Formation Bâtiment Durable : ENERGIE

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1 Formation Bâtiment Durable : ENERGIE Bruxelles Environnement INTRODUCTION THÉORIQUE AU SYSTÈME DE REFROIDISSEMENT Jan Maeyens Cenergie SCRL

2 Objectifs de la présentation Principes de production de froid Techniques et technologies Législation et normes 2

3 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 3

4 Composition d une installation de froid et d une machine de refroidissement Installation de refroidissement Distribution de froid Production de froid Transmission de chaleur à l environnement Réglage de la capacité Évaporer Comprimer Condenser Détendre 4

5 Fonctionnement d une installation de froid 5

6 Fonctionnement d une installation de froid 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 6

7 Discussion des composantes Évaporateur Condenseur Compresseur Valve d expansion 7

8 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) 8

9 Discussion des composantes : Le condenseur Condenseur refroidi par eau Tour de refroidissement Circuit ouvert Circuit fermé Circuit hybride Eau fluviale Geothermie 9

10 Discussion des composantes : Le condenseur Condenseur refroidi par air La chaleur est émise vers l air extérieur 10

11 Discussion des composantes : Le compresseur Compresseur mécanique Centrifuge Refouleur Rotatif Piston Spirale Scroll Vis 11

12 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, 12

13 Discussion des composantes : Le compresseur Fonctionnement du compresseur scroll lated Fonctionnement du compresseur à piston Fonctionnement du compresseur centrifuge Fonctionnement du compresseur à vis FEh2U&feature=related 13

14 Discussion des composantes : La valve d expansion 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 14

15 Discussion des composantes : La valve d expansion Fonction Types Diminution de la pression du réfrigérant Combat les coups de bélier 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 15

16 Prestation de l installation de froid EER Energy Efficiency Ratio (Taux d efficacité énergétique) Rapport capacité de refroidissement/capacité électrique absorbée Rendement théorique Déterminant pour la classe d énergie 16

17 Prestation de l installation de froid 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 = C : procédures d essai pour charge partielle SEER: Classification en classes : A+++ jusque D (anciennement A jusque G) 17

18 Prestation de l installation de froid (< 12kW elec) Efficacité énergétique SEER (refroidissement) SCOP (Chauffage) 18

19 Prestation de l installation de froid 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 19

20 Types de machines de refroidissement 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 20

21 Types de machines de refroidissement : Système Split 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 21

22 Types de machines de refroidissement : Système Multi Split 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) 22

23 Types de machines de refroidissement : Système VRV Multi Split 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 23

24 Types de machines de refroidissement : Système monobloc 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 24

25 Types de machines de refroidissement : Réversible vs. Refroidissement simple Conditionnement d air réversible : chauffer au moyen de la climatisation 25

26 Types de machines de refroidissement : Machine de refroidissement à absorption 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, ) 26

27 Systèmes d émission Ventilo-convecteurs Mur Plafond Sol 27

28 Systèmes d émission Poutres Froides Poutre Statique Passif: convection naturelle Poutre Dynamique (ouverte ou fermée) Actif: induction par de l air neuf 28

29 Systèmes d émission 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) 29

30 Systèmes d émission Batterie de froid dans les groupes de pulsion Composé de tuyaux et lamelles en cuivre 30

31 Systèmes d émission Plafond Froid Compatible avec un régime à haute température Approprié pour le free-chilling Puissance limitée (90W/m²) 31

32 Systèmes d émission 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 32

33 Systèmes d émission Slab Cooling (refroidissement par la dalle) Faible puissance ( W/m²) Peut également être utilisé pour le chauffage 33

34 Solutions peu énergivores Free-chilling Refroidissement adiabatique Récupération de chaleur 34

35 Solutions peu énergivores 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, 35

36 Solutions efficacité énergétique 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 36

37 Solutions efficacité énergétique Récupération de chaleur Récupération eau glacée Préchauffage de l air hygiénique Refroidissement, plafonds froids Surtout intéressant en mi-saison 37

38 Solutions efficacité énergétique Récupérations de chaleur Récupération au condenseur Préchauffage de l ECS 38

39 Solutions économes en énergie 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 39

40 Sur le plan réglementaire Réfrigérants PEB 40

41 Sur le plan réglementaire : réfrigérants 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 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 41

42 Sur le plan réglementaire : PEB Impact considérable sur le niveau E Aucune différence entre top cooling ou full airco Si aucun refroidissement actif : consommation de refroidissement fictive 42

43 Outils utiles, sites Internet, etc. : Energie+: Info Techniques de refroidissement IBGE-BIM: > 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) 43

44 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 44

45 Contact Jan Maeyens Responsable de projet Coordonnées : :

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