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Les solutions de réfrigération au CO2 : une alternative aux systèmes aux R404A et R507A ?

Par Boris VODIAMA, Chef de Produits Tertiaire & Réfrigération - Société PANASONIC - Janvier 2019

La problématique : Le réchauffement climatique

La réglementation F-Gas impose une réduction progressive des fluides frigorigènes « HFC » d’ici à 2030 dans les systèmes de réfrigération ou de climatisation et chauffage, selon leur GWP (Global Warming Potential) ou PRG (Potentiel de Réchauffement Global).

Diminution progressive des quantités de fluides HFC

Le PRG du R404A= 4000 fois celui du CO2
2020 -> interdiction d’utiliser un fluide avec un PRG > 2500 !
Il est donc urgent de trouver des alternatives.

D’après les experts du GIEC: au rythme actuel si rien n’est fait,"il est probable" que le réchauffement atteigne 1,5°C entre 2030 et 2050.

GWP ou PRG des fluides frigorigènes

GWP ou PRG des fluides frigorigènes

Evolution du prix des fluides frigorigènes (FF)

Evolution du prix des fluides frigorigènes

Le prix du CO2 est resté stable à 6€ entre janvier 2018 et janvier 2019

Le prix du CO2 est resté stable

Le prix du R404A a été multiplié par 7 entre janvier 2017 et janvier 2018 (soit environ 700% d’augmentation). Le CO2 constitue donc une solution pérenne à long terme.


ANALYSE ET SAVOIR-FAIRE DE l’INDUSTRIEL

1°) Pourquoi le fluide CO2 ?

Un réfrigérant naturel, écologique et performant

Le CO2 est un réfrigérant particulièrement intéressant du point de vue environnemental. Avec un potentiel d’appauvrissement de l’ozone (ODP) inexistant et un faible potentiel de réchauffement global (PRG du CO2 égale à 1), on ne peut que constater la présence de substances d’origine naturelle dans l’atmosphère.

En Europe, une orientation en faveur d’une réduction progressive des hydrofluorocarbures (HFC) a débuté depuis 2015, et s’inscrit dans le « paquet réglementaire F-gaz ».

D’autres pays à travers le monde se sont activement préparés à voter une législation nationale nécessaire à l’application de l’amendement qui a signé la fin progressive des HFC, et des engagements pris lors de l’accord de Kigali sur le climat en 2016.
Sur le marché européen, Panasonic est désormais en mesure d’apporter des systèmes de réfrigération fonctionnant au CO2.
Le CO2 est un fluide respectueux de l’environnement et n’ayant aucune incidence sur le réchauffement climatique.
Sa capacité de refroidissement volumétrique est 5 fois plus élevée que le R404A.

Ci-dessous les valeurs caractéristiques du R744 (CO2) répondant aux besoins environnementaux et de sécurité.

Réfrigérants naturels

Réfrigérants actuels

 

CO2

Ammoniac

Isobutane

R410A

R404A

ODP

0

0

0

0

0

PRG

1

0

4

2090

4000

Inflammabilité

Non inflammable

Légèrement inflammable

Inflammable

Non inflammable

Non inflammable

Toxité

Non

Oui

Non

Non

Non

Le potentiel d'appauvrissement en ozone (ODP = Ozone Depletion Potential) d'un gaz réfrigérant est la quantité relative de dégradation qu'il peut causer à la couche d'ozone. Moins la valeur de l'ODP est importante, meilleur est le réfrigérant pour la couche d'ozone et l'environnement.
→ ODP = 0 - (Ozone Depletion Potential = zéro pour le CO2 !

Le Potentiel de Réchauffement Global (PRG ou GWP) représente la contribution d’une masse donnée de gaz à effet de serre au réchauffement planétaire sur une période donnée par rapport à la même masse de dioxyde de carbone.
→ GWP = 1 – Global Warming Potential = 1 pour le CO2 !

Autres fluides frigorigènes: R-404A= 4000 - R-507A = 3980 - R-410A = 2090 - R-134a = 1300


Total Equivalent Warming Impact (TEWI) ou l’impact total de réchauffement équivalent (TEWI) est défini comme la somme des émissions directes (émissions chimiques liées au réfrigérant) et indirectes (utilisation d’énergie) de gaz à effet de serre.
→ Bonne performance thermodynamique (EER), pour une faible valeur TEWI


2°) CO2 : Fonctionnement en transcritique

Système transcritique
Les installations de refroidissement sont appelées transcritique, lorsque le dégagement de chaleur a lieu au-delà du point critique du fluide réfrigérant. La pression de fonctionnement HP atteint environ 120 Bar.
Pour le CO2 : à partir de T° ambiante: 25 à 28°C ou lorsque la T° sortie du refroidisseur gaz > 27°C.
La condensation n’est pas possible en phase transcritique (pas de différence entre phases liquide et gaz). Le réfrigérant est donc sous refroidit dans le gaz cooler.

Système subcritique / Système en cascade
Comme réfrigérant dans le circuit basse température d’un système en cascade, le CO2 a toujours un effet subcritique.
La chaleur de condensation dégagée par le CO2 est échangée par le liquide de refroidissement évaporant en Moyenne Température ou utilisation du ventilateur à 100% pour refroidir le gaz.

point critique du CO2

Point triple et point critique CO2

  • Point triple représente la condition où les états solide, liquide et gazeux coexistent en équilibre.
    – Pression: 5,2bar et Température: -56,6°C
  • Point critique est le point auquel la densité du liquide est identique à celle du gaz. Passé ce point, il n’y a donc plus de distinction entre liquide et gaz.
    – Pression: 73,6bar et Température: 31°C
Point triple et point critique du CO2

Les limites de la zone transcritique sont :

1. Température critique: +31°C, constitue la limite vers la zone sous refroidissement SR pour les liquides
2. Pression critique: 73,6bar constitue la limite vers la zone surchauffe SC pour les gaz.


Quelles sont les pressions typiques pour le CO2 ?

Pression (bar)

Pression d’évaporation MT à -10°C

25,50 bar

Pression d’évaporation LT à -30°C

13,26bar

Pression intermédiaire typique
( = pression de fonctionnement réservoir de liquide)

35 bar (ou 60 bar)

PS conduit de liquide

60 bar (ou 80 bar)

PS conduit d’aspiration

60 bar

PS conduit de refoulement

120bar

PS réservoir du liquide

45-60-80 bar

Pression à l’arrêt du système à Tamb=20°C

56 bar

Pression à l’arrêt du système à Tamb=31°C

73,6 bar  (=point critique)


SOLUTIONS RECOMMANDEES

Gamme de solution groupes au CO2 de Panasonic

Gamme de solution groupes au CO2 de Panasonic

Groupe de condensation CO2 transcritique : Froid positif ou négatif paramétrable sur un seul groupe


Technologie haute pression

4kW pour -5℃ évaporation
2kW pour –30℃ évaporation
- Compresseur rotatif bi-étagé
- Moyenne et basse température (Plage T°évap. : -45℃~-5℃)
- Unité compacte, léger (70kg) et faible niveau sonore (35.5dB(A)*1)
*1 Temp. Evap : -10℃, 65Hz, à 10m

Groupe de condensation CO2 transcritique

Graphique courbes des groupe de condensation CO2 transcritique

Groupe de condensation CO2 transcritique : Froid positif

Technologie contrôle de Pression de Transfert : permet d’obtenir une pression constante d’environ 60 bar dans les vitrines toute l’année
Fonctionnement avec compresseur à moyenne pression. La pression à 120 bar ne s’exerce que dans la tuyauterie de refoulement.

15kW pour -5℃évaporation
- Compresseur rotatif bi-étagé
- Moyenne température (Plage T°évap. : -20℃~-5℃)
- Unité compacte, léger (293 kg) et faible niveau sonore (36dB(A)*1)
*1 Temp. Evap: -10℃, 65Hz, à 10m

Groupe de condensation CO2 transcritique Froid positif
Graphique courbes des groupe de condensation CO2 transcritique  Froid positif
PANASONIC FRANCE

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