La réfrigération au CO₂

Systèmes de réfrigération au CO₂

Les systèmes de réfrigération au CO₂ disposent d'options de récupération de la chaleur qui peuvent contribuer à la pérennité de votre entreprise. Le CO₂ et son contenu énergétique élevé, qui continue à s'échelonner à des températures plus élevées, peuvent être récupérés, ce qui accroît l'efficacité énergétique globale du système.

Lorsqu'un fluide de refroidissement (air ou eau) est disponible à une température inférieure à 20 °C, le dioxyde de carbone peut être utilisé comme n'importe quel autre fluide de refroidissement, dans un cycle sous-critique. Bien entendu, le niveau de pression différent nécessite des composants et des installations adaptés. Lorsque le fluide de refroidissement disponible à des températures supérieures à 20 °C, il est nécessaire d'opérer selon un cycle dit transcritique.

C'est donc la faible température critique du CO₂ qui rend impossible un fonctionnement conventionnel.

Transcritique et sous-critique

Dans l'application du CO₂, le système est appelé système transcritique parce qu'une partie du réfrigérant fonctionne au-dessus du point critique et une autre partie fonctionne en dessous du point critique. Sous-critique, supercritique et transcritique décrivent toutes les pressions et températures de fonctionnement d'un système de réfrigération par rapport au point critique. Un système de réfrigération « normal » typique est un système sous-critique car tout se passe en dessous du point critique. Dans un système supercritique, tous les composants fonctionnent à des pressions et des températures supérieures au point critique.
Un système supercritique fonctionne sur la base de la compression et de l'expansion des gaz sans changement d'état. Tout le transfert de chaleur s'effectue par le biais du changement de température du gaz (effet sensible).

Un circuit transcritique fonctionne à la fois au-dessus et au-dessous du point critique. La chaleur est absorbée dans un évaporateur où le liquide s'évapore en gaz, mais le dégagement de chaleur se produit au-dessus du point critique, de sorte qu'il n'y a pas de condensation dans ce qui serait normalement considéré comme le condenseur. Le réfrigérant ne se condense pas en liquide tant que la pression n'est pas réduite.

La température critique d'un réfrigérant est la température au-dessus de laquelle le réfrigérant ne peut pas être liquéfié, quelle que soit la pression exercée sur la vapeur du réfrigérant.

Supposons que la température critique d'un réfrigérant donné soit basse. Le cycle sera alors le suivant :

• Le compresseur comprime la vapeur de réfrigérant à la pression du condenseur.
• Au fur et à mesure que la pression augmente, la température du réfrigérant s'élève.
• Or, si la température critique du réfrigérant est basse, la température du fluide de refroidissement (air ou eau) peut dépasser la température critique.
• Dans ce cas, le réfrigérant ne se liquéfie pas dans le condenseur.
• Par conséquent, le réfrigérant restera à l'état de vapeur et se dilatera sous forme de vapeur.
• Il restera sous forme de vapeur après expansion et entrera donc dans l'évaporateur.
• Comme le réfrigérant est déjà en phase vapeur, il n'absorbera pas la chaleur de l'évaporateur et l'effet de refroidissement sera très faible.
• Cela augmente la consommation d'énergie.
• Cela ne se produira pas si la température critique du réfrigérant est élevée, car la température après compression sera toujours inférieure à la température critique et la vapeur se liquéfiera dans le condenseur.

Dans les systèmes sous-critiques en cascade, le CO₂ est le réfrigérant utilisé pour la phase à basse température (aspiration du compresseur à -30°C/-35°C). La chaleur dégagée lors de la condensation du CO₂ est absorbée par le réfrigérant de l'étage à moyenne température.

Le dioxyde de carbone (CO₂ R744) est naturel, sans effet sur la couche d'ozone, bon marché, incolore et inodore. Il peut être utilisé directement comme réfrigérant, soit à une température de condensation élevée (transcritique), soit à une pression de refoulement élevée, supérieure à 1 100 psi, soit à une température de condensation plus basse (sous-critique). Le transcritique est principalement utilisé avec les compresseurs semi-hermétique