Cycles frigorifiques : Cycle transcritique simple au CO₂

 

I. Optimisation de la haute pression et du COP/EER

La principale spécificité du Cycle transcritique au CO₂ réside dans le réglage de la haute pression. En l’absence de température de condensation, plusieurs niveaux de HP peuvent être envisagés pour une même température de sortie du gas cooler. Ces différents niveaux conduisent toutefois à des états thermodynamiques et à des performances sensiblement différentes.

 

I.1. Effets d’une augmentation de la HP

L’augmentation de la haute pression produit deux effets antagonistes.

Effet favorable sur l’état avant détente

Dans une première plage de fonctionnement, l’augmentation de la HP peut diminuer l’enthalpie en sortie du refroidisseur de gaz. Après détente, cette évolution permet généralement :

 

I.2. HP optimale

Trois zones de fonctionnement peuvent généralement être distinguées lors de l’analyse de la haute pression dans un Cycle transcritique au CO₂. Une pression trop faible pénalise l’effet frigorifique, une pression trop élevée augmente excessivement le travail de compression : Une valeur de haute pression située entre ces deux extrêmes permet d’obtenir le meilleur compromis.

 

I.3. Influence de la température de sortie du refroidisseur de gaz

La pression optimale dépend fortement de la température du CO₂ à la sortie du gas cooler. Cette température est principalement liée :

 

I.4. Pilotage pratique de la haute pression

Dans une installation réelle, la haute pression est généralement pilotée par la vanne de régulation située en sortie du refroidisseur de gaz. Le principe de régulation peut être résumé ainsi :

 

II. Domaine d’application et marché du CO2 transcritique

Le CO₂ transcritique s’est principalement développé dans le froid commercial alimentaire, qui constitue aujourd’hui son marché de référence. Son domaine d’emploi s’étend également aux entrepôts frigorifiques, à la logistique, à certaines applications industrielles ainsi qu’aux pompes à chaleur et aux systèmes intégrant une récupération de chaleur.

Le présent chapitre concerne le CO₂ transcritique au sens large. Les installations réelles peuvent donc utiliser des architectures plus élaborées que le cycle simple étudié dans cet article : centrales booster, compression parallèle, éjecteurs ou récupération de chaleur. Ces solutions sont uniquement mentionnées pour situer le marché.

 

II.1. Principaux domaines d’application

 

II.2. Conditions favorables d’application

Le CO₂ transcritique est particulièrement pertinent lorsque plusieurs des conditions suivantes sont réunies :

 

II.3. Limites et points de vigilance

Le CO₂ transcritique n’est pas systématiquement la solution la plus rationnelle. Ses principales contraintes sont :