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RÉSUMÉ
Les installations frigorifiques ont pour but de mettre ou de maintenir un système à une température inférieure à celle de l'environnement. Ces installations peuvent être de deux types : directe ou indirecte. La conception d'une machine frigorifique industrielle est basée à la fois sur l'objectif du système (refroidissement, congélation...), son bilan thermique, les conditions de chaleur du milieu et des considérations économiques. Dans cet article sont détaillés les refroidissements directs et indirects, en présentant les principes de base, les technologies en jeu ainsi que le dimensionnement des installations. Enfin, les étapes de montage et de mise en service sont également présentées, depuis les études préalables jusqu'à à la réception de la machine.
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Georges VRINAT : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers et de l'Institut français du froid industriel - Membre de l'Association française du froid – Expert frigoriste
INTRODUCTION
La définition complète d'une installation frigorifique découle d'une analyse logique, qui part du type d'application (climatisation, congélation, réfrigération etc.), de son bilan frigorifique et des conditions thermiques des milieux ambiants d'extraction et de rejet de la chaleur.
Il n'existe que deux types de systèmes qui permettent de distribuer de l'énergie frigorifique :
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le système direct, avec évaporation du frigorigène dans l'évaporateur refroidisseur d'un procédé de refroidissement de gaz, liquides, solides ;
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le système indirect, avec circulation forcée d'un frigoporteur ou caloporteur, entre la machine productrice et les échangeurs du procédé.
Dans certains cas, ces deux systèmes peuvent résoudre le même problème, mais avec des technologies, des consommations énergétiques et des aspects économiques différents. Dans d'autres, au contraire, ce sont des critères économiques et de faisabilité, propres au site qui vont en décider. Par exemple, les systèmes de climatisation urbaine imposent la distribution de l'eau glacée, alors que la climatisation de bureaux accepte les circuits directs du type VRV.
Sur le plan économique, un système en évaporation directe, bien conçu, est moins cher en investissement et en consommation énergétique qu'un système indirect. En effet, ce dernier nécessite un échangeur-refroidisseur de frigoporteur, impliquant un coût, un encombrement et des dépenses énergétiques supplémentaires, d'une part, à cause de l'écart de température nécessité par l'échangeur-refroidisseur, d'autre part, à cause de l'énergie apportée au frigoporteur par le pompage et des apports thermiques extérieurs sur les tuyauteries de frigoporteur.
Dans le cas de locaux recevant du personnel y exerçant une activité, ou du public y séjournant, la circulation d'un frigoporteur adapté et sécurisant supprime tout risque de pollution ou de panique en cas de fuite de frigorigène.
De plus, il est évident que la charge en frigorigène d'un système indirect est plus faible, plus facile à confiner et à surveiller que celle d'un circuit direct, géographiquement développé avec des accès difficiles.
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Montage et mise en service
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2. Refroidissement indirect
Compte tenu des dispositions légales imposées, concernant le confinement des installations, et malgré la contradiction qui existe entre les risques de fuites des circuits directs et la surconsommation des circuits indirects, la tendance générale s'oriente vers les systèmes indirects, plus sécurisants et dont on s'efforce de réduire la consommation énergétique.
Ces circuits utilisent un frigoporteur pour transférer l'énergie frigorifique des groupes de refroidissement vers les postes utilisateurs. Naturellement, dans le cas des pompes à chaleur, ils peuvent aussi transférer de l'énergie thermique avec un caloporteur vers d'autres postes.
En climatisation, le frigoporteur est en général de l'eau pure ; son utilisation est limitée à une température de sortie d'environ 3 oC dans les groupes refroidisseurs d'eau glacée. Si les groupes doivent être arrêtés l'hiver et exposés au gel, il faut y ajouter un antigel.
Dès que la température à réaliser est voisine de 0 oC à 1 oC, par exemple dans les installations de laiteries, on utilise des systèmes ouverts, consistant en des évaporateurs immergés, susceptibles d'assurer une certaine accumulation de glace ou simplement des systèmes à ruissellement (cf. [BE 9 742, § 3.2.1 et 3.2.2]).
Dès que la température est inférieure à 0 oC, par exemple pour les circuits alimentant les meubles à denrées fraîches des grandes surfaces, il faut utiliser des liquides incongelables qui sont des mélanges d'eau et de sels minéraux, ou de glycols, ou d'autres produits chimiques.
2.1 Frigoporteurs
Le tableau 4 fournit un aperçu des principales solutions aqueuses binaires qui transportent de l'énergie sensible. II existe aussi d'autres liquides,...
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