Le système de réfrigération transcritique au CO₂

Systèmes de réfrigération au CO₂ : caractéristiques de conception

Lors de la conception d'un système au CO₂, des considérations particulières, qui sont très différentes de celles utilisées dans les systèmes utilisant des réfrigérants conventionnels, tant pour les systèmes fonctionnant en régime subcritique que supercritique, doivent être prises en compte. À titre d'exemple seulement, les points suivants, qui n'épuisent pas la totalité des situations dans lesquelles un système au CO₂ diffère d'un système conventionnel avec des réfrigérants synthétiques, sont mentionnés.

1. Température de compression finale : les compresseurs de type semi-hermétique nécessitent un contrôle très précis de la température d'aspiration. Même avec des systèmes de réfrigération dont les températures d'évaporation se situent autour de -10°C, il est facile d'atteindre des températures de fin de compression proches de 200°C, ce qui est trop élevé pour le compresseur. Il est donc nécessaire de vérifier l'adéquation et l'utilité réelle des échangeurs de chaleur régénératifs et le réchauffement obtenu par les dispositifs d'expansion utilisés.
2. Systèmes à basse température : il est recommandé d'utiliser des compresseurs à deux étages pour les températures d'évaporation inférieures à -25°C. La solution la plus pratique consiste à utiliser des compresseurs internes compound à deux étages ; ces compresseurs permettent en effet de diviser le saut de pression en deux parties tout en conservant un seul corps de compresseur. En règle générale, un échangeur de chaleur qui opère un refroidissement intermédiaire est placé entre le premier et le deuxième étage de compression ; cette solution garantit à la fois une diminution substantielle de la température de fin de compression du deuxième étage et une forte diminution du travail de compression global et, par conséquent, de la puissance absorbée.
3. Fonctionnement dans des conditions subcritiques : un système conçu pour un fonctionnement transcritique peut également fonctionner très efficacement dans des conditions subcritiques, à condition que la logique de commutation et l'échangeur haute pression soient conçus pour les deux conditions de fonctionnement. Cette possibilité permet d'obtenir des valeurs élevées de COP (coefficient de performance) calculées sur une base annuelle.
4. Sous-refroidissement : les caractéristiques thermophysiques du dioxyde de carbone font qu'il est conseillé de concevoir le système de dissipation de la chaleur de manière à obtenir, en fonctionnement subcritique, un sous-refroidissement du condensat et, en fonctionnement transcritique, lorsque cela est possible, d'utiliser également le refroidissement par évaporation (par pulvérisation d'eau) à l'extrémité de l'échangeur. Pour un même sous-refroidissement et par rapport à d'autres réfrigérants synthétiques, avec l'utilisation du dioxyde de carbone (CO₂), l'efficacité du système augmente significativement.

Critères de sécurité : dispersion dans l'environnement

Contrairement aux autres fluides utilisés en réfrigération, le CO₂, bien que non toxique, joue un rôle actif dans le processus de respiration, et c'est pourquoi des précautions particulières doivent être prises.
Pour le CO₂, classé A1, la limite de concentration fixée par la norme EN378-2 est d'environ 0,1 kg/m3.
En résumé, par mesure de précaution, l’installation de capteurs de concentration de CO₂ est nécessaire dans les espaces clos avec présence de personnes lorsque la concentration de CO₂ dans l'environnement par libération totale de la charge peut dépasser la valeur limite.