Principe de production de froid au gaz

Principe général

Le principe de base de la production de froid de confort consiste à prélever de la chaleur sur un milieu à refroidir (air ou eau), appelé source chaude et à la transférer vers un milieu extérieur (eau ou air extérieur) qui, lui, est réchauffé (source froide).

Ce transfert d'énergie est réalisé par l'intermédiaire d'un fluide frigorigène soumis en continu à un cycle thermodynamique de succession de changements d'états vapeur/liquide.

Le cycle comporte les quatre phases suivantes :

• compression : la température et la pression du fluide sous forme gazeuse s'élèvent ;
• condensation : en passant dans un échangeur situé au contact du milieu extérieur (plus froid), le fluide passe à l'état liquide et rejette des calories vers l'extérieur ;
• détente : le fluide sous forme liquide voit sa pression abaissée de même que sa température ;
• évaporation : en passant dans un échangeur situé au contact du milieu à refroidir (plus chaud), le fluide capte des calories et se vaporise.

Système à absorption

La mise en circulation du fluide frigorigène est assurée lors de la phase de compression. En fonction du moyen utilisé pour augmenter la pression et la température de ce fluide, on peut distinguer deux types de systèmes : les systèmes à compression mécanique et ceux à absorption. On remarque qu'une partie du circuit (condenseur, détendeur, évaporateur) est strictement identique pour les deux systèmes (voir figures ci-dessous).

Avec les systèmes à compression mécanique, la compression est réalisée par un compresseur mecanique mû par un moteur électrique.

Avec les systèmes à absorption, le passage de l'évaporateur vers le condenseur est réalisé par l'association du fluide frigorigène à un autre fluide qualifié d'absorbant. Ce mélange va permettre le passage du fluide frigorigène d'un niveau de basse pression/basse température à un niveau de haute pression/haute température sous l'effet d'un apport de chaleur.

Les propriétés de l'absorbant sont (de par son affinité très grande avec le frigorigène) d'absorber des vapeurs de frigorigène à basse pression et de s'en séparer par chauffage à haute pression.

Les autres composants du système sont dans le principe les mêmes qu'en compression.

Système à compression - Source GDF

Système à absorption - Source GDF

Couples frigorigène/absorbant

Les couples de fluides frigorigène/ absorbant utilisés dans les machines à absorption actuelles sont de deux types : eau/bromure de lithium (H20/LiBr) en solution aqueuse et ammoniac/eau (NH3/H20) dilué. Dans les machines H20/LiBr, l'eau peut être utilisée comme fluide frigorigène parce qu'elle est maintenue à très basse pression (absolue) d'à peine quelques kPa (1 kPa = 10 mbars absolus). L'eau est un excellent fluide frigorigène de par ses caractéristiques physiques. Ainsi pour une même puissance froid, il y a dix fois moins de fluide frigorigène en circulation dans une machine utilisant de l'eau comme fluide qu'une machine utilisant du R22.

Dans les machines NH3/H20, dont la technique est moins répandue en France, le fluide frigorigène utilisé est l'ammoniac ce qui permet d'obtenir des températures basses en sortie d'échangeur.

C'est sur ce principe de l'absorption que fonctionnent les installations de climatisation au gaz naturel. De par sa simplicité, l'intérêt d'une telle machine est évident. Elle produit du froid et/ou du chaud et ce, sans complications techniques de mise en oeuvre tout en respectant notre environnement.

Les rendements

En production de froid, pour 1 kWh de gaz naturel, on produit 1 kWh de froid et presque 2 kWh de chaud (à une température comprise entre 37 et 39 °C). La chaleur récupérée dans le condenseur de la machine peut être utilisée pour chauffer l'eau de bassin d'une piscine, pour réchauffer l'eau chaude sanitaire, pour préchauffer de l'air neuf...

En production de chaud, le rendement est identique à celui d'une chaudière gaz.