RGF 1198
Climatisation par eau de mer profonde - modélisation et expérimentation
Auteur(trice)s : Kanhan Sanjivy, Olivier Marc, Franck Lucas
Cet article fait un état des lieux de la technologie de climatisation par eau de mer profonde, dont les trois seules applications dans le monde sont en Polynésie française. Il présente également une démarche de modélisation et de validation du modèle qui pourrait servir au développement de nouveaux projets.
Résumé
La climatisation par eau de mer profonde (SWAC, « Sea Water Air Conditioning ») constitue une alternative très performante aux systèmes de climatisation conventionnels, en exploitant l’eau de mer profonde comme source de froid (« free cooling »). L’eau de mer profonde ayant une température basse et stable tout au long de l’année, le SWAC l’utilise directement pour assurer le refroidissement des bâtiments, ce qui lui permet de dépasser les limites thermodynamiques du cycle de Carnot tout en évitant le recours aux réfrigérants. Trois installations SWAC sont actuellement en service dans le monde pour la production de froid en conditions réelles d’exploitation. Elles sont toutes situées en Polynésie française, qui bénéficie à la fois d’une bathymétrie favorable et de besoins élevés en climatisation liés au climat tropical. Ces installations assurent le refroidissement de deux complexes hôteliers et d’un centre hospitalier, respectivement à Bora Bora, Tetiaroa et Tahiti. L’efficacité du SWAC a été démontrée par l’évaluation expérimentale de l’installation de Tetiaroa, qui a mis en évidence un coefficient de performance (COP) compris entre 20 et 150 selon la longueur de la boucle de distribution. Ces résultats expérimentaux ont également permis de valider avec précision un modèle numérique conçu pour étudier différents scénarios de fonctionnement, optimiser les performances, réduire les coûts et faciliter le déploiement de la technologie dans des zones moins favorisées que la Polynésie française sur le plan bathymétrique. Le développement d’un tel outil de conception est une étape essentielle pour améliorer les installations futures et fournir une estimation fiable des coûts d’investissement (CAPEX) et d’exploitation (OPEX). Une telle démarche contribuerait à accélérer le développement de la technologie SWAC et à accroître sa visibilité à l’échelle mondiale. Le présent article propose une analyse complète de la technologie SWAC en tant que solution de refroidissement résiliente pour les climats tropicaux. Il inclut un modèle numérique élaboré sous EnergyPlus en co-simulation avec Python, ainsi que sa validation expérimentale réalisée à partir des données collectées sur l’installation de Tetiaroa sur une période d’un mois.
Summary
Sea Water Air Conditioning (SWAC) is an innovative energy system that uses deep seawater as a natural cooling source, providing a highly efficient alternative to conventional vapor-compression air conditioning. Because seawater at a great depth remains at a stable low temperature throughout the year, SWAC uses this deep seawater directly as a cold source to cool buildings and thus operates beyond Carnot cycle limitations while avoiding refrigerants. Currently, three full-scale SWAC facilities operate worldwide, all located in French Polynesia, supplying air conditioning to two hotel complexes in Bora Bora and Tetiaroa and to a hospital center in Tahiti. The efficiency of SWAC was demonstrated through the experimental evaluation of the Tetiaroa installation, which showed a coefficient of performance (COP) ranging from 20 to 150 depending on the length of the distribution loop. These experimental data were used to validate a detailed numerical model developed in EnergyPlus with Python plugins. The model enables exploration of alternative design and control strategies to optimize energy performance, reduce capital and operating costs, and evaluate the potential deployment of SWAC in regions with less favorable bathymetry. This study highlights the relevance of SWAC as a resilient and sustainable cooling solution for tropical climates.