Applications CO2 Solutions

Applications CO2 • La récupération de chaleur

La mise en place de système de récupération de chaleur sur les installations frigorifiques permet de produire gratuitement de l’eau chaude sur site et par conséquent accroit l’efficacité énergétique du système. Ces solutions sont particulièrement pertinentes avec l’augmentation du coût de l’énergie. De plus, des aides financières ont été mises en place afin d’inciter à la mise en place de ces systèmes (Fiches CEE : AGRI-TH-104, BAT-TH-139, IND-UT-117)

Les températures au refoulement compresseur(s) du cycle CO₂ sont supérieures à 70°C en fonctionnement nominal. Ce niveau de température permet la mise en place de récupération de chaleur pour du préchauffage d’eau de process, d’eau chaude pour le dégivrage des évaporateurs par un circuit d’eau imbriqué et parfois de produire de l’ECS (Eau Chaude Sanitaire).

La GFI et SCM Frigo proposent différentes configurations afin de s’adapter aux besoins réels de récupération de chaleur :

• Configuration désurchauffeur : mise en place d’un échangeur à plaques à contre-courant et sans by-pass du gas cooler. En fonctionnement transcritique (pas de condensation), l’échangeur de récupération de chaleur peut donc travailler sur une large bande puissance rejetée (selon le régime d’eau et sa taille). Nota : en toutes saisons, il est ainsi possible de récupérer une quantité de chaleur plus importante qu’avec un désurchauffeur sur une installation de même puissance en HFC.

• Échangeur de récupération de chaleur totale : mise en place d’un échangeur à plaques à contre-courant permettant de récupérer la totalité de la chaleur rejetée. Une vanne 3 voies permet de by-passer le gas cooler et ainsi de le mettre en arrêt si besoin.

• Solutions multi-échangeurs : permet d’obtenir plusieurs niveaux de température d’eau : par exemple un échangeur pour l’ECS et un échangeur pour le chauffage.

  

La gestion des organes propres à la récupération de chaleur (vannes 3 voies, pompes) est assurée par le régulateur de la centrale frigorifique.

Lorsque la température extérieure diminue et que l’on passe en fonctionnement subcritique, la puissance récupérable chute, deux solutions sont alors possibles.

• Augmenter la pression au niveau du  gas cooler pour maximiser la récupération de chaleur et atteindre la température de consigne d’eau chaude (le COP Froid sera alors dégradé mais le COP global sera plus élevé) .Les automates présents sur les centrales SCM Frigo permettent ce type de fonctionnement.
• Gestion de la pression au niveau du gas cooler « classique » pour maximiser le COP Froid (la puissance récupérable sera plus alors plus faible, le besoin chaud ne sera peut-être pas assuré ou bien un complément sera nécessaire).

Évolution de la puissance récupérable en fonction de la température extérieure pour différents régimes d’eau – fonctionnement COP Froid optimisé. Pour un Booster CO2, Puissance à -10°C = 100kW, Puissance à -30°C = 30kW

Pour résumer il est nécessaire d’identifier et de quantifier le besoin réel en eau chaude tout au long de l’année afin de concevoir une solution optimisée.

Dans les exemples suivants les besoins en chaud et en froid sont supposés constants tout au long de l’année. Un appoint électrique est présent sur site pour l’eau chaude.

Exemple 1 :

Besoin en chaud : 25kW au régime 50/60°C – appoint électrique

Besoin en froid : 30kW à -30°C et 100kW à -10°C

Dans ce cas on voit que le COP global est le meilleur en fonctionnement subcritique. Augmenter la pression et la température coté HP est donc inutile, cela entrainerait une surconsommation énergétique.

Exemple 2 :

Besoin en chaud : 100kW au régime 50/60°C – appoint électrique

Besoin en froid : 30kW à -30°C et 100kW à -10°C

On voit sur cet exemple que le COP global de l’installation est le meilleur en fonctionnement à haute température (fonctionnement transcritique). Pour optimiser l’installation, il y a donc intérêt à maximiser la récupération de chaleur en augmentant la pression coté HP (paramétrage du régulateur).

La récupération de chaleur est également possible sur les centrales subcritiques mais à des niveaux de températures moindre et uniquement sur la désurchauffe (adaptée pour le dégivrage par eau chaude imbriquée ou pour le chauffage de dalle de chambre froide négative).