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Facilitateur URE - Article de Fond Philippe Smekens (facilitateur URE pour le S

Facilitateur URE - Article de Fond Philippe Smekens (facilitateur URE pour le SPW – conseiller énergie à la CCIH) Articles de fond en vue d'une publication dans "Le REactif". « Production, distribution et utilisation rationnelles du froid industriel » photo : « compresseur froid-givre_3770.jpg » 1) Introduction: La production de froid est une technique complexe, nécessitant beaucoup de savoir faire et d’expérience et de conscience professionnelle de la part des installateurs et des maintenanciers. Le froid industriel est un poste énergivore qui représente : 15% de la consommation électrique mondiale ! + de 20% en secteur agro-alimentaire + de 50% en supermarché + de 65% de la consommation électrique en entreprises spécialisées en produits frais : CCIH - Facilitateur URE process - philippe.smekens@ccih.be - Article de fond : « Le froid industriel » Nous tâcherons dans ce dossier de répondre aux questions suivantes : - Comment fonctionne un groupe de froid ? - Suis-je en règle vis-à-vis de la règlementation concernant la production de froid ? - Comment faire pour réduire les factures d’énergie de mes groupes de froid ? - Comment faire pour conserver mon réseau de froid efficace et durable ? - Comment faire pour commander une nouvelle installation de froid ? - Est-il possible de récupérer des calories sur le groupe de froid ? - Quels sont les incitants financiers pour investissements URE (utilisation rationnelle de l’énergie) ? Un mauvais dimensionnement, une mauvaise configuration et un manque de maintenance des groupes de froid peuvent entraîner des surconsommations de plusieurs dizaines de % d'électricité. L'utilisation des liquides frigorifiques (produits dangereux) est soumise à une législation environnementale stricte (types de gaz admis en CE, inspection des circuits, recyclage...). Le choix des technologies (adaptées aux besoins, éprouvées et performantes) peut apporter jusqu’à 40% d’économie d’énergie. Les temps de retour sur les investissements économiseurs d’énergie sont généralement inférieurs à 2 ans De nombreux éléments interviennent dans le calcul et la configuration d’un groupe de froid performant. Outre l’aspect énergétique, les normes de maintenance et d’environnement seront ici évoquées car elles influenceront le choix d’un nouveau système de froid comme la maintenance des systèmes existants. Nous remercions vivement la société Axima Refrigération et tout particulièrement deux de ses ingénieurs (Yves Caudron et Sébastien Deru) pour le temps qu’ils auront consacré et les nombreux conseils d’experts qu’ils ont fournis pour l’élaboration de cet article. Un grand merci également à Giacomo Maniscalco (formateur frigoriste au Forem Formation de Mons) qui a apporté quelques précisions concernant les aspects théoriques de l’article. Auteur du dossier : Philippe Smekens (facilitateur URE process pour le SPW et conseiller énergie à la CCIH) – Email : philippe.smekens@ccih.be CCIH - Facilitateur URE process - philippe.smekens@ccih.be - Article de fond : « Le froid industriel » 2) Le froid : quelques notions de base : Schéma d’un système de froid Un groupe de froid est rien d’autre qu’une pompe à chaleur (PAC) : il extrait (évacue) les calories d’un élément du circuit vers un autre. Au niveau de l’évaporateur, on absorbe les calories du milieu dans lequel il se trouve. Le fluide frigorigène à basse pression et température négative va s’évaporer au contact de l’air ambiant en absorbant les calories du milieu. La consommation électrique de l’évaporateur représente en moyenne 10% de la consommation totale de l’installation frigorifique. Le compresseur comprime le gaz issu de l’évaporateur pour le porter à haute pression ce qui fait monter sa température. Le compresseur est actionné par un moteur électrique dont la consommation est directement liée à la différence de pression HP – BP). La consommation électrique du compresseur représente en moyenne 80% de la consommation totale de l’installation frigorifique. Au niveau du condenseur, on évacue les calories absorbées à l’évaporateur et produites pendant la phase de compression. Lors de cet échange de chaleur, le fluide frigorigène passe de l’état gazeux à l’état liquide. La consommation électrique du condenseur représente en moyenne 10% de la consommation totale de l’installation frigorifique. Le détendeur fait passer le liquide de haute pression à basse pression. La température du fluide va chuter (température négative). CCIH - Facilitateur URE process - philippe.smekens@ccih.be - Article de fond : « Le froid industriel » Sous Refroidissement Désurchauffe Surchauffe Bon à savoir : Le COP (coefficient de performance) est le rapport entre l’énergie évacuée au condenseur et l’énergie transmise au fluide lors de la phase de compression (= énergie électrique consommée). Le COP est utilisé plutôt pour les PAC utilisées pour les systèmes de production de chaleur. Le CEF (coefficient énergétique en froid) ou EER est le rapport entre l’énergie absorbée à l’évaporateur et l’énergie transmise au fluide lors de la phase de compression (= énergie électrique consommée) . Le CEF est utilisé pour les systèmes de production de froid. Le CEF = COP – 1 L’efficience énergétique (EE) se calcule en traçant le cycle frigorifique sur le diagramme de Mollier (voir http://www.abcclim.net/diagramme-mollier.html) quantité d’énergie absorbée par l’évaporateur EE = --------------------------------------------------------------------------- quantité d’énergie consommé par le compresseur L’efficience énergétique EE est en fait proportionnelle au rapport de températures : T évaporateur EE = ------------------------------------------- T condenseur - T évaporateur T = température exprimée en degrés Kelvins Cette formule est à retenir pour la suite du dossier (chap. optimalisation d’un groupe de froid) CCIH - Facilitateur URE process - philippe.smekens@ccih.be - Article de fond : « Le froid industriel » Types de compresseurs : Compresseurs à pistons semi-hermétiques : A l’heure actuelle, les compresseurs les plus répandus pour la réfrigération commerciale de petite et moyenne puissance sont les compresseurs à pistons semi-hermétique (le moteur électrique n’est pas démontable mais les pistons sont accessibles). Ces compresseurs ont l’avantage d’être très résistants et de ne pas demander beaucoup d’entretien ou de remplacement de pièces. Ils sont par contre limités au niveau de la puissance frigorifique. Compresseurs à pistons ouverts : Ces compresseurs sont utilisés principalement pour des applications industrielles de grande puissance. Le compresseur et le moteur électrique sont soit directement accouplés soit par l’intermédiaire de poulies. Ces compresseurs peuvent également fonctionner à l’NH3 (au contraire des compresseurs semi-hermétiques). Leur désavantage par rapport au compresseurs à vis (voir ci-dessous) est leur nombre de pièces mobiles (parfois jusqu’à 12 pistons) ce qui demande une maintenance lourde et souvent couteuse. Leur avantage est leur simplicité de fabrication. Ils sont donc généralement moins chers que leur équivalent à vis. Compresseurs à vis : Tout comme les compresseurs à pistons ouverts, ces compresseurs sont utilisés principalement pour des applications industrielles de grande puissance. Le compresseur et le moteur électrique sont directement accouplés. Ces compresseurs peuvent également fonctionner à l’NH3 (au contraire des compresseurs semi-hermétiques). Leur désavantage est leur relative complexité de fabrication (la compression se fait à l’aide de deux vis sans fin qui tournent l’une dans l’autre). Leur avantage est une maintenance plus aisée du fait du nombre restreint de pièces en mouvement. Les deux derniers types de compresseurs ci-dessus peuvent atteindre des rendements similaires. Par contre les compresseurs semi-hermétiques ne permettent pas des températures de condensation aussi basse que les compresseurs à pistons ouverts ou que les compresseurs à vis (à cause de la surchauffe des vapeurs basse pression provoqué par le refroidissement du bobinage électrique par les gaz aspirés. Leur rendement sera donc plus faible en cas d’optimisation de la pression de condensation. 1 % de surchauffe à l’aspiration en plus => 1% en plus de consommation du moteur CCIH - Facilitateur URE process - philippe.smekens@ccih.be - Article de fond : « Le froid industriel » Fluides frigorigènes Afin de fournir du froid de manière efficace et durable, le fluide frigorigène doit avoir les caractéristiques suivantes : • posséder de bonnes propriétés thermodynamiques (puissance frigorifique volumique élevée, bonne conductivité thermique, etc.), • être compatible avec les matériaux et les huiles classiques, • être non toxique pour l’homme et pour l’environnement, • être ininflammable et • avoir un coût raisonnable. Ces différentes propriétés sont techniquement contradictoires, car l’amélioration d’une des caractéristiques entraîne souvent la détérioration d’une autre (p.ex l’augmentation de nombres d’atomes d’hydrogène dans la molécule du réfrigérant réduit sa stabilité atmosphérique, mais augmente son potentiel d’inflammabilité). Le choix du réfrigérant doit être réalisé de manière à trouver un juste milieu entre ces différentes caractéristiques, et ce en fonction des besoins spécifiques en froid du site considéré. Les réfrigérants naturels Les réfrigérants naturels, comme l’ammoniac NH3 (R717) ou le dioxyde de carbone CO2 (R744) , sont des substances trouvées dans la nature. Les hydrocarbures, molécules ne contenant que des atomes de carbone et d’hydrogène, en font partie. Dus à leur structure moléculaire, ces fluides naturels présentent des caractéristiques fortement différentes d’un réfrigérant à l’autre. L’utilisation de ceux-ci entraîne, pour des raisons de sécurité, des contraintes techniques souvent plus complexes que les réfrigérants halogénés, mais ont globalement un impact environnemental absolu plus réduit par rapport à ces derniers. Certains de ces produits, comme l’ammoniac ou le propane, sont soumis à des mesures de sécurité spéciales dans le cadre de l’obtention de l’autorisation d’exploitation. Les réfrigérants halogénés Les CFC (Chlorofluorocarbures) : Les CFC, tels le R11 ou le R12, sont uploads/Industriel/ ccih-articlefond-froid-industriel-2-12-2011.pdf