ATLAS DU FROID
Cool and Comfort 99 – novembre 2023
Vers une réfrigération écoénergétique en cinq étapes
Marcel Laes (CimPro), Tim Vancouillie (E-Luse)
Figure 1 : Cycle frigorifique.
Figure 2 : Diagramme de Mollier.
Figure 3 : Exemple de mesures en ligne.
Dans de nombreuses entreprises industrielles, la consommation énergétique de l’installation frigorifique représente une part considérable de la facture énergétique. Un compresseur de 125 kW tournant en moyenne 3 000 heures par an, coûte 75 000 euros/an en dépenses énergétiques sur la base d’un prix de l’énergie de 0,2 euro/kWh. De nombreuses entreprises ne réalisent pas qu’une régulation adéquate peut considérablement réduire cette facture. Ces dernières disposent également déjà de nombreuses données, qui ne sont cependant nullement exploitées. Ci-dessous un plan étape par étape explicitant la façon dont la problématique peut être abordée.
Étape 1 : Cartographier le profil de l’installation frigorifique actuelle
Un cycle frigorifique à compression se décline en 4 étapes :
- Un compresseur qui comprime le gaz de l’évaporateur vers le condenseur ;
- Un condenseur où la chaleur est dégagée dans l’environnement ;
- Un détendeur où le fluide se dilate ;
- Un évaporateur où la chaleur est absorbée et l’environnement se refroidit.
Les installations industrielles sont généralement pilotées par un système PLC automatisé couplé à un synoptique graphique affichant divers paramètres du process. Pour évaluer le fonctionnement de l’installation frigorifique actuelle, il convient de mesurer autant de paramètres que possible et d’enregistrer ces informations dans une feuille de calcul.
Ci-dessous une liste de paramètres pertinents pour cartographier le fonctionnement de l’installation frigorifique :
Étape 2 : Comparer l’installation frigorifique actuelle sur le diagramme de Mollier
Un cycle frigorifique est un cycle thermodynamique. Ce cycle peut être visualisé sur un diagramme de Mollier. Il s’agit d’un diagramme en fonction de l’enthalpie et, spécifiquement pour le secteur de la réfrigération, de la pression logarithmique. Les différents états thermodynamiques peuvent y être clairement établis si, par exemple, les températures et les pressions sont connues. La puissance de l’installation frigorifique est principalement déterminée par la puissance électrique absorbée du compresseur. Elle est tributaire de la pression d’entrée et de sortie, de la température et du degré de surchauffe.
Étape 3 : Mesurer les performances de l’installation frigorifique à l’aide d’un système de mesure en continu.
Le monitoring d’une installation frigorifique impose de surveiller les différents paramètres 24h/24. Si les capteurs requis ne sont pas en place, ils peuvent facilement être ajoutés. Outre les paramètres thermodynamiques de l’installation frigorifique, le profil de consommation et donc le process frigorifique doivent également être surveillés. La régulation d’une installation frigorifique est souvent inadaptée à un profil de consommation variable.
Dans un abattoir, par exemple, une grande capacité frigorifique est requise au début du processus frigorifique des animaux abattus dans les chambres froides. Le monitoring de l’ouverture/fermeture des portes des chambres froides donne une très bonne idée de la puissance frigorifique requise ; les pointes de consommations peuvent alors éventuellement être prévenues. L’usage d’un variateur de fréquence permet de mieux piloter la capacité frigorifique requise en fonction de la demande.
Ces données sont lues dans un « Energy Data Logger », qui les transmet à intervalles réguliers à une plateforme énergétique en ligne sur Internet.
Étape 4 : Cartographier les performances et les dérives
Sur la base des mesures en ligne ci-dessus, les paramètres et alarmes suivants deviennent disponibles ; les données sont alors converties en informations :
Paramètres :
Alarmes :
Étape 5 : Consigner les paramètres de régulation et évaluer les ajustements
Les mesures ci-dessus doivent être effectuées sur quelques mois pour surveiller le fonctionnement de l’installation frigorifique à différentes charges et pendant différentes saisons. Ensuite, les différents paramètres de régulation sont ajustés dans le PLC en collaboration avec le technicien frigoriste. Limiter la pression de refoulement du compresseur d’1 bar peut permettre d’économiser des dizaines de milliers d’euros par an. Ces connaissances sont généralement présentes chez le client final ou le fournisseur de l’installation frigorifique.
Une fois ces ajustements effectués sur l’installation frigorifique, revenir à l’étape 4 pour les évaluer. Le monitoring énergétique est un processus dit PDCA (« Plan, Do, Check, Act »). Chaque ajustement doit être réévalué.