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Récupération de chaleur dans un système frigorifique (partie 2)


Récupération de chaleur dans un système frigorifique (partie 2)

Categorie(s) :   Climapresse   Nouvelles  


Par Pierre Lévesque

Nous avons mentionné dans la première partie d’une série de deux articles sur la récupération de chaleur qu’un système frigorifique extrait de la chaleur d’un procédé, il est donc logique de vouloir récupérer cette chaleur pour satisfaire un besoin. La chaleur dissipée par un système frigorifique est la somme de la chaleur absorbée par l’évaporateur et l’énergie consommée par le compresseur. Pour les réfrigérants synthétiques, la température de sortie du médium de refroidissement sera limitée par la température de condensation, c’est-à-dire que la température d’évolution de la source chaude ne pourra jamais être supérieure à la température de condensation.

 

 


Le cas du CO2

 L’état de fluide supercritique se traduit par des différences importantes sur le plan des propriétés thermophysiques du CO2 par rapport à celles d’un fluide standard. En effet, au cours du refroidissement des vapeurs sortant du compresseur, aucune condensation ne se produit, car le fluide est à l’état supercritique, c’est-à-dire qu’il n’existe aucune relation entre la pression et la température. Un des aspects intéressants du CO2 réside dans la variation continue de température dans l’échangeur.

En cycle supercritique, il n’y a pas de palier de condensation, alors dans le cas d’un échangeur à l’eau, la température de l’eau n’est pas limitée par une température de condensation et suit la même évolution que celle du CO2. De fait, avec le CO2, on atteint des températures d’eau en sortie nettement supérieures à celles que peuvent produire les fluides frigorigènes standards. Cependant, l’aspect négatif de ce fluide réside dans le processus de détente, une transformation adiabatique, c’est-à-dire que cette transformation est irréversible et qu’elle n’échange pas de chaleur avec le milieu extérieur comme le fait le processus de compression par le travail appliqué à l’arbre du moteur.

 

En résumé

Récupération de chaleur

Figure 1 : Diagramme de Mollier pour le co2

Le réfrigérant contient la même quantité de chaleur avant et après la détente, la différence réside dans la proportion liquide/vapeur à la fin de la détente. La vapeur balayée par le compresseur est la somme de l’effet net de réfrigération et de la vapeur instantanée produite par le processus de détente. Dans ces conditions, il sera important d’abaisser la température du fluide à la sortie du refroidisseur de gaz afin de réduire la formation de vapeur. Dans le cas contraire, le COP du système sera réduit : un genre de taxe à payer.

Dans un cycle transcritique, l’enthalpie massique à la sortie de l’échangeur haute pression varie beaucoup en fonction de la température, mais aussi en fonction de la pression. Une légère variation de la haute pression engendre une grande variation de l’enthalpie massique.Dans ces conditions, la quantité de chaleur échangée avec la source chaude augmente. La chaleur dissipée (kJ/kg) par le refroidisseur est représentée à la figure 1A, elle représente la différence entre H3 et H2. Par ailleurs, l’énergie consommée par le compresseur est représentée entre H1 et H2.

 
 
 
 
 
 
 
 

Prenons le cas de l’échangeur illustré sur les figures 2A et 2B

Supposons un système dont la capacité thermique peut varier autour de 125 kW (426 mbh) selon les conditions d’opération et que ce système peut fonctionner dans les deux modes.

 

Récupération de chaleur
 
 

Mode classique (sous-critique) Figure 2A

La température de sortie du fluide secondaire sera limitée par la température de condensation et la température d’approche de l’échangeur. De plus, la température de sortie du fluide secondaire sera imposée par la température de la source froide. La température d’approche est la différence de température entre le CO2 et la température du fluide secondaire à la sortie de l’échangeur. La température d’approche est reliée à la surface de l’échangeur, elle est déterminée par le concepteur.

Pour déterminer le COP, on doit diviser la chaleur totale par les kilowatts du compresseur. Pour le cas suivant, le COP est de 6,4, c’est-à-dire que pour une dépense de 1kW le système en produit 6.4 kW. Cependant, le COP peut diminuer considérablement, car il est dépendant de la température de la source secondaire. Plus cette source est chaude, plus le COP diminue.

 
 

Mode transcritique Figure 2B

La température de sortie du fluide secondaire n’est plus limitée par la température de condensation puisque la condensation n’existe plus dans ce mode. En régulant la pression pour doser une chaleur en fonction de 1 COP calculé, cela permet ainsi d’élever la source froide à des températures nettement plus élevées.

 

Conclusion

Comme nous pouvons le constater, le COest un excellent réfrigérant pour produire de la chaleur puisque celui-ci, dans son état supercritique, n’est pas soumis à un palier de condensation. Dans ces conditions, lorsque les besoins de chaleur peuvent faire augmenter l’efficacité globale d’une installation, ses faiblesses de performance pour la production du froid sous certaines conditions sont effacées des équations. Par conséquent, la source de chaleur est utilisée et contribue à augmenter le COP dans une vision globale du projet.

 


Pierre Lévesque

Ceptek Technologies



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