Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

LA PRODUCTION DE FROID DANS LE MILIEU AGRO-ALIMENTAIRE, INDUS- TRIEL ET TERTIAI

LA PRODUCTION DE FROID DANS LE MILIEU AGRO-ALIMENTAIRE, INDUS- TRIEL ET TERTIAIRE Impacts environnementaux et applications techniques auteur : Alex Bertrand Les cahiers de la production propre publiés par le Centre de Ressources des r l’Environnement (CRTE) Technologies pou c a h i e r 0 4 f é v r i e r 2 0 0 6 Page 2 - Cahier de la production propre - Avant-propos Le froid est devenu une forme d’énergie importante dans notre société. Utilisée dans un grand nombre de secteurs et sous de nombreuses formes (conservation de denrées périssables, climatisa- tion, refroidissement de procédés industriels etc.), elle n’est cependant pas sans effet sur notre mi- lieu naturel. Les systèmes frigorifiques à compression nécessitent en effet pour leur fonctionnement l’utilisation de fluides frigorigènes, qui ont généralement des impacts néfastes pour l’environnement. Les chlo- rofluorocarbures (CFC), ainsi que les hydrochlorofluorocarbures (HCFC), considérés jusqu’aux an- nées 80 comme des réfrigérants « miracles » en raison de leurs excellentes propriétés physiques, ne peuvent plus être utilisés en raison de leur capacité de destruction de la couche d’ozone stratosphé- rique. De plus, même si les fluides de remplacement (les HFC et les fluides naturels tels l’ammoniac), sont neutres vis-à-vis de la couche d’ozone, ils n’en demeurent pas moins dangereux pour notre milieu naturel : effet de serre, acidification, etc. D’autres facteurs, tels la consommation énergétique, le bruit, l’utilisation et le traitement de l’eau de refroidissement, ont également des répercussions sur l’environnement. Ceci rend difficile l’élaboration ou l’amélioration des installations frigorifiques : non seulement le système doit atteindre son but primaire, c.-à-d. produire du froid, mais de plus, ses émissions ne doivent pas engendrer d’effets néfastes sur l’environnement. C’est afin de faciliter ces choix que ce cahier de la production propre a été rédigé. Il décrit les prin- cipaux problèmes environnementaux rencontrés dans le domaine de la production du froid et donne un aperçu des possibilités d’optimisation des réfrigérants, de la consommation énergétique, de l’utilisation de l’eau dans les tours de refroidissement et de l’impact sonore. Le sujet étant vaste, les optimisations proposées ici ne sont pas exhaustives. L’expérience d’un bureau d’ingénieur et d’un frigoriste peuvent s’avérer utiles pour compléter les mesures reprises dans ce document. Ce cahier s’adresse principalement aux entreprises qui se trouvent dans la situation de devoir déve- lopper ou d’améliorer leur installation. Notons qu’une version plus synthétique (guide de la produc- tion propre) a également été élaborée. Destinée aux techniciens responsables de l’entretien, elle reprend les mesures pratiques mentionnées dans ce document. La production de froid - Page 3 - Table des matières 1 LES SYSTEMES FRIGORIFIQUES ET LEURS IMPACTS SUR L’ENVIRONNEMENT............... 11 1.1 LA DESTRUCTION DE LA COUCHE D’OZONE STRATOSPHÉRIQUE ...........................................11 1.1.1 La couche d’ozone..........................................................................................11 1.1.2 Les systèmes frigorifiques et la couche d’ozone ..................................................11 1.2 L’EFFET DE SERRE ......................................................................................................13 1.2.1 Le problème de l’effet de serre .........................................................................13 1.2.2 Les systèmes frigorifiques et la valeur TEWI........................................................13 1.3 L’ACIDIFICATION ......................................................................................................15 1.3.1 Le phénomène d’acidification anthropique ........................................................15 1.3.2 Les systèmes frigorifiques et l’acidification anthropique .......................................15 1.4 L’OZONE TROPOSPHÉRIQUE .......................................................................................16 1.4.1 L’ozone troposphérique ...................................................................................16 1.4.2 Les systèmes frigorifiques et l’ozone troposphérique............................................16 1.5 LES CONCLUSIONS ...................................................................................................17 2 LES FLUIDES FRIGORIGENES..................................................................................... 18 2.1 LES RÉFRIGÉRANTS.....................................................................................................18 2.1.1 Les classes de réfrigérants ................................................................................19 2.1.2 Le R134a........................................................................................................22 2.1.3 Le R404A .......................................................................................................24 2.1.4 Le R407C.......................................................................................................26 2.1.5 Le R410A .......................................................................................................28 2.1.6 Le R717 (ammoniac) .......................................................................................30 2.1.7 Le R290 (propane) ..........................................................................................32 2.1.8 Le R744 (dioxyde de carbone) ..........................................................................34 2.1.9 Le R718 (eau) .................................................................................................36 2.1.10 Comparaison des fluides frigorifiques................................................................38 2.2 LES ÉMISSIONS DE FLUIDES FRIGORIGÈNES ......................................................................40 2.2.1 Les émissions fugitives......................................................................................41 2.2.2 Les dégradations d’étanchéité ..........................................................................41 2.2.3 Les pertes par éléments de sécurité ...................................................................42 2.2.4 Les ruptures de composants .............................................................................43 2.2.5 Les pertes par manipulations des fluides............................................................43 2.2.6 Les pertes accidentelles....................................................................................44 2.2.7 Les pertes en fin de vie.....................................................................................44 2.3 LA SUBSTITUTION DE RÉFRIGÉRANTS...............................................................................46 2.3.1 Les critères de substitution................................................................................46 2.3.2 Les fluides de substitution du R22 .....................................................................48 Page 4 - Cahier de la production propre - 3 L’INSTALLATION TECHNIQUE ................................................................................... 52 3.1 LES TECHNIQUES DISPONIBLES .....................................................................................52 3.1.1 Le système à absorption...................................................................................52 3.1.2 Le système à compression à air ........................................................................53 3.1.3 Le système à adsorption...................................................................................53 3.1.4 Le système thermoélectrique.............................................................................53 3.2 LE SYSTÈME À COMPRESSION.......................................................................................54 3.2.1 Les composants principaux...............................................................................54 3.2.2 Le principe de fonctionnement d’un système à compression ................................57 3.2.3 Les configurations............................................................................................57 3.3 L’OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE DE L’INSTALLATION ...........................................................60 3.3.1 L’adaptation des températures de condensation et d’évaporation........................60 3.3.2 Le sous-refroidissement....................................................................................61 3.3.3 Le différentiel de régulation de la température d’évaporation ..............................62 3.3.4 La variation de vitesse......................................................................................63 3.3.5 Le free-cooling................................................................................................64 3.3.6 L’exploitation de l’énergie frigorifique................................................................65 4 L’EAU DE REFROIDISSEMENT .................................................................................... 68 4.1 LA CONSOMMATION EN EAU.......................................................................................68 4.1.1 L’eau de pluie.................................................................................................68 4.1.2 La configuration du circuit d’eau de refroidissement des condenseurs ..................68 4.1.3 Les pertes d’eau par évaporation......................................................................69 4.1.4 Les pertes par purges.......................................................................................69 4.1.5 Les pertes par éclaboussures ............................................................................70 4.1.6 Les pertes par fuites de composants ..................................................................70 4.2 LE TRAITEMENT DES EAUX DE REFROIDISSEMENT ................................................................71 4.2.1 Les mesures générales préventives ....................................................................72 4.2.2 Les mesures anti-corrosion ...............................................................................72 4.2.3 Les traitements anti-tartre .................................................................................73 4.2.4 Les mesures contre l’encrassement....................................................................73 4.2.5 Les mesures anti-organismes ............................................................................73 4.2.6 Les eaux de purges traitées chimiquement .........................................................74 5 LES NUISANCES SONORES....................................................................................... 76 5.1 LES MESURES DE PRÉVENTION ......................................................................................76 5.2 LES MESURES D’ATTÉNUATION......................................................................................77 La production de froid - Page 5 - 6 LA LEGISLATION CONCERNANT LA PRODUCTION DE FROID.................................... 78 6.1 LA LÉGISLATION LUXEMBOURGEOISE..............................................................................78 6.1.1 La loi modifiée du 10 juin 1999 relative aux établissements classés.....................78 6.1.2 La loi modifiée du 17 juin 1994 relative à la prévention et à la gestion des déchets .....................................................................................................................79 6.1.3 La loi du 14 avril 1992 portant réglementation de la mise sur le marché de substances qui appauvrissent la couche d’ozone................................................79 6.1.4 La loi modifiée du 5 août 1993 concernant l’utilisation rationnelle de l’énergie....80 6.1.5 La loi du 29 juillet 1993 concernant la protection et la gestion de l’eau...............80 6.1.6 Le règlement grand-ducal du 13 février 1979 concernant le bruit dans les alentours immédiats des établissements et des chantiers....................................................80 6.1.7 Le règlement grand-ducal du 18 avril 2004 relatif au contrôle de fuites dans des équipements frigorifiques et climatiques ............................................................81 6.2 LA LÉGISLATION EUROPÉENNE......................................................................................82 6.2.1 Le règlement (CE) nº 2037/2000 du parlement européen et du conseil du 29 juin 2000 relatif à des substances qui appauvrissent la couche d'ozone......................82 6.2.2 La proposition de règlement du parlement européen et du conseil relatif à certains gaz à effet de serre fluorés 2003/0189 (COD)..................................................82 7 ANNEXES................................................................................................................. 84 7.1 GLOSSAIRE .............................................................................................................84 7.2 LE CALCUL DE LA VALEUR TEWI ....................................................................................88 8 BIBLIOGRAPHIE........................................................................................................ 93 9 LISTE DES ADRESSES UTILES ...................................................................................... 96 Page 6 - Cahier de la production propre - Liste des figures figure 1-1 : répartition des sources anthropiques de gaz chlorés dans la stratosphère en 1999 [17] .........................................................................................................................11 figure 1-2 : émissions de gaz à effet de serre au Luxembourg en 2001, calculés selon la méthode IPCC [19] ..........................................................................................................13 figure 1-3 : source des émissions de gaz à effets de serre d’une installation frigorifique...............14 figure 1-4 : émissions de substances acidifiantes au Luxembourg en 2000 [20]..........................15 figure 3-1 : schéma de principe d’un système à absorption.......................................................52 figure 3-2 : schéma de principe d’un système à compression....................................................57 figure 3-3 : cycle thermodynamique d’un système à compression..............................................57 figure 3-4 : schéma de principe d’un système indirect côté évaporation.....................................58 figure 3-5 : schéma de principe d’un système à compression biétagée ......................................59 figure 3-6 : cycle thermodynamique d’un système à compression biétagée (ligne interrompue, comportement du système monoétagé consécutif) .................................................59 figure 3-7 : variation d’enthalpie de compression suite à une réduction de la pression/température .........................................................................................................................60 figure 3-8 : sous-refroidissement du cycle................................................................................61 figure 3-9 : variation de la température d’évaporation .............................................................62 figure 3-10 : températures mensuelles moyennes sur une période de 9 ans [45].........................64 La production de froid - Page 7 - Liste des tableaux tableau 2-1 : caractéristiques du R134a [9][3][43][16][18][7][47] .............................................23 tableau 2-2 : caractéristiques du R404A [3][43][44][16][18][7][47]...........................................25 tableau 2-3 : caractéristiques du R407C [3][43][44][16][18][7][47]...........................................27 tableau 2-4 : caractéristiques du R410A [3][16][18][7][43][47].................................................29 tableau 2-5 : caractéristiques du R717 [10][43][11][23][7][3][47] .............................................31 tableau 2-6 : caractéristiques du R290 [12][43][13][16][23][3][7][47] .......................................33 tableau 2-7 : caractéristiques du R744 [14][43][3][7][16][18][47] .............................................35 tableau 2-8 : caractéristiques du R718 [3][16][23]...................................................................37 tableau 2-9 : comparaison des propriétés principales des fluides frigorifiques ............................38 tableau 3-1 : amélioration du COP par diminution de la différence de température entre l’évaporation et la condensation du R22 (pour la variation d’évaporation - caractéristiques de base : tcond. : 30OC, sous-refroidissement : 5K, surchauffe : 10K, pour la variation de condensation - caractéristiques de base : tévap. : 0OC, sous- refroidissement : 5K, surchauffe : 10K) [1]............................................................60 tableau 3-2 : amélioration du COP par sous-refroidissement (pour tévap. : –15OC, tcond. : 30OC et rendement du compresseur 70% par rapport à la compression isentropique) [1]......61 tableau 3-3 : augmentation de la consommation électrique d’un compresseur en fonction du différentiel de température et de la charge thermique (fluide R22, tcond. : 30,5OC, tévap. : 0OC, température de consigne : 16OC, puissance électrique : entre 1,75 et 1,9 kW) [38]...................................................................................................................62 tableau 3-4 : réduction de la consommation électrique d’un compresseur à vitesse variable par rapport à un compresseur à vitesse fixe, (fluide R22, tcond. : 35OC, tévap. : 0OC, compresseurs de type Scroll, puissance uploads/Industriel/ production-de-froid-pdf.pdf