PartagerICR 2019: tour d'horizon des thèmes de recherche actuels dans le froid (partie III)
Le stockage d’énergie, le conditionnement d’air à déshydratant, les pompes à chaleur haute température ou encore les technologies à éjecteur ont constitué quelques-uns des thèmes dominants du dernier congrès de l’IIF. Suite de la synthèse des présentations-clés d’ICR2019.
Nous poursuivons le passage en revue des thèmes majeurs abordés pendant le Congrès international du froid (ICR2019) de l’IIF en août 2019 au travers des six dernières keynotes présentées lors de cet événement. Les huit autres avaient fait l’objet d’une actualité diffusée dans le numéro de septembre de la Newsletter. (Voir https://bit.ly/2qkF0Lr).
Les matériaux à changement de phase et plus généralement la question du stockage d’énergie ont été un thème majeur du congrès puisque pas moins de 56 communications (sur un total de 640) ont traité de ce sujet.
Dans sa présentation principale, Laurence Fournaison (1) compare quatre types différents de matériaux à changement de phase (PCM) – coulis de glace, émulsions de PCM, PCM encapsulés et coulis d'hydrate – en tant que fluides secondaires dans les systèmes frigorifiques indirects. Cette comparaison porte sur leurs processus de production, déploiement industriel et les problèmes entravant leur développement. Dans le contexte de la réduction progressive de l’utilisation des HFC, le froid indirect est une technologie particulièrement intéressante puisqu’elle peut permettre de diviser par 10 la charge en frigorigène d’un système.
Cependant, les coulis diphasiques ne sont pas très utilisés actuellement comme frigorigènes secondaires. Hormis les coulis de glace destinés à des applications en dessous de 0 °C, seules des coulis d'hydrate ont été utilisés dans des applications industrielles, mais leur efficacité ou leurs performances techniques pourraient être améliorées pour permettre un développement ultérieur de la technologie. Les émulsions de PCM, les PCM encapsulés et les coulis d'hydrates de gaz doivent faire l'objet de recherches plus poussées pour permettre leur développement industriel. L'inconvénient des émulsions et des boues encapsulées est le vieillissement du fluide lors de cycles de congélation et de fusion prolongés alors que, pour les coulis d’hydrates de gaz, c’est la pression élevée du système.
Les éjecteurs, qui sont utilisés pour récupérer le travail de détente et ainsi améliorer le COP des systèmes frigorifiques, ont été l’objet de 28 communications, ce qui illustre leur importance en termes de recherche et développement.
La présentation de Stefan Elbel (2) résume quelques-uns des développements récents dans le domaine des éjecteurs diphasiques. Bien que plus attrayante pour les fluides et les cycles à fortes pertes par étranglement, tels que le CO2 transcritique, l’utilisation d’éjecteurs reste judicieuse pour diverses applications utilisant des frigorigènes à pression plus basse. Il existe de nombreuses options d'intégration pour les éjecteurs et le travail de détente récupéré peut être utilisé de différentes manières, par exemple pour augmenter la température d'aspiration du compresseur, pour fournir du froid à différents niveaux de température ou pour améliorer les performances de l'évaporateur par recirculation de la phase liquide. La conception des éjecteurs joue un rôle important dans l'obtention d’efficacités de récupération de travail élevées, mais la conception d'autres composants du système, tels que l'évaporateur ou le séparateur vapeur / liquide, requis par de nombreuses architectures de cycle, est tout aussi importante et offre d'importants potentiels d'amélioration.
Les matériaux à changement de phase et plus généralement la question du stockage d’énergie ont été un thème majeur du congrès puisque pas moins de 56 communications (sur un total de 640) ont traité de ce sujet.
Dans sa présentation principale, Laurence Fournaison (1) compare quatre types différents de matériaux à changement de phase (PCM) – coulis de glace, émulsions de PCM, PCM encapsulés et coulis d'hydrate – en tant que fluides secondaires dans les systèmes frigorifiques indirects. Cette comparaison porte sur leurs processus de production, déploiement industriel et les problèmes entravant leur développement. Dans le contexte de la réduction progressive de l’utilisation des HFC, le froid indirect est une technologie particulièrement intéressante puisqu’elle peut permettre de diviser par 10 la charge en frigorigène d’un système.
Cependant, les coulis diphasiques ne sont pas très utilisés actuellement comme frigorigènes secondaires. Hormis les coulis de glace destinés à des applications en dessous de 0 °C, seules des coulis d'hydrate ont été utilisés dans des applications industrielles, mais leur efficacité ou leurs performances techniques pourraient être améliorées pour permettre un développement ultérieur de la technologie. Les émulsions de PCM, les PCM encapsulés et les coulis d'hydrates de gaz doivent faire l'objet de recherches plus poussées pour permettre leur développement industriel. L'inconvénient des émulsions et des boues encapsulées est le vieillissement du fluide lors de cycles de congélation et de fusion prolongés alors que, pour les coulis d’hydrates de gaz, c’est la pression élevée du système.
Les éjecteurs, qui sont utilisés pour récupérer le travail de détente et ainsi améliorer le COP des systèmes frigorifiques, ont été l’objet de 28 communications, ce qui illustre leur importance en termes de recherche et développement.
La présentation de Stefan Elbel (2) résume quelques-uns des développements récents dans le domaine des éjecteurs diphasiques. Bien que plus attrayante pour les fluides et les cycles à fortes pertes par étranglement, tels que le CO2 transcritique, l’utilisation d’éjecteurs reste judicieuse pour diverses applications utilisant des frigorigènes à pression plus basse. Il existe de nombreuses options d'intégration pour les éjecteurs et le travail de détente récupéré peut être utilisé de différentes manières, par exemple pour augmenter la température d'aspiration du compresseur, pour fournir du froid à différents niveaux de température ou pour améliorer les performances de l'évaporateur par recirculation de la phase liquide. La conception des éjecteurs joue un rôle important dans l'obtention d’efficacités de récupération de travail élevées, mais la conception d'autres composants du système, tels que l'évaporateur ou le séparateur vapeur / liquide, requis par de nombreuses architectures de cycle, est tout aussi importante et offre d'importants potentiels d'amélioration.
Il convient de s'assurer que les inefficacités potentielles de ces autres composants du système n’affectent pas l'impact positif de l'éjecteur sur les performances. Il existe de nombreuses approches pour mettre en œuvre la régulation des éjecteurs et des cycles, y compris des mécanismes réglables de zone de col de la tuyère motrice, des éjecteurs parallèles ou une régulation par vortex. L'auteur conclut que « les éjecteurs restent un sujet intéressant et intriguant et que le début d'une commercialisation réussie passe par des travaux de recherche et développement continus ».
Le conditionnement d’air (traité dans
62 communications) et plus particulièrement les systèmes à déshydratant
(16 communications) ont constitué un thème important d’ICR2019.
- Dans sa présentation (3) intitulée « Technologies des énergies renouvelables dans le conditionnement d’air: état de l’art et perspectives », Renato Lazzarin estime que les technologies utilisant les énergies renouvelables peuvent satisfaire une fraction importante de la demande croissante de refroidissement, en particulier lorsque le rayonnement solaire est abondant. Il distingue les technologies passives (ou presque passives) des technologies actives.
Parmi les technologies passives, le refroidissement radiatif vers le ciel, le refroidissement par ventilation nocturne, le couplage de la pièce à refroidir avec le sol ou un aquifère et le refroidissement évaporatif sont présentés. Cependant, l'auteur considère que les technologies de refroidissement passif apportent généralement une contribution marginale au conditionnement d’air d'un bâtiment, de sorte que des systèmes hybrides associant des technologies actives et passives sont souvent utilisés.
Parmi les technologies actives, le refroidissement solaire thermique (utilisant le processus de sorption), le refroidissement par déshydratant (également à alimentation thermique et utilisant le processus de sorption) et le refroidissement solaire piloté par énergie photovoltaïque (PV) sont proposés.
L’augmentation constante du rendement des modules PV et la forte diminution de leurs coûts au cours des dix dernières années font désormais du refroidissement solaire photovoltaïque la solution la plus rentable en termes de coût global et une option pouvant rivaliser avec les systèmes de conditionnement d’air traditionnels.
- Dans sa présentation (3) intitulée « Technologies des énergies renouvelables dans le conditionnement d’air: état de l’art et perspectives », Renato Lazzarin estime que les technologies utilisant les énergies renouvelables peuvent satisfaire une fraction importante de la demande croissante de refroidissement, en particulier lorsque le rayonnement solaire est abondant. Il distingue les technologies passives (ou presque passives) des technologies actives.
Parmi les technologies passives, le refroidissement radiatif vers le ciel, le refroidissement par ventilation nocturne, le couplage de la pièce à refroidir avec le sol ou un aquifère et le refroidissement évaporatif sont présentés. Cependant, l'auteur considère que les technologies de refroidissement passif apportent généralement une contribution marginale au conditionnement d’air d'un bâtiment, de sorte que des systèmes hybrides associant des technologies actives et passives sont souvent utilisés.
Parmi les technologies actives, le refroidissement solaire thermique (utilisant le processus de sorption), le refroidissement par déshydratant (également à alimentation thermique et utilisant le processus de sorption) et le refroidissement solaire piloté par énergie photovoltaïque (PV) sont proposés.
L’augmentation constante du rendement des modules PV et la forte diminution de leurs coûts au cours des dix dernières années font désormais du refroidissement solaire photovoltaïque la solution la plus rentable en termes de coût global et une option pouvant rivaliser avec les systèmes de conditionnement d’air traditionnels.
L’ensemble de ces présentations est disponible dans la base de données Fridoc (voir liens ci-dessous).
L’ensemble des autres communications du Congrès peut être téléchargé ici
Les membres de l’IIF bénéficient d’un quota de téléchargements gratuits.
(1) Laurence Fournaison, Practical aspects on slurries for refrigeration and air conditioning: https://bit.ly/2qisBaI
(2) Stefan Elbel, Recent developments in HVAC&R systems utilizing two-phase ejector for expansion work recovery: https://bit.ly/33AQ2KM
(3) Renato Lazzarin, Renewable energy technologies in air conditioning: State of the art and perspectives: https://bit.ly/2Mh6HwZ
(4) Ruzhu Wang, Lingji Hua, Tianshu Ge, Yaodong Tu, Xiangyu Sun, Highly efficient heat pump with desiccant coated evaporator and condenser: principle and application: https://bit.ly/2IUkJT0
L’ensemble des autres communications du Congrès peut être téléchargé ici
Les membres de l’IIF bénéficient d’un quota de téléchargements gratuits.
(1) Laurence Fournaison, Practical aspects on slurries for refrigeration and air conditioning: https://bit.ly/2qisBaI
(2) Stefan Elbel, Recent developments in HVAC&R systems utilizing two-phase ejector for expansion work recovery: https://bit.ly/33AQ2KM
(3) Renato Lazzarin, Renewable energy technologies in air conditioning: State of the art and perspectives: https://bit.ly/2Mh6HwZ
(4) Ruzhu Wang, Lingji Hua, Tianshu Ge, Yaodong Tu, Xiangyu Sun, Highly efficient heat pump with desiccant coated evaporator and condenser: principle and application: https://bit.ly/2IUkJT0