Bruxelles Environnement

INTRODUCTION THÉORIQUE AU SYSTÈME DE

REFROIDISSEMENT

Jan Maeyens

Cenergie SCRL

Formation Bâtiment Durable :

ENERGIE

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Objectifs de la présentation

● Principes de production de froid

● Techniques et technologies

● Législation et normes

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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

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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

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Fonctionnement d’une installation de froid

Fonctionnement d’une installation de froid

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● 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

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● Évaporateur

● Condenseur

● Compresseur

● Valve d’expansion

Discussion des composantes

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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)

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● Condenseur refroidi par eau

► Tour de

refroidissement

› Circuit ouvert

› Circuit fermé

› Circuit hybride

► Eau fluviale

► Geothermie

Discussion des composantes : Le condenseur

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● Condenseur refroidi par air

► La chaleur est émise vers l’air extérieur

Discussion des composantes : Le condenseur

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Discussion des composantes : Le compresseur

Compresseur mécanique

Centrifuge Refouleur

Rotatif

Spirale Scroll Vis

Piston

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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,

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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

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● 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

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● 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

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● 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

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Prestation de l’installation de froid (< 12kW elec)

Efficacité énergétique SEER

(refroidissement)

SCOP (Chauffage)

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● 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

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● 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

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● 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

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● 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

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● 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

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● Batterie de froid dans les groupes de pulsion

► Composé de tuyaux et lamelles en cuivre

Systèmes d’émission

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● 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

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● 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

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● 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

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● Réfrigérants

● PEB

Sur le plan réglementaire

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● 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)

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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 : jan.maeyens@cenergie.be