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Les bonnes pratiques
énergétiques
en réfrigération industrielle
• Vincent Harrisson, ing. M.Sc.
• Patrick Letarte, ing.
• CIMCO Refrigeration
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Buts & Objectifs
• Survol des techniques, des options
• « sensibiliser » au bon choix vs application
• Donner des idées…
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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
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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
…
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Utilisations des réfrigérants
naturels dans l’industrie ..
– Environnement (réchauffement
planétaire)
– Pays Européens appuient fortement
Kyoto
– Taxations et limitations pour HFC en
Europe
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• 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
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• Remplacement du
système R-22 par un
système ammoniac
• 50 % plus efficace
• Diminution de 250 kg
de réfrigérant
Utilisations des réfrigérants naturels
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• Climatisation d’édifices avec l’ammoniac
• Supermarchés avec système CO2
• « Machine distributrice » au CO2
• Climatisation automobile au CO2
Utilisations des réfrigérants naturels
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Utilisations des réfrigérants naturels
(USA)
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• Unité préfabriquée
• Faible quantité réfrigérant
• Climatisation industrielle
Utilisations des réfrigérants naturels
(Québec)
Cimco 100 ans…
au naturel
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Noyé
Recirculé
Classification
“Mode d’évaporation”
Expansion directe
VARIÉTÉ
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2 stages:
même réfrigérant
Cascade:
Deux circuits distincts
Classification
“Étages de compression”
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Pre
ssio
n
Énergie
Point critique
Pre
ssio
n
Classification
“CO2”
Aussi: CO2 comme caloporteur
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Cascade CO2 / NH3 (ammoniac)
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CO2 / NH3
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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
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Efficacité des systèmes
Comment choisir le bon système !?
•Conditions d’opération (température)
•Capacité
•Possibilité de récupération
•Coûts
•Pas simple…. Demande une analyse
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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
• 133 kw consommé
• COP 2,64
• 149 kw consommé
• COP 2,35
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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
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$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%
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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
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Récupération de chaleur
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Evaporator
Expansion
Device
Condenser
Compressor
Hea
t
Hea
t
Work
80 TR /
960 MBH
120 HP /
305 MBH
1265 MBH
Cycle traditionnel
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Parlons récupération chaleur!
Ammonia: -30F ET / +95F CT
Évaporation
condensation
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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
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Système 100% récupération de
chaleur
•Désurchauffe
•100 % chaleur disponible (condensation)
•Grâce à un double échangeur à plaques
•Viande Du Breton 5450 KW de récupération
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Récupération de chaleur C02 (transcritique)
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Récupération de chaleur C02 (transcritique)
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150°F
90°F
Opération
hivernale
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Pompe à chaleur (supercharger)
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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)
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• 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
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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
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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
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% 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
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Ammonia: -30F ET / +95F CT
Variation de la pression
de condensation
PC
HP
TR
PC
HP
TR
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• 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
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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
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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
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• 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
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• Unité de traitement d’air
hygiénique
– Gestion pression
– Gestion température
– Gestion humidité & air neuf
– Permet le free cooling
Autres mesures
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Unité de traitement d’air
hygiénique
– Filtration
– Refroidissement
– chauffage
– Roue thermique
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• 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
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• Refroidissement gratuit (Free cooling du
procédé)
– Pas de réfrigération mécanique pour 10 C et
moins
Autres mesures
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Conclusion
• Les réfrigérants naturels, c’est une réalité
• Chaque projet a sa propre bonne solution
• Ne pas négliger les détails
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Questions
Merci de votre attention !