Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE FICHE DE LECTURE

Transcription

1 Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg GENIE CLIMATIQUE ET ENERGETIQUE FICHE DE LECTURE SOLUTIONS STANDARDISEES DE REDUCTION DE LA CHARGE EN HFC DANS LES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES POSITIVES DE PETITE ET MOYENNE PUISSANCE Projet de Fin d Etudes réalisé Par Mohamed BOUAROUROU Tuteur institutionnel: Rahal BOUSSEHAIN Tuteur en entreprise: Thomas NOCK JUIN 2012

2 Contexte de l étude Dans les supermarchés, commerces de proximité, drive, le stockage des produits nécessite des températures d air allant de +1 à +8 C. Pour m aintenir ces températures dans les chambres froides ou dans les meubles de réfrigération, il faut refroidir l ambiance. Pour y arriver, il faut une production d énergie frigorifique. Celle-ci doit être optimisée car elle correspond à un poste couvrant 35% des consommations électriques totales d un magasin. Pour produire le froid, actuellement, 90 % des installations utilisent la même méthode de détente directe avec comme le fluide frigorigène le R404a. Cela consiste à véhiculer ce dernier du poste de production jusqu au poste d émission. La quantité de fluide est donc importante. Or ce fluide utilisé a un bilan carbone catastrophique puisque 1 kg de ce même fluide est équivalent à un rejet de 3922 kg de CO 2 donc en détente directe l empreinte carbone de l installation est désastreuse. Le R404a est d autant plus contraignant que la réglementation F-GAS concernant les gaz fluorés va se durcir et risque de se calquer sur la réglementation en vigueur au Danemark où les fluides à fort Potentiel de réchauffement Global (PRG) sont taxés. Par conséquent, en détente directe, en plus d utiliser un fluide néfaste pour l environnement, sa quantité est très importante donc la taxe carbone éventuelle peut s avérer élevée. But de l étude Une solution alternative à l installation standard au R404a en détente directe est de confiner le fluide frigorigène en salle des machines ou dans un groupe monobloc à l extérieur pour créer le froid. Le transport de l énergie frigorifique vers les frigorifères se fait alors par une boucle frigoporteuse qui n a pas d incidence directe sur le rejet de CO 2. Cela permet alors de diminuer la quantité de fluide frigorigène dans l installation. Figure 1: Structure des installations de refroidissement indirect Etudiant : Mohamed BOUAROUROU Juin 2012 Page 2 sur 5

3 Afin d anticiper ce durcissement et éviter d être en retard quant à l évolution de la réglementation, AXIMA REFRIGERATION veut s inscrire dans une politique d innovation visà-vis des techniques mises en place habituellement. C est dans ce sens que le sujet de PFE suivant a été proposé : Solutions standardisées de réduction de la charge en HFC dans les installations frigorifiques positives de petite et moyenne puissance. Le but a été de développer des solutions standards de refroidissement indirect. Cette étude s est concentrée sur les installations de froid positif de petite et moyenne puissance. En effet, ce sont des applications pour lesquelles les solutions alternatives ne se sont pas encore démocratisées car la solution standard au R404a est la moins couteuse à l investissement. Ces solutions standardisées ont deux contraintes : techniques et économiques. En effet, elles doivent pouvoir offrir une performance équivalente à la solution classique et leur coût doit être maîtrisé pour qu elles soient vendables. Travaux réalisés Solutions envisageables Pour répondre au choix du fluide frigorigène et du fluide frigoporteuse, je me suis basé sur différents critères : la réglementation, la performance thermodynamique et le comportement vis-à-vis de l environnement. Dans le choix du fluide frigorigène, on peut utiliser des fluides frigorigènes de type HFC avec un PRG moins élevé ou des fluides naturels. Ces derniers sont néanmoins très réglementés puisque dans les ERP les hydrocarbures sont interdits et l ammoniac doit être confiné dans une quantité limitée. Ce dernier pourrait être utilisé mais la technologie des centrales dans la gamme de puissance jusqu à 150 kw est encore chère donc cela n a pas été abordé. Il reste le CO 2, utilisable en dans le refroidissement négatif. Le choix s est donc tourné vers les HFC à faible impact environnemental. J ai donc comparé les HFC utilisables dans le domaine utilisé. Trois fluides sont ressortis plus intéressants que les autres : le R410a, le R407C et le R134a. Ce dernier est le plus favorable car son potentiel de réchauffement climatique est trois fois moins élevé que celui du R404a. Néanmoins le débit volume balayé par le compresseur est beaucoup plus important en utilisant le R134a. Pour le transport du froid, le fluide frigoporteur qui propose le meilleur compromis entre capacité à transporter l énergie frigorifique et les pertes de charge est l eau glycolée. Plus particulièrement, le Mono Ethylène Glycol qui n est par ailleurs pas interdit dans les ERP. Caractéristiques de l installation Etudiant : Mohamed BOUAROUROU Juin 2012 Page 3 sur 5

4 Je me suis basé sur un cas d étude : le Auchan Drive de Hautepierre à Strasbourg. Le bilan de puissance se trouve dans la gamme de puissance visée. L installation choisie sur ce projet est la solution standard au R404a en détente directe. J ai comparé les différents éléments composant l installation de refroidissement indirect pour arriver à une solution comparable à la solution de détente directe fonctionnant au R404a. En passant sur une solution de froid indirect, le surcoût est certain notamment à cause de la pompe de circulation. Les comparaisons ont permis de vérifier l efficacité technique des différents éléments mais sans que cela n affecte le coût global. J ai effectué différentes études concernant le régime d eau idéal à adopter et les épaisseurs d isolation idéales pour garantir que l air ambiant ne condense pas sur la tuyauterie. J en ai alors déduit les préconisations suivantes : - Lorsqu une centrale doit être installée en salle des machines, une solution intéressante est d utiliser le R407C comme fluide frigorigène pour lequel le GWP est de Le surcoût par rapport à la solution classique est de 19%. - Lorsqu un groupe monobloc peut être installé à l extérieur. Ce choix est à privilégier car le choix peut se porter alors sur un groupe fonctionnant au R134a pour lequel le surcoût est de 14%. - Le réseau d eau glycolée doit être en acier inoxydable. - Un ballon tampon peut être nécessaire, cela dépend des caractéristiques des compresseurs. - L isolation de la tuyauterie doit avoir les épaisseurs suivantes : o 19 mm d Armaflex pour les applications positives o 32 mm d Armaflex pour les applications négatives - La station de pompes doit être doublée. - L équilibrage doit être manuel. - Le régime d eau idéal à utiliser est de -6/-2 C. Optimisation des solutions : En fonction des attentes du client, plusieurs choix peuvent être faits pour optimiser les installations proposées. - Si le client a prévu une salle des machines pour y mettre la centrale frigorifique : o A la centrale R407C, on peut lui proposer d investir dans une pompe avec un moteur avec une haute efficacité ayant un indice énergétique IE4. - Si le client peut mettre en place un groupe monobloc à l extérieur : o Si le client a des contraintes d investissement et ne veut pas payer plus cher pour faire des économies d énergie, un groupe au R410a peut être mis en place pour lequel le surcoût est de 5%. o Si le client est prêt à investir un peu plus pour avoir des performances meilleures et des consommations sur la durée réduites, un groupe au R134a est la réponse idéale. Le surcoût est alors de 14% à l investissement. Cependant, en ajoutant une pompe haute efficacité, on atteint sur la durée de vie de l installation un prix comparable à celui issu de la solution en détente directe. Etudiant : Mohamed BOUAROUROU Juin 2012 Page 4 sur 5

5 Comme on peut le voir sur le graphique suivant, en optimisant l installation au R134a, on arrive non seulement à un coût comparable à la solution standard mais aussi à des consommations énergétiques équivalentes : Figure 2: Consommations énergétiques en fonction des solutions De cette étude, à présent, en fonction du désir du client, AXIMA REFRIGERATION peut répondre avec des éléments bien définis. Ils sont chiffrés, ce qui permettra au client d être plus attentif à une solution alternative à la détente directe. Cela a été d ailleurs le cas durant ce PFE car avec un commercial, nous avons proposé une solution alternative sur un projet concret et cette solution a été acceptée par le client. Avec les arguments exposés ci-dessus le critère déterminant pour certains clients sera malgré tout la décision qui apparaîtra dans la réglementation F-GAS en La question déterminante est de savoir si la généralisation de la politique danoise vis-à-vis des gaz fluorés s élargira à l ensemble de la Communauté Européenne? Etudiant : Mohamed BOUAROUROU Juin 2012 Page 5 sur 5