Pour un chauffage et une climatisation durables, efficaces et sûrs grâce au propane

Les réfrigérants naturels prennent de l'importance dans de nombreuses applications de chauffage et de refroidissement, car de nouvelles règles environnementales éliminent progressivement l'utilisation de réfrigérants à fort potentiel de réchauffement global (PRG). En Europe, en particulier, le règlement de l'UE sur les gaz fluorés interdira les réfrigérants ayant un PRG supérieur à 1 500, et nombreux sont ceux qui s'attendent à ce que les directives deviennent encore plus strictes à l'avenir.

Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH, fournisseur allemand de solutions thermiques, tient à montrer à ses clients le potentiel du propane utilisé comme réfrigérant. En collaboration avec Alfa Laval, ils ont conçu un système de pompe à chaleur pour une chaîne de supermarchés suisse, basé sur trois échangeurs thermiques à plaques brasées Alfa Laval de grande taille, dotés d'une très grande capacité et qui utilisent le R290 comme réfrigérant.

Le résultat est une solution de chauffage et de refroidissement innovante qui offre la meilleure garantie en matière de durabilité à long terme, d'efficacité énergétique et de sécurité de fonctionnement.

Échangeurs thermiques à plaques brasées Alfa Laval installés dans la pompe à chaleur. À gauche : condenseur AC500 ; au centre : évaporateur AC1000 ; et à droite : condenseur AC500.

La mission de Simaka consiste à développer des systèmes personnalisés pour les clients dépassant les exigences en matière d'efficacité thermique, de niveaux de PRG et de rentabilité, garantissant ainsi une tranquillité d'esprit pour l'avenir. Basée à Argenbühl, dans le Bade-Wurtemberg, en Allemagne, l'entreprise a été l'une des premières à adopter les réfrigérants naturels et conçoit depuis de nombreuses années des pompes à chaleur innovantes pour le chauffage et le refroidissement industriels. L'entreprise est donc particulièrement bien placée pour comprendre les exigences du marché actuel et les défis que les clients doivent relever pour se tourner vers des alternatives à faible PRG.

Le règlement sur les gaz fluorés constitue selon moi le plus grand changement en matière d'interdiction des réfrigérants au cours des 30 dernières années, explique Karsten Uitz, directeur général de Simaka. Jusqu'à présent, il y avait toujours un substitut en place répondant à tous les critères de sécurité pertinents. En revanche, un entrepreneur en réfrigération ne peut aujourd'hui plus se passer de réfrigérants inflammables tels que le propane ou le R1234ze. Il faut savoir les gérer. »

À la pointe des réfrigérants naturels

Simaka est situé à seulement 50 kilomètres de la frontière entre l'Allemagne et la Suisse, pays précurseur dans la mise en œuvre d'exigences en matière de réfrigérants à faible PRG. Par conséquent, les entreprises en activité en Suisse estiment qu'il est très probable qu'à l'avenir, les objectifs environnementaux deviennent encore plus stricts.

Ces considérations ont été essentielles pour la plus grande chaîne de supermarchés suisse qui, à l'été 2020, a lancé un appel d'offres pour une pompe à chaleur avec fonction de refroidissement constant. Les spécifications du client imposaient une puissance totale de 550 kW et, surtout, l'utilisation du R290 comme réfrigérant principal. Étant donné que Simaka met l'accent sur l'utilisation innovante d'un réfrigérant naturel, M. Uitz et son équipe d'ingénieurs de procédés étaient impatients de relever le défi et de surpasser ses concurrents.

La garantie d'une efficacité maximale repose sur chaque détail

« L'efficacité est une véritable passion pour Simaka, c'est pourquoi nous construisons des systèmes qui offrent à nos clients les meilleurs avantages jusque dans les moindres détails, déclare Uitz. « Si une pompe à chaleur ne fonctionne pas au niveau d'efficacité prévu, il y aura plus de frais d'électricité à terme et des émissions de CO₂ plus élevées au final. Notre équipe a donc travaillé avec Alfa Laval pour s'assurer que notre système offrirait les performances attendues, car je peux compter à 100 % sur eux pour dimensionner et assembler les composants nécessaires de manière optimale. »

Simaka a développé un système de chauffage et de refroidissement pour la chaîne de supermarchés suisse, relié à un circuit hydraulique de refroidissement par un grand échangeur thermique à plaques brasées Alfa Laval AC1000, et à deux circuits hydrauliques de chauffage via deux échangeurs thermiques à plaques brasées AC500. Les échangeurs thermiques à plaques brasées AC500 sont utilisés comme condenseurs, chacun étant rempli de 30 kg de propane. Simaka a conçu le système avec une redondance de 50 % afin de garantir que celui-ci continue à fournir la moitié de la capacité totale en cas de défaillance d'un circuit frigorifique.

De plus, le fait d'avoir deux condenseurs séparés permet aux opérateurs de faire varier les pressions de condensation, et donc les températures, dans les deux circuits de réfrigération. Par exemple, un circuit peut fonctionner à une température de décharge plus basse grâce à une pression plus faible, ce qui permet d'obtenir un meilleur rendement thermique et donc un meilleur rendement énergétique.

Comparaison des réfrigérants par Simaka Energie-
Und Umwelttechnik GmbH

Des conceptions uniques pour répondre à des exigences élevées

Les grands échangeurs thermiques à plaques brasées AC1000 ont un très faible encombrement, ce qui a permis à Simaka d'exploiter pleinement les bonnes performances volumétriques du R290. Le système de pompe à chaleur haute capacité qu'ils ont conçu peut donc fournir les 550 kW nécessaires dans une conception compacte et donc économique.

Grâce à la conception unique des plaques asymétriques FlexFlow™ d'Alfa Laval et au système de distribution intégré Dynastatic™ entièrement personnalisé, les grands échangeurs thermiques à plaques brasées AC1000 assurent une excellente distribution du réfrigérant avec de faibles pertes de pression du côté du refroidissement hydraulique. Cela permet de diminuer les besoins en capacité de pompage, ce qui fait baisser la consommation d'énergie électrique et se traduit par une réduction encore plus importante des émissions de CO₂. Par ailleurs, l'asymétrie des plaques garantit les meilleures performances thermiques, même en cas de charge partielle.

« Grâce à Alfa Laval, nous trouvons toujours le savoir-faire et l'expérience de conception nécessaires pour disposer des échangeurs thermiques optimaux pour nos systèmes, déclare Uitz. « Cela est vrai pour les plus petites capacités que nous exploitons comme pour les plus grandes, et comprend des détails tels que le retour d'huile et le contrôle très précis de la température, il n'y a donc aucun compromis en matière d'efficacité. Nous avons lancé ce projet avec des exigences élevées, et Alfa Laval a conçu nos grands échangeurs thermiques à plaques brasées AC1000 pour y répondre exactement. »

Des performances fiables et une sécurité adaptée

Les 60 kg de propane utilisés dans le système sont bien au-dessus de la limite de fonctionnement sans protection anti-déflagration spécifique. La sécurité a donc été une priorité essentielle pour Simaka dans la construction du système et le choix des composants. C'est une autre raison pour laquelle la société a misé sur une collaboration aussi étroite avec Alfa Laval.

Les échangeurs thermiques sont la solution idéale en matière de réfrigérants inflammables, explique M. Uitz. « Les échangeurs thermiques utilisés doivent absolument être fiables, même à long terme. Là encore, nous n'avons jamais été déçus par la qualité d'Alfa Laval. Nous n'avons jamais eu une seule panne imputable à une fuite de l'échangeur thermique. »

La conception redondante présente là encore un avantage, puisqu'elle permet de réduire de moitié la quantité de propane dans un circuit de réfrigération donné. En cas de fuite de propane, le système s'arrête immédiatement et un ventilateur anti-déflagration l'évacue. Cela peut se faire en toute sécurité puisque le système est situé sur le toit du supermarché, et non à l'intérieur du bâtiment. C'est précisément pour cette raison qu'Uitz recommande d'installer à l'extérieur tout système d'une telle envergure utilisant des réfrigérants inflammables.

Pompe à chaleur de type SIMATRON WP550SW, chez Simaka Energie- und Umwelttechnik GmbH.

Des résultats probants grâce à un partenariat fructueux

Même si de nombreux clients peuvent encore avoir des inquiétudes en matière de sécurité, Simaka est convaincu que le propane et d'autres hydrocarbures continueront à gagner en prévalence sur le marché à moyen terme. « À long terme, il sera impossible de se passer des réfrigérants inflammables, conclut Uitz. Le R290 permet la construction de systèmes compacts et efficaces grâce à sa capacité de réfrigération volumétrique. Cela se reflète dans les faibles dépenses d'investissement et d'exploitation des clients. Dans le même temps, son faible PRG garantit qu'il restera conforme aux exigences de la législation bien au-delà de 2030. »

Compte tenu du succès du projet du supermarché suisse, M. Uitz envisage les perspectives d'avenir de manière positive. « Pour nous, cela veut dire de nombreux projets passionnants en partenariat étroit avec Alfa Laval dans les années à venir, ajoute-t-il. Et nous nous en réjouissons, car notre collaboration professionnelle a fait naître de nombreuses idées géniales, que nous avons pu transformer en parfaite réalité grâce au soutien du service complet d'Alfa Laval. »

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