Article Dans Une Revue Energy and Buildings Année : 2025

Specific metrics for direct adiabatic cooling of industrial buildings and climate adaptation

Mesures spécifiques pour le rafraîchissement adiabatique direct des bâtiments industriels et l'adaptation au climat

Résumé

This paper presents an analysis of the performance of a direct evaporative cooling system incorporated into an industrial building, evaluated in various climates and weather conditions. This system is a simple and economical cooling solution widely used in industrial buildings that combines ventilation and water evaporation cooling. We characterized the system operation through the development of a coupled numerical model of the system and a typical industrial building, in a Mediterranean climate, in the mid-term horizon of 2050. A comparison without any system showed a 74 % reduction in degree-hours of thermal discomfort. Analysis of the building operation shows a predominance of nighttime free cooling, while the adiabatic operates during the occupancy hours. We compared the performance in four different locations, taking into account future weather and heatwaves. The system performed better in hot and dry climates if we consider only the thermal discomfort based on degreehours, with a 48 % reduction in Abu Dhabi, compared to 41 % in Singapore. However, we observed very different tendencies with water consumption and cooling efficiency: with a cooling efficiency ratio to water use of 22.46 °Ch/m³ in the equatorial climate, which is almost double that obtained in the dry and arid climate. Arid climates were the most appropriate in terms of energy consumption. In Abu Dhabi, the performance (0.24 °Ch/kWh) was 13 % higher than in an equatorial climate such as Singapore. The results also show that the system performs better under future weather conditions for all the locations studied. Under future conditions, the cooling gain per unit of water consumed rose to 1.48 °Ch/m³ , while the thermal escalation factor decreased by 0.054 points. These results highlight the ability of the system to effectively reduce thermal discomfort, while revealing trade-offs between thermal efficiency, energy consumption and use of water resources. This analysis underlines the relevance of the system to current and future climate challenges.
Cet article présente une analyse des performances d'un système de rafraîchissement par évaporation directe intégré à un bâtiment industriel, évalué dans différents climats et conditions météorologiques. Ce système est une solution de rafraîchissement simple et économique largement utilisée dans les bâtiments industriels, qui combine la ventilation et le rafraîchissement par évaporation de l'eau. Nous avons caractérisé le fonctionnement du système en développant un modèle numérique couplé du système et d'un bâtiment industriel typique, dans un climat méditerranéen, à l'horizon 2050. Une comparaison sans aucun système a montré une réduction de 74 % des degrés-heures d'inconfort thermique. L'analyse du fonctionnement du bâtiment montre une prédominance du free-cooling nocturne, tandis que le système adiabatique fonctionne pendant les heures d'occupation. Nous avons comparé les performances dans quatre lieux différents, en tenant compte des conditions météorologiques futures et des vagues de chaleur. Le système est plus performant dans les climats chauds et secs si l'on considère uniquement l'inconfort thermique basé sur les degrés-heures, avec une réduction de 48 % à Abu Dhabi, contre 41 % à Singapour. Cependant, nous avons observé des tendances très différentes en ce qui concerne la consommation d'eau et l'efficacité du rafraîchissement : le rapport entre l'efficacité du rafraîchissement et la consommation d'eau est de 22,46 °Ch/m3 dans le climat équatorial, soit presque le double de celui obtenu dans le climat sec et aride. Les climats arides sont les plus appropriés en termes de consommation d'énergie. À Abu Dhabi, la performance (0,24 °Ch/kWh) était 13 % plus élevée que dans un climat équatorial comme celui de Singapour. Les résultats montrent également que le système est plus performant dans des conditions météorologiques futures pour tous les sites étudiés. Dans ces conditions, le gain de rafraîchissement par unité d'eau consommée est passé à 1,48 °Ch/m³, tandis que le facteur de résilience a diminué de 0,054 point. Ces résultats mettent en évidence la capacité du système à réduire efficacement l'inconfort thermique, tout en révélant les compromis entre l'efficacité thermique, la consommation d'énergie et l'utilisation des ressources en eau. Cette analyse souligne la pertinence du système face aux défis climatiques actuels et futurs.
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hal-04950835 , version 1 (17-02-2025)

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Antoine Breteau, Emmanuel Bozonnet, Patrick Salagnac, Jean-Marie Caous. Specific metrics for direct adiabatic cooling of industrial buildings and climate adaptation. Energy and Buildings, 2025, 332, pp.115472. ⟨10.1016/j.enbuild.2025.115472⟩. ⟨hal-04950835⟩
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