Upload
truongnguyet
View
215
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
Eco-conception des installations frigorifiques
et outils d’évaluation de leur
impact environnemental
Eco-conception des installations frigorifiques
et outils d’évaluation de leur
impact environnemental
Mohammed Youbi-IdrissiChargé de Recherche, Cemagref
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 1
2
Plan de l’intervention
Introduction à l’éco-conception
Analyse du cycle de vie :principes
Etapes de l’ACV
Outils d’évaluation d’impact environnemental en génie frigorifique
Exemple de l’éco-conception en génie frigorifique
Exemples d’application d’ACV
Exercices
Discussions et questions
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 2
2
3
Introduction à l’éco-conception
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 3
Tout procédé ou produit a des impacts sur l’environnement et ce,notamment, au niveau de cinq étapes principales du cycle de vie, liées àdes acteurs différents
La conception des produits se doit d’intégrer aujourd’hui ces impactspour les minimiser, notamment sur sept axes majeurs :
4
Introduction à l’éco-conception
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 4
Leur production nécessite des matières premières, de l’énergie, de l’eau…
Certains peuvent consommer, notamment lors de leur phase d’utilisation,
d’autres matières premières (fluides de process, …), de l’énergie, de l’eau…
D’autres étapes peuvent également être influentes (opérations de nettoyage,
de maintenance…) avec les risques de pollutions que comportent les produits
mis en œuvre, leurs effluents ou leurs déchets
Après leur utilisation, les produits et emballages génèrent d’autres émissions
polluantes, notamment lors de leur élimination
Les produits abandonnés polluent (les métaux lourds peuvent se diffuser dans
les sols et perturber les éco-systèmes)…
Pourquoi les produits ontPourquoi les produits ont--ils des impacts sur lils des impacts sur l’’environnement ?environnement ?
3
5
Introduction à l’éco-conception
Définition :
L’éco-conception ou éco-design consiste à intégrer la dimension
environnementale dès la conception des produits (services ou process)
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 5
L'attention n'est plus focalisée exclusivement sur un site mais sur un produit
en s'intéressant aux différents stades de son cycle de vie. L'objectif étant
de réduire son impact, l'intervention le plus en amont possible lors de son
élaboration s'avère être la méthode la plus efficace en terme de résultats et
de coûts
L'amélioration de la performance environnementale ne saurait se faire au
détriment des performances techniques attendues
De manière générale, un accroissement des performances techniques est
observé suite à la démarche d'éco-conception
6
Introduction à l’éco-conception
Intérêt de l’éco-conception
1. Respect de l’environnement
2. Respect de la réglementation
3. Facteur d’innovation
4. Répondre aux attentes des clients
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 6
Elle peut aider les entreprises à repositionner leur stratégie en y associant
l'environnement. C'est une opportunité pour développer une nouvelle offre
qui peut s'avérer être un avantage concurrentiel au vu des demandes
naissantes du marché
Concevoir des produits fonctionnels, économes, durables, sûrs, c'est
affirmer que «des produits de qualité sont aussi de qualité
environnementale »
Il est essentiel de connaître la réglementation en vigueur mais il est
également souhaitable de pouvoir l’anticiper
4
7
Eco-conception : approches & méthodes
L’éco-conception recouvre plusieurs approches que l’on peut
regrouper en deux catégories :
1. les méthodologies d’analyse
2. les méthodologie de conception
Le couplage entre les approches de ces deuxcatégories permet d'avoir une démarche globale
d'éco-conception
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 7
8
Les méthodologies de conception
Elles consistent à améliorer la performance environnementale duproduit par rapport à une ou plusieurs étapes de son cycle de vie(sans transfert de pollutions)
Elles visent à rendre compatible le produit avec des critèresenvironnementaux bien définis à des étapes précises de son cycle devie
Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport aux aspects
« fabrication » : choix des matériaux et des technologies mis en œuvre
pour la matérialisation de l'objet
Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport à son utilisation
ou sa fin de vie. On trouve sous ce registre des concepts tels que
« démontabilité », « recyclabilité », « remise à niveau »,
« réutilisation », « facilité de maintenance », « éco-efficacité »
Méthodologies en vue d'optimiser le produit par rapport à la
préservation des ressources naturelles. Les concepts qui se rattachent
à cette approche sont : « l'éco-efficacité », l'utilisation de matériaux
recyclés
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 8
5
9
Les méthodologies d’analyse
Elles ont pour objectif d'identifier et d'évaluer les impacts surl'environnement dus au produit en tant que tel
Il est fréquent de voir dans la littérature des expressions telles que :
« Approche du berceauApproche du berceau àà la tombela tombe » pour illustrer l'approche
cycle de vie
« Approche multicritApproche multicritèèrere » pour préciser qu'on s'intéresse à
l'ensemble des compartiments environnementaux : ressources, rejets,
transformation des milieux naturels et du cadre de vie
Le système est analysé sur l'ensemble de son cycle de vie (depuisl'extraction des matières premières jusqu'à l'élimination du produit)et relativement aux différents compartiments de l'environnement(eau, air, sols, déchets, bruits, énergie, matières premières...).
L'intérêt d'une telle approche est d'éviter les transferts depollutions d'une phase du cycle de vie vers une autre, ou d'uncompartiment à un autre
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 9
10
Démarche
Les six recommandations pour lLes six recommandations pour l’é’écoco--conception dconception d’’un produit :un produit :
Les substances toxiques, polluantes , … , tu éviteras
La consommation d'énergie et de ressource dans les phase de
production, de transport et d’utilisation, tu économiseras
Pour les matériaux de qualité technique et environnementale, tu
opteras
A l’adaptation et l’évolution du produit, tu réfléchiras
Au recyclage des matières en fin de vie du produit, tu penseras
Les performances techniques à travers la certification, les labels,
les manuels, … tu communiqueras
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 10
6
11
Démarche
250Ciment
300 à 500Papier-carton
500 à 1.600Plastiques (polyéthylène, polystyrène, PCV, PET...)
120Verre bouteille
400Verre plat
600 à 3.000 selon % de déchets d'aluAluminium à partir de minerai
300 à 850 selon % de ferraillesAcier
kg équivalent carbone par tonneproduite (valeurs européennes)
Matériau
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 11
3 à 22éolien
60 à 150photovoltaïque
1500 sans replantationbiomasse bois
4hydraulique
6nucléaire
430cycle combiné à gaz
800 à 1050 suivant technologiecharbon
Emissions de CO2 en g/ kWh électrique (analyse du cycle de vie)
12
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Introduction / HistoriqueIntroduction / Historique
Années 60 : Premières études (énergétiques)
Années 70 : Pb des ressources et des produits (REPA :
Ressource and Environmental Profile Analysis)
Fin des années 80 : mouvements environnementaux
croissants mais aussi crise du Koweit besoin d’outils
d’analyse environnementale…
But : couvrir toute la vie d’une machine
approche « cradle to grave »
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 12
7
13
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 13
ACV /ACV / LCALCA
«Compilation et évaluation des consommations d’énergie, des utilisationsde matières premières, et des rejets dans l’environnement, ainsi quel’évaluation de l’impact potentiel sur l’environnement associé à unproduit, ou à un procédé, ou à un service, sur la totalité de son cycle devie »
Acquisitionmatières 1ères
Transformation/ Transport
Fabricationdu produit
Transport/ Vente
Utilisation/Maintenance/Stockage
Fin de vie /recyclage
Énergie
Matières1ères
Émissions
Déchets liq.
Déchets sol.
Co-produits
Autres…
En
tré
es
so
rtie
s
14
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 14
Quelle mQuelle mééthode ?thode ?
Rassembler un inventaire de tous les flux entrant ou sortant
Évaluer les impacts environnementaux potentiels associés à ces entrées et
sorties
Interpréter les résultats
Définition desobjectifs
Inventaire du cyclede vie
Évaluation desimpacts
Interprétation,
Synthèse,
Recherche
d’amélioration
Les diffLes difféérentesrentes éétapes dtapes d’’une ACVune ACV
8
15
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 15
Comment conduire lComment conduire l’é’étude ?tude ?
Découper le processus global en processus élémentaires
Flux "économiques"
Entréesproduits, énergie,service…
Sortiesproduits, énergie,service…
Flux environnementaux
Ressourcesmatières 1ères,occupation de surface…
Rejetsémissions gazeuses,liquides, bruits…
Processusélémentaire
16
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 16
Applications deApplications de ll’’ACVACV
Évaluer les impacts environnementaux associés à un produit existantou nouveau
Quantifier les rejets dans l’air, l’eau, le sol à chaque stade d’unprocessus ou de la vie d’un produit
Comparer les impacts entre 2 produits/ processus ou plus
Limites deLimites de ll’’ACVACV
Problème de l’obtention des données
Qualité variable des données
Demande du temps et des ressources
L’ACV n’est qu’un outil d’aide à la décision parmi d’autres(économiques p.ex)
L’ACV ne permet pas d’analyser des phénomènes locaux, nidépendant du temps
Les processus considérés sont linéaires
9
17
Analyse du Cycle de Vie : ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 17
Les normes ISOLes normes ISO
1989 : Travaux précurseurs de la SETAC(Society of Environmental Toxicology and Chemistry)
Série ISO 14000 : Problématiques environnementales Série ISO 14040 : ACV
Normes traitant des aspects techniques et organisationnels del’ACV
ISO 14040 (1997) : Principes et cadre de travail
ISO 14041 (1998) : Définition des objectifs et Inventaire
ISO 14042 (2000) : Analyse des impacts
ISO 14043 (2000) : Interprétation
TR 14049 (1999) : Rapport technique présentant des exemplesd’inventaires
18
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 18
Phase I : DPhase I : Dééfinition des objectifsfinition des objectifs
But: Donner le cadre et le contexte de l’étude
Etape I.1 : objectifs de lEtape I.1 : objectifs de l’é’étudetude
Informations générales
Raisons ayant conduit à cette étude
Etape I.2 : DEtape I.2 : Dééfinition des frontifinition des frontièèresres
Caractéristiques temporelles et spatiales
Technologies assumées
Frontières du système étudié (exclusion éventuelle de certainesopérations)
Impacts environnementaux traités
Niveau de complexité
10
19
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 19
Etape I.3 : Flux de rEtape I.3 : Flux de rééfféérencerence
Identifier et décrire la « fonctionnalité » attendue
Définir l’unité fonctionnelle
Éventuellement sélectionner d’autres produits permettantd’avoir la même fonctionnalité
Déterminer, pour chaque produit, les flux de référencepermettant de remplir la fonctionnalité
20
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 20
Phase II : Inventaire du cycle de viePhase II : Inventaire du cycle de vie
But: Quantifier les différents flux
Cut-off et allocation
Complexité du diagramme
Etape II.1 : REtape II.1 : Rééalisation du diagramme de fluxalisation du diagramme de flux
11
21
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 21
Etape II.2 : Rassemblement des donnEtape II.2 : Rassemblement des donnééeses
Se définir une « qualité attendue »
Définir des catégories de données
Décrire chaque processus unitaire à l’aide des donnéescollectées
22
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 22
Etape II.3 :Etape II.3 : CutCut--off et estimation des donnoff et estimation des donnééeses
pour des processus identiques dans le cas de différentesalternatives
y préférer l’estimation, si c’est possible
Etape II.4 : Calcul et rEtape II.4 : Calcul et réésultats de lsultats de l’’inventaireinventaire
12
23
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 23
Phase III :Phase III : ÉÉvaluation des impactsvaluation des impacts
But: Évaluer en terme d’impacts, les résultats de l’inventaire
Choix d’une technique d’évaluation
orientée vers les problèmes ("mid-point approach")
orientée vers les dommages ("end-point approach")
Eco-indicateurs
Sélection des catégories d’impact
dans le cas d’une approche orientée problèmes
Etape III.1 : Choix des indicateursEtape III.1 : Choix des indicateurs
24
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 24
Exemple : changement climatiqueExemple : changement climatique
Indicateur de l’effet de serre [kg-CO2eq]
à partir des résultats de l’inventaire, c.a.d. des émissions de
GES [kg]
facteurs de caractérisation issus d’un modèle (IPCC) : GWP
(à l’horizon de 100 ans) pour les différents GES [kg-
CO2eq/kg-émis]
autres facteurs (ou méthodes) de caractérisation : GWP20 ,
GWP500 …
13
25
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 25
26
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 26
Etape III.2 : CaractEtape III.2 : Caractéérisation des impactsrisation des impacts
Classification des impacts (Qualitatif)
Attribution d’un impact à plusieurs catégories
Les flux non évalués
Évaluation des indicateurs (Quantitatif)
Quantifier en un seul terme les impacts des flux rattachés à unemême catégorie
14
27
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 27
Etape III.3 : Evaluation globale des impactsEtape III.3 : Evaluation globale des impacts
Normalisation
Calculer un profil normalisé en divisant chaque catégoriepar un facteur de normalisation
Étapes optionnelles (à utiliser avec précaution)
Classement/Regroupement : Réunir plusieurs catégoriesd’impact, les classer…
Pondération : Dans le but d’obtenir un unique indicateur…
28
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 28
Les résultats de cette phase…
Profil environnemental
Profil pondéré
Profil normalisé
15
29
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 29
Phase IV : InterprPhase IV : Interpréétationtation
But: Prendre du recul par rapport à l’évaluation des impacts
Etape IV.1 : Consistance et ReprEtape IV.1 : Consistance et Repréésentativitsentativitéé
L’étude est-elle consistante ?
L’étude réalisée est-elle en accord avec la définition desobjectifs ?
Dans le cas d’une comparaison, quelles sont les différencesdans le traitement des alternatives ?
Si des inconsistances sont trouvées…
L’étude est-elle complète ?
En demandant l’avis d’experts, en comparant avec desétudes déjà réalisées
Dans le cas d’une comparaison, bien faire attention auxallocations et aux Cut-off
30
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 30
Etape IV.2 : Analyse des contributionsEtape IV.2 : Analyse des contributions
Contribution : des processus,
des flux
Au niveau :
de l’inventaire,
du profil environnemental,
du profil environnemental normalisé,
du profil pondéré
Sous la forme : de tableaux,
de graphes
16
31
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 31
32
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 32
Etape IV.3 : AnalyseEtape IV.3 : Analyse PerturbativePerturbative
Analyse par perturbations
Effet de petites variations sur le résultat final pour tous lesflux : environnementaux, mais aussi économiques
Méthode :
Faire varier successivement chaque flux de 1%
Regarder l’effet relatif sur les résultats (de l’inventaire, duprofil environnemental, du profil environnemental normalisé,du profil pondéré)
Le rapport des deux donne le facteur de perturbation
17
33
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 33
Etape IV.3 : Conclusions et recommandationsEtape IV.3 : Conclusions et recommandations
Résumer les points essentiels
Conclure sur l’étude en rapport avec la définition desobjectifs et les résultats trouvés
Utiliser les analyses de la phase IV pour commenterpertinemment les résultats
Souligner les limites de l’étude
Dans le cas d’une comparaison, donner la signification etla portée des différences dans les résultats
34
Etapes de l’ACV
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 34
Conclusion sur lConclusion sur l’’ACVACV
Démarche scientifique, outil puissant
Permet d’appréhender :
un nombre important d’indicateurs,
sur toute la vie d’un produit
Dans la démarche :
il est nécessaire de faire des suppositions mais…
il est aussi essentiel de les justifier
18
35
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
61
2
3
4
5
1
234
56
P
h1
234
56
P
h1
234
56
P
h
Cycle réel
Qo
Qk
WFrigorigène
Consommables :ElectricitéFrigorigène et lubrifiant
W
QCOP o
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 35
36
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 36
Fluides naturelsNH3, HC, CO2
CFC : ChloroFluoroCarburesMolécules très stables, destructrices d’ozone (ODP élevé),premier frigorigène synthétique
HCFC : HydroChloroFluoroCarburesMolécules moins stables que CFC, destructrices d’ozone(ODP faible), fluides de transition
HFC : HydrofluorocarburesODP = 0, fluides de substitution
CFC/HCFC/HFC participentCFC/HCFC/HFC participent àà ll’’effet de serreeffet de serreSoumisSoumis àà des contraintes rdes contraintes rééglementairesglementaires
Types de frigorigTypes de frigorigèènesnes
19
37
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 37
RRééglementation des frigorigglementation des frigorigèène en Europene en Europe
Protocole de Montréal (1988) : Suppression des fluides ayantune action sur l’ozone stratosphérique (CFC, HCFC)
Protocole de Kyoto : Réglementation d’utilisation des fluidesayants une action sur l’effet de serre (HFC)
- Ratifié par l’UE en 2002, entré en vigueur en février 2005après la signature de la Russie
- Les états de l’union doivent réduire collectivement leursémissions de GES de 8% entre 2008 et 2012
- Moyens pour atteindre les objectifs de ce protocole : efficacitéénergétique, développement des sources d’énergierenouvelable, promotion de formes d’agriculture durable,collaboration et échange d’expérience et d’information, …
38
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 38
RRééglementation des frigorigglementation des frigorigèènes en Europenes en Europe
Directive Européenne F-gaz (17/05/2006) :
- Elle est rentrée en vigueur depuis 4/07/2007 et s’applique àtous les GES contenus dans les équipements frigorifiques
- L’étanchéité des équipements doit être contrôlée selon unefréquence définie (chaque 3 mois pour les installationscontenants >300 kg)
- Des mesures de récupération des fluides résiduels doiventêtre mises en places
- Les opérations de maintenance et de contrôle doivent se fairepar du personnel qualifié et certifié
- A partir du 1/01/2011, les nouveaux types de véhiculeséquipés de climatisation dont le GWP>150 ne peuvent pasobtenir « CE »
- A partir du 01/01/2007, les véhicules neufs équipés declimatisation dont le GWP>150 ne peuvent pas obtenir « CE »
20
39
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 39
Substituts des CFCSubstituts des CFC
40
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 40
GWP :GWP : Global Warming PotentialGlobal Warming Potential(Potentiel de r(Potentiel de rééchauffement planchauffement planéétaire)taire)
Il caractérise la participation d’un frigorigène à l’effet de serre. Il estcalculé pour une durée déterminée ( 20 , 100 ,500 ans...), par rapport
au CO2 auquel on attribue un GWP = 1
<1HCR600a
4 300HFCR143a
120HFCR152a
1 300HFCR134a
1 500HCFCR22
8 100CFCR12
GWP100ans (téq. CO2)TypeFluide
21
41
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 41
Total Equivalent Warming Impact approach : TEWITotal Equivalent Warming Impact approach : TEWI
Il characterise l’impact d’une installation frigorifique sur l’effet deserre Impact direct : fuites du frigorigènes Impact indirect : CO2 rejeté lors de la production d’électricité
42
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 42
A
E
r
n
f
M
GWP100Global Warming Potential of refrigerant
Masse de fluide frigorigène
taux de fuite annuel
Nombre d’années de service
facteur de récupération de fluide en fin de vie
Consommation électrique
Emission de CO2 par 1 kWh consommé
AEnMrMnfGWPTEWI 1100 direct indirect
22
43
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Valeur moyenne de la quantité de frigorigène émise courantune année, liée à l’utilisation de l’installation
Installation neuve : 5%
Installation existante
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 43
Taux de fuite annuelTaux de fuite annuel
5%5%10%Améliorationespérée
7%7%15%Améliorationmoyenne
10%15%22%Pratiqueshabituelles
Climatisationfixe
Froidindustriel
Froidcommercial
Scénario
44
Outils d’évaluation d’impact en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 44
Emission de CO2/kWhEmission de CO2/kWh
0.84Danemark0.29Belgique
0.98Grèce0.48Espagne
1.08Luxembourg0.59Italie
0.5Moyenne UE0.6Allemagne
0.7Irlande0.24Finlande
0.64Portugal0.2Autriche
0.64Pays-Bas0.1France
0.64Royaume Uni0.04Suède
kg CO2/kWhPayskg CO2/kWhPays
Il dépend du mode de production de l’électricité
23
45
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 45
Dans les applications de la réfrigération et du conditionnementd’air, une démarche éco-conception doit permettre laréduction de l’impact environnemental du système frigorifiquecomplet
Axes d’amélioration
Confinement du frigorigène
Réduction de la charge
Réduction de la consommation en électricité
Choix des matériaux pour les composants
46
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 46
Confinement du frigorigConfinement du frigorigèène : un devoirne : un devoir
Sources des fuites :
Manipulation (opération de maintenance ou en fin de vie desinstallations)
Qualité des composants
24
47
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 47
RRééduction de la chargeduction de la chargeCompresseur
0.67%
Evaporateur18.67%
Bouteilleliquide33.33%
Condenseur26.00%
Conduiteliquide21.33%
Condenseur39%
Conduiteliquide 32%
Evaporateur28%
Compresseur1%
Où se trouve lefluide ?
0.8 à 4 kgde fluidepar kW
frigorifique
48
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 48
RRééduction de la chargeduction de la charge(Travaux de(Travaux de H.MacchiH.Macchi et D.et D. LeducqLeducq, 2000, 2000--2005)2005)
Réduire la masse, c’est réduire les diamètreshydrauliques des tuyaux et des échangeurs (15% duproblème)
Utilisation des mini-canaux (Dh = 0.5 à 3 mm)
Compromis entre réduction du volume et augmentation despertes de charge
Mais réduire le TEWI, c’est aussi (et surtout) réduireles consommations énergétiques (85% du problème)
25
49
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 49
RRééduction de la chargeduction de la charge(Travaux de(Travaux de H.MacchiH.Macchi et D.et D. LeducqLeducq, 2000, 2000--2005)2005)
Problématique scientifique:
Les lois de transfert et de pertes de charges, sont-ellestransposables à ces faibles diamètres hydrauliques ?
Est-il possible de maîtriser (modéliser) les probablesproblèmes de distribution de fluide ?
Existe-t-il un optimum pour la fonction
TEWI = f(Dhcomposant)
(compromis perte de charge / consommation énergétique)
50
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 50
Deux installations en parallèle
même chambre froide (47 m3)
même fluide (R404A)
même puissance frigorifique
• 4 kW à -20°C
Installation classique
• Mise en place par un intervenantextérieur
Prototype à charge réduite
Comparaison
Charge en frigorigène
Performances énergétiques
Impact sur l’effet de serre (TEWI)
Toiture
Condenseurà air
MurMachinefrigorifique
Plafonddu couloir
Cellule 7
Plancheren bois
Plateau
Frigorifère2 évaporateurs à air
2 condenseurs à air
2 groupes frigorifiquesen //
PrincipePrincipe
26
51
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 51
Toiture
Condenseurà air
MurMachinefrigorifique
Plafonddu couloir
Cellule 7
Plancheren bois
Plateau
FrigorifèreEvaporateur à air
Condenseur à air
Groupe frigorifique
Installation classiqueInstallation classique
52
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 52
Installation compacte (innovInstallation compacte (innovéée)e)
diamètre 6mm
27
53
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 53
Résultats sur la masse
0,191,4Ratio de charge
(kg/kW froid)
0,737,093TOTAL
0,33Bouteille
accumulatrice
0,0070,013Compresseur
0,1051,225Conduite de liquide
0,21,225Evaporateur
0,121,63Condenseur
Prototype à mini-canaux
Installationclassique
réduction de 90%
54
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 54
Résultats sur le COP
1
1,2
1,4
1,6
1,8
-30 -25 -20 -15
Température d'évaporation [°C]
CO
Pg
lob
al
Installation classique
Prototype
Amélioration de 10%
28
55
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 55
Résultats sur le TEWI
0
20 000
40 000
60 000
80 000
100 000
120 000
140 000
160 000
Tewi indirect
Tewi direct
-20-15
-10-5température de cellule (°C)
TE
WI
glo
bal
(kg
CO
2)
Machine classique
prototype mini-canaux
-66%dont-20% sur l'indirect-90% sur le direct
56
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 56
RRééduction de la charge : autres techniqueduction de la charge : autres technique
Utilisation d’une ligne liquide intégrée (les 2 conduitesnécessaires à une installation classique remplacées par 1conduite à D réduit coaxiale)
condenseurà mini-canaux
Ligne LiquideIntégrée
Conduite de vapeurdiamètre 22 mm
Isolant thermique
Conduite de liquidediamètre 4mm
Production du froid indirect via des boucles secondaires defluide frigoporteur (eau glycolée, coulis de glace, CO2, …)
29
57
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 57
EfficacitEfficacitéé éénergnergéétique : quelques mesurestique : quelques mesures
Raisonner en terme du COP saisonnier
Réduire les fluctuations de température d’évaporation et decondensation
Intensifier les échanges thermiques dans les composantséchangeurs
Améliorer les rendements de compresseurs, ventilateurs, …
Réduire les irréversibilités
Valoriser les pertes thermiques
…
ok
oex
TT
TCOP
58
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 58
Exemple dExemple d’’amaméélioration dlioration d’’efficacitefficacitéé éénergnergéétiquetique
Utilisation des déshumidificateurs à membranes
Inlet salt solution
Inlet Air
Outlet salt solution
Outlet air
Objectif : réduire l’accumulation du givre sur les évaporateurs
30
59
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 59
Le givre apparaît sur la surface des évaporateurs quand :
CTT roséep 0
Impacts qualitatifs
Thermique Aéraulique
Résistance thermique additionnelleDiminution du coefficient d’échangeglobal
Réduction des sections de passage de l’airAugmentation des pertes de chargeRéduction du débit d’air
COP de la machine plus faible
Température d’évaporation plus basse + Consommation électrique plus haute
60
Eco-conception en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 60
Applications : chambres froideschambres intermédiairescamions frigorifiques
31
61
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 61
Objectif
S’appuyer sur les résultats de l’ACV pour
répondre à une question récurrente :
Quelle technologie de froid est bénéfique
pour l’environnement ?
Refroidissement direct ou indirect ?
ObjectifObjectif
S’appuyer sur les résultats de l’ACV pour
répondre à une question récurrente :
Quelle technologie de froid est bénéfique
pour l’environnement ?
Refroidissement direct ou indirect ?
62
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 62
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
évaporateur
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
Fluide médium- Eau,- CO2 diphasique- Mélange eau/Nh3- Coulis de glace
32
63
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 63
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
évaporateur
Eau ou air
Eau ou air
condenseur
Fluide médium- Eau,- CO2 diphasique- Mélange eau/Nh3- Coulis de glace
64
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 64
Avantages :
*Technologie simple
*Savoir faire acquis
*Économe en énergie ???
*Moins coûteux à établir
Inconvénients :
*Choix limité du type de frigorigène
*Hétérogénéité de la température de surface d’échange(et du produit à refroidir)
*Givrage irrégulier
*Grande quantité de frigorigène
*Taux de fuite élevé
Froid directFroid direct
33
65
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 65
Froid indirectFroid indirect
Avantages :
*Simplification de la distribution de froid à de nombreuxpostes utilisateurs, à partir d’une machine frigorifiqueunique
*Salle des machines isolée (sécurité, moins de bruit,maintenance)
*Choix large du frigorigène
*Réduction du volume du circuit frigorifique et de la charge enfrigorigène
*La machine étant plus compacte, les conduites sont pluscourtes et les pertes de charge diminuent
*Meilleur confinement du frigorigène
*Meilleure efficacité des échangeurs
*Givrage plus uniforme
66
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 66
Froid indirectFroid indirect
Inconvénients :
*Abaissement de la température de vaporisation : il y a deuxécarts à prendre en compte et
*Rendement thermodynamique « théorique » plus réduit
*Augmentation de la consommation énergétique via lespompes
*Coût total de l’installation plus élevé (circuit frigoporteur,réservoirs, isolations, pompes)
*Encombrement souvent accru
*Possibilité de difficultés dans le choix du frigoporteuracceptable
*Certains frigopoteurs sont encore en étude : manque dedonnées
fpair TT frfp TT
34
67
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 67
Compte tenu des différences profondes de structure entre le
système direct et indirect, les éléments de comparaison ne
peuvent porter que sur le maintien en température des
produits, les température d’air de soufflage, les températures
d’évaporation, les consommations énergétiques et les
performances environnementales.
Compte tenu des différences profondes de structure entre le
système direct et indirect, les éléments de comparaison ne
peuvent porter que sur le maintien en température des
produits, les température d’air de soufflage, les températures
d’évaporation, les consommations énergétiques et les
performances environnementales.
Analyse de cycle de vie : outil de comparaison et de décisionAnalyse de cycle de vie : outil de comparaison et de décision
68
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 68
Etape 1 : DEtape 1 : Dééfinition de lfinition de l’’objectifobjectif
Comparer deux d'installations de distribution de froid direct et indirect produisant
chacune 150 kW à -6°C et 450 kW à 3°C en France et en Allemagne.
Comparer deux d'installations de distribution de froid direct et indirect produisant
chacune 150 kW à -6°C et 450 kW à 3°C en France et en Allemagne.
air
air
Tch = -6°C
Tch = +3°C
kWQ 4500
kWQ 1500
T0 = -14°C
-10°C
-7°C -3°C
-6°C
T0 = -28°C
-25°C
-21°C
Tk = +3°C
air
airTch = +3°C
kWQ 4500T0 = -10°C
air
airTch = -6°C
kWQ 1500T0 = -25°C
35
69
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 69
Etape 2 : REtape 2 : Rééalisation de lalisation de l’’inventaireinventaire
HypothèsesHypothèses
10% de la Puissance frigo-Travail des pompes
25% / an25% / anTaux de fuite
Alcali (eau/NH3)Eau glycolée
-Frigoporteur
R404AR404AFluide frigorigène
7j /j 7 et 16 heures / j7j /j 7 et 16 heures / jFonctionnement
15 ans15 ansDurée de vie
Froid indirectFroid direct
Matières premières considérées :- Acier (canalisations, échangeurs, compresseurs)- Aluminium (ailettes des batteries)- Cuivres (tubes des batteries, compresseurs)- Huile synthétique (compresseurs)
70
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 70
Inventaire du système directInventaire du système directElectricité Fluide frigorigène Lubrifiants Acier Aluminium Cuivre
CaractéristiqueskW kg dm
3kg kg kg
Condenseur 1Fournisseur ALFALAVAL : AL-AC606/6Condenseur à air : batteries à ailettes
2 unités de 300 kW chacune48 221 - 524 712 1384
Bouteille 1Volume interne : 450 dm3
Taux de remplissage : 60%- 268 - 55 - -
Compresseur 1Fournisseur BITZER : 6F.2Y
Compresseur à pistons ouverts5 unités de 30,7 kW chacune
153.5 - 24 1200 - -
Evaporateur 1Fournisseur ALFALAVAL : CGL6-SEchangeur à air : batteries à ailettes
165 unités de 2,8 kW chacune4 49 - 396 76 1508
Canalisationsliquides
1000 m de canalisation - 25 - - - 420
Condenseur 2Fournisseur ALFALAVAL : ACCS303Condenseur à air : batteries à ailettes
2 unités de 110 kW chacune16 117 - 244 284 690
Bouteille 2Volume interne : 150 dm
3
Taux de remplissage : 60%- 90 - 32 - -
Compresseur 2Fournisseur BITZER : 6G.2Y
Compresseur à pistons ouverts4 unités de 19 kW chacune
76 - 19 912 - -
Evaporateur 2Fournisseur ALFALAVAL : CGL6-SEchangeur à air : batteries à ailettes
40 unités de 2,8 kW chacune1 12 - 96 37 347
Canalisationsliquides
1000 m de canalisation - 25 - - - 420
Total 298.5 807 43 3459 1109 4769
36
71
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 71
Inventaire du système indirectInventaire du système indirect
72
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 72
Choix des indicateurs
*Changement climatique : quantité totale de CO2 émisepour chaque système (IPCC GWP 100a)
*Épuisement des ressources naturelles
*Qualité de l’écosystème
*Santé humaine
Outils
Base de données de SIMAPRO 6
Etape 3 : Evaluation des impactsEtape 3 : Evaluation des impacts
Eco Indicateur 99 E/V2.1
37
73
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 73
Electricité
Frigorigène
Froid direct en France
74
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 74
Electricité
Frigorigène
Froid direct en Allemagne
38
75
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 75
Electricité
Frigorigène
Froid indirect en France
76
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 76
39
77
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 77
78
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 78
40
79
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 79
Tenant compte des hypothèses que nous avons considéré :
L’utilisation du refroidissement indirect indirect est
bénéfique aussi bien qu’en France qu’en
Allemagne mais avec des proportions différentes
LL’’utilisation du refroidissement indirect indirect estutilisation du refroidissement indirect indirect est
bbéénnééfique aussi bien qufique aussi bien qu’’en France quen France qu’’enen
Allemagne mais avec des proportions diffAllemagne mais avec des proportions difféérentesrentes
1. Les émissions de CO2 sont réduites d’un tiers en Allemagne alorsqu’elles sont divisées par 3 en France
2. Les ressources naturelles sont économisées d’environ 65% enAllemagne et de 80% en France
3. Les émissions influant sur la santé humaine sont réduites de 17%en Allemagne et de 40% en France
80
Exemple d’application d’AVC en G.F.
Module : Outils de la qualité et de la sécurité Nov. 2007 80
Contraintes rencontrées lors de la réalisation de l’étude ACV :
Acquisition des données auprès des fournisseurs
Durée relativement longue pour la réalisation de l’inventaire
Difficulté de généraliser à partir d’une étude de cas
Difficulté d’interprétation des résultats
Sensibilisation des professionnels/partenaires à l’importance
des renseignements supplémentaires obtenus par l’ACV