FICHE OX «OPTIMISATION DES INSTALLATIONS DE FROID ALIMENTAIRE COMMERCIAL»

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1 1 FICHE OX «OPTIMISATION DES INSTALLATIONS DE FROID ALIMENTAIRE COMMERCIAL» Contexte et Enjeux En distribution alimentaire, la production de froid représente des enjeux de première importance. Enjeu énergétique au regard des 1200 hypermarchés, 6000 supermarchés et commerces de détail qui consomment ensemble près de 5 TWh/an pour la conservation des surgelés et des produits frais [1], [3]. Les consommations électriques de l ensemble du poste froid alimentaire (chambres froides, salles de travail des boulangeries, boucheries,, meubles frigorifiques des aires de ventes (MFV) - produits frais, glaces, surgelés) représentent : - 30 à 40 % de la consommation électrique d un hypermarché, - 35 à 50 % pour un supermarché, - 70 % pour une supérette, et l énergie nécessaire à la production frigorifique (compression) est de l ordre de 65 % de la consommation électrique du poste froid alimentaire. Enjeu environnemental puisque la substitution des CFC et des HCFC devra être maîtrisée ([2],[4],[7],[8]) par un ensemble d actions telles que l utilisation de nouveaux fluides ou d autres cycles (absorption), une meilleure conception/réalisation, la réduction des besoins. Par rapport à ces enjeux énergétiques et environnementaux, différentes actions d optimisations peuvent être conduites sur les installations de froid alimentaire des commerces, aux différents points-clés de ces installations : - au niveau des machines de production de froid : régulation de la pression de condensation ; récupération de la chaleur produite ; - au niveau de la distribution du froid : utilisation de fluides frigoporteurs monophasiques ou diphasiques ; - au niveau des meubles de vente : traitement du givrage ; isolation par rapport à l ambiance ; - avec le souci permanent du confinement des fluides frigorigènes utilisés. Grâce à ces différentes actions, d importantes économies d énergie peuvent être envisagées, participant dans le même temps à une meilleure protection de l environnement. L ADEME souhaite apporter un soutien financier à des opérations exemplaires dans la petite, moyenne ou grande distribution, visant à réduire les consommations d énergie et de fluides frigorigènes des installations de froid alimentaire. Objectifs et Bâtiments concernés Sont concernés par les présentes opérations, les hypermarchés, supermarchés et supérettes ; la taille des établissements n étant pas un critère de sélection. Il s agit d établissements existants. L objectif général des opérations est de montrer qu avec la mise en place de différentes actions d améliorations des installations de froid alimentaire de ces commerces, de sensibles économies

2 d énergie et de fluides frigorigènes peuvent être obtenues. L évaluation de ces économies fait partie des opérations exemplaires. 2 Une ou plusieurs solutions combinées telles que celles décrites ci-après peuvent être envisagées. Conjointement, il est souhaitable de rechercher une optimisation globale des consommations énergétiques qui concernent principalement, outre le froid alimentaire objet des présentes opérations -, le chauffage, la climatisation, la ventilation et l éclairage des locaux. Sur ces différents points, l ADEME accompagne les initiatives des maîtres d ouvrages et gestionnaires au travers d autres opérations exemplaires [10] et OPATB [11]. Solutions techniques voies d optimisations 1. Schéma de principe d une installation de froid commercial Les installations frigorifiques (moyennes et grandes surfaces) comprennent toujours : - un circuit de froid «positif» : alimentant les chambres froides, laboratoires, MFV produits frais (températures ambiantes de 0 C à 5 C) (cf. Annexe Technique 2) ; - un circuit de froid «négatif» (ou «basse température»), alimentant : chambres froides, MFV produits surgelés (températures ambiantes de 23 C à -25 C) (cf. Annexe Technique 2). Toiture Condenseurs Condenseurs Fluide Frigorigène Centrales négatives Centrales positives Salle des machines Chambres froides Chambres froides Fluide Frigorigène MFV produits surgelés MFV produits frais Aire de vente Laboratoires Le circuit «positif» demande trois fois plus de puissance que le circuit «négatif» ; en revanche, la charge de fluide par kw est nettement supérieure pour le circuit «négatif» : environ 4kg/kW, contre 1,5 kg/kw pour le circuit «positif». Remarque : dans un système centralisé avec frigoporteur (cf. ci-après), la charge de fluide par kw est nettement plus faible, de l ordre de 250 g/kw (à comparer à 1,5 kg/kw).

3 3 2. Principales propositions d actions d améliorations pour réduire les consommations d énergie 2.1. Actions au niveau de la production de froid Régulation de la pression (ou de la température) de condensation La facture énergétique due à la compression, loin d être négligeable, peut être abaissée de 25 % en réduisant le plus possible le taux de compression, c est à dire en abaissant la haute pression (HP) lorsque les conditions extérieures sont favorables (gains potentiels importants en hiver). Au lieu de maintenir toute l année des températures de condensation de C (fonctionnement type été) on peut, compte tenu des conditions météo, obtenir des températures de condensation de C une grande partie de l année [3]. Trois systèmes, entre autres, permettent de profiter de températures extérieures favorables tout en autorisant un fonctionnement optimal de l installation frigorifique : - la détente électronique : régulateur auto-adaptatif ; règle le débit de fluide frigorigène ; permet de s affranchir d une HP constante grâce à la mécanique du système qui est totalement différente du détendeur thermostatique classique ; - la détente intermédiaire (ou «batch expansion») : permet de baisser la pression de condensation tout en maintenant une pression en amont des détendeurs pratiquement constante (plutôt dédié aux installations avec compresseurs à vis) ; le rendement des évaporateurs est amélioré de 15 à 20 % par rapport à une installation simple détente ; - le détendeur à orifices multiples : cette vanne thermostatique permet de réagir avec précision aux conditions de fonctionnement frigorifique les plus extrêmes. Un exemple de résultat : Consommation en kwh/an Centrale positive Centrale négative Solution classique HP constante Solution HP flottante avec détendeur à orifices multiples (-42 %) (-36 %) Récupération de la chaleur produite Bien souvent, la chaleur produite par le système de production de froid est rejetée à l extérieur (condenseur à air, condenseur évaporatif, tour de refroidissement, ). Or, il est possible de récupérer une partie de cette énergie : - pour le préchauffage de l ECS ; - pour le préchauffage des réserves et/ou des bureaux. Il existe des techniques de récupérations variées : - préchauffage de l ECS par désurchauffe des gaz ou à partir du refroidissement de l huile des compresseurs à vis (avec des échangeurs intermédiaires sur le circuit. - préchauffage des locaux par récupération, soit en faisant passer directement l air des locaux à chauffer sur le condenseur de l installation frigorifique, soit par l intermédiaire d un condenseur spécial de récupération à air, soit encore par l intermédiaire d'une PAC eau/eau installée sur le circuit. Pour le préchauffage des locaux, on peut récupérer ainsi 50 à 80 % des besoins Actions au niveau de la distribution de froid De plus en plus se développent des systèmes de distribution utilisant un fluide frigoporteur qui alimente les échangeurs dans les meubles réfrigérés (froid positif). Le fluide frigorigène est ainsi confiné dans les centrales frigorifiques uniquement (sauf pour le froid négatif). Pour l instant, on utilise surtout un frigoporteur monophasique, l eau glycolée. La consommation est un peu plus importante (10 %) que pour un système à détente directe, mais ces systèmes à frigoporteur sont intéressants à plusieurs titres : - mise en œuvre et entretien, - régulation plus fine, - souplesse d aménagement de l aire de vente, - dégivrage poins fréquent des vitrines standard,

4 - récupération de chaleur ou de froid plus facile, - diminution considérable de la quantité de fluide frigorigène de l établissement. Aujourd hui se développent les fluides diphasiques, appelés «sorbets» composés d un mélange liquide/solide à partir d une émulsion eau + fluide. Ils présentent de gros avantages : - utilisation de la chaleur latente du fluide, d où environ 5 fois moins de débit à véhiculer et des consommations d énergie environ 25 % moins importante qu en monophasique, - possibilité de stocker le «sorbet», d où un écrêtage possible des pointes de puissance Actions au niveau des meubles de vente Principalement : - limitation du givrage et de ses effets négatifs (surconsommation, non respect de la qualité des produits) : - utilisation de batteries d évaporateur multi-étagées (un étage est en dégivrage tandis que les autres produisent du froid), - déshumidification de l air devant les MFV verticaux ouverts (par soufflage laminaire en rideau d air devant les meubles), - possibilité de déshumidifier l air du magasin (action au niveau des centrales de traitement d air). - mise en place de rideaux isolants les vitrines de l ambiance, la nuit en particulier, ainsi que les jours de fermeture (réduction possible de 25 % des consommations ; ou mise en place de couvercles ou portes sur les vitrines et bacs de surgelés, moins pratique pour le client, mais intéressant énergétiquement (40 % d économie pour les bacs de surgelés) et pour la qualité des produits Confinement des fluides frigorigènes Ce thème fait l objet d une fiche spécifique d opération exemplaire [9]. Les principales solutions techniques à mettre en œuvre touchent à la prévention, au contrôle et à la formation des personnels qualifiés Maintenance des installations Une maintenance serrée de l ensemble des installations frigorifiques doit être mise en place pour éviter toutes les dérives, permettre un fonctionnement optimal et pérenne des systèmes [16]. Le tableau de l Annexe Technique 3 récapitule l ensemble des opérations à effectuer sur les circuits frigorifiques (rem. des opérations régulières sont à effectuer également sur les circuits électriques [16]). Critères de sélection des opérations Aucune restriction n est imposée a priori quant à la taille des surfaces commerciales pour ces opérations exemplaires : hypermarchés, supermarchés et même supérettes ; établissements existants. Les installations techniques devront être en bon état ; un diagnostic sera effectué pour vérifier ce point. Le maître d ouvrage ou gestionnaire devra définir, avec le soutien technique éventuel de l ADEME, différentes actions d améliorations suivant les thèmes ci-dessus. D autres voies d améliorations complémentaires peuvent être proposées. La recherche d une optimisation globale des consommations énergétiques sera un atout. Ces consommations concernent principalement, outre le froid alimentaire, le chauffage, la climatisation, la ventilation et l éclairage des locaux (l optimisation de l enveloppe du bâtiment fait partie de ces préoccupations). Sur ces différents points, l ADEME pourra apporter son soutien [10]. L aide de l ADEME, pour les présentes opérations, portera sur : - le diagnostic préalable des installations techniques ;

5 - jusqu à 40 % des investissements liés à l achat et la mise en place des dispositifs et matériels faisant partie des solutions techniques ci-avant définies ; - l organisation et la participation à la formation des personnels qualifiés chargés du suivi et de la maintenance des installations frigorifiques ; - l analyse des consommations. 5 Indicateurs d évaluation et de suivi Les indicateurs suivants seront analysés, pendant au moins trois années après le début de l opération : - consommation annuelle d énergie ; - consommation annuelle de fluide frigorigène. Une comparaison sera faite avec la situation de départ, évaluée si possible sur plusieurs années précédant le début de l opération. L indice TEWI (cf. Fiche OX [9]) sera analysé et une comparaison sera effectuée entre la situation de départ et la situation finale. Par ailleurs, sera effectuée une évaluation des actions entreprises au niveau de : - mise en place des contrôles périodiques de l étanchéité des installations, - tenue du carnet de maintenance. Bibliographie Sites Internet [1] «Zéro fuite Limitation des émissions de fluides frigorigènes», D. Clodic, Pyc Editions, 1997 [2] «Règlement (CE) n 2037/2000 du Parlement européen et du Conseil du 29/06/00 relatif à des substances qui appauvrissent la couche d ozone», JO n L244/1 des Communautés européennes, 29/09/2000 [3] «Guide sectoriel Bâtiments à Hautes Performances Energétiques COMMERCES» ADEME- AICVF, PYC Edition, Juillet 1995 [4] «La récupération des C.F.C. Guide pratique», EDF et COSTIC, septembre 1995 [5] «Inventaire et prévision selon différents scénarios des émissions de HFC utilisés comme fluides frigorigènes» - ARMINES, contrat ADEME Août 1999 [6] «Le froid alimentaire», Document L offre amplitude grands commerces», EDF, 1997 [7] «Inventaire et prévision des fluides frigorigènes et de leurs émissions Année 2000» - Rapport final ARMINES (3 doc.), contrat ADEME /10675 mai 2002 [8] «Arrêté du 12 janvier 2000 relatif au contrôle d étanchéité des éléments assurant le confinement des fluides frigorigènes utilisés dans les équipements frigorifiques et climatiques», JO du 03 février 2000 [9] Fiche OX «Confinement des fluides frigorigènes sur les installations de froid commercial grande distribution (fuites annuelles < 3% en masse)», Catalogue des fiches d opérations exemplaires, ADEME, [10] Appel à projet «Opérations Exemplaires Efficacité énergétique pour le développement durable dans les bâtiments et les collectivités», ADEME, Consultation 2002 [11] «Appel à projets OPATB Opération Programmée d Amélioration Thermique et Energétique des Bâtiments Un défi environnemental pour les collectivités», ADEME, Ministère de l Aménagement du Territoire et de l Environnement, ANAH, Ministère de l Equipement, des Transports et du Logement, févr [12] «Diagnostic électrique d un supermarché de moyenne surface», ENERTECH, ADEME, avr.01 [13] «Meubles et vitrines frigorifiques pour la distribution alimentaire», M. RIGOT, PYC Editions, janv.90 [14] «Ambiance climatique et optimisation du froid alimentaire», R. GILLES, Séminaire Froid et Grande Distribution, ADEME-AMEC-DGAL, Sophia Antipolis, juin 1992 [15] «Meubles et installations frigorifiques règles de l art et performances», W. GAUTHERIN, Séminaire Froid et Grande Distribution, ADEME-AMEC-DGAL, Sophia Antipolis, juin 1992

6 [16] «Entretenir les installations frigorifiques dans les règles de l art», J. ESTREM, Dossier «Froid Commercial», revue Mad L outil Froid, n 39, mars 2002 [17] «Le froid alimentaire dans les grandes et moyennes surfaces de vente», Synthèse de l étude ADEME-AFF-EDF-PERIFEM, avril 2002 [18] «Campagne de mesures détaillées sur des installations de froid alimentaire en grandes surfaces de vente», Etude ARMINES n pour l ADEME, Sites Internet : Organismes, Associations, Centres Techniques, etc. ADEME (Agence de l Environnement et de la Maîtrise de l Energie) AFF (Association Française du Froid) AICVF (Association des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid) COSTIC (Comité Scientifique et Technique des Industries Climatiques) CEMAFROID (Centre de Compétences Technologiques dans les Domaines des Equipements Frigorifiques et de la Chaîne du Froid des Produits Périssables) CEMAGREF CETIAT (Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques) CETIM (Centre Technique des Industries Mécaniques) GFF (Générale Frigorifique de France) IIF (Institut International du Froid) PERIFEM (Association Technique du Commerce et de la Distribution) UNICLIMA (Syndicat des fabricants de matériel aéraulique thermique et frigorifique) Et aussi, parmi d autres : MAD L OUTIL FROID (Revue professionnelle spécialisée) «La page du Frigoriste» (Site Internet spécialisé) Un Salon virtuel de l Industrie Un Portail de la Clim et du Froid

7 7 ANNEXE TECHNIQUE 1 : FABRICANTS - COMPOSANTS, SYSTEMES (Ces listes ne sont pas exhaustives, elles sont indicatives) COMPRESSEURS FRIGORIFIQUES BITZER DANFOSS-MANEUROP FRASCOLD REFCOMP BOCK DORIN FRIGOPOL TECUMSEH COPELAND EMBRACO GRASSO DETENDEURS ELECTRONIQUES - REGULATEURS ALCO CONTROLS (par COPELAND) EGELHOF CARRIER PARKER DANFOSS SPORLAN (par ACAL) MEUBLES FRIGORIFIQUES DE VENTE CRIGENT GAMKO ROLESCO TECFRIGO FRIELECTRIC (marque EUROCOOL) GIBRAT SEDA (marque EUROCRYOR) FRIGINOX INFRICO SMEVA PORTES COULISSANTES, ISOLATION, POUR MEUBLES ET VITRINES : FERMOD SOLUTIONS COMPLETES D INSTALLATIONS DE FROID COMMERCIAL Société MC-INTERNATIONAL (Groupe JOHNSON CONTROLS)

8 8 ANNEXE TECHNIQUE 2 : BESOINS EN TEMPERATURES ET EN PUISSANCES FRIGORIFIQUES(source [3])

9 9 Annexe Technique 3 : MAINTENANCE DES INSTALLATIONS FRIGORIFIQUES DE FROID COMMERCIAL (source [16])