Dioxyde de carbone (CO₂)

Aller de l'avant naturellement

Alors que nous nous dirigeons vers un avenir plus respectueux de l'environnement, le choix du fluide frigorigène devient un facteur important pour votre entreprise et pour la planète. Le CO2 est un fluide frigorigène naturel qui assure un refroidissement durable et économe en énergie dans tous les domaines, des entrepôts aux machines à glaçons. Il permet aux entreprises d'évoluer naturellement.

Propriétés générales

Le CO₂ possède plusieurs propriétés thermophysiques uniques qui en font un fluide frigorigène idéal :

Excellent coefficient de transfert de chaleur
Contenu énergétique élevé
Relativement insensible aux pertes de pression
Très faible viscosité en phase liquide

Dans les applications pratiques, les systèmes au CO₂ offrent des performances très élevées. Les principales raisons en sont les suivantes

Echange de chaleur supérieur
Taille réduite des tuyaux
Faible puissance de pompage en tant que fluide secondaire
Récupération de chaleur supérieure

Pour tous les fluides frigorigènes, on observe une diminution de l'efficacité du système avec l'augmentation des températures de condensation. Les températures de condensation élevées sont souvent considérées comme un facteur limitant l'utilisation du CO₂. Cependant, les propriétés thermophysiques inhérentes au CO₂ et l'utilisation de l'énergie d'expansion avec les éjecteurs peuvent aider à compenser et à contrecarrer ce facteur.

En outre, les systèmes de réfrigération au CO₂ disposent d'options de récupération de la chaleur qui peuvent contribuer à assurer l'avenir de votre entreprise. Le CO₂ et son contenu énergétique élevé, qui continue à augmenter à des températures plus élevées, peuvent être récupérés, ce qui augmente l'efficacité globale du système.

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Impact sur l'environnement

Du point de vue environnemental, le CO₂ est un réfrigérant très intéressant au PACO nul et au PRG égal à 1. C'est une substance naturelle présente en quantité abondante dans l'atmosphère.

Pression et température

Le CO₂ est un fluide frigorigène haute pression nécessitant des pressions de service élevées pour un fonctionnement efficace. À l'arrêt, la température ambiante peut atteindre et dépasser la température critique et la pression peut dépasser la pression critique. Les systèmes sont donc généralement conçus pour résister à des pressions allant jusqu'à 90 bars, voire équipés d'un petit groupe de condensation d'arrêt permettant de maintenir les pressions à un niveau bas.

Le CO₂ présente par ailleurs un faible rapport de pression de compression (20 à 50 % de moins que les HFC et l'ammoniac), ce qui améliore le rendement volumétrique. Avec des températures d'évaporation comprises entre -55 °C et 0 °C, la performance volumétrique du CO₂ est par exemple quatre à douze fois supérieure à celle de l'ammoniac, ce qui permet d'utiliser des compresseurs à plus faible volume balayé.

Le point triple et le point critique du CO₂ sont très proches de la plage de service. Le point critique peut être atteint pendant le fonctionnement normal du système. Le point triple peut quant à lui être atteint pendant l'entretien du système, comme l'indique la formation de glace carbonique lorsque des parties du système contenant du liquide sont exposées à la pression atmosphérique. Des procédures spéciales sont nécessaires pour prévenir la formation de glace carbonique pendant l'aération de service.

Interaction avec d'autres matériaux

Le CO₂ ne réagit pas avec les métaux courants ou avec les composants en Teflon®, en PEEK ou en néoprène. Il se diffuse toutefois en élastomères et peut provoquer un gonflement avec le caoutchouc butyle (IIR), le caoutchouc nitrile (NBR) et les matériaux éthylène-propylène (EPDM).

La densité du CO₂ liquide est environ 1,5 fois supérieure à celle de l'ammoniac, ce qui entraîne une charge massique plus élevée dans les évaporateurs, comme les grands refroidisseurs à plaques des grands systèmes industriels. Une densité plus élevée implique une circulation d'huile également plus importante, rendant indispensables des séparateurs d'huile efficaces pour les systèmes industriels.

Rentabilité

Le CO₂ étant un sous-produit dans de nombreux secteurs, il est peu onéreux. Les systèmes au CO₂ ont toutefois tendance à être plus coûteux que les systèmes traditionnels en raison de pressions plus élevées (dans les systèmes transcritiques) ou d'une complexité accrue (à la fois dans les systèmes transcritiques et sous-critiques). La complexité des systèmes semble diminuer avec l'arrivée des systèmes Booster, et le nombre d'installations au CO₂ ayant augmenté, leur coût avoisine désormais celui des systèmes de référence utilisant des HFC.

Les grands systèmes secondaires au CO₂, en particulier dans la réfrigération industrielle, peuvent être moins chers à construire que leurs équivalents au glycol et donc présenter un coût initial et un coût de cycle de vie moins élevés.

Applications

Contrairement à la plupart des autres réfrigérants, le CO₂ est, en pratique, utilisé dans trois cycles de réfrigération différents :

sous-critique (systèmes en cascade)
transcritique (systèmes exclusivement au CO₂)
fluide secondaire (CO₂ utilisé en saumure volatile)

La technologie employée dépend de l'application et de l'emplacement prévu du système. Il existe plusieurs applications pour lesquelles le CO₂ est une option intéressante déjà largement utilisée :

la réfrigération industrielle (le CO₂ est généralement associé à de l'ammoniac, soit dans des systèmes en cascade, soit sous la forme de saumure volatile)
la réfrigération dans le commerce/l'alimentation au détail
les pompes à chaleur
le transport frigorifique

Danfoss estime que le CO₂ sera le principal réfrigérant dans les systèmes de réfrigération commerciaux multipack. Le règlement sur les gaz à effet de serre fluorés va clairement dans ce sens.

Les systèmes au CO₂ peuvent également être étendus à la récupération de chaleur. Plusieurs cas l'ont démontré, l'investissement supplémentaire pour obtenir la chaleur résiduelle est très souvent négligeable.

Applications au CO₂ dans l'alimentation au détail et la réfrigération industrielle

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