Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article traite de la technologie des machines à absorption liquide ammoniac-eau dont les principales applications sont d’une part le froid industriel, à partir de vapeur surchauffée, d’eau chaude ou de gaz d’échappement, et d’autre part les pompes à chaleur domestiques utilisant le gaz naturel (ou du GPL) comme source d’énergie. Plusieurs modèles développés par les principaux constructeurs sont présentés et leurs performances énergétiques et environnementales sont analysées et comparées avec celles des technologies plus conventionnelles. Les systèmes à absorption-diffusion (réfrigérateur au gaz) et à absorption-compression (PAC Haute température) sont également présentés. La réglementation afférente à ces systèmes et leur marché sont finalement abordés.
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This paper deals with ammonia-water liquid absorption technology. Main applications concern industrial refrigeration driven by superheated steam, hot water or exhaust gases and domestic heat pumps using natural gas (or LPG) as energy source. Existing units developed by the main manufacturers are presented. Their energy and environmental performances are analyzed and compare with those of more conventional technologies. The absorption-diffusion (gas refrigerator) and absorption-compression (high temperature heat pump) systems are also presented. Finally, the regulations and the market related to these systems are discussed.
Auteur(s)
-
Francis MEUNIER : Professeur émérite au conservatoire national des arts et métiers - Directeur honoraire de l’IFFI (Institut français du froid industriel), Paris, France
-
Pierre Neveu : Professeur des universités Université de Perpignan Via Domitia, France
INTRODUCTION
Les propriétés du mélange binaire ammoniac-eau NH3-H2O, présentées dans l’article [BE 9 736], permettent de concevoir des machines à absorption liquide qui sont décrites dans cet article. Ces machines à absorption se différencient des machines à absorption liquide H2O-LiBr sur plusieurs points (notamment le niveau de pression et le fait que la vapeur est un mélange) qui ont des conséquences importantes pour la conception des unités et la technologie utilisée.
Pour les applications industrielles avec production de froid à des températures négatives, le cycle à un étage est majoritairement utilisé conduisant à des valeurs de coefficient de performance COP dépendant de la température du froid produit mais inférieures à 0,5 pour des valeurs négatives. Ce cycle à un étage est également utilisé pour des unités de production d’eau glacée pour la climatisation à partir de l’énergie solaire. Ces unités présentent des COP allant de 0,47 pour du froid négatif à 0,7 pour des plafonds rafraîchissants.
Des cycles à 2 ou 3 étages sont mis en œuvre pour le froid industriel à plus basse température (allant jusqu’à – 50 °C voire – 60 °C) mais ils requièrent des températures de source chaude plus élevées pouvant atteindre 175 °C.
Le cycle GAX (Generator, Absorber, heat eXchanger) est utilisé pour les refroidisseurs de liquide pour la climatisation et pour les pompes à chaleur PAC au gaz naturel. Un COP de 0,7 est obtenu pour du froid positif à 7 °C et un COPchaud de 1,5 est obtenu pour une PAC air/eau (7/35 °C).
L’ammoniac étant un fluide toxique et légèrement inflammable, les unités contenant plus de 2,5 kg d’ammoniac sont soumises à des règles pour leur implantation dans des établissements recevant du public. Les pompes à chaleur PAC aérothermiques de puissance inférieure à 70 kW (contenant moins de 11 kg d’ammoniac) doivent être localisées à l’air libre alors que les PAC géothermiques peuvent être situées à l’intérieur dans un espace à accès autorisé uniquement. Les unités de froid industriel de plus forte puissance doivent respecter la norme NF EN 378 et être donc situées également dans des locaux à accès autorisé uniquement.
Les unités NH3-H2O de pompe à chaleur et de refroidisseur de liquide au gaz naturel (ou au GPL) sont fabriquées en moyenne série pour un marché limité comparé au marché des machines H2O-LiBr. Les unités de froid industriel, quant à elles, sont fabriquées à la demande suivant un cahier des charges spécifique.
De plus, des unités NH3-H2O de climatisation solaire ainsi que des unités utilisant un cycle à diffusion à faible COP mais ne comportant aucun composant mécanique et totalement silencieuses pour des applications en caravane, chambre d’hôtel, etc. sont proposées.
Avec la rénovation énergétique, ces systèmes NH3-H2O aspirent à se développer dans plusieurs directions :
-
les pompes à chaleur réversibles fonctionnant au gaz incorporant du biogaz ;
-
les unités de froid industriel valorisant la chaleur fatale à des températures supérieures à 130 °C (hauts fourneaux, éco-parcs industriels, cycles combinés, etc.).
Comme il est d’usage dans la profession, les titres et les pourcentages, indiqués dans cet article, sont sauf précision contraire massiques et relatifs à l’ammoniac.
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KEYWORDS
natural gas | chiller | heat pump | industrial refrigeration
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Conclusion
En anglais
5. Marché et réglementation
5.1 Marché
D’après France Air, distributeur des PAC Robur, le marché des pompes à chaleur à absorption compactes (environ 40 kW) a atteint un plateau qui représente environ 150 unités par an en France. Les unités sont majoritairement installées dans le neuf sur deux segments : les bâtiments tertiaires sur lesquels le maître d’ouvrage souhaite minimiser son coût d’exploitation (école, musée, conservatoire, mairie...) et sur les bâtiments avec des besoins d’eau chaude sanitaire ECS (logements collectifs, EHPAD...).
Le marché est en attente des arbitrages sur la RE2020 (Réglementation environnementale 2020). Si les seuils « d’émission carbone » imposés excluent les unités de production au gaz naturel (sans tenir compte de la production de gaz « vert ») alors le marché des PAC gaz sur le neuf sera très sévèrement impacté.
En rénovation, les pompes à chaleur gaz naturel restent intéressantes mais deux points freinent la pénétration de ce marché :
-
les contraintes d’implantation (liées aux équipements au gaz naturel et à l’ammoniac comme fluide frigorigène) (§ 5.2) ;
-
les nombreux autres points d’améliorations qui peuvent être mis en œuvre sur les sites avant de travailler à l’amélioration de la production (variation de débit sur les pompes hydrauliques, isolation thermique, amélioration de l’enveloppe du bâtiment, stores, etc.).
Au niveau européen, le marché pourrait se développer autour des nombreuses installations de micro-génération existantes ou en cours de développement (Allemagne, Belgique, pays scandinaves) ou pour suppléer aux faiblesses des réseaux électriques (Italie, Grèce). À moyen terme, la décarbonation du réseau gaz (biogaz ou gaz de synthèse) devrait également favoriser le développement de ces systèmes.
Au niveau industriel, les réalisations restent des installations sur mesure réalisées par des sociétés d’ingénierie, sur des sites disposant de chaleur à bas coût (pétrochimie), d’installations de cogénération, ou connectées à des réseaux électriques...
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Marché et réglementation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - COLIBRI - Experts in absorption refrigeration. - https://colibris.home.xs4all.nl/pdf_documents/english_docu/absorption_refrigeration_en.pdf (consulté le 5 août 2021)
-
(2) - BL Thermodynamics - Experience meets innovation. Ammonia absorption refrigeration. - https://bl-thermo.com/wp-content/uploads/2021/01/BL_Thermodynamics.pdf (consulté le 5 août 2021)
-
(3) - Pink Chiller PC19 - https://www.pink.co.at/inc.download.php?dlf=77 (consulté le 5 août 2021)
-
(4) - JAKOB (U.), SPIEGEL (K.), PINK (W.) - Development and experimental investigation of a novel 10 kW ammonia/water absorption chiller – CHILLII® PSC – for air-conditioning and refrigeration systems. - 9th International IEA Heat Pump Conference, Zürich, Switzerland, 20-22 mai 2008.
-
(5) - Le LOSTEC (B.), GALANIS (N.), MILLETTE (J.) - Experimental study of an ammonia-water absorption chiller. - International Journal of Refrigeration, vol. 35, issue 8 (2012) https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.05.012
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Systèmes frigorifiques et pompes à chaleur – Exigences de sécurité et d’environnement. Parties 1+A1, 2, 3+A1, 4+A1 - NF EN 378 - 2020
-
Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur pour le chauffage et le refroidissement des locaux et refroidisseurs industriels avec compresseur entraîné par moteur électrique. Parties 1 à 4 - NF EN 14511 - 2018
-
Appareils à sorption fonctionnant au gaz pour le chauffage et/ou le refroidissement de débit calorifique sur PCI inférieur ou égal à 70 kW. Parties 1 à 7 - NF EN 12309 - 2015
ANNEXES
Règlement (UE) n° 813/2013 de la commission du 2 août 2013, Journal officiel de l’Union européenne, L 239/136, 6.9.2013.
Cahier des charges relatif à l’implantation d’unités de production thermodynamique reliées aux circuits de chauffage et/ou de production d’eau chaude sanitaire et/ou de climatisation d’immeubles collectifs d’habitation ou de maisons individuelles, décision ministérielle, CDC CNPG n° 001 version 05/2015.
HAUT DE PAGE
H. Geppert, Process Of Producing Cold, US Patent 666.690, 27 nov. 1900
Von Platen et C.G. Munters, Refrigeration, US Patent 1,669,269, 8 mai 1928
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
ago AG Energie + Anlagen, Am Goldenen Feld 23, D-95326 Kulmbach Tel : +49 9221 602-0, Fax : +49 9221 602-149 [email protected]...
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