Amélioration de l'efficacité énergétique grâce à la certification

Auteurs : Hanns Christoph Rauser, ingénieur diplômé HCR CONSULTING - Allemagne
Stefano Filippini - Président du comité de conformité pour les échangeurs de chaleur

Si la directive EcoDesign a contraint la technologie des refroidisseurs à s'améliorer considérablement au fil des ans, les économies d'énergie peuvent être encore accrues par l'ajout de refroidisseurs secs. Cependant, une baisse récente des ventes de refroidisseurs secs montre que de nombreuses nouvelles installations de refroidisseurs passent à côté d'importantes économies d'énergie et d'argent.  

Les systèmes de refroidissement doivent satisfaire aux normes minimales de performance énergétique (NMEP) et ont des exigences de performance distinctes en fonction du type de refroidisseur et de l'application. Veiller à ce que les systèmes aillent au-delà des normes minimales de performance énergétique permet de réduire les coûts d'exploitation et l'impact sur l'environnement, ainsi que de se prémunir contre d'autres législations à venir. 

Pour permettre la conception de systèmes efficaces sur le plan énergétique, les fabricants doivent fournir des données EcoDesign conformément à la loi. Cependant, toutes les données ne se valent pas et, pour le professionnel, naviguer entre les produits certifiés et non certifiés peut être un véritable champ de mines. Par exemple, entre 2004 et 2008, Eurovent Certita Certification (ECC) a été sollicité par les fabricants d'échangeurs de chaleur certifiés ECC pour tester de manière indépendante les performances de neuf échangeurs de chaleur. Ces derniers étaient fabriqués par sept entreprises européennes ne participant pas au programme de certification d'Eurovent. La comparaison des données de performance testées avec les valeurs publiées dans la documentation des fabricants a révélé une réduction de capacité allant jusqu'à 37 %. Les systèmes réellement efficaces sur le plan énergétique ne peuvent être conçus qu'à partir d'informations correctes.

Comment les refroidisseurs à sec améliorent-ils l'efficacité ?

Les refroidisseurs secs sont essentiellement des dispositifs de transfert de chaleur qui utilisent la convection forcée de l'air pour éliminer l'excès de chaleur. Également connus sous le nom de refroidisseurs d'air, cette technologie peut être utilisée pour refroidir l'eau dans les condensateurs des unités de production d'eau glacée, ou pour des applications de refroidissement libre. Les refroidisseurs secs peuvent contribuer à réduire la charge du système de refroidissement en éliminant la chaleur du processus et en réduisant le travail du compresseur.

Les principaux composants des refroidisseurs secs comprennent un échangeur de chaleur air-liquide et un ventilateur soufflant. Les refroidisseurs secs sont un système à circuit fermé, utilisant des ventilateurs pour aspirer l'air ambiant. Cet air circule sur un échangeur de chaleur, qui peut être soit une conception traditionnelle à ailettes et à tubes, soit à microcanaux. L'air qui passe sur l'échangeur de chaleur attire la chaleur du fluide qu'il contient, qui est généralement de l'eau ou un mélange d'eau et de glycol. Une fois refroidi, le fluide est prêt à absorber la chaleur d'un processus associé. Une fois cette opération effectuée, le fluide retourne dans l'échangeur de chaleur pour recommencer le cycle.

Les refroidisseurs secs conviennent pour des capacités de refroidissement élevées, dans des régions où la température de l'air ambiant est plus froide que celle de l'eau ou du mélange eau-glycol dans le système. Même si la température de l'air n'est plus fraîche qu'une partie de l'année, des économies sont réalisées. En cas d'utilisation d'un refroidisseur certifié avec un condenseur ou un refroidisseur installé séparément, il est conseillé d'utiliser un produit certifié afin d'atteindre une efficacité énergétique maximale.

Types de construction des refroidisseurs

Les refroidisseurs à eau sont construits avec des échangeurs de chaleur à plaques et à tubes comme condenseurs. Dans ces systèmes, la chaleur est dissipée dans l'air ambiant par un refroidisseur dans le cycle secondaire. Si la chaleur est dissipée directement dans l'air ambiant par un condenseur, le système est appelé refroidisseur à air. Ils sont classés comme suit : refroidisseurs compacts pour utilisation extérieure avec condenseur à air intégré, ou refroidisseurs à système divisé avec condenseur à air pour installation extérieure. Aujourd'hui, dans la plupart des cas, ce sont des refroidisseurs compacts refroidis par air qui sont utilisés. 

Le marché des refroidisseurs

La plupart des refroidisseurs sont certifiés par Eurovent Certita Certification. Actuellement, 33 fabricants de refroidisseurs participent au programme de certification. L'évolution des ventes de refroidisseurs dans l'UE entre 2014 et 2021 est présentée dans la figure 1, tandis que l'évolution des ventes de refroidisseurs par rapport aux refroidisseurs secs est présentée dans la figure 2.

Figure 1 : Évolution des ventes de refroidisseurs, 2014-2021, d'après Eurovent Market intelligence.
 

Figure 2 : Évolution des ventes de refroidisseurs et de refroidisseurs secs dans l'UE28, 2019-2021, d'après Eurovent Market intelligence.

La proportion des ventes de refroidisseurs dans l'UE en 2021 en fonction du type et de la taille de la construction est présentée dans les figures 3, 4 et 5.
 

Figure 3 : Ventes de refroidisseurs par type de construction, UE 28 - 2021, d'après Eurovent Market intelligence.
 

Modèle de calcul

Deux systèmes d'essai ont été mis en place pour mesurer l'influence du refroidisseur sec sur l'efficacité énergétique d'un système de refroidissement à eau. L'un utilisait un refroidisseur sec certifié, l'autre un refroidisseur sec non certifié.

Le système de refroidissement comprenait un refroidisseur à eau certifié Eurovent, de classe d'efficacité énergétique Eurovent B, utilisé pour la climatisation (refroidissement uniquement). La capacité de refroidissement de 1000 kW à pleine charge et à une température ambiante de 35°C était fournie par deux compresseurs à vis utilisant le réfrigérant R134a. L'évaporateur refroidit l'eau de 12°C à 7°C. 

Dans le modèle simplifié, on a supposé que la différence de température entre la température de condensation et la température ambiante était fixe (12 K). Le condenseur réchauffe le fluide secondaire, qui est refroidi par un refroidisseur sec. Dans le refroidisseur sec, le fluide secondaire a été refroidi de 5K à une température supérieure de 5K à la température ambiante. La puissance de la pompe du fluide secondaire n'a pas été prise en compte. L'étude avait un écart de capacité de 25 %. 

À pleine charge, le refroidisseur sec non certifié a entraîné une augmentation de 2,5 km de la température de condensation du refroidisseur. À 75 %, 50 % et 25 % de charge partielle, la vitesse du ventilateur CA du dry cooler non certifié a été augmentée pour atteindre la même température de condensation que lors de l'utilisation du dry cooler certifié. Les deux systèmes ont été comparés en utilisant la valeur ESEER (European Seasonal Energy Efficiency Ratio) du système complet. 

Résultats

La consommation électrique du ventilateur du dry cooler était comprise entre 10 % et 20 % de la consommation électrique totale du système dans les différentes conditions de charge (figure 6).

La figure 7 montre le taux d'efficacité énergétique (EER) du système total avec les deux refroidisseurs secs différents. La valeur ESEER du système utilisant un dry cooler avec écart de capacité est inférieure de 4,6 %, en raison de la consommation d'énergie plus élevée du refroidisseur à pleine charge et de la consommation d'énergie plus élevée des ventilateurs du dry cooler en fonctionnement à charge partielle.

Pour replacer ces chiffres dans leur contexte, pour la ville de Milan, l'économie d'énergie annuelle du système de refroidissement utilisant un refroidisseur sec, obtenant la capacité prévue, est d'environ 20 000 kilowattheures pour un nombre d'heures de fonctionnement calculé à 3542.

Avec des coûts énergétiques de 0,15 € (0,12 £) par kilowattheure, l'économie d'énergie sera d'environ 3 000 € (2 500 £) par an. En supposant qu'un refroidisseur sec non certifié soit 10 % moins cher, le délai d'amortissement est inférieur à 1,7 an et des économies annuelles sur les coûts d'exploitation seront réalisées chaque année. En outre, des gains de capacité ou des avantages sont possibles, par exemple en cas de fonctionnement en free cooling.

Pour les refroidisseurs ayant des heures de fonctionnement plus longues, ou les refroidisseurs conçus pour le refroidissement des processus, le temps de retour sur investissement sera encore plus court.

Figure 7 : EER d'un système de refroidissement et d'un refroidisseur sec à différentes charges, d'après Eurovent Market intelligence.

Pourquoi la certification est-elle importante ?

Les résultats montrent à quel point il est important d'utiliser des composants et des systèmes certifiés. Des données correctes sur les performances des échangeurs de chaleur sont absolument essentielles, car elles influencent l'efficacité énergétique de l'ensemble du système. Dans l'étude, un refroidisseur à eau, refroidi par un refroidisseur sec non certifié avec un écart de capacité de 25 %, entraînait des coûts énergétiques supérieurs de 4,6 %. 

C'est pourquoi, lorsque vous utilisez un refroidisseur certifié avec un condenseur à air ou un refroidisseur sec installé séparément, vous devez utiliser un produit certifié afin d'atteindre une efficacité énergétique maximale. Vous économiserez de l'argent et de l'énergie à long terme et vous aurez l'assurance que les produits certifiés fonctionneront comme prévu.

Pour visualiser et comparer les produits certifiés tels que les refroidisseurs et les dry coolers, notre répertoire de produits certifiés, facile à utiliser, peut vous aider. Vous pouvez rechercher des produits par famille, type, marque, nom de modèle et numéro de certificat.

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