Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article explore le rôle clé des échangeurs de chaleur dans les processus industriels, analysant leur position en tant que composants essentiels et leur impact sur le principe de performance énergétique. Afin de bien comprendre l’influence du composant « échangeur », du fait de son importance au sein de nombreux procédés industriels, une revue synthétique des domaines d’application et de la finalité de cet organe est présentée. Cette dernière met l'accent sur le choix technologique et la bonne mise en œuvre du phasage d’un projet de conception d’un échangeur pour optimiser l'efficacité énergétique des procédés. Les bonnes pratiques de dimensionnement sont ensuite détaillées, tout comme les conséquences de dimensionnement inadaptés, et l'évaluation réelle des performances, le tout illustré par des exemples concrets. Enfin, l'article explore les tendances innovantes dans le cadre de l’optimisation et l’amélioration des performances des échangeurs de chaleur.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Christophe WEBER : Directeur général, Ingénieur thermicien R&D et Études - Docteur en Énergétique, Thermique, Combustion de l’université de Nantes - GRETh – Groupement pour la Recherche sur les Échangeur Thermiques - NeoTherm Consulting SAS, La Motte-Servolex, France
-
Quentin BLONDEL : Ingénieur thermicien R&D et Études - Docteur en Mécanique des fluides, procédés, énergétique de l’université Grenoble Alpes - GRETh – Groupement pour la Recherche sur les Échangeurs Thermiques, La Motte-Servolex, France
INTRODUCTION
Dans le contexte énergétique actuel, la hausse des prix de l’énergie et la raréfaction des sources d’énergie fossile poussent la société industrielle d’aujourd’hui et de demain à devenir de plus en plus performante aussi bien sur les aspects d’impact environnemental que sur sa maîtrise de l’énergie. Ce dernier point, essentiel aujourd’hui, directement lié dans le même temps aux questions économiques et financières des industriels, conduit ces derniers dans une recherche de meilleurs rendements de leurs systèmes et procédés, ainsi qu’à une diminution de leur consommation énergétique devenue indispensable.
L’objectif de performance énergétique par la maîtrise et la rationalisation de l’énergie pour une meilleure efficacité passe en particulier par l’optimisation des différents organes et composants techniques des procédés, notamment des échangeurs de chaleur qui constituent un des éléments majeurs dans les procédés et systèmes énergétiques. Sans conteste, l’échangeur de chaleur (ou échangeur thermique) occupe une place primordiale et indispensable dans tous les systèmes thermiques, qu’il soit pour un usage industriel (chimie, pétrochimie, sidérurgie, agroalimentaire (IAA), production d’énergie), pour l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, le bâtiment résidentiel ou tertiaire, etc. En effet, de manière générale, on s’accorde à dire que plus de 90 % de l’énergie thermique utilisée dans les procédés industriels transite au moins une fois par un échangeur de chaleur, c’est donc un élément omniprésent et de fait essentiel de la stratégie de performance énergétique industrielle.
L’optimisation du composant « échangeur » et de ses performances entraînera de fait une optimisation des procédés comprenant cet élément, et factuellement une amélioration des performances énergétiques du système global. Cependant, la notion de performance énergétique, intimement liée entre composants et systèmes, n’est pas toujours simple à appréhender et définir. Il s’agit là pourtant d’une caractérisation nécessaire afin d’être en mesure d’influer sur cette dernière dans un but d’optimisation, et ceci d’autant plus au regard de la pluralité d’emplois et d’applications des échangeurs de chaleur.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
bonnes pratiques de dimensionnement Phasage d'un projet composant et système choix technologique
DOI (Digital Object Identifier)
Cet article fait partie de l’offre
Ressources énergétiques et stockage
(191 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Présentation
Échangeurs et performance énergétique : les bonnes pratiques de dimensionnement3. Importance du choix technologique pour l’optimisation énergétique
Lorsqu’il s’agit de définir une installation complète, l’ingénieur(e) doit entreprendre diverses opérations relatives aux échangeurs thermiques, parmi lesquelles figurent deux principales : la sélection technologique et le dimensionnement. Cette partie vise à mettre en exergue les critères qui guident le choix d’une technologie d’échangeur ainsi que l’influence de cette décision sur les performances énergétiques. L’importance de l’aspect dimensionnement sera abordée dans la quatrième partie de cet article.
3.1 Efficacité des échangeurs et lien avec le choix technologique
Du point de vue de l’optimisation énergétique, l’utilisation des échangeurs les plus adaptés, thermiquement et énergétiquement efficaces, s’impose naturellement.
Cependant, l’augmentation de l’efficacité thermique de l’échangeur, via la minimisation du pincement, conduit paradoxalement à une augmentation importante de la surface de transfert de chaleur (et donc de la quantité de matériau de l’échangeur de chaleur et de son coût) ainsi qu’une augmentation des pertes de pression dans un certain nombre de cas (plus de surface et donc potentiellement plus de longueur et donc plus de pertes de pression donc une diminution du COPech). D’un point de vue plus concret, et en se basant sur l’exemple simple d’un échangeur de chaleur coaxial bitube, on peut observer et comprendre, grâce aux figures 13 et 14, les points suivants :
-
Plus l’échangeur de chaleur est efficace, plus le pincement est faible et donc plus la puissance thermique transférée est élevée ;
-
Plus l’échangeur de chaleur est efficace, plus la surface de transfert de chaleur est grande et donc plus l’échangeur devra être long. Par conséquent, les pertes de pression augmentent et génèrent une consommation d’énergie plus élevée (consommation d’énergie des auxiliaires) et donc plus le COPech diminue ;
-
Cependant, il est clair que plus on veut réduire le pincement, plus l’effort à fournir sur la longueur, et donc sur la surface, est important.
L’un des défis inhérents à l’utilisation rationnelle de l’énergie, et par conséquent à l’amélioration de la performance...
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Ressources énergétiques et stockage
(191 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
Importance du choix technologique pour l’optimisation énergétique
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GICQUEL (R.) - Cycles organiques de Rankine COR. - In Physique énergétique (2016). – 10.51257/a-v1-be8048
-
(2) - ADEME - Chaleur Fatale - (2017).
-
(3) - DUMINIL (M.), DOMBLIDES (J.-P.) - Théorie des machines frigorifiques – Machine à compression mécanique – Cycles multiétagés. - In Froid industriel (2013). – 10.51257/a-v1-be9732
-
(4) - BLONDEL (Q.) - Étude et optimisation énergétique des mélanges zéotropes pour les cycles thermodynamiques de Rankine - (2021).
-
(5) - MAES (P.) - Réseaux de chaleur – Biomasse, géothermie, récupération et réseaux de froid - In Techniques du bâtiment : le second œuvre et les lots techniques (2014). – 10.51257/a-v1-tba2675
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
AFNOR – Échangeurs monophasiques liquide/liquide – Procédure d’essai pour la détermination de la performance - NF E38-334 - 2023
-
AFNOR – Échangeurs thermiques – Définitions de la performance des échangeurs thermiques et procédure générale d’essai pour la détermination de la performance de tous les échangeurs thermiques - NF EN 305 - 1997
-
AFNOR – Échangeurs thermiques – Méthodes de mesurage des paramètres nécessaires à l’évaluation des performances - NF EN 306 - 1997
-
AFNOR – Échangeurs thermiques – Guide de préparation des notices d’installation, de fonctionnement et de maintenance nécessaires au maintien des performances de tous les types d’échangeurs thermiques - NF EN 307 - 1998
-
AFNOR – Échangeurs thermiques – Procédures d’essai pour la détermination de la performance des récupérateurs de chaleur air/air - NF EN 308 - 2022
-
AFNOR – Échangeurs thermiques – Échangeurs eau/eau pour chauffage urbain – Procédures d’essai pour...
ANNEXES
GUO (X.) – Échangeur thermique flexible destine à être disposé dans un fluide extérieur en mouvement, comprenant un assemblage de sondes thermiques flexibles – WO2020049233A1 (2020).
HAUT DE PAGE
L'expertise technique et scientifique de référence
Cet article fait partie de l’offre
Ressources énergétiques et stockage
(191 articles en ce moment)
Cette offre vous donne accès à :
Une base complète d’articles
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques
Des services
Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources
Un Parcours Pratique
Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses
Doc & Quiz
Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive
