Tours de réfrigération de la centrale thermique (à charbon) de Gelsenkirchen-Scholven (Allemagne)

Les tours de refroidissement sont utilisées pour refroidir un liquide ou un gaz à l'aide d'un moyen de refroidissement. Il s'agit d'un cas particulier d'un échangeur de chaleur où le transfert thermique s'effectue par contact direct ou indirect entre les flux. Le moyen de refroidissement de telles installations est le plus souvent l'air ambiant. Les tours de refroidissement sont des équipements courants, présents dans des installations de climatisation, ou dans des procédés industriels et énergétiques (centrales électriques, installations de combustion, sucreries, chimie...).

Rôle

Les tours aéroréfrigérantes ont pour fonction d'évacuer vers le milieu extérieur la chaleur issue de systèmes de refroidissement (climatisation ou procédé industriel) en pulvérisant de l'eau chaude dans un flux d'air. Cette eau tombe par gravitation à l'intérieur d'un flux d'air frais remontant dans la tour. Cette circulation d'air permet de refroidir l'eau par vaporisation d'une partie de l'eau pulvérisée.

Tour aéroréfrigérantes

Schéma d'une TAR à voie humide

Une Tour Aéro-Réfrigérante (TAR) est un système de refroidissement de circuits d'eaux chaudes utilisés notamment dans les installations de climatisation. C'est un échangeur de chaleur entre l'eau et l'air ambiant. L'eau chaude (dont la température dépend des équipements à refroidir, généralement 25-40 °C) est pulvérisée vers le haut de la TAR. L'air induit naturellement ou mécaniquement par une ventilation, permet de refroidir l'eau par évaporation (voir la "thermodynamique"). La surface de l'échange air/eau est augmentée par la présence de structures, généralement en forme de nids d'abeilles. L'air rejeté par la tour est chargé de vapeur d'eau due à l'évaporation (panache), et de fines gouttelettes d'eau. L'eau refroidie (entre 5 et 10 °C de moins que la température de l'eau chaude) est récupérée dans un bassin avant d'être pompée vers les équipements à refroidir.

Des gouttelettes peuvent transporter des micro-organismes ayant proliféré dans la TAR, dont les Legionella. En effet, une TAR à voie humide présente des caractéristiques favorables à la prolifération puis à la dissémination par les aérosols des Legionella dans l'atmosphère. Il est donc nécessaire de mettre en place dans ces TAR des moyens de contrôle et des moyens préventifs efficaces afin de maîtriser le risque de dissémination des Legionella. En cas de contamination, il convient de mettre en place des actions de nettoyage et de désinfection. D'après la norme AFNOR NF T90-431, le niveau d'alerte est de 1 000 UFC/l. Au-dessus de 100 000 UFC/l, les installations doivent être immédiatement arrêtées, puis nettoyées et désinfectées. Une déclaration est envoyée aux autorités compétentes (DRIRE, Préfecture). Des dérogations peuvent être accordé par le Préfet, pour les installations qui ne peuvent être arrêtées sans risque comme les hôpitaux ou certaines industries (industries du verre, de l'incinération d'ordures ménagères, de la chimie, etc ...).

Tour de réfrigération

Schéma : les flux d'air sont en noir, les flux d'eau sont en violet. L'eau chaude est introduite en haut de la structure, s'écoule et se refroidit, puis est récupérée dans un bassin, et repart vers la source de chaleur.

Une tour de réfrigération ou aéroréfrigérant est un système qui permet de refroidir de l'eau utilisée dans un circuit fermé. Ce type de système est notamment utilisé dans les centrales thermiques : il constitue le point froid du circuit de circulation de l’eau : l’eau est chauffée au niveau du condenseur qui condense la vapeur.

Une tour de réfrigération est constituée soit :

• d'une grande tour en béton ayant le plus souvent la forme d'une hyperboloïde à une nappe : l'eau à refroidir est amenée par une conduite à une certaine hauteur dans la tour. À partir de cette arrivée, l'eau tombe par gravitation au fond de la tour sous forme de gouttelettes.
• d'une enceinte métallique située au-dessus de la réserve d'eau refroidie et de ventilateurs (tirage forcé) ; l'eau à refroidir étant amenée par une conduite à une certaine hauteur dans la tour. À partir de cette arrivée, l'eau tombe par gravitation au fond de la tour sous forme de gouttelettes.

Le simple tirage naturel ou le mouvement d'air engendré par les ventilateurs font passer de l'air en sens inverse (vers le haut de la tour).

Une partie de l'eau injectée part sous forme de vapeur et est rejetée (c'est le fameux panache que l'on voit au-dessus de ces tours et qui n'est donc que de la vapeur d'eau).

La vaporisation de l'eau nécessitant de l'énergie, la température de l'eau liquide injectée est abaissée de quelques degrés (la valeur de l'abaissement dépendant directement de l'hygrométrie de l'air aspiré par la tour).

Afin de compenser la perte d'eau occasionnée par l'évaporation, de l'eau liquide est ajoutée à l'eau du circuit refroidi pour garder un niveau constant dans la nappe ou le bac de la tour.

Ces éléments constituent généralement la partie la plus visible des centrales thermiques et des nucléaires.

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