Installation frigorifique au CO2 transcritique : une solution performante et pérenne
Respect de l’environnement, efficacité énergétique, maîtrise du coût d’exploitation… Le choix d’une installation frigorifique au CO2 transcritique comporte de nombreux avantages. L’utilisation de ce fluide naturel, en cycle transcritique, constitue en effet une réponse adaptée à un large éventail de besoins frigorifiques dans la grande distribution, l’industrie ou encore la logistique. Voici quelques informations utiles sur le fonctionnement, la polyvalence et les bénéfices associés à ce système frigorifique.
Qu’est-ce qu’une installation frigorifique au CO2 transcritique ?
Un système de réfrigération au CO2 transcritique fonctionne à des températures et des pressions supérieures au point critique du CO2 (31°C et 73,6 bars). Dans un cycle transcritique, le CO2 n’atteint jamais la phase de condensation et reste dans un état dit « supercritique » (ni liquide, ni gaz).
Utilisé pour les installations de froid positif comme négatif, le CO2 s’avère particulièrement adapté aux applications industrielles et commerciales de moyenne à grande taille, aux plateformes logistiques…
Quel est le principe d’un cycle de réfrigération au CO2 transcritique ?
Le fonctionnement d’une installation frigorifique au CO2 transcritique repose sur un cycle transcritique qui comprend quatre phases : la compression, le refroidissement, la détente et l’évaporation. À l’état de gaz, le CO2 entre tout d’abord dans un compresseur pour être comprimé à des pressions élevées qui dépassent son point critique (73,6 bars). Il atteint alors un état supercritique, avant d’être refroidi par un refroidisseur de gaz (gas cooler) mais sans jamais se condenser. Le fluide pénètre ensuite dans des vannes d’expansion qui abaissent sa pression et donc sa température, générant du gaz et du liquide dans un réservoir à moyenne pression. Le liquide est distribué jusqu'aux espaces à refroidir et absorbe leur chaleur en se vaporisant, puis retourne vers le compresseur pour un nouveau cycle.
Quelle est la différence entre fonctionnement transcritique et subcritique
Le principe de fonctionnement des installations au CO2 transcritique repose sur l’utilisation de ce fluide à des pressions et températures supérieures à son point critique. Elle se révèle particulièrement efficace pour la production de froid à des températures moyennes à basses.
Dans un système subcritique, le CO2 est utilisé à des pressions inférieures à la pression critique. Ce cycle de réfrigération implique un changement de phase (entre liquide et gaz) qui nécessite généralement une conception en cascade, avec deux circuits frigorifiques indépendants pour condenser le CO2. De cette façon, la condensation est assurée par un fluide frigoporteur comme l’eau glycolée ou par un autre fluide frigorigène tel l’ammoniac (NH3). Cette technologie répond parfaitement aux besoins de froid à basse température et très basse température (-25°C à -40°C).
Qu’est-ce que le R744 ?
Le réfrigérant R744 est également connu sous le nom de CO2 ou dioxyde de carbone. Il s’agit d’un fluide naturel dont l’utilisation ne cesse de croître dans les installations frigorifiques et les systèmes climatisation. Chambres froides, vitrines réfrigérées, plateformes logistiques à température variable… Son large éventail d’applications en fait une option intéressante aux côtés d’autres fluides réfrigérants naturels comme l’ammoniac (NH3) ou le propane (R290). Alliant performance énergétique et faible impact environnemental, ce gaz non inflammable et faiblement toxique peut en effet remplacer efficacement les hydrofluorocarbures (HFC) dont l’usage est voué à disparaître rapidement selon le calendrier de « phase-out » imposé par la nouvelle règlementation F Gas III.
Quels sont les avantages d’une installation frigorifique au CO2 transcritique ?
Le CO2 (R744) offre de nombreux atouts, comparé aux fluides hydrofluorocarbures (HFC).
- Ce fluide naturel présente d’abord un très faible potentiel de réchauffement global (GWP = 1), ce qui permet de réduire significativement les émissions de gaz à effet de serre (GES). De plus, il n’a aucun impact sur la couche d’ozone (ODP = 0). Son moindre impact environnemental le met donc à l’abri des nouvelles normes, comme la réglementation F Gas III, et de leurs répercussions (pénurie de fluides et envolée des prix). De quoi garantir une bonne disponibilité à ce gaz et des tarifs stables dans les prochaines années.
- Par ailleurs, ce réfrigérant s’avère non inflammable et faiblement toxique. Si son utilisation n’est pas considérée comme dangereuse, ses pressions de fonctionnement en cycle transcritique impliquent de respecter certaines règles de sécurité : formation spécifique du personnel de maintenance, pose obligatoire de détecteurs et extracteurs de CO2 en salle des machines...
- Enfin, le CO2 présente d’excellentes propriétés thermodynamiques. Sa haute conductivité thermique et sa densité élevée en phase gazeuse, donnent lieu à un transfert de chaleur efficace dans les évaporateurs, les condensateurs et les refroidisseurs de gaz. Par ailleurs, sa chaleur de vaporisation et sa densité élevée permettent de réduire le diamètre des tuyauteries et la taille des compresseurs. Autant d’atouts qui aboutissent à la conception de systèmes frigorifiques plus performants et d'installations respectueuses de l’environnement.
Réfrigération au CO2 transcritique : quels bénéfices ?
Pérennité des installations
Contrairement aux HFC, le CO2 affiche un faible pouvoir de réchauffement planétaire (GWP égal à 1) et ne présente aucun effet néfaste pour la couche d’ozone. Par conséquent, il n’est pas impacté par les restrictions et taxations liées aux nouvelles réglementations environnementales. Le CO2 constitue ainsi une solution pérenne dont la grande disponibilité et les prix abordables seront conservés à l’avenir.
Économies financières
Économies d’énergie, stabilité des prix d’achat, équipements de moindre taille, faibles contrôles réglementaires et taxation… Autant d’éléments qui participent à réduire significativement le coût d’exploitation global des installations frigorifiques au CO2 transcritique, tout en optimisant leur efficacité énergétique et leur pérennité. De quoi garantir des économies financières et une compétitivité à long terme.
Quid de l’eau glacée dans les installations frigorifiques ?
La distribution en eau glacée intervient dans les systèmes de réfrigération à détente indirecte. Contrairement aux systèmes à détente directe qui utilisent le fluide frigorigène pour produire et refroidir les zones souhaitées, ces groupes de froid recourent à de l’eau glycolée pour jouer le rôle de fluide frigoporteur à travers le circuit de refroidissement, et ainsi atteindre la température souhaitée.
Présentant peu de risque en cas de fuite, l'eau glacée se montre particulièrement adaptée à la production de froid pour des espaces accueillant du public. Autre avantage : le confinement des groupes d’eau glacée en salle des machines ou en conteneurs aménagés facilite grandement leur installation comme leur maintenance. Pour plus d’informations sur ce type d’installation, vous pouvez lire notre article sur les groupes d’eau glacée.
Belle réalisation au CO2 transcritique
En 2024, l’Intermarché de Confolens (16) opte pour le remplacement de son installation frigorifique devenue vieillissante et fonctionnant avec des fluides HFC (hydrofluorocarbures). L’adhérent de ce magasin de 2500m² souhaitait mettre en place une solution plus pérenne en vue des exigences réglementaires imposées par la F-Gas III. Dalkia Froid Solutions a proposé une centrale CO2 booster transcritique avec compresseur parallèle et éjecteurs. Grâce à ces équipements plus performants, la température d’évaporation est plus élevée et la consommation d’énergie est réduite. Pour compléter le dispositif, un système de récupération de chaleur permettant de capter la chaleur fatale générée par les équipements de réfrigération est mis en place...
Production frigorifique au CO2 transcritique pour l'Intermarché de Confolens
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