10 points relatifs au dégagement de chaleur
8.5 Absorption de chaleur
La séparation du système hydraulique peut être conçue avec un accumulateur ou avec une dérivation (tuyau de connexion entre le collecteur de départ et le collecteur de retour sans effet de stockage).
Dérivation comme découplage hydraulique
Les installations à découplage hydrau-lique simple (souvent appelé dérivation ou bypass) nécessitent peu d’espace, c’est-à-dire pas d’accumulateur, et sont donc intéressants en termes d’investis-sement. Le débit volumique dans le cir-cuit de l’évaporateur doit être égal ou su-périeur à celui du circuit extérieur. Ils pré-sentent toutefois les inconvénients sui-vants:
– aucune influence sur la fréquence de commutation de la machine frigori-fique (manque de volume de stoc-kage).
– Usure élevée des compresseurs – Manque de puissance frigorifique en
raison d’une limitation de démarrage de la machine frigorifique
– Détérioration de l’efficacité énergé-tique
8.5 Absorption de chaleur
Le concept du circuit hydraulique dans le circuit d’eau glacée dépend des fac-teurs suivants:
– Taille de l’installation (puissance) – Nombre de consommateurs et de
ma-chines frigorifiques
– Exigences relatives aux températures admissibles (quelle peut être l’ampleur de l’écart par rapport à la température de consigne?)
– Sécurité d’approvisionnement
Les considérations structurelles les plus importantes dans la conception du sys-tème hydraulique sont les suivantes:
– Avec ou sans séparation hydraulique – Avec ou sans accumulateur
– Avec débit variable ou constant Séparation hydraulique
Les séparations peuvent être réalisées hydrauliquement (découplage) et techni-quement (séparation du système). La sé-paration hydraulique garantit que les dif-férentes pompes ne s’influencent pas mutuellement de manière active. Elle crée également un «point zéro hydrau-lique» entre les deux parties du réseau.
+
−
+
−
+
− Accumulateur de froid
comme découplage hydraulique
Dérivation comme découplage hydraulique
Échangeur de chaleur comme séparation du système technique Illustration 8.9:
Exemples de sépara-tions hydrauliques et
techniques.
Séparation technique des systèmes Le système technique de séparation est une installation de différenciation avec un échangeur de chaleur. Il assure la sé-paration hydraulique (côté liquide) de deux systèmes de l’installation – p. ex.
lors de l’intégration de l’aéroréfrigérant.
Cela signifie que
– différents médiums (eau-glycol) – séparation en réseau des grands
contenus (mot-clé: sécurité)
– séparations commerciales telles que le chauffage et la climatisation ou – systèmes avec d’importantes
diffé-rences statiques (p. ex. dans les tours) peuvent être reliés entre eux de manière économique (voir Chap. 8.7 Intégration du post-refroidissement).
– Pics de charge plus fréquents dans le réseau électrique
– Fluctuations de température dans le réseau frigorifique
– Contrainte élevée sur les vannes de régulation et les entraînements – Durée de vie plus courte des
entraîne-ments
Accumulateur de froid comme découplage hydraulique Pour les installations
– avec un petit volume de réseau – pour les machines frigorifiques dont la
plage de régulation est limitée et – avec des exigences plus élevées en
matière de régulation de la tempéra-ture
il est judicieux de prévoir un accumula-teur. Cela permet, entre autres, de limi-ter la fréquence de commutation de la machine frigorifique.
L’accumulateur (technique ou d’énergie) assume les tâches suivantes
– Le découplage hydraulique entre le circuit du générateur de froid ou de chaleur et le système de distribution.
– Utilisation de l’accumulateur comme réserve de secours Mise à disposition de la puissance frigorifique par l’unité de stockage à faible charge et avec la machine frigorifique débranchée (p. ex. lors de la panne d’une machine).
– Stabilisation de la régulation de la puissance
L’état de la charge de l’accumulateur peut être utilisé pour réguler la puis-sance de la machine frigorifique et la sé-quence de priorité dans le cas de plu-sieurs générateurs.
Vue d’ensemble des circuits d’eau glacée
1. Système sans découplage hydraulique avec débit volumique constant –Ce système était utilisé dans le passé, mais ne l’est plus aujourd’hui.
– L’inconvénient est le besoin élevé en énergie de la ou des pompes au cours de l’année, car le débit volumique reste constant. De plus, ce système génère une température de retour basse lorsqu’il n’y a pas de consommation.
–Comme la machine frigorifique fonctionne toujours à un niveau de température inférieur à celui requis, ce système est modérément efficace sur le plan énergétique.
Débit volumique constant
+
−
2. Système sans découplage hydraulique avec débit volumique variable –Conception simple du système
–Avantageux
–Exigences plus élevées en matière de planification, car des débits minimaux doivent être garantis (sécurité).
–Les consommateurs de froid ne doivent pas avoir d’exigences éle-vées en matière de performance et de stabilité de la température.
Débit volumique variable
+
−
3. Système avec découplage hydraulique sans accumulateur –Convient pour les applications sans charge de base élevée (Q˙ V min. >
Q˙ E min.)* Si ce n’est pas le cas, le système présente des tempéra-tures fluctuantes et une fréquence de commutation élevée.
–Il faut veiller à ce que le débit volumique de la pompe de l’évapora-teur soit supérieur d’environ 5 % au débit volumique des généra-teurs.
* Q˙ V min. = charge minimale du consommateur (demande minimale de refroidissement)
Q˙ E min. = charge minimale du générateur (demande minimale de re froidissement)
Débit volumique variable ou constant
Débit volumique variable
+
−
4. Système avec découplage hydraulique avec un accumulateur –Ce système est utilisé lorsque les exigences en matière de stabilité
du système et de sécurité de l’approvisionnement sont plus élevées (p. ex. avec deux générateurs connectés en parallèle).
–Encombrement plus grand –Plus coûteux à installer
–La taille de l’accumulateur dépend des exigences du système (de-mande de pointe, nombre de mises en marche du compresseur par heure, précision de la température de l’eau glacée etc.).
Débit volumique variable ou constant
Débit volumique variable
+
−
5. Système avec une séparation de système (échangeur de chaleur) –Pour les systèmes eau-glycol
–Pour de grandes différences de pression (immeuble-tour)
Débit volumique variable ou constant
Débit volumique variable
+
−
systèmes comportant plus d’une ma-chine frigorifique. L’Illustration 8.10 en donne un exemple.
Comportement du débit volumique et des températures
Les deux graphiques de l’Illustration 8.11 montrent le comportement du débit vo-lumique et des températures à diffé-rentes puissances de l’installation frigo-rifique.
Dans cet exemple, le débit à travers l’évaporateur peut être réduit de 18 litres par seconde à 10 litres (1). La puissance diminue alors de 100 à 55 %. Dans cette plage, la différence de température à travers l’évaporateur reste constante à 6 K. Selon les spécifications du fournis-seur, le débit volumique ne doit pas être inférieur à 11 litres par seconde. Lors-qu’on souhaite réduire davantage la sor-tie, il faut ouvrir le bypass. Par consé-quent, seule une partie de l’eau glacée circule dans les consommateurs de froid (2). L’eau glacée «réchauffée» et l’eau glacée «non utilisée» de la dérivation se mélangent. En conséquence, la tempé-rature d’entrée de l’évaporateur diminue et la différence de température dans l’évaporateur tombe à 3 K (point d’arrêt).
Illustration 8.10:
Installation frigori-fique avec débit vo-lumique variable et
dérivation.
Système à débit variable sans dé-couplage hydraulique
Dans les systèmes à débit variable et sans découplage hydraulique, la puis-sance frigorifique est ajustée en faisant passer plus ou moins d’eau dans l’évapo-rateur. Le débit volumique est régulé par des vannes d’étranglement ou d’injec-tion au niveau des consommateurs.
Comme les circuits producteur et consommateur s’influencent hydrauli-quement dans ce système, l’évaporateur fonctionne avec des débits volumiques variables.
Dans le cas de plusieurs machines frigo-rifiques, une pompe à eau glacée à vi-tesse régulée est affectée à chaque ma-chine; une pompe de réseau consomma-teur n’est pas nécessaire. Le fonctionne-ment en parallèle des pompes à vitesse régulée impose des exigences plus éle-vées au planificateur de l’installation et n’est donc pas recommandé pour les
∆P
Pour un démarrage en douceur à des températures plus élevées dans le réseau, le bypass est placé près du générateur.
Pour un fonctionnement plus stable − car la capacité de stockage du réseau peut être utilisée − le bypass est placé à la fin de la chaîne.
+
−
Puissance frigorifique de la machine frigorifique
0% 100%
Puissance frigorifique de la machine frigorifique
0% 100% Débit volumique à travers l’évaporateur
Litres/seconde Différence de température à travers
l’évaporateur K
1 1
2 2
27,5% 27,5%
Illustration 8.11:
Comportement du débit volumique et des températures à différentes puis-sances de l’installa-tion frigorifique.
Dimensionnement de l’accumulateur technique
Lors du dimensionnement de l’accumu-lateur, le mode de régulation de la ma-chine frigorifique (EN/HORS ou en fonc-tion de la demande avec un convertis-seur de fréquence) fournit la première indication du volume nécessaire de l’ac-cumulateur.
– Pour les installations frigorifiques à un seul étage (marche/arrêt), la fré-quence de commutation maximale est de 50 % de la puissance des consom-mateurs. En dessous et au-dessus de cette valeur, la fréquence de commu-tation est réduite.
– Pour les machines frigorifiques à régu-lation de puissance, cette fréquence de commutation maximale est de 50 % de l’étage de puissance le plus faible.
Lorsque la fréquence de commutation est supérieure à, par exemple, 3 commu-tations par heure, le volume de l’accumu-lateur doit être plus important.
À titre indicatif, le volume de l’accumula-teur peut être estimé entre 30 et 40 litres de contenu net par kW de puissance fri-gorifique (à 100 % de la puissance).
À noter: Seul le volume actif de l’accu-mulateur peut être pris en compte lors de son dimensionnement. Le volume des zones de mélange dans la partie supé-rieure et infésupé-rieure de l’accumulateur ne peut pas être utilisé pour le stockage d’énergie. Avec un accumulateur
«svelte», le volume utilisable est plus grand, les zones de mélange par rapport au volume total sont plus petites.
Accumulateur d’énergie
Les accumulateurs d’énergie sont des accumulateurs techniques capables d’absorber aussi complètement et de (stocker temporairement) la puissance d’une machine frigorifique pendant au moins une heure.
Une stratification thermique du médium, clairement définie, doit également être garantie dans l’accumulateur d’énergie,