Efficacité énergétique dans l’industrie

Technologies transversales à haut rendement: chaleur et froid industriel

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24-27 novembre 2014, Tunis, Tunisie

Refroidissement – Données clés

� Environ 15% de l’électricité est utilisé pour le refroidissement dans les pays à climat tempéré (p.ex. Allemagne, USA)

� Hausse des salaires – augmentation considérable de la consommation énergétique pour le rafraichissement (pays émergents)

Prod. d’alimentsVente d’alimentsRefroid. Industr.ConditionnementAutres

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� Exemple: Mumbai (environ 18 million d’habitants), a un besoin potentiel en réfrigération/refroidissement d’environ 24% de la demande entière des USA.

� Deux grands usages: froid alimentaire et climatisation; puis textile, plastique, chimie, etc.

� Potentiels d’économies d’énergie dans les systèmes de refroidissement existants est estimé à environ 20%.

Répartition de la demande en rafraichissement en Allemagne

Refroidissement – Données clés

10..30 %

Verdampfer-, Verflüssiger-Lüfter, Pumpen, SonstigesEvaporateur, Condensateur, Pompes, Autres

� Demande électrique d‘un refroidisseur

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70..90 %

10..30 %

VerdichterCompresseur

Sources de pertes dans un système froid

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moteur

ElectricitéCompresseur

+ cycleréfrigérant

Distributionet contrôle du

froid (eau glacée, air, etc)

Utilisationdu froid

Consommation, Distribution & Production Énergétique

Consommation & Distribution de froid

� Applications typiques pour des systèmes de rafraichissement

� Eau réfrigérée/froide, réfrigérant, air froid,détente directe

� Climatisation, réfrigération, congélation,lyophilisation, liquéfaction de gaz, aérospatial

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aérospatial

� Distribution de froid

� Tuyau/ tuyauterie (départ & retour)

� Eau froide/réfrigérée, air, saumure, réfrigérant

� Pompes, ventilateur, dispositifs de contrôle, isolation

� Echangeurs thermiques/émetteurs

Consommation, Distribution & Production Énergétique

Production de froid

� Machine frigorifique à compression(électricité)

� Machine frigorifique à absorption(converti la chaleur en froid)

� Machine frigorifique à adsorption

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� Machine frigorifique à adsorption (non ordinaire, converti la chaleur en froid)

� Tour de refroidissement (électricité)

Machine frigorifique à compression

Cycle de production du froid

Source chaude

Source froide

Compresseur

Qe

Air / eau glacée/Eau glycolée / etc

Fluide FrigorigènePhase vapeur

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Qc = Qf + Qe

EER (CEF) = Qf / Qe

COP = Qc / Qe

CondenseurEvaporateur

Détendeur

Qc Qf

Air / eau

Fluide FrigorigènePhase liquide

7

Cycle de production du froid

� EER = Q froid / Q élec (Energy Efficiency Ratio): nombre sans unité

� Par ex, si le EER est de 3:

� 1 kWh consommé au compresseur permet d’extraire 3 kWh de chaleur (énergie frigorifique) du milieu à refroidir

� Ou: pour extraire 1 kWh de chaleur, on consomme 0.33 kWh d’électricité au compresseur

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� Une installation se caractérise par 2 capacités ou puissances:

� La puissance frigorifique en kWf

� La puissance électrique en kWe

8

Cycle de production du froid

� EER = R % * Tevap/(Tcond-Tevap)

� R : rendement global: moteur, compresseur, cycle réfrigérant

� T cond: température de condensation en Kelvin

� T evap : température d’évaporation en Kelvin

� Plus l’écart de température entre source froide et source chaude est élevé, plus il faut d’énergie pour extraire la chaleur du milieu froid vers le chaud. Il faut chercher:

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chercher:

� la température d’évaporation la plus haute possible

� la température de condensation la plus basse possible

� Conséquences:

� Sur la conception et le dimensionnement des échangeurs, leur localisation

� Sur la maîtrise des conditions de condensations (air, eau, fonctionnement de nuit, etc) et d’évaporation (température fluide froid)

� Sur la maintenance / nettoyage des échangeurs, encrassement, givre, etc

� Suivi par manomètres9

Production de froid

70

75

80

85

90

95

Käl

tele

istu

ng [k

W, t

h]

25°C 30°C 35°C 40°C

Eine Anhebung der Kaltwasser- Vorlauftemperatur um 4K führt zu einer Leistungssteigerung von 10,5%

Une augmentation de la température d’entrée de l’eau fraiche de 4K engendre une augmentation de la charge de 15.5%

Cap

acité

frig

orifi

que

[°kW

,th]

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40

45

50

55

60

65

70

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12Kaltwasseraustrittstemperatur [°C]

Käl

tele

istu

ng [k

W, t

h]

Température de sortie de l’eau froide [° C]

Cap

acité

frig

orifi

que

[

Potentiels d’économies d’énergie

Operating and maintenance measures

System optimisatione.g. split of cooling circuit according to

temperature need

up to 10%

up to 8%Operating and maintenance measures

System optimisatione.g. split of cooling circuit according to

temperature need

up to 10%

up to 8%

� Systèmes de refroidissement Potentiels d’économies en réduisant la demande en rafraichissement

Optimisation du systèmep.ex. répartition des circuits frigorifiques

selon les besoins en températureJusqu’à 10%

Jusqu’à 8%Dispositifs en terme de fonctionnement et de

maintenance

www.renac.deEfficent equipmen/ lighting in cold rooms

Heat recovery

Better heat insulation

Operating and maintenance measures up to 8%

up to 10%

up to 80%

up to 2%Efficent equipmen/ lighting in cold rooms

Heat recovery

Better heat insulation

Operating and maintenance measures up to 8%

up to 10%

up to 80%

up to 2%Efficient equipment/ lighting in cold rooms

Jusqu’à 8%

Jusqu’à 10%

Jusqu’à 80%

Jusqu’à 2%

maintenance

Meilleure isolation thermique

Récupération thermique

Équipement/éclairage à haut rendement dans les chambres froides

� Systèmes de refroidissement - Potentiels d’économies à travers l’utilisation d’équipement à haut rendement

� Augmentation de la température du fluide frigorigène

� Utilisation d’un système de rafraichissement passif (par air extérieur p.ex.)

� Réduction de la température de condensation

� Utiliser des machines de production de froid au moyen de chaleur en

Potentiels d’économies d’énergie

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� Utiliser des machines de production de froid au moyen de chaleur en conjonction avec du chauffage solaire, récupération de chaleur résiduelle, etc.

High efficiency motorsfor ventilator on condenser

High efficiency cooling compressor

High efficiency motorsfor ventilator on vaporiser

Drives with speed control for compressor, ventilators and pumps

up to 6%

up to 5%

up to 5%

up to 5%High efficiency motors

for ventilator on condenser

High efficiency cooling compressor

High efficiency motorsfor ventilator on vaporiser

Drives with speed control for compressor, ventilators and pumps

up to 6%

up to 5%

up to 5%

up to 5%

Jusqu’à 10%Variateur de vitesse pour compresseur, ventilateurs et pompes

Moteurs à haut rendement pour ventilateur de l’évaporateur

Compresseur de refroidissement à haut rendement

Moteurs à haut rendement pour ventilateur du condensateur

Jusqu’à 5%

Jusqu’à 5%

Jusqu’à 5%

Économies d’énergie - Exemple

État actuel État idéal

� Exemple de système frigorifique

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IMM

Refroidisseur

Circuit frigorifique pour l’hydraulique et

les outils

Cir

cuit

Hyd

raul

ique

Cir

cuit

for

Too

ls

Tour de refroidissement

Refroidisseur

Économie d’énergie - Stockage de froid

� L’effacement de tout ou d’une partie de la production de froid durant les heures de pointe est possible par stockage de froid

� Intérêts:

� Éventuelle réduction de la facture électrique en fonction de la tarification

� Peut permettre de réduire le besoin d’investir en capacité de production de froid

� Mais le stockage peut entraîner une augmentation de la consommation

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� Mais le stockage peut entraîner une augmentation de la consommation d’électricité:

� Baisse de la température d’évaporation

� Pertes dues au stockage

� Parfois compensation par un fonctionnement de nuit permettant une baisse de la température de condensation

Économie d’énergie - Exemple

Exemple de systèmes de refroidissement

�Situation actuelle

� Dans une usine de traitement de viande, de grandes quantités de chaleurs sont dissipées par le processus postcombustion (environ 240° C).

� Dispositifs

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Schéma d’une machine de refroidissement par absorption

� Dispositifs

� Utilisation de la chaleur résiduelle pour faire fonctionner une machine de refroidissement par absorption. L’énergie de rafraichissement est ensuite utilisée pour climatiser les halls de production entre 10 – 15° C.

Économie d’énergie - Exemple

Exemple de systèmes de refroidissement

� Résultat

� L’utilisation de l’énergie résiduelle gratuite au moyen d’une machine de refroidissement par absorption réduit la charge et ainsi la consommation énergétique de la machine de refroidissement par compression existante.

� Potentiel d’économie: environ 380 MWh/a

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� Couts d’investissement :170,000 €

� Temps de retour: 4 ans (pour électricité à 110 €/MWh)

Réflexions/ Foire aux Questions

� Notes personnelles & réflexions

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� Foire aux Questions

Merci!En coopération avec:

Soutenu par:

Franck Daganaud

Pour le compte de:

Renewables Academy (RENAC)

Schönhauser Allee 10-11D-10119 BerlinTel: +49 30 52 689 58-71Fax: +49 30 52 689 58-99info@renac.de