Récupérateur rotatif

 

Les récupérateurs rotatifs air/air, souvent désignés sous les termes de roues thermiques, roues enthalpiques ou rotary heat exchangers, constituent une famille spécifique d’échangeurs air/air dédiés à la récupération d’énergie entre deux flux gazeux, principalement en ventilation tertiaire et industrielle.

 

Leur développement industriel débute dès les années 1960-1970, en parallèle de l’essor des systèmes de traitement d’air centralisés (CTA) et des premières politiques de maîtrise énergétique des bâtiments de grande taille. Contrairement aux récupérateurs statiques à plaques, les récupérateurs rotatifs reposent sur un principe dynamique, intégrant un élément de stockage thermique mobile assurant alternativement le contact avec les deux flux d’air.

 

Aujourd’hui, les récupérateurs rotatifs constituent une technologie de référence pour :

 

I. Description technologique

 

Les récupérateurs rotatifs air/air sont des échangeurs régénératifs, dans lesquels le transfert d’énergie ne s’effectue pas à travers une paroi fixe séparant deux flux, mais par l’intermédiaire d’un matériau de stockage thermique mis en rotation.

 

Ils se composent essentiellement de :

 

II. Principe général de fonctionnement

 

Le récupérateur rotatif est un échangeur régénératif, par opposition aux échangeurs récupérateurs statiques à plaques. Le cycle élémentaire est le suivant :

 

 

III. Architectures et configuration des écoulements

 

III.1 Disposition générale des flux

 

Les récupérateurs rotatifs sont presque exclusivement configurés en courants-croisés régénératifs, mais leur comportement thermique équivalent se rapproche d’un fonctionnement contre-courant effectif, du fait du stockage intermédiaire.

 

Les deux flux d’air sont séparés spatialement par :

 

III.2 Secteur de purge

 

Pour limiter le transfert d’air extrait vers l’air neuf, de nombreux systèmes intègrent un secteur de purge, consistant à :

 

IV. Conception du média de stockage

 

IV.1 Matériaux du rotor

 

Le matériau constituant le média rotatif d’un récupérateur rotatif air/air joue un rôle déterminant dans la nature de l’énergie récupérée (sensible seule ou sensible + latente), les performances globales, le comportement hygrométrique, ainsi que les contraintes d’exploitation, de maintenance et de durabilité.

 

 

IV.1.1 Rotors à récupération sensible seule

 

IV.1.1.1 Aluminium nu (rotor sensible classique)

 

 

IV.1.1.2 Aluminium revêtu époxy (rotor sensible protégé)

 

Dans certaines applications, l’aluminium est recouvert d’un revêtement époxy. Il est important de souligner que l'époxy n’est pas hygroscopique et que ce type de rotor reste donc in fine un rotor sensible uniquement, sauf ajout spécifique d’un agent adsorbant.

 

IV.1.2 Rotors à récupération sensible et latente (enthalpiques)

 

Les rotors dits enthalpiques permettent un transfert couplé :

 

IV.1.2.1 Aluminium traité hygroscopique

 

Dans cette configuration, l’aluminium sert de support mécanique à un revêtement hygroscopique appliqué en surface. Le transfert latent repose sur :

 

IV.1.2.2 Silicagel - Rotor enthalpique par adsorption

 

Le silicagel est un matériau microporeux à forte affinité pour la vapeur d’eau, utilisé comme adsorbant. Le mécanisme repose sur :

 

IV.1.2.3 Zéolites - adsorption sélective haute performance

 

Les zéolites sont des aluminosilicates cristallins microporeux, caractérisés par :

 

IV.1.2.4 Polymères hygroscopiques

 

Certains rotors utilisent des polymères hydrophiles capables de "sorber" la vapeur d’eau par un mécanisme mixte adsorption/absorption superficielle.

 

Advantages :

 

IV.1.3.Clarification terminologique : « roue enthalpique » et « roue dessiccante »

 

Le terme « roue dessicante » est historiquement issu du domaine du traitement d’air par déshumidification active, où le rotor est régénéré thermiquement (air chaud, vapeur, gaz). Dans le cas des récupérateurs rotatifs air/air de ventilation :

 

IV.1.4. Synthèse et comparatif des matériaux de rotor

 

 

IV.2 Surface spécifique et compromis thermoaéraulique

 

La conception vise à maximiser :

 

V. Domaines d’utilisation privilégiés et performances

 

Fluides utilisés

 

VI. Fabrication

 

La fabrication des récupérateurs rotatifs est plus complexe que celle des échangeurs à plaques statiques, en raison de la présence d’éléments mobiles.

 

 

VII. Exploitation et maintenance

 

Fouling

 

VIII. Avantages et limitations

 

 

IX. Synthèse

 

Les récupérateurs rotatifs constituent une solution très performante pour la récupération d’énergie sur grands débits d’air, en particulier lorsque la récupération d’humidité est recherchée.

 

 

X. Quelques fabricants et fournisseurs