Choix du fluide frigorigène: liquides frigorigènes naturels

Les fluides frigorigènes naturels constituent la base des techniques de froid modernes. Les fluides frigorigènes naturels n'aggravent pas l'effet de serre, ne détruisent pas la couche d'ozone et n'ont donc pas d'impact négatif sur l'environnement.

Le surcoût d'un système de réfrigération à base de fluides frigorigènes naturels est faible. Ces derniers offrent en outre un délai d'amortissement plus court en raison de leur coût d'exploitation moindre (notamment parce qu'ils permettent de réduire la consommation énergétique). Une installation de réfrigération et de congélation utilisant des frigorigènes naturels consomme entre 10 et 30 % d'énergie en moins, car leur transmission calorifique est plus élevée que celle des HFC. En outre, vous pouvez également économiser sur l'achat des fluides frigorigènes.

Fluides frigorigènes naturels utilisés dans les techniques de froid industriel :

  • Ammoniac (NH3)
  • Dioxyde de carbone (CO2)

L'ammoniac comme fluide frigorigène naturel

Afbeelding: koudemiddelen

L'ammoniac (formule chimique NH3) est une substance bien perceptible, même à très faible concentration. Elle est d'ailleurs explosive lorsqu'elle est mélangée en certaines proportions avec l'oxygène. L'ammoniac réagit avec l'eau en formant une solution basique. Chimiquement parlant, une base est l'opposé d'un acide et a une action corrosive. Le corps humain étant composé en grande partie d'eau, l'ammoniac constitue pour l'homme un risque potentiel qui nécessite le port d'équipements de protection adéquats (masque, gants, appareils de détection, etc.). 

L'ammoniac est un fluide frigorigène utilisé depuis le début du XXe siècle. Dans les années 50, il a en grande partie été supplanté par les fluides frigorigènes chimiques, qui ne présentaient pas les mêmes dangers.

Ces dernières années, le NH3 a cependant fait son retour dans les technologies du froid. Son utilisation dans les installations de réfrigération et de congélation est encouragée par les pouvoirs publics (environnement) par le biais de subsides. En raison des risques en matière de sécurité, les pouvoirs publics en restreignent cependant l'utilisation d'un autre côté (permis, pompiers).

L'utilisation du NH3 comme fluide frigorigène est encouragée car ce dernier ne contribue pas à l'effet de serre. Pour réduire au maximum les risques en matière de sécurité, le NH3 est souvent utilisé en combinaison avec un fluide frigorigène secondaire. Un fluide frigorigène secondaire est une substance qui transmet le froid de l'installation de réfrigération vers un échangeur de chaleur (refroidisseur d'air)

Le dioxyde de carbone comme fluide frigorigène naturel

Afbeelding: CO2_logo

Le CO2 est un autre fluide frigorigène naturel qui possède beaucoup de potentiel. En 2008, Veld Koeltechniek est devenu le premier constructeur néerlandais à créer une installation de réfrigération utilisant du CO2 comme fluide frigorigène naturel. Lorsque les températures ambiantes sont faibles, le rendement du CO2 est bien plus important que celui d'une installation économique optimisée recourant à un fluide frigorigène synthétique. Si les températures extérieures sont élevées, la compression se déroule au-dessus du point critique dans le diagramme de phases. C'est pour cela que l'on parle d'installation de réfrigération CO2 transcritique.
Les pression de conception d'une installation recourant au fluide frigorigène CO2 sont beaucoup plus élevées : Cela pose des exigences supplémentaires en ce qui concerne la construction des éléments de l'installation.

Le CO2 peut également être utilisé comme fluide frigorigène secondaire. Dans ce cas, la partie CO2 est refroidie par une installation NH3 séparée. On parle alors d'installation en cascade.

Il existe également des systèmes de cascade où le CO2 est envoyé dans les conduites et comprimé par des compresseurs de CO2.

Fluides frigorigènes synthétiques

Tous les fluides frigorigènes synthétiques sont composés d'hydrofluorocarbures (HFC). Ces hydrofluorocarbures ne sont pas explosifs, toxiques et/ou inflammables et ne détruisent pas la couche d'ozone. Ils contribuent cependant à renforcer l'effet de serre.

Les fluides frigorigènes synthétiques les plus utilisés sont :

  • R507 : utilisé dans les applications de réfrigération et congélation
  • R134a : utilisé dans les applications de réfrigération et de climatisation
  • R407c : utilisé dans les applications de réfrigération

Quels sont les fluides frigorigènes écoénergétiques ?

Quel est le fluide frigorigène et/ou système le moins gourmand en énergie ?

Cela dépend de l'application : réfrigération ou congélation ?

RÉFRIGÉRATION

Type d'installation Consommation d'énergie   Investissement  Sécurité         
Système de pompe NH3 100 120 2500 kg NH3
Installation en cascade NH3-CO2 sans compresseurs CO2 113 140 300 kg NH3,
2000 kg CO2
Système indirect NH3 Pekasol 126 140 300 kg NH3,
2000 kg CO2
R407c optimisé 106 100 900 kg R407c

 

 

 

 


 

 

 

Pour le refroidissement, une installation à pompe NH3 offrira donc le meilleur rendement. Le NH3 est cependant plus exigeant pour le personnel opérationnel et en termes de sécurité dans les pièces. Une émission de NH3 entraîne directement une situation dangereuse et très souvent une contamination des produits. Le surcoût peut être amorti dans le cas de capacités de refroidissement plus importantes (700 kW).

Le deuxième fluide frigorigène le plus efficace en matière de consommation énergétique est le R407c. Le surcoût d'une installation de réfrigération NH3 - CO2 est difficile à récupérer.

Pour ce qui est de la congélation :

CONGÉLATION

Type d'installation Consommation d'énergie   Investissement  Sécurité      
Système de pompe NH3 108 130 2500 kg NH3
Installation en cascade NH3-CO2 sans compresseurs CO2 100 140 300 kg NH3,
2000 kg CO2
R507 optimisé 105 100 900 kg R507

 

 

Sur une installation de congélation, c'est le NH3-CO2 avec compresseurs CO2 qui offre le meilleur rendement, mais qui nécessite aussi le plus gros investissement. Le surcoût ne peut être récupéré qu'avec des températures très basses (-35 °C), comme par exemple dans un tunnel de congélation ou dans le cas de congélateurs à plaques. Le R507 constitue alors la solution la plus économique, suivi de près par la pompe NH3 .

Et quand faut-il opter pour le CO2 transcritique ? Si votre demande de froid est relativement constante pendant toute l'année et elle n'est pas conditionnée par la température extérieure mais par votre processus, le surcoût peut être récupéré dans les 5 ans en fonction de la consommation énergétique.

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