Le refroidissement par convection est tout transfert de chaleur qui se produit à partir d’un mouvement de fluide. Les liquides et les gaz peuvent présenter un refroidissement par convection, et l’effet peut être naturel ou forcé. Le refroidissement naturel se produit à partir du transfert de chaleur dû aux changements de densité du fluide, tels que l’air chaud montant et l’air plus froid descendant. La convection forcée se produit lorsqu’une force externe est ajoutée pour déplacer le fluide, comme un ventilateur déplaçant de l’air ou une cuillère remuant un liquide.
Le transfert de chaleur se produit principalement par conduction et convection. La conduction est un transfert de chaleur à travers n’importe quel matériau, sans mouvement du matériau. Un exemple de conduction est une casserole en métal chauffée par une flamme sur une cuisinière à gaz. La flamme du gaz chauffe le dessous de la casserole et la conduction transférera la chaleur au reste de la casserole. Lorsque le chauffage est éteint, la convection refroidira la casserole au fur et à mesure que la chaleur se transfère et s’élève vers l’air autour de la casserole.
Le refroidissement naturel par convection se produit dans l’atmosphère terrestre et les océans. L’air est réchauffé par le réchauffement de la terre et s’élève. Au fur et à mesure que l’air monte, il se refroidit et revient à la surface, créant une circulation d’air mondiale et des conditions météorologiques. Les courants océaniques transportent l’eau chaude vers les océans plus froids et l’eau plus froide coule et se déplace vers les régions plus chaudes. La lumière du soleil ajoute de l’énergie en réchauffant l’air ou l’eau, et la rotation de la Terre donne de l’énergie, mais le mouvement est considéré comme naturel plutôt que forcé.
Le refroidissement par convection se produit également à l’intérieur de la Terre. Le noyau en fusion, chauffé par la désintégration des éléments radioactifs, s’élève vers la croûte externe de notre planète. La convection refroidit le matériau du noyau en fusion et il revient lentement vers le centre. Ce mouvement amène nos continents à se déplacer lentement au-dessus du noyau en fusion, un phénomène appelé mouvement tectonique des plaques.
Le refroidissement forcé est courant dans les maisons et les entreprises. Les systèmes de climatisation et de chauffage utilisaient la convection forcée pour déplacer la chaleur à l’intérieur ou à l’extérieur d’un bâtiment. Les ventilateurs à l’intérieur des équipements électroniques utilisaient un refroidissement par convection forcée pour déplacer l’air sur les composants électroniques. Les systèmes de réfrigération utilisent des ventilateurs à la fois pour évacuer la chaleur des serpentins du condenseur, mais aussi pour refroidir le compresseur et déplacer l’air à l’intérieur du compartiment réfrigéré.
Les ventilateurs de refroidissement ont démontré des effets de convection pendant des siècles. Avec l’invention de l’électricité, les moteurs électriques ont pu être utilisés pour entraîner des ventilateurs de table et de plafond. Des ventilateurs de plafond sophistiqués contenant des thermostats pour contrôler automatiquement leurs fonctions sont disponibles depuis la fin du 20e siècle. Tous reposent sur le même principe de refroidissement du corps humain en déplaçant l’air à travers la peau.
La convection peut être combinée à l’évaporation pour améliorer les performances de refroidissement. Les systèmes de refroidissement par évaporation, qui utilisent de l’air forcé passé à travers un tampon d’évaporation humide pour refroidir les espaces intérieurs, sont populaires dans les zones à très faible humidité. Ces systèmes refroidissent l’espace intérieur en éliminant la chaleur de l’air entrant par évaporation. Le flux d’air résultant est plus frais, mais contient plus d’humidité. Les systèmes d’évaporation ne fonctionnent pas bien dans les zones où l’humidité relative est élevée, car le refroidissement ne se produira pas et l’intérieur peut devenir très humide.