Notions pour entrepreneur en réfrigération 15.10 (partie 1)

Dec 6 / Serge Williams

Les systèmes de réfrigération sont utilisés pour diverses applications, chacune ayant des caractéristiques spécifiques adaptées à son usage. Voici une définition des différents types de systèmes de réfrigération, leurs caractéristiques principales et leur classification en systèmes directs ou indirects.

Types de Systèmes de Réfrigération

  1. Climatiseur

    • Définition : Appareil utilisé pour refroidir l'air dans un espace intérieur. Il fonctionne généralement en utilisant un cycle de réfrigération à compression de vapeur.
    • Fonctionnement : Aspiration de l'air chaud de l'intérieur, refroidissement de l'air en passant sur les serpentins de l'évaporateur, et rejet de l'air refroidi dans la pièce.
    • Classification : Système direct. L'air est refroidi directement en passant sur l'évaporateur situé à l'intérieur de l'unité.
  2. Thermopompe (ou Pompe à Chaleur)

    • Définition : Dispositif qui transfère la chaleur d'un endroit à un autre. Peut fonctionner en mode refroidissement (comme un climatiseur) ou en mode chauffage.
    • Fonctionnement : En mode refroidissement, il fonctionne comme un climatiseur. En mode chauffage, il inverse le cycle pour extraire la chaleur de l'extérieur et la libérer à l'intérieur.
    • Classification : Système direct. Le transfert de chaleur se fait directement entre l'air intérieur et l'air extérieur.
  3. Chambre Froide

    • Définition : Espace réfrigéré de grande taille utilisé pour stocker des produits périssables à basse température.
    • Fonctionnement : Utilise un système de réfrigération pour maintenir une température constante à l'intérieur de la chambre froide. Généralement équipé de plusieurs évaporateurs et d'un ou plusieurs condenseurs.
    • Classification : Système direct. L'air à l'intérieur de la chambre froide est refroidi directement par les évaporateurs.
  4. Congélateur / Comptoir Réfrigéré

    • Définition : Appareil utilisé pour congeler ou maintenir des produits à une température inférieure au point de congélation (congélateur) ou à des températures de réfrigération (comptoir réfrigéré).
    • Fonctionnement : Utilise un cycle de réfrigération à compression de vapeur pour maintenir des températures basses. Les congélateurs et comptoirs réfrigérés peuvent être autonomes ou intégrés dans des systèmes plus grands.
    • Classification : Système direct. Les produits sont refroidis directement par les serpentins de l'évaporateur à l'intérieur de l'appareil.
  5. Refroidisseur d’Eau (Chiller)

    • Définition : Système utilisé pour refroidir l'eau qui est ensuite utilisée pour refroidir l'air ou d'autres liquides dans des processus industriels ou commerciaux.
    • Fonctionnement : Utilise un cycle de réfrigération pour refroidir l'eau qui est ensuite pompée à travers un système de distribution pour fournir du refroidissement.
    • Classification : Système indirect. L'eau est refroidie dans un échangeur de chaleur et circule ensuite à travers des conduits pour refroidir des espaces ou des équipements.

Classification des Systèmes de Réfrigération

  • Système Direct :

    • Définition : Le fluide frigorigène circule directement dans les serpentins de l'évaporateur où il absorbe la chaleur de l'air ou du produit à refroidir.
    • Exemples : Climatiseurs, thermopompes, chambres froides, congélateurs, comptoirs réfrigérés.
    • Avantages : Installation et maintenance plus simples, efficacité énergétique élevée.
    • Inconvénients : Moins de flexibilité dans la distribution du refroidissement, potentiel de fuites de réfrigérant directement dans l'espace réfrigéré.
  • Système Indirect :

    • Définition : Le fluide frigorigène refroidit un liquide secondaire (comme de l'eau ou un mélange d'eau et de glycol) qui est ensuite utilisé pour transférer la chaleur de l'espace ou du produit à refroidir.
    • Exemples : Refroidisseurs d’eau (chillers), certains systèmes de réfrigération industriels.
    • Avantages : Flexibilité dans la distribution du refroidissement, réduction du risque de fuite de réfrigérant dans les espaces occupés, possibilité de refroidir plusieurs zones à partir d'un seul système centralisé.
    • Inconvénients : Installation et maintenance plus complexes, efficacité énergétique légèrement inférieure en raison de l'étape supplémentaire de transfert de chaleur.

Conclusion

Les différents types de systèmes de réfrigération sont adaptés à des applications spécifiques et sont classés en systèmes directs ou indirects selon la manière dont le refroidissement est réalisé. Les systèmes directs offrent une solution simple et efficace pour des applications où le réfrigérant peut être en contact direct avec l'air ou les produits à refroidir. Les systèmes indirects, quant à eux, offrent une plus grande flexibilité et sécurité pour des applications où le réfrigérant ne doit pas être en contact direct avec l'environnement ou les produits à refroidir.

Les systèmes de réfrigération peuvent être classifiés de différentes manières en fonction de leur configuration et de leur utilisation. Voici une distinction des systèmes en sections (split) par rapport aux systèmes monoblocs, ainsi que des systèmes multiples (parallèles) par rapport aux systèmes simples.

Systèmes en Sections (Split) vs Systèmes Monoblocs

Systèmes en Sections (Split Systems) :

  • Définition : Ces systèmes sont divisés en deux unités principales : une unité intérieure (évaporateur) et une unité extérieure (compresseur et condenseur). Les deux unités sont reliées par des conduites frigorifiques.
  • Fonctionnement :
    • Unité intérieure : Contient l'évaporateur où le réfrigérant absorbe la chaleur de l'air intérieur.
    • Unité extérieure : Contient le compresseur et le condenseur où le réfrigérant libère la chaleur à l'extérieur.
  • Applications : Climatiseurs résidentiels et commerciaux, thermopompes.
  • Avantages :
    • Réduction du bruit à l'intérieur car le compresseur est à l'extérieur.
    • Flexibilité d'installation.
    • Esthétique améliorée avec une unité intérieure discrète.
  • Inconvénients :
    • Installation plus complexe et coûteuse.
    • Nécessite des connexions frigorifiques et électriques entre les unités.

Systèmes Monoblocs :

  • Définition : Tous les composants du système de réfrigération (compresseur, condenseur, évaporateur) sont réunis dans une seule unité.
  • Fonctionnement : Le système est autonome et ne nécessite pas de connexions externes entre différentes unités.
  • Applications : Réfrigérateurs domestiques, congélateurs, climatiseurs de fenêtre, chambres froides mobiles.
  • Avantages :
    • Installation simple et rapide.
    • Moins coûteux à installer.
    • Idéal pour des applications portables ou temporaires.
  • Inconvénients :
    • Bruit plus élevé à proximité de l'unité.
    • Moins de flexibilité en termes d'emplacement et d'esthétique.

Systèmes Multiples (Parallèles) vs Systèmes Simples

Systèmes Multiples (Parallèles) :

  • Définition : Utilisent plusieurs unités de réfrigération fonctionnant en parallèle pour fournir une capacité de refroidissement accrue et une redondance.
  • Fonctionnement : Plusieurs compresseurs et circuits de réfrigération fonctionnent en parallèle pour partager la charge de refroidissement.
  • Applications : Grandes installations commerciales et industrielles, supermarchés, centres de données.
  • Avantages :
    • Redondance et fiabilité accrues.
    • Capacité de modulation pour s'adapter aux variations de charge.
    • Amélioration de l'efficacité énergétique grâce à une meilleure répartition de la charge.
  • Inconvénients :
    • Installation et maintenance plus complexes.
    • Coût initial plus élevé.

Systèmes Simples :

  • Définition : Utilisent une seule unité de réfrigération pour fournir la capacité de refroidissement nécessaire.
  • Fonctionnement : Un seul compresseur et circuit de réfrigération pour toute la charge de refroidissement.
  • Applications : Petites à moyennes installations, réfrigérateurs domestiques, petits congélateurs, climatiseurs individuels.
  • Avantages :
    • Installation et maintenance simples.
    • Coût initial plus bas.
    • Idéal pour des applications de petite à moyenne échelle.
  • Inconvénients :
    • Pas de redondance, donc en cas de panne, tout le système est affecté.
    • Moins flexible en termes de modulation de la capacité.

Table Résumée

Type de SystèmeDescriptionApplicationsAvantagesInconvénients
Systèmes en SectionsUnités séparées (intérieure et extérieure)Climatiseurs, thermopompesRéduction du bruit intérieur, flexibilité d'installationInstallation plus complexe et coûteuse
Systèmes MonoblocsTous les composants dans une seule unitéRéfrigérateurs, congélateurs, chambres froides mobilesInstallation simple et rapide, moins coûteuxBruit plus élevé à proximité, moins flexible
Systèmes MultiplesPlusieurs unités fonctionnant en parallèleGrandes installations commerciales et industriellesRedondance et fiabilité accrues, modulation de capacitéInstallation et maintenance plus complexes, coût initial élevé
Systèmes SimplesUne seule unité pour toute la charge de refroidissementPetites à moyennes installationsInstallation et maintenance simples, coût initial basPas de redondance, moins flexible en termes de modulation

Conclusion

La distinction entre systèmes en sections (split) et systèmes monoblocs, ainsi qu'entre systèmes multiples (parallèles) et systèmes simples, est essentielle pour choisir la solution de réfrigération adaptée aux besoins spécifiques de l'application. Les systèmes en sections offrent une flexibilité et une réduction du bruit, tandis que les systèmes monoblocs sont plus simples et moins coûteux à installer. Les systèmes multiples fournissent une redondance et une modulation de capacité, alors que les systèmes simples sont plus adaptés aux petites installations avec des exigences de réfrigération moins complexes.



Les réfrigérants utilisés dans les systèmes de réfrigération sont classés en différentes catégories en fonction de leurs propriétés, y compris leur inflammabilité, leur toxicité, et d'autres caractéristiques physiques. Ces classifications sont généralement définies par des normes internationales comme l'ASHRAE Standard 34. Voici une définition des différents types de réfrigérants, leurs groupes et leurs propriétés :

Classification des Réfrigérants

Les réfrigérants sont classés en fonction de deux critères principaux :

  1. Inflammabilité :

    • A1 : Non inflammable
    • A2 : Faiblement inflammable
    • A2L : Légèrement inflammable
    • A3 : Hautement inflammable
    • B1 : Non inflammable mais toxique
    • B2 : Faiblement inflammable et toxique
    • B2L : Légèrement inflammable et toxique
    • B3 : Hautement inflammable et toxique
  2. Toxicité :

    • A : Faible toxicité
    • B : Haute toxicité

Types de Réfrigérants et leurs Propriétés

Réfrigérants A1

  • Exemple : R-134a, R-410A, R-22
  • Température d’ébullition : Varie (R-134a : -26.3°C, R-410A : -51.5°C, R-22 : -40.8°C)
  • Chaleur latente : Varie (R-134a : 200 kJ/kg, R-410A : 260 kJ/kg, R-22 : 233 kJ/kg)
  • Toxicité : Faible
  • Stabilité : Très stable, ne réagit pas facilement avec d'autres substances.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisés dans les systèmes de climatisation résidentiels et commerciaux, les réfrigérateurs, les systèmes de réfrigération commerciaux.

Réfrigérants A2

  • Exemple : R-152a
  • Température d’ébullition : -24°C
  • Chaleur latente : 301 kJ/kg
  • Toxicité : Faible
  • Stabilité : Stable, mais légèrement inflammable.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisé dans les applications où une faible inflammabilité est acceptable, comme certains aérosols et systèmes de réfrigération spécialisés.

Réfrigérants A2L

  • Exemple : R-32, R-1234yf
  • Température d’ébullition : R-32 : -52°C, R-1234yf : -29.5°C
  • Chaleur latente : R-32 : 334 kJ/kg, R-1234yf : 132 kJ/kg
  • Toxicité : Faible
  • Stabilité : Stable, avec une légère inflammabilité.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisés dans les nouveaux systèmes de climatisation et de réfrigération, en particulier ceux conçus pour une faible consommation d'énergie et un faible impact environnemental.

Réfrigérants A3

  • Exemple : R-290 (Propane), R-600a (Isobutane)
  • Température d’ébullition : R-290 : -42°C, R-600a : -11.7°C
  • Chaleur latente : R-290 : 356 kJ/kg, R-600a : 360 kJ/kg
  • Toxicité : Faible
  • Stabilité : Hautement inflammable mais stable chimiquement.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisés dans les petits réfrigérateurs, les congélateurs et les systèmes de réfrigération commerciaux où des mesures de sécurité adéquates peuvent être mises en place.

Réfrigérants B1

  • Exemple : R-717 (Ammoniac)
  • Température d’ébullition : -33.3°C
  • Chaleur latente : 1368 kJ/kg
  • Toxicité : Élevée
  • Stabilité : Très stable, mais toxique.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisé principalement dans les grandes installations industrielles où des mesures de sécurité rigoureuses sont en place.

Réfrigérants B2

  • Exemple : R-123
  • Température d’ébullition : 27.6°C
  • Chaleur latente : 167 kJ/kg
  • Toxicité : Élevée
  • Stabilité : Faiblement inflammable et toxique.
  • Caractéristiques d’utilisation : Utilisé dans certains systèmes industriels et commerciaux.

Tableau Résumé des Propriétés

GroupeRéfrigérantTempérature d’ébullition (°C)Chaleur Latente (kJ/kg)ToxicitéInflammabilitéApplications Principales
A1R-134a-26.3200FaibleNon inflammableClimatiseurs, réfrigérateurs
A1R-410A-51.5260FaibleNon inflammableClimatiseurs, pompes à chaleur
A2R-152a-24301FaibleLégèrement inflammableAérosols, systèmes spécialisés
A2LR-32-52334FaibleLégèrement inflammableClimatiseurs, réfrigérateurs
A2LR-1234yf-29.5132FaibleLégèrement inflammableRéfrigérateurs de voiture, climatisation
A3R-290 (Propane)-42356FaibleHautement inflammablePetits réfrigérateurs, systèmes commerciaux
A3R-600a (Isobutane)-11.7360FaibleHautement inflammablePetits réfrigérateurs, congélateurs
B1R-717 (Ammoniac)-33.31368ÉlevéeNon inflammableInstallations industrielles
B2R-12327.6167ÉlevéeLégèrement inflammableSystèmes industriels et commerciaux

Conclusion

La classification et la compréhension des propriétés des réfrigérants sont essentielles pour choisir le réfrigérant approprié en fonction des besoins spécifiques de chaque application. Les réfrigérants doivent être sélectionnés en tenant compte de leur toxicité, inflammabilité, stabilité, température d’ébullition, chaleur latente, et caractéristiques d’utilisation pour assurer une efficacité optimale et la sécurité des systèmes de réfrigération.



Les composants d’un système de réfrigération sont essentiels pour le fonctionnement efficace et la régulation de la température. Voici une définition détaillée des principaux composants d'un système de réfrigération :

1. Compresseur

  • Fonction : Le compresseur est souvent considéré comme le cœur du système de réfrigération. Il aspire le réfrigérant sous forme de vapeur basse pression et basse température provenant de l'évaporateur et le comprime pour augmenter sa pression et sa température.
  • Types :
    • Compresseur à piston
    • Compresseur rotatif
    • Compresseur scroll
    • Compresseur à vis
    • Compresseur centrifuge
  • Applications : Utilisé dans les réfrigérateurs domestiques, les systèmes de climatisation, les chambres froides commerciales, les systèmes industriels de réfrigération.

2. Condenseur

  • Fonction : Le condenseur permet au réfrigérant chaud et haute pression de libérer sa chaleur à l'environnement extérieur et de se liquéfier.
  • Types :
    • Condenseur à air (air forcé ou naturel)
    • Condenseur à eau
    • Condenseur évaporatif
  • Applications : Utilisé dans les réfrigérateurs, les systèmes de climatisation, les refroidisseurs industriels.

3. Détendeur (ou Dispositif de Détente)

  • Fonction : Le détendeur réduit la pression du réfrigérant liquide, ce qui diminue sa température avant qu'il n'entre dans l'évaporateur.
  • Types :
    • Soupape de détente thermostatique
    • Tube capillaire
    • Soupape de détente électronique
  • Applications : Utilisé dans les systèmes de réfrigération et de climatisation pour réguler le débit du réfrigérant.

4. Évaporateur

  • Fonction : L'évaporateur permet au réfrigérant basse pression et basse température d'absorber la chaleur de l'espace ou du produit à refroidir, se vaporisant ainsi.
  • Types :
    • Évaporateur à serpentin
    • Évaporateur à plaques
    • Évaporateur à tubes
    • Évaporateur à ailettes
  • Applications : Utilisé dans les réfrigérateurs, les systèmes de climatisation, les chambres froides, les systèmes de réfrigération industrielle.

5. Ventilateur