Les bonnes pratiques énergétiques en réfrigération ... · • Calcul de la puissance de pompage...

Les bonnes pratiques

énergétiques

en réfrigération industrielle

• Vincent Harrisson, ing. M.Sc.

• Patrick Letarte, ing.

• CIMCO Refrigeration

Buts & Objectifs

• Survol des techniques, des options

• « sensibiliser » au bon choix vs application

• Donner des idées…

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

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

0 0 0 0 1 0,055 0

Indice GWP

Réchauffement

0 1 20 20 10 900 1810 1430

Période

(années)

~ 1880 à 2013 ~ 1880 à

1930

~ 2000 à

2013

~ 1930 à

1995

~ 1950 à

2020

~ 1995 à

…

Utilisations des réfrigérants

naturels dans l’industrie ..

– Environnement (réchauffement

planétaire)

– Pays Européens appuient fortement

Kyoto

– Taxations et limitations pour HFC en

Europe

• 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

Utilisations des réfrigérants naturels

• Remplacement du

système R-22 par un

système ammoniac

• 50 % plus efficace

• Diminution de 250 kg

de réfrigérant


• Climatisation d’édifices avec l’ammoniac

• Supermarchés avec système CO2

• « Machine distributrice » au CO2

• Climatisation automobile au CO2



(USA)

• Unité préfabriquée

• Faible quantité réfrigérant

• Climatisation industrielle


(Québec)

Cimco 100 ans…

au naturel

Noyé

Recirculé

Classification

“Mode d’évaporation”

Expansion directe

VARIÉTÉ

2 stages:

même réfrigérant

Cascade:

Deux circuits distincts

Classification

“Étages de compression”

Pre

ssio

n

Énergie

Point critique

Pre

ssio

n

Classification

“CO2”

Aussi: CO2 comme caloporteur

Cascade CO2 / NH3 (ammoniac)

CO2 / NH3

Entrepôt 60 000 pi2

7 salles réfrigérées

Quai réception

8 chambre à bananes

3 salles de procédés

CO2 caloporteur / Ammoniac

Cimco:

14 millions $ en

projets CO2

Efficacité des systèmes

Comment choisir le bon système !?

•Conditions d’opération (température)

•Capacité

•Possibilité de récupération

•Coûts

•Pas simple…. Demande une analyse

Performance / COP Exemple basse température 100 Tr, -20 C / 35 C

Transcritique CO2

• 297 kw consommé

• COP 1,18

2 stages ammoniac Cascade CO2 / Nh3


• COP 2,64


• COP 2,35

1,75

1,921,77

1,86

2,18

1,09

1,38

1,22

1,42

1,78

0

0,5

1

1,5

2

2,5

Ammonia, single stage

Ammonia, two stages

R-22, single stage

R-22, two stage

Ammonia / CO2 cascade

system

CO

PCOP-coefficient de performance

-40 / + 25 Deg.C (-40 / + 77 Deg.F) . -50 / + 25 Deg.C (-58 / + 77 Deg.F) .

Performance / COP

$59 894 $63 845 $71 275

$78 078 $84 368

$90 348

$59 379

$104 360 $102 027 $88 595

$86 480

$86 997

$88 561

$77 900

$6 118 $4 321

$1 706 $-

$-

$-

$13 395

$-

$20 000

$40 000

$60 000

$80 000

$100 000

$120 000

$140 000

$160 000

$180 000

$200 000

75 80 90 100 110 120 NH3

An

nu

al

Co

st ($

)

Working Pressure (Bar)

Heating/Cooling Cost Comparison

Cost of H2O heating

Cost of Air Heating

Cost of Cooling

13.1% 13.0%

7.2% 9.2%

13.7% 18.7%

CO2 fluide secondaire–

• Calcul de la puissance de pompage pour un système de 120 Tr

Puissan

ce KW

-100C -200C

CO2 0,97 0,85

CaCl2 13,34 14,22

Ethylene Glycol 14,03 16,68

Propylene

Glycol 15,87 18,88

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

Récupération de chaleur

Evaporator

Expansion

Device

Condenser

Compressor

Hea

t

Hea

t

Work

80 TR /

960 MBH

120 HP /

305 MBH

1265 MBH

Cycle traditionnel

Parlons récupération chaleur!

Ammonia: -30F ET / +95F CT

Évaporation

condensation

Evaporator

Expansion

Device

Water /

Glycol

Cooled

Condenser

Compressor

Heat

Thermal

Equalizer

Cooling

Tower

Heat

Work

960 MBH

1265 MBH

305 MBH

Système 100% récupération de

chaleur

Système 100% récupération de

chaleur

•Désurchauffe

•100 % chaleur disponible (condensation)

•Grâce à un double échangeur à plaques

•Viande Du Breton 5450 KW de récupération

Récupération de chaleur C02 (transcritique)

150°F

90°F

Opération

hivernale

Pompe à chaleur (supercharger)

Succès de Maple Leaf

• Besoin eau chaude:

– 500 USGPM @ 140F, 22 hrs/jour

• Eau chaude était produite par chaudière

• Substitution par la pompe à chaleur (supercharger)

• 530 USGPM eau chaude de 80F to 145F

• Production de chaleur 14,000,000 Btu / hr

• Économie annuelle (gaz et électrique); $408,000

Succès de Maple Leaf

Entrainement à Fréquence Variable

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

% P

ow

er

% Capacity

CR= 10

VFD

Mesures efficace

Économie potentielle

compresseur à vitesse variable

100 HP machine / -20F Suction Temperature, 45 TR

% Capacité Économie / année

75 $5 500

50 $12 500

25 $20 000

% vitesse % HP Coût /

année

100 100 $4 200

80 50 $2 150

50 12 $530

Entrainement à Fréquence Variable

Évaporateur

10 HP ventilateur; $0.065 / kWh

Ammonia: -30F ET / +95F CT

Variation de la pression

de condensation

PC

HP

TR

PC

HP

TR

• 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.

Variation de la pression

de condensation

Puissance Pel. 2 moteurs 100 %

11.2 kW x 2 = 22.4 kW

Puissance Pel. 4 fans 13 %

1.5 kW x 4 = 6 kW

ON

ON

n = 100 %

Pel. = 100 %

n = 100 %

Pel. = 100 %

n = 50 %

Pel. = 13 %

n = 50 %

Pel. = 13 %

n = 50 %

Pel. = 13 %

n = 50 %

Pel. = 13 % n = 0 %

Pel. = 0 %

n = 0 %

Pel. = 0 %

Contrôle On / Off EFV

OFF

OFF ON ON

ON ON

373% Différence

5/16/2013

4 Moteurs, 15HP

Fonctionnement à 50 % Q air

Autres mesures • Échangeurs de chaleur performant

Échangeur à plaques

– Petit TD

– Augmente Temp. Aspiration

– Petite quantité de réfrigérant

Coquille et plaques

– Compact, noyé, cascade

– Petite charge de réfrigérant

– Fonctionne à haute pression

• Stockage thermique

– 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)

Autres mesures

• Unité de traitement d’air

hygiénique

– Gestion pression

– Gestion température

– Gestion humidité & air neuf

– Permet le free cooling

Autres mesures

Unité de traitement d’air

hygiénique

– Filtration

– Refroidissement

– chauffage

– Roue thermique

• Sous refroidissement de réfrigérant liquide à l’aide

de la température extérieure

– 80 F et moins

– Atteint 15 % d’économie au compresseur à 30 F

Autres mesures

• Refroidissement gratuit (Free cooling du

procédé)

– Pas de réfrigération mécanique pour 10 C et

moins

Autres mesures

Conclusion

• Les réfrigérants naturels, c’est une réalité

• Chaque projet a sa propre bonne solution

• Ne pas négliger les détails

Questions

Merci de votre attention !

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