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Le CO2 peut aussi être vertueux
La production de froid positif est assurée par un évaporateur alimenté en CO2. - © PHOTOS : CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN

Le CO2 peut aussi être vertueux

Bernard Reinteau |  le 21/12/2018  |  CO2Fluide frigorigènePerformance énergétique

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Réfrigération -

Afin de soigner leur bilan environnemental, des ateliers alimentaires utilisent une installation frigorifique au dioxyde de carbone.

 

 

Quelle alternative aux fluides frigorigènes chimiques dans les installations de réfrigération ? Avec pour ambition de limiter les émissions de gaz à effet de serre, certains regardent du côté du dioxyde de carbone (CO2). Et pour cause : utilisé en thermodynamique, ce fluide présente un bilan environnemental neutre. La société Traditions charcutières bio, à Boulazac (Dordogne), l'a bien compris, et a retenu une solution mixte pour ses nouveaux ateliers de boucherie et de charcuterie. Ainsi, pour 11 des 13 laboratoires, les évaporateurs sont désormais alimentés par du CO2. Ils fonctionnent en froid positif (de 0 à 2 °C pour les uns, de 8 à 10 °C pour les autres).

Dans les deux autres, les fluides frigorigènes traditionnels sont encore de mise. Dans une première chambre en froid négatif, le R-452A est utilisé. Quant à l'atelier « boyaux », il fait appel à un petit groupe de froid fonctionnant au R-134A car l'utilisation de produits très corrosifs comme le sel ou la saumure a été jugée incompatible avec les exigences d'un circuit au dioxyde de carbone.

Très hautes pressions. Une centrale au CO2 transcritique de 78,3 kW a été implantée à proximité du bâtiment. Une installation plus courante dans les grandes puissances, où les ingénieurs maîtrisent mieux la conception comme la maintenance. Ici, le système est conçu par la société Tewis, entité espagnole du japonais Daikin. Cette unité produit du froid diffusé par 13 évaporateurs, d'une puissance unitaire de 1,8 kW à 10,5 kW.

Pour l'entreprise Froid Cuisine 24, l'installation des équipements de Boulazac, de mars à juin 2018, a constitué une première. L'occasion de se familiariser avec les précautions rigoureuses qu'impose cette technologie. « Nous avons réalisé la préconisation technique et fait valider les caractéristiques du réseau par le bureau d'études de notre distributeur frigoriste, GFF », explique Sébastien Toulouse, responsable technique de l'entreprise Froid Cuisine 24. La puissance nécessaire a été déterminée en concertation avec les techniciens de Tewis/Daikin.

« La technologie induite par le CO2 en réfrigération peut s'avérer dangereuse dans certains cas et impose des règles d'installation draconiennes », retient Charles Deur, responsable du département réfrigération chez Daikin, qui a suivi ce chantier. Outre les caractéristiques du fluide (lire encadré ci-dessous) , la très haute pression du système justifie également une attention particulière. « Ce sont 120 bars en entrée du refroidisseur de gaz, 90 bars dans la bouteille de liquide, 40 bars à l'aspiration des compresseurs… », résume Sébastien Toulouse.


Les hautes pressions du CO2 imposent des règles d'installation draconiennes.

Surcoût d'environ 40 %. Cette technologie nécessite donc de choisir des tubes de cuivre à parois épaisses et des matériaux spécifiques. Avant la mise en service de l'équipement de Boulazac, les canalisations ont subi une mise à l'épreuve avec un chargement à l'azote à 55 bars durant deux semaines. En raison de l'occupation permanente des laboratoires par les préparateurs, une surveillance par sondes de CO2 a aussi été mise en place afin d'éviter tout risque d'intoxication en cas de fuite. La régulation est contrôlée en permanence pour éviter défauts de mesures et dérives de température. Autant de précautions qui expliquent un coût global élevé. « Ici, l'installation est environ 40 % plus chère qu'une version à fluide frigorigène classique », reconnaît le responsable.

En service depuis moins de six mois, cet ouvrage a fait l'objet d'un véritable investissement de la part de France Cuisine 24. « Le marché d'installation portait sur l'équipement, la mise en service et la maintenance, avec deux visites annuelles, détaille Sébastien

Toulouse. Mais la proximité du site nous a permis de nous y rendre une fois par semaine les premiers temps. » Un suivi et une expérience qui serviront à France Cuisine 24 pour de futures implantations utilisant ce fluide si particulier.

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Le bâtiment neuf possède une unité de production de froid au CO2 de 78,3 kW. - © PHOTOS : CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN
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La distribution du fluide s’effectue à très haute pression et impose l’utilisation de canalisations en cuivre de forte épaisseur. - © PHOTOS : CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN
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Une salle en froid négatif a été équipée d’un groupe de froid fonctionnant avec un hydrofluorocarbure (HFC), le R-452A. - © PHOTOS : CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN
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Les équipements d’une puissance inférieure à 100 kW avec du CO2 comme fluide frigorigène se développent en agro-alimentaire. - © CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN

Portrait d'un fluide frigorigène d'avenir

Alternative aux fluides frigorigènes chimiques, le CO2 transcritique est adapté à la réfrigération. Il est connu pour ses performances entre un « point critique » à 31,06 °C sous une pression de 73,83 bars, et un « point triple » à - 56,56 °C à 5,18 bars. Au-delà, le fluide adopte un état ni gazeux, ni liquide que la régulation des installations doit éviter.

Le recours à un refroidisseur, dit « gas cooler », ici placé en toiture, est donc nécessaire afin que le CO2 n'atteigne pas 30 °C. Mais le point critique étant lié à la température extérieure, ce refroidissement est toujours complété d'une recirculation partielle du gaz dans les compresseurs, quitte à dégrader la performance des équipements.

Quant au point triple, il caractérise la température et la pression où les trois états - gazeux, solide, liquide -sont voisins. Sur l'installation de Boulazac, la température d'évaporation ne dépasse pas les - 10 °C car les usages sont limités au froid positif. Le fluide est donc adapté sans risque à la réfrigération industrielle ou commerciale, mais aussi à la congélation pour laquelle une température d'évaporation de - 45 °C est requise.

Une grande maîtrise de la phase de refroidissement du CO2 sur le circuit thermodynamique est donc nécessaire. Par ailleurs, les hautes températures - jusqu'à 80 °C au retour en centrale - peuvent être exploitées avec un désurchauffeur pour produire de l'eau chaude.

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Indispensable sur le circuit frigorifique, le « gas cooler » permet de maîtriser la stabilité de la température du CO2. - © CHRISTOPHE DEMONFAUCON / DAIKIN

Maître d'ouvrage : Biocoop.

Entreprise : Froid Cuisine 24. Matériel : Daikin/Tewis, GFF.

Calendrier du chantier : de mars à juin 2018.

Budget : NC.

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