{"id":22947,"date":"2020-01-10T14:00:45","date_gmt":"2020-01-10T12:00:45","guid":{"rendered":"https:\/\/www.intarcon.com\/?p=22947"},"modified":"2023-09-06T16:51:35","modified_gmt":"2023-09-06T14:51:35","slug":"refrigeration-au-co2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.intarcon.com\/fr\/refrigeration-au-co2\/","title":{"rendered":"R\u00e9frig\u00e9ration au CO2"},"content":{"rendered":"

En raison des pr\u00e9occupations croissantes concernant les effets nocifs que les r\u00e9frig\u00e9rants fluor\u00e9s peuvent avoir sur l’environnement, on assiste \u00e0 une renaissance des r\u00e9frig\u00e9rants naturels, notamment dans le domaine de la r\u00e9frig\u00e9ration au CO2 et au NH3 utilis\u00e9e \u00e0 des fins industrielles \u00e0 basse temp\u00e9rature.<\/p>\n

Commun\u00e9ment appel\u00e9 R-744<\/strong> lorsqu\u2019il est employ\u00e9 comme fluide frigorig\u00e8ne, le dioxyde de carbone (CO2) est devenu l\u2019un des r\u00e9frig\u00e9rants naturels les plus populaires ces derni\u00e8res ann\u00e9es, m\u00eame s\u2019il convient de souligner que le recours \u00e0 cette technologie est loin d\u2019\u00eatre r\u00e9cent puisque ce compos\u00e9 \u00e9tait d\u00e9j\u00e0 couramment utilis\u00e9 il y a plus d\u2019un si\u00e8cle.<\/p>\n

Cette popularit\u00e9 qui touche actuellement le CO2 en tant que r\u00e9frig\u00e9rant s\u2019explique par son tr\u00e8s faible impact<\/strong> sur l\u2019environnement<\/strong> en comparaison avec les HFC (hydrofluorocarbures), ces derniers \u00e9tant particuli\u00e8rement menac\u00e9s par la r\u00e9glementation en vigueur (F-Gaz). Le CO2 n\u2019inflige aucun d\u00e9g\u00e2t \u00e0 la couche d\u2019ozone (potentiel de d\u00e9pl\u00e9tion ozonique PDO = 0) et ses effets<\/strong> sur le r\u00e9chauffement climatique<\/strong> sont faibles<\/strong> (potentiel de r\u00e9chauffement plan\u00e9taire PRP = 1), cette derni\u00e8re valeur \u00e9tant prise comme r\u00e9f\u00e9rence pour d\u00e9terminer le PRP des autres gaz.<\/p>\n

Par ailleurs, la haute efficacit\u00e9<\/strong> de ce compos\u00e9 lui permet \u00e9galement d\u2019avoir une contribution indirecte plus faible au r\u00e9chauffement global<\/strong> de la plan\u00e8te.<\/p>\n

La r\u00e9frig\u00e9ration au CO2, une bonne solution de remplacement<\/h2>\n

Le CO2 est un fluide inodore, incolore et plus lourd que l\u2019air. Bien qu\u2019il soit n\u00e9cessaire \u00e0 la vie sur terre, il s\u2019agit \u00e9galement d\u2019un gaz \u00e0 effet de serre (GES) qui peut modifier l\u2019environnement si sa concentration dans l\u2019atmosph\u00e8re augmente de fa\u00e7on consid\u00e9rable. Ce gaz est class\u00e9 comme r\u00e9frig\u00e9rant \u00e0 \u00ab\u00a0haute s\u00e9curit\u00e9<\/strong>\u00a0\u00bb, \u00e0 savoir un fluide \u00ab\u00a0non inflammable<\/strong>\u00a0\u00bb et \u00e0 \u00ab\u00a0faible toxicit\u00e9<\/strong>\u00a0\u00bb.<\/p>\n

Le CO2 a \u00e9t\u00e9 utilis\u00e9 en tant que r\u00e9frig\u00e9rant primaire avant l\u2019apparition des fr\u00e9ons, mais il est rapidement tomb\u00e9 en d\u00e9su\u00e9tude en raison de sa forte complexit\u00e9 technologique. Il pr\u00e9sente des propri\u00e9t\u00e9s thermophysiques excellentes<\/strong>, bien qu\u2019il pose certaines difficult\u00e9s en raison de sa faible valeur de temp\u00e9rature critique (30,978\u00a0\u00baC) et de ses pressions d\u2019exploitation \u00e9lev\u00e9es. Il poss\u00e8de une capacit\u00e9 volum\u00e9trique tr\u00e8s sup\u00e9rieure \u00e0 celle des r\u00e9frig\u00e9rants classiques.<\/p>\n

Avantages<\/h4>\n

Ce compos\u00e9 se caract\u00e9rise par une haute conductivit\u00e9 thermique et une densit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e en phase gazeuse, ce qui donne lieu \u00e0 un bon transfert de chaleur dans les \u00e9vaporateurs, les condensateurs et les refroidisseurs de gaz. Ces atouts permettent donc de dimensionner des \u00e9quipements de plus petites tailles en comparaison avec les unit\u00e9s qui font appel \u00e0 des CFC, des HCFC et des HFC. Par ailleurs, la faible perte de pression de ce gaz permet de r\u00e9duire le diam\u00e8tre des tuyauteries et flexibles.<\/p>\n

Le CO2 constitue une bonne solution de remplacement pour le froid aussi bien commercial qu\u2019industriel, mais certaines mesures de s\u00e9curit\u00e9 doivent toutefois \u00eatre consid\u00e9r\u00e9es. Il faut garder \u00e0 l\u2019esprit que le CO2 est imperceptible \u00e0 l\u2019odorat et, \u00e9tant plus dense que l\u2019air, il peut donc d\u00e9placer l\u2019oxyg\u00e8ne jusqu\u2019\u00e0 des limites nocives pour la sant\u00e9. Ne d\u00e9gageant aucune odeur, le technicien se retrouve dans l\u2019incapacit\u00e9 de d\u00e9tecter sa pr\u00e9sence en cas de fuite. De telles caract\u00e9ristiques nous obligent \u00e0 pr\u00eater une attention toute particuli\u00e8re \u00e0 la d\u00e9tection des fuites, \u00e0 disposer d\u2019un syst\u00e8me d\u2019alarme capable de d\u00e9tecter la pr\u00e9sence de CO2 et de lancer une alerte en temps voulu, et \u00e0 poss\u00e9der un syst\u00e8me de ventilation d\u2019urgence.<\/p>\n

Par ailleurs, la pression d\u2019\u00e9chappement \u00e9lev\u00e9e du gaz provoque des \u00e9claboussures de r\u00e9frig\u00e9rant et de r\u00e9sidus \u00e0 l\u2019\u00e9tat solide qui sont projet\u00e9s \u00e0 tr\u00e8s faible temp\u00e9rature \u00e0 la vitesse du son. Il est important de savoir qu\u2019il ne faut jamais charger le CO2 \u00e0 l\u2019\u00e9tat liquide lorsque le syst\u00e8me se trouve \u00e0 une pression inf\u00e9rieure \u00e0 celle du point triple (5,2\u00a0bar), auquel cas le liquide qui p\u00e9n\u00e8tre dans l\u2019unit\u00e9 change subitement d\u2019\u00e9tat en prenant la forme de neige carbonique et en demeurant sous cet \u00e9tat \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur du syst\u00e8me.<\/p>\n

Limitations<\/h4>\n

Contrairement \u00e0 d\u2019autres r\u00e9frig\u00e9rants naturels, le CO<\/strong>2<\/strong> ne peut s\u2019adapter \u00e0 aucun \u00e9quipement, qu\u2019il soit ancien ou actuel<\/strong>. Les installations doivent en effet \u00eatre sp\u00e9cifiquement con\u00e7ues pour les caract\u00e9ristiques de ce gaz et pour les hautes pressions qu\u2019elles vont \u00eatre amen\u00e9es \u00e0 supporter. Pour finir, et en comparaison avec les hydrocarbures, le CO2 pr\u00e9sente l\u2019avantage de pouvoir \u00eatre utilis\u00e9 dans des installations sans aucune limite de charge.<\/p>\n

\"L\u2019avenir<\/a><\/p>\n

Quelle est l\u2019histoire du CO2 en tant que r\u00e9frig\u00e9rant\u00a0?<\/h2>\n

Pr\u00e9sent dans l\u2019atmosph\u00e8re \u00e0 une concentration de 0,04\u00a0% en termes de volume, le CO2 est connu depuis le d\u00e9but de l\u2019humanit\u00e9.<\/p>\n

Son utilisation comme r\u00e9frig\u00e9rant remonte au xixe<\/sup>\u00a0si\u00e8cle, employ\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9poque pour le refroidissement m\u00e9canique. En 1881, Carl Linde construit la premi\u00e8re machine ayant recours au CO2. Des compresseurs fonctionnant au CO2 ainsi que des syst\u00e8mes bi-\u00e9tag\u00e9s sont par la suite mis au point. Son utilisation ne cesse de se r\u00e9pandre.<\/p>\n

Apr\u00e8s la Premi\u00e8re Guerre mondiale, le d\u00e9veloppement de gaz synth\u00e9tiques laisse place \u00e0 l\u2019utilisation d\u2019\u00e9l\u00e9ments moins robustes mais plus efficaces. C\u2019est le d\u00e9but du d\u00e9clin de l\u2019emploi du CO2 comme r\u00e9frig\u00e9rant, les gaz CFC commen\u00e7ant \u00e0 prendre le dessus. Les r\u00e9frig\u00e9rants HFC ont domin\u00e9 le march\u00e9 pendant 50 ans, jusqu’\u00e0 la d\u00e9couverte d’un trou dans la couche d’ozone en 1974. Cette \u00e9poque marque alors l\u2019av\u00e8nement des r\u00e9frig\u00e9rants HFC, qui sont utilis\u00e9s jusqu\u2019\u00e0 nos jours mais qui, contribuant au r\u00e9chauffement plan\u00e9taire, voient leur usage se limiter.<\/p>\n

\"histoire<\/p>\n

Pour quelle raison l\u2019utilisation du CO2 dans des syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration est-elle envisag\u00e9e\u00a0?<\/h2>\n

\u00c0 l\u2019issue de la signature du protocole de Kyoto<\/strong>, partageant le m\u00eame objectif que la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques, il est fix\u00e9 pour objectif de r\u00e9duire les \u00e9missions<\/strong> de six gaz \u00e0 effet de serre (CO2\u00a0, CH4, N2O, HFC, PFC et SF6).<\/p>\n

\"\"\"leyenda<\/p>\n

Parmi les mesures adopt\u00e9es et les r\u00e9glementations ratifi\u00e9es pour parvenir \u00e0 ces objectifs, il convient de citer la r\u00e9glementation F-Gaz, mise en \u0153uvre en 2006, qui est suivie de mises \u00e0 jour successives plus rigoureuses. Son objectif est de r\u00e9duire les \u00e9missions des gaz HFC d\u2019un tiers \u00e0 l\u2019horizon 2030.<\/p>\n

Pour poursuivre ces objectifs, des restrictions d\u2019emploi et des interdictions sont impos\u00e9es \u00e0 l\u2019\u00e9chelle europ\u00e9enne. Dans le m\u00eame temps, l’utilisation des fluides frigorig\u00e8nes est soumise \u00e0 des taxes d’\u00c9tat afin d’encourager l’utilisation de fluides frigorig\u00e8nes naturels.<\/p>\n

\"limite<\/p>\n

En se focalisant sur les fluides frigorig\u00e8nes qui affichent des PRP\u00a0<\u00a0150, la plupart d\u2019entre eux sont inflammables (HFO), toxiques (NH3) ou contraints de travailler \u00e0 des pressions \u00e9lev\u00e9es (CO2).<\/p>\n

<\/h3>\n

Propri\u00e9t\u00e9s thermodynamiques du CO2<\/h3>\n

La principale diff\u00e9rence du CO<\/strong>2<\/strong> par rapport aux autres fluides frigorig\u00e8nes r\u00e9side dans la pression \u00e0 laquelle il doit travailler. Toutefois, ce facteur en fait un gaz \u00e0 haute densit\u00e9<\/strong> lui permettant d\u2019accro\u00eetre son effet r\u00e9frig\u00e9rant<\/strong> avec une faible masse en circulation.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

L\u2019enthalpie d\u2019\u00e9vaporation<\/strong> par m\u00e8tre cube d\u00e9plac\u00e9 (kJ\/m3<\/sup>) est bien plus \u00e9lev\u00e9e que celle des autres gaz, ce qui conduit \u00e0 l\u2019utilisation de compresseurs de moindres cylindr\u00e9es et \u00e0 des tuyauteries de plus faibles diam\u00e8tres.<\/p>\n

\"enthalpie<\/b><\/h4>\n

Diagramme pression-enthalpie (log P-h) (diagramme de Mollier)<\/h4>\n

Lorsque le CO2 est utilis\u00e9 comme r\u00e9frig\u00e9rant<\/strong>, un diagramme P-h \u00e9tendu doit \u00eatre utilis\u00e9. En plus des zones habituelles de vapeur, de vapeur-liquide et de liquide que l’on peut voir dans le diagramme de Mollier de tout r\u00e9frig\u00e9rant conventionnel, il repr\u00e9sente la zone au-dessus du point critique (phase supercritique) ainsi que les zones en dessous du point triple.<\/p>\n

Le graphique ci-dessous permet d\u2019identifier l\u2019\u00e9tat physique du CO2 en fonction de la pression (P) et de l\u2019enthalpie (h). En modifiant ces deux variables, il est possible d\u2019obtenir quatre phases bien distinctes (solide, liquide, vapeur et fluide supercritique<\/strong>) ainsi que 3\u00a0autres zones interm\u00e9diaires de m\u00e9lange diphasique (solide-liquide, solide-vapeur et liquide-vapeur<\/strong>).<\/p>\n

\"mollier\"<\/p>\n

En comparaison avec d\u2019autres r\u00e9frig\u00e9rants, il est \u00e0 noter que des pressions de saturation \u00e9lev\u00e9es sont obtenues, y compris avec des temp\u00e9ratures tr\u00e8s faibles. Une attention toute particuli\u00e8re doit \u00eatre accord\u00e9e aux points du diagramme de phases suivants :<\/p>\n