Données réelles : Gains d’efficacité dans les usines de CO2 avec le sous-refroidisseur Alchemist

Avec cet article, MITA Cooling Technologies souhaite partager les données d’exploitation réelles d’une usine de CO2 à cycle transcritique dans laquelle Alchemist a été inclus.

Alchemist est le sous-refroidisseur adiabatique de CO2 (brevet MITA 17194148.7) conçu et commercialisé par MITA, un produit qui s’intègre facilement en aval du refroidisseur de gaz dans tout système de CO2 transcritique, généralement dans la réfrigération commerciale.

L’étude de cas écrite vise à présenter les avantages significatifs apportés par le sous-refroidisseur breveté Alchemist en termes de :

• réduction de la consommation d’énergie,
• réduction de la pression des circuits.

Caractéristiques de l'usine

Lieu d’installation (point de vente) : province de Vicenza.

Puissance maximale de la ligne TN du point de vente : 164 kW.

Installation frigorifique centrale composée de :

• no. 4 compresseurs Dorin, modèle CD 300 H, dont l’un est équipé d’un inverseur,
• n°1 compresseur Dorin, modèle CD 300 H, équipé d’un variateur et utilisé en compression parallèle 1 compresseur Dorin, modèle CD 300 H, équipé d’un inverseur et utilisé en compression parallèle,
• n° 1 compresseur Dorin, modèle CD 300 H, équipé d’un onduleur et utilisé en compression parallèle 1 sous-refroidisseur Alchemist modèle 4000 SR.

Données collectées

Profitant de la saison la plus chaude de l’année, les données de fonctionnement des points de vente ont été enregistrées au cours de l’été 2022, soit six jours de test avec des instruments de détection automatique, de 1 heure du matin le lundi à minuit le samedi.

Alchemist a été automatiquement allumé et éteint pour observer les différences entre les données mesurées suivantes :

• température de sortie du réfrigérant,
• la pression de fonctionnement,
• température d’évaporation,
• la consommation électrique totale de l’installation de réfrigération (y compris les ventilateurs du refroidisseur à gaz et de l’Alchemist),
• la consommation d’eau de l’Alchemist.

Ces données ont été dérivées :

• l’énergie fournie par le système,
• l’évolution du COP de l’ensemble de la centrale électrique, y compris la consommation du refroidisseur de gaz et des ventilateurs Alchemist.

La semaine analysée a été très chaude, avec des pics de température maximale de 35°C ou plus :

Le fonctionnement d’Alchemist présente le grand avantage d’abaisser la température de sortie du réfrigérant.

Le diagramme ci-dessous montre clairement la forte différence de température entre Alchemist en marche et à l’arrêt.

Les flèches indiquent les moments où Alchemist est activé et désactivé.

À ce stade, l’humidification a été délibérément maintenue en permanence, précisément pour mieux mettre en évidence les effets positifs.

Nous avons ensuite identifié la moyenne des températures de sortie du réfrigérant au cours des six jours de test, puis nous avons déterminé que le fonctionnement d’Alchemist entraînait une baisse de 8°C de la température de sortie du réfrigérant.

Ce scénario permet donc d’augmenter l’effet « payoff », la consommation des compresseurs étant réduite du fait de la diminution des pressions de travail :

La pression est réglée selon la courbe bleue représentée dans le diagramme ci-dessous : à chaque température de sortie correspond une pression optimale. Plus la température est basse, plus la pression est basse.

On constate que la pression de travail est toujours nettement inférieure lorsque l’Alchemist fonctionne.

Cette condition permet au système de fonctionner en cycle transcritique presque tout le temps (au-dessus de 73,5 bars), à l’exception d’une période extrêmement courte (fin de journée le vendredi), juste avant que l’Alchemist ne soit éteint.

Le « gain » moyen au cours de la semaine est d’environ 6,4 bars, ce qui se traduit par une augmentation de l’efficacité du système.

L’aspect le plus important sur lequel il faut s’attarder est la consommation électrique globale, y compris les ventilateurs du refroidisseur à gaz et Alchemist.

Le graphique ci-dessous met en évidence la forte augmentation de la consommation, imputable au travail des compresseurs, lorsque Alchemist est éteint.

En trois jours, les économies ont été de plus de 1 100 kWh, soit environ 27 %, pour une consommation d’eau de 3,8 m3.

Il convient de souligner que le chiffre d’économie le plus correct, dans des conditions normales, pourrait être d’environ 22 %, avec une consommation d’eau d’environ 3,2 m3, pour les raisons suivantes :

• les journées de mercredi et jeudi, au cours desquelles Alchemist a été désactivé, ont été particulièrement chaudes par rapport à celles de lundi et mardi,
• en règle générale, il peut être utile de désactiver Alchemist lorsque l’humidité relative est supérieure à 75 %.

Données déduites

A partir de la température de sortie du réfrigérant et de la pression de travail, en connaissant également la pression d’évaporation du réfrigérant (un autre point de données mesuré), grâce aux formules polynomiales fournies par Dorin, il est également possible de dériver l’énergie totale fournie et l’évolution du COP du système :

Avec Alchemist en marche, le COP est toujours supérieur à 2,2, tandis qu’avec Alchemist éteint, le COP chute à des valeurs bien inférieures à 2 pendant la journée, aux heures les plus chaudes :

Alchimiste allumé : COP moyen 2,54 (valeur très élevée, compte tenu de la température moyenne de 30,6°C).

Alchimiste éteint : COP moyen 1,90 (température moyenne supérieure de seulement deux dixièmes de degré).

Conclusions

Le test réalisé au cours de l’été 2022, particulièrement chaud, montre qu’Alchemist permet des réductions significatives de la consommation d’électricité, avec une consommation d’eau extrêmement faible.

Alchemist réduit également la consommation lors du fonctionnement en cycle sous-critique, c’est pourquoi son utilisation est recommandée dans tous les systèmes de CO2, où qu’ils soient installés.