Les bonnes pratiques énergétiques en réfrigération industrielle. Vincent Harrisson, ing. M.Sc. Patrick Letarte, ing. CIMCO Refrigeration

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1 Les bonnes pratiques énergétiques en réfrigération industrielle Vincent Harrisson, ing. M.Sc. Patrick Letarte, ing. CIMCO Refrigeration

2 Buts & Objectifs Survol des techniques, des options «sensibiliser» au bon choix vs application Donner des idées

3 Contenu de la présentation Réfrigérants naturels vs synthétiques Utilisations des réfrigérants naturels Classifications des systèmes frigorifiques Efficacité des systèmes frigorifiques Récupération de chaleur Mesures efficaces

4 Réfrigérants Naturels vs Synthétiques Naturels Synthétiques Réfrigérant R-717 Ammoniac R-744 CO2 R-290 Propane R-600a Isobutane CFC R-12 HCFC R-22 HFC R-134a Indice ODP Ozone Indice GWP Réchauffement , Période (années) ~ 1880 à 2013 ~ 1880 à 1930 ~ 2000 à 2013 ~ 1930 à 1995 ~ 1950 à 2020 ~ 1995 à

5 Utilisations des réfrigérants naturels dans l industrie.. Environnement (réchauffement planétaire) Pays Européens appuient fortement Kyoto Taxations et limitations pour HFC en Europe

6 Utilisations des réfrigérants naturels À Copenhague, Centrale Thermique NH3 Fourni le froid aux banques et magasins avoisinant Système à l ammoniac à faible quantité de réfrigérant Condenseur eau de mer

7 Utilisations des réfrigérants naturels Remplacement du système R-22 par un système ammoniac 50 % plus efficace Diminution de 250 kg de réfrigérant

8 Utilisations des réfrigérants naturels Climatisation d édifices avec l ammoniac Supermarchés avec système CO2 «Machine distributrice» au CO2 Climatisation automobile au CO2

9 Utilisations des réfrigérants naturels (USA)

10 Utilisations des réfrigérants naturels (Québec) Unité préfabriquée Faible quantité réfrigérant Climatisation industrielle Cimco 100 ans au naturel

11 Classification Mode d évaporation Expansion directe VARIÉTÉ Recirculé Noyé

12 Classification Étages de compression 2 stages: même réfrigérant Cascade: Deux circuits distincts

13 Pression Pression Classification CO2 Point critique Aussi: CO2 comme caloporteur Énergie

14 Cascade CO2 / NH3 (ammoniac)

15 CO2 / NH3

16 CO2 caloporteur / Ammoniac Entrepôt pi2 7 salles réfrigérées Quai réception 8 chambre à bananes 3 salles de procédés Cimco: 14 millions $ en projets CO2

17 Efficacité des systèmes Comment choisir le bon système!? Conditions d opération (température) Capacité Possibilité de récupération Coûts Pas simple. Demande une analyse

18 Performance / COP Exemple basse température 100 Tr, -20 C / 35 C Transcritique CO2 297 kw consommé COP 1,18 2 stages ammoniac Cascade CO 2 / Nh kw consommé COP 2, kw consommé COP 2,35

19 COP Performance / COP COP-coefficient de performance 2,5 2,18 2 1,75 1,92 1,77 1,86 1,78 1,5 1,09 1,38 1,22 1,42 1 0,5 0 Ammonia, single stage Ammonia, two stages R-22, single stage R-22, two stage Ammonia / CO2 cascade system -40 / + 25 Deg.C (-40 / + 77 Deg.F). -50 / + 25 Deg.C (-58 / + 77 Deg.F).

20 Annual Cost ($) Heating/Cooling Cost Comparison $ $ $ % 13.0% $6 118 $ % $ % $- 13.7% $- 18.7% $- $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ Cost of H2O heating Cost of Air Heating Cost of Cooling $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ $ NH3 Working Pressure (Bar)

21 CO2 fluide secondaire Profiter du meilleur COP en utilisant l ammoniac pour le refroidir Profite des propriétés thermodynamique (chaleur latente) C02 Pression limité à 40 bar ( 580 psia) Pas de compresseur au CO2 requis Diminue la puissance de pompage Diminue la tuyauterie et les échangeurs Puissan ce KW C C CO2 0,97 0,85 CaCl2 13,34 14,22 Ethylene Glycol 14,03 16,68 Propylene Glycol 15,87 18,88 Calcul de la puissance de pompage pour un système de 120 Tr

22 Récupération de chaleur

23 Cycle traditionnel Work 120 HP / 305 MBH Compressor Heat 1265 MBH 80 TR / 960 MBH Evaporator Condenser Heat Expansion Device

24 Parlons récupération chaleur! condensation Évaporation Ammonia: -30F ET / +95F CT

25 Système 100% récupération de chaleur Work 305 MBH Thermal Equalizer Cooling Tower 1265 MBH Heat Compressor 960 MBH Heat Evaporator Water / Glycol Cooled Condenser Expansion Device

26 Système 100% récupération de chaleur Désurchauffe 100 % chaleur disponible (condensation) Grâce à un double échangeur à plaques Viande Du Breton 5450 KW de récupération

27 Récupération de chaleur C02 (transcritique)

28 Récupération de chaleur C02 (transcritique)

29 Opération hivernale 150 F 90 F

30 Pompe à chaleur (supercharger)

31 Succès de Maple Leaf Besoin eau chaude: F, 22 hrs/jour Eau chaude était produite par chaudière Substitution par la pompe à chaleur (supercharger)

32 Succès de Maple Leaf 530 USGPM eau chaude de 80F to 145F Production de chaleur 14,000,000 Btu / hr Économie annuelle (gaz et électrique); $408,000

33 % Power Mesures efficace Entrainement à Fréquence Variable 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% CR= 10 VFD 30% 20% 10% 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% % Capacity

34 Économie potentielle compresseur à vitesse variable 100 HP machine / -20F Suction Temperature, 45 TR % Capacité Économie / année 75 $ $ $20 000

35 Entrainement à Fréquence Variable Évaporateur 10 HP ventilateur; $0.065 / kwh % vitesse % HP Coût / année $ $ $530

36 Variation de la pression de condensation PC PC HP HP TR TR Ammonia: -30F ET / +95F CT

37 Variation de la pression de condensation Le condenseur est dimensionné pour le temps le plus chaud de l année Il y a une opportunité de laisser flotter la pression de condensation pour environ 90% du temps.

38 373% Différence 4 Moteurs, 15HP Fonctionnement à 50 % Q air Puissance Pel. 2 moteurs 100 % 11.2 kw x 2 = 22.4 kw Contrôle On / Off Puissance Pel. 4 fans 13 % 1.5 kw x 4 = 6 kw EFV ON OFF ON ON n = 100 % Pel. = 100 % n = 0 % Pel. = 0 % n = 50 % Pel. = 13 % n = 50 % Pel. = 13 % ON OFF ON ON n = 100 % Pel. = 100 % n = 0 % Pel. = 0 % n = 50 % Pel. = 13 % n = 50 % Pel. = 13 % 5/16/2013

39 Autres mesures Échangeurs de chaleur performant Échangeur à plaques Coquille et plaques Petit TD Compact, noyé, cascade Augmente Temp. Aspiration Petite charge de réfrigérant Petite quantité de réfrigérant Fonctionne à haute pression

40 Stockage thermique Autres mesures Permet d emmagasiner l énergie en période hors pointe Génération de chaleur en mode pompe à chaleur 1 kw = 4 kw Utilisation du froid à d autres procédés ( ex: climatisation)

41 Autres mesures Unité de traitement d air hygiénique Gestion pression Gestion température Gestion humidité & air neuf Permet le free cooling

42 Unité de traitement d air hygiénique Filtration Refroidissement chauffage Roue thermique

43 Sous refroidissement de réfrigérant liquide à l aide de la température extérieure 80 F et moins Autres mesures Atteint 15 % d économie au compresseur à 30 F

44 Autres mesures Refroidissement gratuit (Free cooling du procédé) Pas de réfrigération mécanique pour 10 C et moins

45 Conclusion Les réfrigérants naturels, c est une réalité Chaque projet a sa propre bonne solution Ne pas négliger les détails

46 Questions Merci de votre attention!