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CO2/R744 Paul RIVET / co-gérant AFCONSULTING Mars 2015 CO2 SOMMAIRE  POURQUOI

CO2/R744 Paul RIVET / co-gérant AFCONSULTING Mars 2015 CO2 SOMMAIRE  POURQUOI le CO2 ?  POINTS PARTICULIERS du CO2  SECURITE - FT 238 - ANOXIE - PRESSIONS  CO2, une ALTERNATIVE pour les BASSES TEMPERATURES pour les MOYENNES TEMPERATURES pour PAC et groupes de TRANSPORT  COMMENT : Frigorigène? Frigoporteur?  SYSTEMES : Subcritique ou Transcritique  CYCLES : CASCADE - BOOSTER  CO2 et ENVIRONNEMENT  INTERET de la RECUPERATION de CHALEUR  APERCU du DEVELOPPEMENT du CO2 et PERSPECTIVES Mars 2015 CO2 POURQUOI ?  Le protocole de KYOTO visant la réduction des émissions de gaz à effet de serre (dont les HFC) est entré en vigueur en 2005. Les pays signataires se sont engagés à réduire leurs émissions de 8% entre 2008 et 2012 (base 1990) porté à 20% en 2020 et 50% en 2050.  Les pays et des applications se développent (climatisation fixe et mobile, PAC…) et cela conduit plutôt à une augmentation des émissions de CO2.  L’effet de serre direct dépend du taux de fuite et de la récupération en fin de vie.  L’effet de serre direct dépend du GWP du fluide ex: R404A = 3940, NH3 = 0, CO2=1, R134a = 1430, R410A = 2100, R407A=2107, R407F= 1840 R1234yf = 4, HC= 4 à 20 R450A= 605, R513A= 630, R32= 650, R451A <150 R452A= 2140, R449A= 1397, R 448A=1300  L’effet de serre direct dépend de la charge (nature et quantité).  Le CO2 est un FLUIDE NATUREL comme le NH3 ou les HC. Mars 2015 CO2 POURQUOI? (suite)  Tous les HFC actuels sont soumis à des restrictions d’applications et des quotas de disponibilité entre 2015 et 2030) dont une étape cruciale prévisible entre 2018 et 2020 (révision de la directive F Gaz votée au parlement Européen le 12 mars 2014 et applicable le 1.1.2015)  Les fluides à haut GWP >2500 (Effet de Serre ou PRP en français) dont R404A et R507 sont, en priorité, soumis à des restrictions d’applications et d’utilisation (impact prévisible sur les prix et la disponibilité)  Les HFC sont déjà taxés et limités d’emploi dans certains pays d’Europe (Scandinavie, Luxembourg, Suisse, Autriche) mais aussi en Espagne et pendant 2 ans en Australie.  Les frigorigènes synthétiques ont été et sont encore à remplacer (CFC, HCFC, HFC dans certaines applications) (les HFC dits « alternatifs » ont probablement une durée de vie limitée et les HFO sont en tests)  La directive F-Gas concernant les HFC impose : Des contrôles fréquents fonction du potentiel d’émission de la charge Des qualifications des entreprises (AC), des intervenants (AA), des matériels suivis et contrôlés et des procédures  La réduction des charges est un impératif  L’effet de Serre Indirect dépend des performances des systèmes (consommation d’électricité) Mars 2015 CO2 INTÉRÊTS Le CO2 apporte 6 réponses : 1. Son GWP est quasi nul égal à 1 2. Pour mémoire son ODP est nul (destruction de l’ozone) 3. Il permet de réduire beaucoup les charges 4. Les puissances absorbées sont en général inférieures 5. Fluide naturel, il échappe à la F-GAS Européenne (relative aux fluides fluorés) 6. Il est classé A 1 et L1 De plus les diamètres des canalisation (surtout vapeur) et le volume engendré des compresseurs sont largement réduites , Mars 2015 CO2 POINTS PARTICULIERS SES CARACTÉRISTIQUES :  Fluide naturel largement disponible  Non inflammable (utilisé en extincteur)  Non corrosif (sauf en présence d’eau)  Non toxique (voir l’aspect anoxie : substitution de l’oxygène)  Alimentaire (utilisé en congélation et conservation directes)  Production volumétrique élevée (1)  Connu et utilisé entre 1880 et 1960  Récupéré lors de fermentation par ex. brasserie ou en production d’énergie  Peut descendre jusqu’à - 54°C (Lyophilisation)  Effet de Serre = 1  PRESSION : 11b vers - 35°C 73b vers + 31°C  POINT TRIPLE vers 5,2 b abs (passage en phase solide à - 56°C) neige carbonique  FAIBLE VOLUME DE VAPEUR chaleur de vaporisation élevée et faible volume massique des vapeurs (1) (1) exemple de rapport volume aspiré à - 35°C = 1/10 de celui avec R 404A Mars 2015 CO2 POINTS PARTICULIERS : SÉCURITÉ Mars 2015 CO2 POINTS PARTICULIERS : SÉCURITÉ Contention CO2 (10 000 ppm = 1 % vol ) Effets constatés 0,03 à 0,06 % Concentration dans l'air 0,5 % ou 5000 ppm Valeur maximale d'exposition retenue dans la majorité des pays. Appelée VMA, Valeur Maximale Admise pour exposition de 8 heures 1,5 à 2 % ou 15 000 ppm Rythme respiratoire s’accélère de plus de 50 % Valeur maximale d'exposition professionnelle pour dix minutes 3 à 5 % ou 40 000 ppm Mal de tête, vertiges. Valeur dont le seuil provoque des effets irréversibles sur la santé Nécessite l'évacuation des locaux. 8 à 15 % Déficience auditive, symptômes d'empoisonnement et amorce d'inconscience. Valeur provoquant la mort pour une exposition de dix minutes. Sup 15 % Inconscience en quelques secondes, Fatal si la victime n'est pas évacuée dans un milieu aérée Sup 20 % Mort rapide Mars 2015 CO2 FICHE TOXICOLOGIQUE INRS FT 238 CO2 PRESSIONS - COMPARAISON avec HFC/HCFC Mars 2015 CO2 PRESSION - COMPARAISON (f T°) Pression de saturation [bar] -50°C -40°C -35°C -10°C +30°C  CO2 6.83 10.0 12.0 26.5 72.1  NH3 0.41 0.72 0.93 2.91 11.7  R22 0.64 1.05 1.32 3.54 11.9  R 507 0.80 1.41 1.74 4.52 14.6 Mars 2015 CO2 CYCLE COMPLET Mars 2015 CO2 CAS PARTICULIER TC et PT Mars 2015 CO2 CYCLES SUBCRITIQUE ET TRANSCRITIQUE CO2 et APPLICATIONS FROID SOLUTION ALTERNATIVE POUR LES BASSES TEMPÉRATURES MAIS AUSSI EN MOYENNES TEMPÉRATURES Mars 2015 CAS N°1 : CO2 FRIGOPORTEUR SIMILITUDE avec un SYSTEME indirect à FLUIDE INTERMEDIAIRE mais le CO2 est utilisé en frigoporteur diphasique alors que les frigoporteurs usuels sont monophasiques  UN COMPRESSEUR pour FLUIDE PRIMAIRE avec un TAUX de COMPRESSION IMPORTANT si BT (-38/+40°C)  UN CONDENSEUR à AIR, à EAU, EVAPORATIF, à REFROIDISSEMENT par AEROREFRIGERANT SEC ou HUMIDE  CONCEPTION : Un SYSTEME avec un FLUIDE PRIMAIRE (NH3 ou HFC ou HC) Un EVAPORATEUR REFROIDISSANT un FLUIDE INTERMEDIAIRE qui S’ EVAPORE (pas de DT entre l’entrée et la sortie comme avec l’eau glycolée) Des POMPES qui VEHICULENT ce FRIGOPORTEUR vers les AEROS qui sont des EVAPORATEURS mais avec un débit très faible (10 fois plus faible qu’en eau glycolée par ex) Ce FRIGOPORTEUR qui REVIENT en MELANGE VAPEUR/LIQUIDE vers un RESERVOIR dans lequel on RECUPERE la PHASE LIQUIDE  les POMPES ASPIRENT dans ce RESERVOIR  la PHASE VAPEUR est DIRIGEE vers l’ENTREE de l’EVAPORATEUR de fluide primaire du type à PLAQUES ou TUBULAIRE où elle se CONDENSE  Le LIQUIDE CONDENSE DESCEND GRAVITAIREMENT dans le RESERVOIR  Le CIRCUIT DOIT ETRE TIRE au VIDE et DESHYDRATE Mars 2015 CO2 Frigoporteur (vis Eco NH3) Mars 2015 CAS N°2 CO2 FRIGORIGÈNE SOLUTION CASCADE ou HYBRIDE - le CO2 est utilisé en basse température - Il y a une étage HP avec un autre fluide  DISTRIBUTION du CO2 - soit en détente directe - soit en recirculation par pompe pour des installations importantes (150 kW ?)  PERMET DES APPLICATIONS BASSE TEMPERATURE Raisons : PRESSION LIMITEE vers 30b COMPOSANTS DISPONIBLES SOLUTION COMPETITIVE (Prix) REDUCTION PUISSANCE ABSORBEE REDUCTION EFFET SERRE DIRECT et INDIRECT REDUCTION des DIAMETRES des CANALISATIONS  La CASCADE se situe entre 0 et -12°C pour des niveaux BP de - 35 à - 40°C  Le CO2 est LIQUEFIE en utilisant : - soit un HFC qui S’EVAPORE - soit un FLUIDE NATUREL qui s’évapore NH3,HC, (CO2) - soit un FLUIDE INTERMEDIAIRE qui se réchauffe (ex. EAU GLYCOLEE) CO2 CASCADE (ou HYBRIDE) D.D. CO2 CO2 CASCADE BT (ou HYBRIDE) par pompe CO2 FRIGORIGÈNE CASCADE Arguments pour :  Efficacité énergétique supérieure à DD R404A  Echangeur vers - 12°C  Pas de pompes (sauf grandes installations) donc pas d’énergie pompage, même si faible 1,5 à 3 kW  Réseaux distribution inférieurs en diamètre à DD  Charge CO2 faible et GWP =1  Effet fuites très faible en coût et environnement mais pression élevée  Compresseurs HP et BP avec faible taux de compression (bons rendements)  Possibilité de combiner avec CO2 en frigoporteur sur la MP ou avec circuit positif en eau glycolée Arguments contre :  Compresseurs spécifiques (modèles et tailles très différents)  Nécessite sous refroidissement CO2 si détente directe  Pression en fonctionnement de 30 à 40b  Huile en BP (POE et miscible)  Maintien en pression à l’arrêt  Huile dans circuit (miscible) >>> contrôler ou organiser le retour d’huile Mars 2015 CO2 DIFFÉRENCES / autres SYSTÈMES  Différences essentielles quels que soient les systèmes : - la gestion du point critique + 31°C - la gestion du point triple - 56°C  Détente directe HFC - principale différence : les pressions bien supérieures - peu de différences, au niveau des compresseurs, des circuits, de la gestion de l’huile (sauf en TC) - isolation du réservoir HP et de la ligne liquide (liquide à sous refroidir)  Frigoporteur classique uploads/Geographie/ energies-froid-presentation-co2.pdf