TECHNIQUE
Cool and Comfort 78 – septembre 2018

Manuel pour l’optimisation d’installations frigorifiques (3^e partie)

Combien cela coûte-t-il et qu’est-ce que cela peut rapporter ?

La VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) est la fédération allemande d’industrie technologique. Elle regroupe environ 3.200 entreprises de divers secteurs, dont le CVC. L’association publie entre autres un certain nombre de manuels traitant de sujets liés à l’énergie. Nous présentons, en trois parties dans Cool & Comfort, un article basé sur une brochure d’information concernant l’utilisation économe en énergie des installations frigorifiques. Dans la 3^e partie, nous présentons les mesures 5, 6 et 7.

Mesures 5 : optimisation de la commande des ventilateurs

Les ventilateurs du condenseur ou de l’aéro-refroidisseur (dry-cooler) représentent entre 8 et 15% de la consommation électrique de l’installation. En régime de charge partielle, cette part peut même s’élever à 50%. Il est très important de limiter le plus possible les températures de ces éléments, pour obtenir un fonctionnement efficace. Une réduction de température de 1°K dans le condenseur, ou l’aéro-refroidisseur, entraîne une économie d’énergie de 2 à 5%.

Les régulations multi-étages des ventilateurs de ces composants doivent être remplacées par des régulations continues.

Pour des températures basses dans le condenseur ou l’aéro-refroidisseur

Veillez à ce que chaque condenseur ou aéro-refroidisseur aspire de l’air frais. Idéalement, l’échangeur de chaleur devrait s’installer à un mètre au-dessus du sol. En outre, il ne doit pas y avoir d’aspiration d’air provenant d’un autre échangeur de chaleur et donc réchauffé (court-circuit). Si c’est le cas, vérifiez si une protection par plaques de séparation ou un déplacement de l’appareil résout le problème.

Lors du paramétrage de la régulation de pression du condenseur, il y a lieu de s’assurer de choisir la température de condenseur la plus basse possible. Ceci dépend de la configuration de l’installation frigorifique.

Utilisation de moteurs EC

Lors du remplacement de ventilateurs, il est préférable d’opter pour une classe d’efficacité énergétique la plus élevée possible (IE3).

Les ventilateurs EC (à commutation électronique) ont fait leurs preuves. Ils sont économes en énergie et particulièrement réglables avec précision. Du fait de l’électronique de commande intégrée, la vitesse de rotation peut être réglée très finement, en fonction des besoins.

Leur rendement est bon, même en fonctionnement à charge partielle. À puissance égale, ils consomment nettement moins que les motorisations à CA.

Il y a donc lieu de toujours évaluer, lors d’une modernisation, la pertinence d’une variante à moteurs EC.

Mesure 6 : réglage de la climatisation de confort

La climatisation de confort implique différents secteurs professionnels. Architecture, chauffage, ventilation, éclairage et protection solaire, influencent les besoins de froid et le dimensionnement de l’installation. Lors d’une optimisation de l’installation de climatisation, il faut faire particulièrement attention à la régulation (GTB).

Optimisation des réglages et mise en service d’une climatisation de confort.

Des réglages trop bas de la température ambiante entraînent une climatisation inutile. La valeur idéale de réglage en production de froid dépend des facteurs environnementaux concrets et de l’utilisation. Il est judicieux, en l’occurrence, d’approcher systématiquement la valeur de réglage optimale.

Ceci peut se faire de la façon suivante : augmentez systématiquement la valeur de réglage durant la période sensible (par exemple en été ou en cas de besoin de refroidissement élevé) par petits paliers, par exemple de 0,5°C ; enregistrez l’évolution de la température des locaux sensibles (local serveur, bureaux orientés au sud…) pendant quelques jours ; augmentez à nouveau la température réglée, bien entendu en respectant les limites de confort. Dans les locaux techniques, tels que des locaux serveurs, il s’agira de la température maximale admissible.

En procédant ainsi, il peut bien entendu s’avérer parfois nécessaire de baisser à nouveau la température réglée de quelques paliers.

Détermination du point de commutation du refroidissement passif

La méthode ci-dessus permet aussi de déterminer le point de commutation optimal entre refroidissement passif et refroidissement mécanique. La température extérieure doit être pour cela la plus élevée possible.

Chauffer et refroidir en même temps ?

I ne faut pas chauffer et refroidir en même temps un même local. Il faut également éviter de commuter rapidement entre les modes chauffage et refroidissement.

Lorsque certains locaux ont besoin de chaleur alors que d’autres doivent être refroidis, il y a lieu de vérifier si un transfert de chaleur au sein du bâtiment est nécessaire.

Détermination des paramètres pour l’eau glacée

En cas de fortes températures extérieures et/ou d’une hygrométrie élevée, il y a lieu de refroidir davantage. En fonction du système de refroidissement (plafond réfrigérant, batterie de refroidissement…) il faut alors réduire la température de l’eau glacée. En cas de températures extérieures basses et/ou d’hygrométrie réduite, il y a lieu d’augmenter à nouveau cette température d’admission. Une valeur de réglage variable permet à la machine frigorifique de fonctionner avec des températures d’eau glacée plus élevées, ce qui optimise la consommation.

Modifier la température de réglage en fonction de la température extérieure

La courbe de refroidissement du régulateur doit être paramétrée, en mode été comme hiver, de façon à choisir à chaque fois la température d’eau glacée appropriée en fonction du système d’émission (plafond réfrigérant, panneaux rayonnants, dalle de béton active…).

Refroidissement passif

Le refroidissement passif consiste à refroidir sans mettre en marche le compresseur.

Systèmes indirects

L’eau de refroidissement est refroidie par l’air extérieur dans un aéro-refroidisseur (dry cooler) En cas de températures extérieures basses, l’eau de refroidissement est suffisamment froide pour que la chaleur puisse être évacuée au dehors via un échangeur intermédiaire. Le compresseur reste dans ce cas à l’arrêt.

Pour les installations frigorifiques fonctionnant à l’ammoniaque, une autre possibilité est de relier l’évaporateur humide et le condenseur refroidi par air (ou condenseur d’évaporation) via un by-pass du compresseur, pour évacuer à l’extérieur la chaleur du circuit d’eau glacée.

Systèmes directs

Durant la nuit, l’air froid extérieur est directement introduit dans la pièce (via la ventilation ou en ouvrant les fenêtres). Lorsque le bâtiment possède une inertie thermique suffisante, il est possible ainsi de réduire le besoin de fraîcheur durant la journée.

Important

Ajouter de l’eau chaude au circuit d’eau glacée (par exemple pour amener de 6 à 8°C la température de cette dernière) n’est pas énergétiquement judicieux, et donc à éviter. Il est préférable de régler la température du circuit d’eau glacée à 8°C, et si possible d’utiliser des pompes à vitesse variable dans le circuit d’eau glacée.

Mesure 7 : régler correctement le détendeur

La plupart du temps, le détendeur est intégré en laissant les réglages d’usine inchangés, sans donc l’adapter aux caractéristiques spécifiques de l’installation. Il est toutefois probable que le réglage d’usine intègre une certaine marge de sécurité contre la surchauffe. Ceci veut dire que le détendeur est dimensionné pour une température de surchauffe trop élevée et non pour la valeur optimale pour l’installation. Cela vaut donc la peine, pour un professionnel, de calculer les valeurs de réglage correctes.

Détendeur électronique

Avec un détendeur électronique, il est possible de régler facilement et avec précision la surchauffe. Le frigoriste doit dans ce cas déterminer le rapport de surchauffe exact. Pour un évaporateur, il faut déterminer pour ce faire la température d’admission d’air tL1, la température d’évaporation to et la température toh du fluide frigorigène à la sortie de l’évaporateur. On vise ici un rapport de surchauffe de 0,65. Ce dernier est calculé en divisant la surchauffe à la sortie de l’évaporateur, par la différence avec la température d’admission d’air.

Rapport d’évaporation = (toh-to)/(tL1-to)

N’utilisez que des détendeurs électroniques permettant de régler la surchauffe en fonction de la charge.

Ces mesures, si elles sont exécutées de manière professionnelle, peuvent s’amortir en moins d’un an.

Détendeur thermostatique

Le réglage d’un détendeur thermostatique prend beaucoup de temps, mais cela en vaut toujours la peine. Le frigoriste doit en effet attendre environ un quart d’heure après chaque modification, que le cycle soit à nouveau stabilisé.

Ces mesures, si elles sont exécutées de manière professionnelle, peuvent s’amortir en moins de deux ou trois ans.

Conseil d’investissement : remplacer les détendeurs thermostatiques par des électroniques.

Remplacer les détendeurs thermostatiques par des électroniques permet de faire fonctionner l’installation frigorifique à des températures de condensation plus basses. Si cette intervention est réalisée de manière professionnelle, elle peut s’amortir en quelques mois.

Important

Pour pouvoir travailler avec des températures de condensation les plus basses possibles (par exemple jusqu’à 15°C), un détendeur thermostatique ne suffit plus. Il est indispensable de disposer d’un détendeur électronique. Ce n’est qu’ainsi que l’on peut profiter des avantages énergétiques et de la consommation moindre d’un fonctionnement à des températures de condensation plus basses.

Différences de température dans les échangeurs de chaleur

Les différences de température au niveau du circuit de fluide frigorigène, ainsi que l’énergie nécessaire au fonctionnement des accessoires, influencent le coût d’exploitation.

Absorption de chaleur (production de froid)

La construction de l’évaporateur et la façon de le régler déterminent les différences de température (voir schéma).

Dans les systèmes indirects (refroidissement de l’air via un fluide caloporteur), des différences de température complémentaires sont nécessaires pour le transfert de chaleur via le fluide et pour la restitution de la chaleur via l’échangeur à plaques ou à tubes. De ce fait, la différence entre la température d’évaporation et la température de fonctionnement augmente. La somme de toutes ces différences de température doit toutefois rester la plus petite possible.

L’énergie de motorisation des ventilateurs et des pompes influence aussi le coût de fonctionnement. Ces composants devront donc, si possible, fonctionner selon la demande.

Restitution de chaleur

La température de condensation est le paramètre le plus important en matière de coût de fonctionnement. La différence de température avec la source de froid doit être la plus petite possible. Pour des condenseurs à refroidissement par air, il y a lieu de viser une différence de 8°K entre les températures de condensation et d’admission d’air. Pour des condenseurs à refroidissement par eau, on vise une différence de 1 à 2°K entre la température de condensation et la température de sortie de l’eau.

Pour les condenseurs à tube à ailettes ou les condenseurs à évaporation, on vise une différence de température de 6 à 8°K entre la température de condensation et la température du thermomètre mouillé. Lorsque la chaleur de condensation est évacuée via un fluide caloporteur, il y a lieu de créer des différences de température complémentaires pour faire fonctionner les aéro-refroidisseurs. Il faut aussi une énergie complémentaire pour entraîner les systèmes secondaires. Les critères correspondants sont donnés dans le VDMA 24247-2.

Par le Dr. Karin Jahn (VDMA)