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Bruxelles Environnement
INTRODUCTION THÉORIQUE AU SYSTÈME DE
REFROIDISSEMENT
Jan Maeyens
Cenergie SCRL
Formation Bâtiment Durable :
ENERGIE
2
Objectifs de la présentation
● Principes de production de froid
● Techniques et technologies
● Législation et normes
3
Plan de l’exposé
● Composition d’une installation de froid et d’une
machine de refroidissement
● Fonctionnement d’une installation de froid
● Composantes d’une machine de refroidissement
● Indicateurs de performance d’une installation de
froid
● Types de machines de refroidissement
● Types de systèmes d’émission
● Solutions peu énergievores
● Sur le plan réglementaire
4
Composition d’une installation de froid et d’une machine de refroidissement
Installation de refroidissement
Distribution de froid
Production de froid
Évaporer Comprimer Condenser Détendre
Transmission de chaleur à
l’environnement
Réglage de la capacité
5
Fonctionnement d’une installation de froid
Fonctionnement d’une installation de froid
6
● Cycle de froid ► condenseur :
› Émission de chaleur vers
l’environnement extérieur
► Valve d’expansion :
› Chute de pression
de l’agent réfrigérant
► Évaporateur :
› Absorption de chaleur
› L’élément de refroidissement
proprement dit
► Compresseur :
› Augmentation de la pression
› Force motrice
7
● Évaporateur
● Condenseur
● Compresseur
● Valve d’expansion
Discussion des composantes
8
Bespreking componenten : Verdamper
● Suivant les catégories
d’évaporateur :
► Évaporateur humide, indirect
► Évaporateur sec ou direct (dx)
≠ refroidissement direct ou indirect
● Suivant le liquide secondaire :
► Eau (Chiller)
► Air (Batterie)
9
● Condenseur refroidi par eau
► Tour de
refroidissement
› Circuit ouvert
› Circuit fermé
› Circuit hybride
► Eau fluviale
► Geothermie
Discussion des composantes : Le condenseur
10
● Condenseur refroidi par air
► La chaleur est émise vers l’air extérieur
Discussion des composantes : Le condenseur
11
Discussion des composantes : Le compresseur
Compresseur mécanique
Centrifuge Refouleur
Rotatif
Spirale Scroll Vis
Piston
12
Discussion des composantes : Le compresseur Types de
compresseurs
Plage de puissance kW Prestations énergétiques
Compresseur Scroll 3 à 100 kW -Peu de pièces mobiles
-Bon comportement en cas de
charge partielle
Compresseur à piston
1.Ouvert
2.Semi-hermétique
3.Hermétique
10kW – 1000kW
10kW – 100kW
1kW – 10kW
-Excellentes prestations en cas
de charge partielle
-Frais d’investissement peu
élevés
Compresseur à vis De 100 à 1200kW -Construction compacte
-Réglage de capacité
-Grand étage de compression
-Faibles frais d’entretien
Compresseur centrifuge De 1000 à 4000kW -Dimensions restreintes
-Bonne possibilité de réglage
-Longue durée de vie
-Fonctionnement calme
-Faibles frais d’entretien Source ATIC – Commission Enseignement
Technique
Technique appliquée et énergétique,
13
Discussion des composantes : Le compresseur
Fonctionnement du compresseur scroll http://www.youtube.com/watch?v=lRHkzSdjcFE&feature=re
lated
Fonctionnement du
compresseur à piston http://www.pneumatica.be/tweede-
graad/tweede-graad-02.htm
Fonctionnement du
compresseur à vis http://www.youtube.com/watch?v=WFZ1bh
FEh2U&feature=related
Fonctionnement du compresseur centrifuge
14
● Fonction
► Diminution de la pression du réfrigérant
► Combat les coups de bélier
● Types
► Valve d’expansion thermostatique
› Valve à commande mécanique
› La sonde de température détermine la température de sortie de l’évaporateur et commande ainsi l’ouverture de la valve d’expansion
Discussion des composantes : La valve d’expansion
15
● Fonction
► Diminution de la pression du réfrigérant
► Combat les coups de bélier
● Types
► Valve d’expansion électronique
› Le moteur pas à pas commande la
valve
› Meilleure régulation température de surchauffe et différence de pression
› Débit réfrigérant en fonction de la maximalisation de la capacité de refroidissement
› La température de condensation diminue
› L’EER augmente
Discussion des composantes : La valve d’expansion
16
● EER
► Energy Efficiency Ratio (Taux d’efficacité énergétique)
► Rapport capacité de refroidissement/capacité électrique
absorbée
► Rendement théorique
► Déterminant pour la classe d’énergie
Prestation de l’installation de froid
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● SPF
► Seasonal Performance Factor (Facteur de performance
saisonnier)
► Rendement pratique
► EER moyen sur base annuelle
► Aussi appelé SEER
► Ou ESEER : European Seasonal Energy Efficiency Ratio
► SEER = A . EERa + B . EERb + C .EERc + D . EERd
› Avec A = 0.03; B = 0.33; C = 0.41 en D = 0.23
› 6-C003-2006 : procédures d’essai pour charge partielle
› SEER: Classification en classes : A+++ jusque D (anciennement
A jusque G)
Prestation de l’installation de froid
18
Prestation de l’installation de froid (< 12kW elec)
Efficacité énergétique SEER
(refroidissement)
SCOP (Chauffage)
19
● EU Ecolabel
► A côté des exigences EER
► Exclusion de certains composants chimiques (CD, Pb, Hg,
…)
► Manuel clair
► Mention du niveau sonore
► Obtention de pièces détachées de jusqu’à 10 ans après
achat
► GWP du réfrigérant < 2000
► Réfrigérant ne peut être nuisible pour l’environnement et
pour la santé
Prestation de l’installation de froid
20
● Expansion directe (évaporateur dans le local de froid)
► Split
► Multi-Split
► VRV
● Machine d’Eau glacée (refroidissement indirect)
► Chiller avec condenseur séparé
► Monobloc
► Eau glacée vers batteries dans groupe de froid ou unités
terminales
● Réversible versus refroidissement simple
● Machine de refroidissement à absorption
Types de machines de refroidissement
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● Unité de condensation
► Compresseur
► Condenseur
► Dispositifs de réglage, de commutation et de sécurité
► Installation extérieure
● Unité d’évaporation
► Batterie d’évaporation
► Valve d’expansion
► Ventilateur d’apport d’air
► Installation intérieure
● Raccordement entre les deux par le biais de conduits
de refroidissement et câble de courant de commande
Types de machines de refroidissement : Système Split
22
● Une unité de condensation à laquelle sont
raccordées plusieurs unités d’évaporation
● Unités d’évaporation réglables individuellement
● Types
► Plusieurs compresseurs
› Grande certitude de refroidissement
› Nombre limité de pièces internes
► Un compresseur
› Pas de réglage de capacité
› Adaptation graduelle de la capacité
› Compresseur réglé en continu (réglage inverseur)
Types de machines de refroidissement : Système Multi Split
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● Variable Refrigerant Volume (Volume Réfrigérant
Variable)
● Excellent réglage entre capacité et charge
► Réglage inverseur du compresseur
► Réglage de la pression d’évaporation
► Réglage de la pression de condensation
► Refroidissement et chauffage possibles simultanément
► Récupération de chaleur
possible
Types de machines de refroidissement : Système VRV Multi Split
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● Éléments techniques de refroidissement et à air
réunis en un boîtier
● Types
► Unités mobiles
► Dispositifs de refroidissement
de fenêtres
► Unités de toit
► Unités destinés à une
installation intérieure
Types de machines de refroidissement : Système monobloc
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● Conditionnement d’air réversible : chauffer au
moyen de la climatisation
Types de machines de refroidissement : Réversible vs. Refroidissement simple
26
● Compresseur mécanique
► Basé sur le moyen d’absorption
● Composantes
► Absorbeur
► Pompe de dissolution
► Générateur
► Vanne d’expansion
● Application
► Anti-bruit
► Un compresseur électrique n’est pas requis
► Chaleur restante disponible (process industriel, soleil,…)
Types de machines de refroidissement : Machine de refroidissement à absorption
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● Ventilo-convecteurs
► Mur
► Plafond
► Sol
Systèmes d’émission
28
● Poutres Froides
► Poutre Statique
› Passif: convection naturelle
► Poutre Dynamique (ouverte ou fermée)
› Actif: induction par de l’air neuf
Systèmes d’émission
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● Poutres froides
► Avantages
› Séparation entre ventilation de l’air hygiénique et
refroidissement (poutres statiques)
› Pas de bruit (poutres statiques)
› Températures élevées -> bon rendement saisonnier EER
› Fluide caloporteur = eau
► Désavantages
› Actif: induction avec de l’air frais
› Prix élevé
› Courant d’air froid (poutre statique)
Systèmes d’émission
30
● Batterie de froid dans les groupes de pulsion
► Composé de tuyaux et lamelles en cuivre
Systèmes d’émission
31
● Plafond Froid
► Compatible avec un régime à haute température
► Approprié pour le free-chilling
► Puissance limitée (90W/m²)
Systèmes d’émission
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● Activation du noyau de béton (ANB)
► Stockage de l’énergie thermique dans la masse du
bâtiment
► Répartition de la charge de refroidissement sur des
périodes plus longues
Systèmes d’émission
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● Slab Cooling (refroidissement par la dalle)
► Faible puissance (20...35 W/m²)
► Peut également être utilisé pour le chauffage
Systèmes d’émission
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● Free-chilling
● Refroidissement adiabatique
● Récupération de chaleur
Solutions peu énergivores
35
● Free-chilling
► Consommation d’énergie limitée à :
› La pompe de circulation
› L’éeventuel ventilateur condenseur ou la tour de
refroidissement
► Surcoût: échangeur de chaleur à plaques, conduites,
régulation,…
Solutions peu énergivores
36
● Refroidissement adiabatique
► L’évaporation de l’eau refroidit l’air entrant
► Difficile à contrôler (confort)
► Ne fonctionne pas lorsque l’humidité de l’air est élevée
► Bien faire attention aux risques de légionelle et à
l’entretien
Solutions efficacité énergétique
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● Récupération de chaleur
► Récupération eau glacée
› Préchauffage de l’air hygiénique
› Refroidissement, plafonds froids
› Surtout intéressant en mi-saison
Solutions efficacité énergétique
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● Récupérations de chaleur
► Récupération au condenseur
› Préchauffage de l’ECS
Solutions efficacité énergétique
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● La base
► (Eviter)
► Bien évaluer la puissance
► SEER élevé
► Le plus possible de free-chilling
► Le plus possible à haute température
► Bonne régulation (monitoring et corrections)
● Voir info-fiche refroidissement renouvelable
Solutions économes en énergie
40
● Réfrigérants
● PEB
Sur le plan réglementaire
41
● Réfrigérant liquide de refroidissement
● Les molécules de chlore détruisent la couche
d’ozone
● Types
► CFC : interdits
► HCFC : par ex. R22, interdits
► HFC : par ex. R410A, bon pour la couche d’ozone,
mauvais pour le climat (Greenhouse Warming Potential)
► Ammoniaque
► …
Sur le plan réglementaire : réfrigérants
Réfrigérant Type GWP (IPCC4)
R22 HCFK 1810
R410A HFK 2090
R407C HFK 1525
R32 HFK 675
HFO1234ze HFK 6
HFO1234yf HFK 4
Propane (R290) Niet-HFK <3
CO2 (R744) Niet-HFK 1
Ammoniak (R717) Niet-HFK 0
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● Impact considérable sur le niveau E
● Aucune différence entre top cooling ou full airco
● Si aucun refroidissement actif : consommation de
refroidissement fictive
Sur le plan réglementaire : PEB
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Outils utiles, sites Internet, etc. :
● Energie+: http://www.energieplus-lesite.be
● Info Techniques de refroidissement IBGE-BIM: ► http://www.bruxellesenvironnement.be/Templates/Professionnels/informer
.aspx?id=32474&langtype=2060
► www.bruxellesenvironnement.be/guidebatimentdurable > ENE9
● Toegepaste Energietechniek deel 1, 2005, J.
Ouwehand, T.J.G. Papa, E. Post, A. C. Taal
● ATIC cursus cyclus IV, deel koudeproductie (Partie
relative à la production de froid)
44
A retenir de la présentation
● Fonctionnement d’une installation de froid
● Éléments d’un cycle de froid
● Types de machines de refroidissement
● Types de systèmes d’émission
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Contact
Jan Maeyens
Responsable de projet
Coordonnées :
: +32 3 271 19 39
E-mail : [email protected]