Systèmes de refroidissement directs et indirects

Les systèmes de réfrigération ont plus d’une application, comme la conservation des aliments, le refroidissement des équipements, etc. Ils extraient la chaleur d’un environnement et la transfèrent à un autre, le refroidissant ainsi en premier lieu.

Nous disposons d’une grande variété de systèmes de refroidissement, tous différents, ce qui nous donne la possibilité de choisir le système de refroidissement qui correspond le mieux à nos besoins, à ce que nous recherchons.

Pour savoir lequel est le meilleur dans chaque situation, nous devons les définir à différents niveaux et identifier leurs avantages et leurs inconvénients. Dans notre article, nous nous concentrerons sur les systèmes de refroidissement direct et indirect.

Systèmes de refroidissement direct et indirect

Les systèmes de réfrigération peuvent être classés comme suit :

Systèmes directs : Le gaz réfrigérant comprimé et condensé quitte les salles des machines et est distribué aux unités d’utilisation distantes (évaporateurs) (figure 1a).

Systèmes indirects : Le gaz réfrigérant est confiné dans la zone de production de froid, où la puissance frigorifique est transférée à un fluide intermédiaire, via un échangeur. Le fluide intermédiaire, entraîné par un système de pompage, est transporté vers les utilisateurs finaux tels que les refroidisseurs d’air, les échangeurs, les serpentins des réservoirs, etc.

Systèmes indirects

Forces et avantages

• Limite les risques associés aux fuites de réfrigérant, en réduisant les risques pour les personnes et l’environnement, et en minimisant les pertes de production.
• Réduction de la charge de réfrigérant par rapport aux systèmes directs similaires.
• Il offre la possibilité d’utiliser des réfrigérants naturels tels que le R-717 et des hydrocarbures et HFC à faible PRP qui, en raison de leur toxicité et/ou de leur inflammabilité, sont déconseillés pour les installations de réfrigération directe, en raison de la teneur élevée en gaz et de l’étendue du réseau de distribution qui atteint les zones où se trouvent le personnel et les produits.
• Possibilité de créer des systèmes compacts avec la possibilité de tester en usine le fonctionnement et les performances, ce qui permet d’obtenir des produits “Plug & Play” qui ne nécessitent pas de connexions frigorifiques sur site ni de longs délais d’assemblage et de mise en service. Ce type de système permet non seulement de garantir les performances contractuelles, mais aussi de sécuriser et de raccourcir les délais de livraison.
• Pour réduire les coûts de pompage, en particulier à basse température, il est possible d’utiliser des fluides à base d’alcool, de l’eau ammoniaquée ou des fluides à changement de phase. Par exemple, le CO2 ou le “coulis de glace” comme liquide de refroidissement ou avec des systèmes périphériques de cascade de CO2.
• Il réduit la nécessité pour le personnel hautement spécialisé dans l’assemblage, la mise en service et la maintenance de se rendre sur les installations pendant de longues périodes.
• Il réduit la taille de la salle des machines ou l’élimine tout simplement.
• Possibilité d’accumulation de l’énergie de refroidissement. L’industrie laitière et l’industrie brassicole en sont de bons exemples, car les réservoirs de stockage à froid y sont couramment utilisés.

Faiblesses et inconvénients

• Les coûts d’investissement initiaux peuvent être plus élevés en raison des pompes et des échangeurs de chaleur. En revanche, le coût du système de distribution et des refroidisseurs d’air est moins élevé, en particulier dans le cas des systèmes fonctionnant au R-717.
• Ces effets peuvent être atténués par l’utilisation de systèmes à débit variable du fluide intermédiaire et par l’utilisation de gaz moins coûteux avec un meilleur C.O.P., qui sont plus difficiles à utiliser dans les systèmes directs.

Menaces – ATTENTION – Le diable se cache dans les détails !

• Le circuit secondaire N’EST PAS un simple travail de plomberie.
• Si un réservoir tampon est utilisé, il faut veiller, lors de la conception du circuit, à ne pas mélanger le retour et l’évacuation du fluide tampon, en particulier lorsque le débit est variable.
• vec plusieurs refroidisseurs fonctionnant en parallèle, il faut s’occuper de la régulation du système à charge partielle (ASHRAE Handbook – HVAC System and Equipment 11 – Carlo Pizzetti Refrigeration and Air Conditioning. Ch. 10.13)
• Le MEG, le MPG et les fluides secondaires similaires peuvent être extrêmement corrosifs en cas d’oxydation de leurs composants inhibiteurs et de contrôle du pH. Par conséquent, le contact du fluide secondaire avec l’atmosphère doit être évité autant que possible pendant les opérations d’installation et de maintenance. Il est important d’analyser la qualité du fluide lors du remplissage et de sélectionner correctement le système d’expansion.
• Sélection minutieuse des matériaux pour le circuit secondaire et leur conception, en fonction de la température de fonctionnement, des dilatations, des supports et choix précis du meilleur rapport coût/qualité, par exemple tuyau soudé en acier inoxydable UNE – EN10217-7 de faible épaisseur – 76,1 x 2, 84 x 2, 104 x 2, 129 x 2. Dans les tuyaux en plastique, vérifier la compatibilité avec les basses températures et adapter le système d’assemblage aux indices de dilatation élevés.
• Calculer correctement l’inertie thermique requise, c’est-à-dire le volume de fluide secondaire nécessaire, en fonction de la puissance frigorifique, afin de garantir le bon fonctionnement du système de contrôle du refroidisseur.

Possibilités de refroidissement indirect

• Le cadre réglementaire actuel, dans lequel la plupart des réfrigérants HFC tendent à disparaître ou à atteindre des prix de revient très élevés, ouvre une grande opportunité de marché pour l’utilisation de systèmes de réfrigération indirects, dans lesquels la charge de réfrigérant est beaucoup plus faible et contrôlée.
• De même, si l’on se concentre sur la réglementation espagnole (RSIF’2019), les installations constituées de systèmes indirects dont le circuit primaire est constitué d’équipements compacts, quel que soit le fluide frigorigène utilisé, peuvent être installées par des installateurs de niveau 1, ce qui ouvre une large porte à la commercialisation de ce type de systèmes puisqu’ils ne nécessitent pas d’installateurs aussi spécialisés.

Limites des systèmes indirects

• Pour les applications à basse température, des systèmes plus complexes et plus coûteux sont nécessaires.

Pour choisir un système plutôt qu’un autre, il convient non seulement d’évaluer le coût du cycle de vie de l’installation, mais aussi les risques pour les personnes, l’environnement et l’activité du client, tels que les pertes de production ou le non-respect des contrats dans la livraison des produits. Évaluer avec le client l’impact du système de réfrigération sur son coût de production par unité de produit. Enfin, évaluez l’éventuelle réduction du coût des primes d’assurance.