achemine l'eau vers le haut du rideau humide et recycle l'eau non évaporée pour former un circuit fermé. Grâce à des composants tels que des canalisations, des pompes à eau et des réservoirs de stockage, le système assure une pulvérisation uniforme et une utilisation efficace de l'eau, évite le gaspillage et maintient la qualité de l'eau grâce à des dispositifs de filtration empêchant le colmatage du rideau humide.
Système de contrôle : En tant que système de commande, il ajuste automatiquement la vitesse du ventilateur et le débit d'eau en fonction de données en temps réel telles que la température et l'humidité intérieures, pour un contrôle précis de la température. Par exemple, lorsque la température intérieure dépasse le seuil défini, le système démarre automatiquement le ventilateur et la circulation d'eau ; lorsque la température descend sous la plage cible, il réduit automatiquement la puissance ou s'arrête, ce qui garantit non seulement un environnement stable, mais aussi des économies d'énergie.
3. Caractéristiques principales des rideaux humides : équilibre entre durabilité et efficacité
Composant clé du système, la performance des rideaux humides détermine directement l'effet de refroidissement et la durée de vie. Pour s'adapter aux environnements complexes tels que les serres (humidité élevée, résidus d'engrais, ammoniac dans l'élevage, par exemple), les rideaux humides dédiés aux serres sont tous traités avec des matériaux polymères et présentent trois caractéristiques principales :
Résistance à la corrosion et longue durée de vie : les matériaux polymères peuvent résister à l'érosion de l'humidité et des substances chimiques (telles que les sels dans les engrais et les gaz nocifs dans les environnements d'élevage), empêcher le papier rideau humide de moisir et de pourrir, et ont une durée de vie de 5 à 8 ans en utilisation conventionnelle.
Haute résistance structurelle : le processus de liaison et les caractéristiques matérielles du papier rideau humide garantissent qu'il n'est pas facile de se déformer ou de se casser sous l'effet d'un flux d'eau et d'un impact d'air à long terme, maintenant une structure de canal stable et assurant l'efficacité de la circulation de l'air.
4. Installation scientifique : le choix de la position et l'adaptation spatiale influencent l'effet de refroidissement
Pour optimiser l'efficacité du refroidissement du système ventilateur-rideau humide, l'adaptation de l'emplacement d'installation et de la taille de la serre est cruciale. Pour l'installation des serres, l'industrie suit généralement le principe suivant : installer des rideaux humides sur le mur nord et des ventilateurs sur le mur sud. Le côté nord est généralement exposé au vent, où la température extérieure est relativement basse. L'installation de rideaux humides sur le mur nord ne bloque pas la lumière du soleil (ce qui évite d'affecter la photosynthèse des cultures) et permet d'introduire davantage d'air froid. Le côté sud est sous le vent, où la température est relativement élevée. L'installation de ventilateurs à cet endroit pour évacuer l'air vers l'extérieur permet d'évacuer rapidement l'air chaud de la serre et d'améliorer la convection d'air.
De plus, la largeur de la serre est un paramètre clé influençant l'effet de refroidissement. Comme l'effet de refroidissement de l'air diminue progressivement avec l'augmentation de la distance de propagation après le passage du rideau humide, la largeur d'une serre ne doit pas dépasser 48 mètres. Au-delà de ce seuil, la température de l'air du côté éloigné du rideau humide risque de ne pas atteindre la plage cible, ce qui entraînera une température intérieure inégale et affectera la croissance des cultures ou leur reproduction.
5. Scénarios d'application et effet de refroidissement : couverture de plusieurs champs avec une réduction significative de la température
Les avantages du système de refroidissement forcé avec ventilateurs et rideaux humides résident non seulement dans son principe scientifique et sa structure simple, mais aussi dans sa large gamme d'applications et son important effet rafraîchissant. Outre son application principale dans les serres (notamment les serres intelligentes, les serres à film, etc.), ce système est également largement utilisé dans les plantations agricoles modernes, les bâtiments d'élevage, les ateliers de production industrielle et autres environnements nécessitant refroidissement et humidification. Par exemple, dans les serres maraîchères soumises à des températures estivales élevées, il peut créer un environnement adapté aux cultures telles que les tomates et les concombres, qui préfèrent les températures chaudes mais ne tolèrent pas les températures élevées. Dans les bâtiments d'élevage, il permet non seulement de réduire la température, mais aussi d'augmenter l'humidité, réduisant ainsi la mortalité du bétail et de la volaille due au stress thermique. Dans les ateliers industriels (tels que les ateliers textiles et électroniques), il peut améliorer l'environnement de travail des ouvriers et accroître l'efficacité de la production.
En termes de refroidissement, grâce à un échange efficace de chaleur et d'humidité entre l'eau et l'air, le système de refroidissement par rideau humide et ventilateur dédié aux serres standard permet de réduire la température intérieure de 7 à 15 °C. Cette plage de réduction de température permet de faire face efficacement aux températures estivales élevées, supérieures à 35 °C. Parallèlement, le flux d'air régulé par le système est relativement rapide, ce qui assure un volume d'air frais suffisant à l'intérieur, évitant ainsi une insuffisance de dioxyde de carbone (pour les cultures) ou l'accumulation d'odeurs (pour l'élevage) causée par la stagnation de l'air. Il garantit également une température et une humidité adaptées, ainsi qu'un apport d'air frais pour la croissance des cultures et l'élevage.
6. Avantages du système : Double garantie de rentabilité élevée et de faible consommation d'énergie
Comparé aux systèmes de climatisation traditionnels, le système de rideaux humides à ventilateur présente trois avantages : facilité d'installation, faible coût et faible consommation d'énergie. L'installation ne nécessite ni pose de canalisations ni rénovation de murs complexes. Les rideaux humides et les ventilateurs peuvent être fixés à la structure principale de la serre, ce qui réduit considérablement le temps de construction. Son coût représente seulement un tiers à la moitié de celui des systèmes de climatisation de même surface, réduisant ainsi considérablement l'investissement initial. En termes de consommation d'énergie, la puissance du ventilateur de 1,1 kW combinée au système de circulation d'eau à faible consommation d'énergie permet un coût d'exploitation bien inférieur à celui des climatiseurs, ce qui permet aux utilisateurs de réaliser d'importantes économies d'électricité à long terme.
En conclusion, le système de refroidissement forcé avec ventilateurs et rideaux humides, grâce à son principe scientifique, sa structure simple, son efficacité significative et son excellent rapport coût-efficacité, est devenu un outil de refroidissement performant dans les secteurs de l'agriculture, de l'élevage et de l'industrie modernes. Il résout non seulement le problème de régulation de la température dans les environnements à haute température, mais offre également une solution efficace et économique aux besoins de production et de croissance de divers scénarios grâce à une régulation coordonnée de la température et de l'humidité, jouant ainsi un rôle important dans la modernisation de l'agriculture et de la production industrielle verte.
