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Le TEWI (Total Equivalent Warming Impact) est un indice qui permet de mesurer l’impact
des activités humaines sur le réchauffement climatique. Les installations frigorifiques jouent
de deux façons sur cet indice : par un effet direct, le TEWI direct, qui correspond à la perte
dans l’atmosphère des fluides frigorigènes (fuites, fi n de vie…) et un effet indirect dû à la
consommation électrique de l’installation. Pour minimiser l’effet global, TEWI global, il faut
donc jouer sur ces deux aspects.
C’est cette double préoccupation qui a guidé les chercheurs du Cemagref dans la
conception d’une machine frigorifique d’un nouveau genre.
Réduire la taille des composants pour diminuer la quantité de fluide frigorigène
Une machine frigorifique est constituée de cinq éléments principaux : un condenseur, un
évaporateur, une conduite de liquide, un compresseur et un détendeur (auxquels s’ajoute
fréquemment une bouteille accumulatrice). Les échanges thermiques ont lieu au niveau du
condenseur et de l’évaporateur. C’est dans les composants où le fl uide est à l’état liquide
(bouteille, condenseur, évaporateur et conduite de liquide) que se trouve l’essentiel de la
charge en fl uide. Pour réduire les quantités de fluides
frigorigènes, une solution est donc de réduire la taille de ces composants. A partir de ce constat, les chercheurs ont donc
travaillé en collaboration avec le GREThE de Grenoble dans le cadre d’un projet financé par
l’ADEME sur un concept d’installations frigorifiques mettant en œuvre des échangeurs de
chaleur à faible volume interne et haute effi cacité énergétique.
Leurs travaux ont porté sur des unités de réfrigération de petite puissance, c’est-à-dire
dont la puissance frigorifique est inférieure à 15 kW. Un recensement effectué en 2002 a
montré que cette catégorie représente 80% des unités frigorifiques en France et plus de
40% de la masse totale de fluide frigorigène. Il s’agit notamment des chambres froides du
commerce traditionnel comme les boucheries, de la restauration collective ou encore du
commerce de proximité.
Les mini-canaux au secours de l’environnement
La technologie mise en œuvre est celle des mini-canaux. Pour l’appliquer aux installations
frigorifiques, les scientifiques ont cherché à connaître l’impact de la réduction de la taille
des canaux sur les échanges thermiques et les pertes de pression. En d’autres termes, il
s’agissait de vérifier que la réduction de la taille des canaux utilisés dans les échangeurs
thermiques était compatible avec des bonnes performances thermiques et énergétiques.
Une approche en recherche fondamentale s’est elle intéressée à l’étude des pertes de
pression des écoulements dans des canaux à faible diamètre et a permis de développer
des connaissances de base sur le comportement des fluides dans les conduites de petit
diamètre.
Les scientifiques ont modélisé l’effet de la réduction des canaux sur l’efficacité thermique
de l’installation et sur sa consommation en énergie pour chaque composant puis pour
l’ensemble de la machine, avec une double préoccupation : réduire la quantité de frigorigène
et la consommation électrique. C’est la première fois qu’une équipe de recherche mettait en
œuvre une telle approche globale. L’objectif est d’établir de nouvelles règles de conception
des installations qui prennent en compte la quantité de frigorigène. Objectif atteint puisque
l’équipe a mis au point un prototype qui permet de réduire la quantité de fluide d’un facteur
10 tout en gardant la même efficacité énergétique. Quand une machine classique a besoin
de 8 kg de fluide frigorigène pour produire 10 kW, le prototype
n’utilise que 800 grammes de fluide.
Les applications concernées par cette recherche représentent en France une charge
d’environ 16 000 tonnes de frigorigènes. La généralisation de la technologie à faible
charge permettrait de réduire cette charge à moins de 2 000 tonnes. Sans compter une
utilisation par d’autres secteurs, comme la climatisation et le conditionnement d’air. Avec
une réduction attendue sur le TEWI direct de 90% et de 10% sur le TEWI indirect, on peut
s’attendre à une réduction du TEWI global des installations de plus de 20%. L’application
de cette technologie aux 600 000 installations concernées en France permettrait ainsi une
réduction des rejets de 700 000 tonnes équivalent CO2 par an.
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CEMAGREF / JM
LEBARS
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