GL2024 : Amélioration des performances des systèmes frigorifiques fonctionnant au R744 à une température ambiante élevée

À une température ambiante élevée (supérieure à 27 °C environ), les systèmes frigorifiques au R744 fonctionnent en mode transcritique, ce qui entraîne une augmentation significative de la production de vapeur instantanée pendant l’étranglement. Il en résulte une diminution de la puissance frigorifique et de l’efficacité du R744, qui à son tour entraîne une réduction du coefficient de performance (COP).

Pour contrer ce phénomène, on peut recourir au sous-refroidissement mécanique. Il consiste à utiliser un système frigorifique supplémentaire dont l’évaporateur sert à sous-refroidir le R744 avant l’étranglement. Au cours d’études expérimentales menées en laboratoire, le R1234yf et le R600a ont été testés comme frigorigènes pour le sous-refroidissement mécanique, entraînant un gain de puissance frigorifique du R744 jusqu’à 39 % et 43 % respectivement, et à une amélioration du COP allant jusqu’à 26 %.

Des études ont suggéré que le propane (R290) pourrait encore améliorer le COP, avec l’avantage additionnel de permettre la conception d’un système compact à faible charge en frigorigène. En outre, le R290 est un frigorigène naturel à faible potentiel de réchauffement planétaire (PRP = 3) et n’est donc pas concerné par les restrictions du règlement européen sur les gaz fluorés de 2024.

Dans une étude présentée lors de la 16e Conférence IIF-Gustav Lorentzen sur les frigorigènes naturels, Pertiller et al. ont testé un module utilisant du R290 avec une charge en frigorigène maximale de 150 g dans un module au R290 à faible charge afin de se conformer aux normes actuelles. Un système frigorifique commercial au R744 doté d’une puissance d’environ 50 kW a été équipé de trois modules au R290 avec des charges minimales. Les modules sous-refroidisseurs au R290 ont amélioré les performances du système en matière de comportement de fonctionnement (stabilité) et d’efficacité (COP) à tous les points de fonctionnement testés.

La figure ci-dessous montre la variation du COP lorsqu’un module de sous-refroidissement est activé ou désactivé. Une tendance similaire s’observe tant dans la simulation que dans les mesures.

Les mesures effectuées à une température ambiante de 42 °C démontrent l’impact positif des sous-refroidisseurs sur le comportement d’un système frigorifique au R744 fonctionnant dans les limites de sa conception. Compte tenu des évolutions récentes du climat, les auteurs estiment que dans le futur, certains systèmes frigorifiques au R744 « plus anciens » rencontreront de plus en plus ces conditions de fonctionnement. L’équipement a posteriori de sous-refroidisseurs au R290 pourrait donc assurer désormais aux systèmes existants un fonctionnement stable et de bonnes performances.

Pour plus d’informations, la communication est disponible dans son intégralité sur FRIDOC.

Source

Pertiller G., Rieberer R., Schöffl L., Kotenko A. Low charge R290-subcooler to improve the performance of R744-refrigeration systems. 16th IIR-Gustav Lorentzen Conference on Natural Refrigerants (GL2024). Proceedings. University of Maryland, College Park, Maryland, USA, August 11-14, 2024 http://dx.doi.org/10.18462/iir.gl.2024.1222