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Récupération de chaleur dans un système frigorifique (Partie 1)


Récupération de chaleur dans un système frigorifique (Partie 1)

Categorie(s) :   Climapresse   Nouvelles  


Par Pierre Lévesque

Un système frigorifique extrait de la chaleur, il est donc logique de vouloir récupérer cette chaleur pour satisfaire un besoin de chauffage. Le principe est simple : rediriger la chaleur vers un échangeur de récupération.

 

 


La capacité d’un système frigorifique est exprimée en Btu/h et représente la quantité de chaleur que celui-ci peut absorber à l’évaporateur. Cependant, lorsqu’on analyse la quantité de chaleur disponible d’un système, on ne doit pas négliger la chaleur dégagée par le travail du compresseur. Par conséquent, la chaleur totale disponible est la somme de la chaleur absorbée à l’évaporateur et la chaleur dégagée par le travail du compresseur.

Récupération de chaleur

DIAGRAMME PH

 

En se référant au diagramme de PH, on remarque que la chaleur totale disponible est la somme de (H8-H7) + (H1-H8) + (H2-H1). Par conséquent, la quantité de chaleur disponible se situe entre H2 et H5. Cette chaleur peut facilement être dirigée vers un récupérateur de chaleur. De plus, cette énergie représente une chaleur gratuite puisque l’énergie dépensée pour faire fonctionner le compresseur a été utilisée pour satisfaire la demande de production de froid.
 
 

Où aller chercher la chaleur

Désurchauffe (H2-H3)

Les gaz qui sont expulsés par le compresseur sont à une pression constante et à très haute température. C’est à ce niveau que le réfrigérant présente la température la plus élevée, qui varie en fonction du fluide utilisé. Par exemple : la température des gaz expulsés du R-134A sera nettement inférieure à celle du R-717, soit 150°F Récupération de chaleurcomparativement à 200°F, et ceci pour une application ayant des conditions opératoires de 20°FTSE et de 110°FTSC. Cette condition dépend des propriétés physiques de chaque fluide réfrigérant. Malheureusement, pour cette partie du cycle, la quantité d’énergie disponible sera limitée, car elle est sous forme de chaleur sensible. Elle représente environ 25% de la chaleur produite par le système. À ce niveau, la température du fluide secondaire peut être augmentée au-dessus de la température de condensation puisqu’à sa sortie du compresseur, le fluide frigorigène est surchauffé.

 

En résumé : la désurchauffe représente la quantité de chaleur dégagée par le travail de compression, par exemple si un compresseur de type hermétique ou semi-hermétique consomme 20 kW électriques pour fonctionner, dans ce cas, la chaleur dégagée par le travail de compression sera de 68 mbh (20 kW * 3.412), ce qui représenterait 34% de la chaleur disponible pour un système de 200 mbh.

 

 

Condenseur (H3-H4)

C’est à ce niveau que la quantité de chaleur de récupération est la plus importante. Elle représente la quantité de chaleur absorbée par l’évaporateur. Cependant, la température de sortie du fluide secondaire sera limitée à la température de condensation (sauf pour le R-744).

 

Circuit de refroidissement d’huile

C’est à ce niveau que la quantité de chaleur disponible est à son minimum, sauf pour les groupes de compression à vis.

 

 

Exemple de fonctionnement d’un système en série

Récupération de chaleur

SCHÉMA (1A)

Le schéma (1A) illustre le raccordement d’un système en série à double échangeur. Il explique bien l’évolution des températures indiquées dans les tableaux. Cette approche permet d’optimiser la température de sortie du fluide secondaire pour que celui-ci atteigne une température supérieure à la température de condensation. Ce type d’installation permet de choisir une température d’approche faible, la température d’approche étant la différence de température entre le réfrigérant et la sortie du fluide secondaire. D’ailleurs, le choix des échangeurs dépend directement de la température d’approche choisie pour l’installation. Plus la température d’approche est faible, plus l’échangeur est gros et coûte cher.

 

 

 

 
 
 
 

Conclusion

La récupération de chaleur ne doit pas se faire au détriment des performances des compresseurs. Il est souvent plus profitable d’optimiser la pression de condensation puisque cette approche permet de diminuer considérablement les kW/tr d’une machine frigorifique. Par conséquent, il est intéressant d’analyser les deux concepts et de choisir la meilleure approche. De plus, puisque les installations d’aujourd’hui favorisent les systèmes à charge critique, il est très important de bien choisir les éléments qui composent un système de récupération. Par exemple, si un échangeur de chaleur est placé en série avec un condenseur et que celui-ci condense une partie du fluide frigorigène, la tuyauterie qui relie l’échangeur et le condenseur sera partiellement remplie de réfrigérant liquide. Dans ces conditions, le système nécessitera une plus grande quantité de réfrigérant, ce qui va à l’encontre de nos intérêts.

 

Dans la deuxième partie, nous analyserons en profondeur les avantages du CO2 utilisé comme réfrigérant pour les applications de production de chaleur.



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