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Installation frigorifique et CO² subcritique et transcritique

Toute activité ou tout procédé de production utilise de l’énergie (alimentation d’un four industriel, d’une chambre de stockage, d’une climatisation) qui est le plus souvent source de chaleur. Celle-ci est souvent rejetée dans l’air ambiant, ce qui est une source d’énergie perdue.

Il est pourtant possible de valoriser cette chaleur, via des systèmes de récupération de chaleur, en l’employant à d’autres procédés tels le chauffage de bâtiments, le chauffage d’eaux sanitaires, etc.

L’achat et l’installation de ces systèmes de récupération de chaleur sont aujourd’hui subventionnés via les primes CEE (Certificats d’Economies d’Energie) acquittées par des fournisseurs d’énergie en vertu des articles 14 à 17 de la loi de Programmation fixant les Orientations de la Politique Energétique (loi POPE) du 13 juillet 2005

1. Installation d’un système de récupération de chaleur sur un groupe frigorifique :

Un groupe de production de froid permet de maintenir une pièce (par exemple une chambre froide) à basse température en déplaçant la chaleur qui s’y trouve vers l’extérieur.

Avec l’installation d’un système de récupération de chaleur sur un groupe froid (agriculture – industrie – tertiaire), l’air chaud extrait de la pièce à refroidir peut être réutilisé pour le chauffage d’eau ou d’air utiles à d’autres étapes de la production ou aux locaux administratifs.

Sur un groupe frigorifique, l’installation d’un système de récupération de chaleur consiste à placer entre le compresseur et le condenseur du groupe, un échangeur de chaleur qui va stocker celle-ci et la réutiliser aux fins mentionnées ci-dessus.

Il existe diverses sortes d’échangeurs de chaleur :

  • Les échangeurs à plaque externes :
    Ils transportent la chaleur produite par le groupe frigorifique, sous forme de gaz, vers un ballon d’eau chaude pour y chauffer l’eau.
  • Les échangeurs internes aussi dits « ballons à serpentins »
    Tuyaux spiralés placés dans le ballon d’eau chaude, en contact direct avec l’eau à chauffer, qui transportent la chaleur extraite des groupes frigorifiques sous forme de gaz.
  • Les récupérateurs à condensation à eau
    Le principe de ces récupérateurs est d’utiliser l’eau à chauffer pour condenser le fluide frigorigène au sein de l’échangeur. La chaleur issue de la condensation est alors exploitée pour chauffer de l’eau dans un ballon d’eau chaude.
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2. Installation d’un système de récupération de chaleur sur un compresseur d’air :

L’installation d’un système de récupération de chaleur sur un compresseur d’air consiste en l’installation d’un échangeur sur le circuit de refroidissement ou sur le circuit d’huile du compresseur qui récupère la chaleur issue du fonctionnement du compresseur et la transporte afin de faire chauffer de l’eau dans un ballon d’eau chaude.

L’efficacité de récupération de ce type d’échangeur est comprise entre 50 et 90%.

3. Installation d’un système de récupération de chaleur sur un four industriel :

La chaleur issue du fonctionnement d’un four est rejetée dans l’atmosphère via les fumées. L’installation de récupérateurs de chaleur sur un four industriel consiste en l’installation d’échangeurs sur les fours industriels. Ils permettent de récupérer cette énergie avant que les fumées ne sortent à l’air libre pour la réutiliser pour préchauffer l’air comburant qui sert à l’utilisation du four. La chaleur réutilisée permet autant d’économie en consommation d’énergie (gaz, électricité).

Il existe diverses sortes d’échangeurs de chaleur intégrés aux fours

  • Les brûleurs auto-récupérateurs
    Ces brûleurs, sous forme de tubes métalliques ou céramiques ouverts à l’extrémité, captent les fumées chaudes comprises entre 600 et 1000°C (pour les tubes métalliques) et entre 1000 et 1300°C (pour les tubes en céramiques) et les font circuler pour préchauffer l’air comburant utile au chauffage du four.
    Leur efficacité de récupération est entre 50 et 70% soit 50 à 70% d’économie d’énergie pour le fonctionnement du four.
  • Les brûleurs régénératifs
    Ces brûleurs sont le plus souvent utilisés pour des températures comprises entre 700 et 1400°C (four de fusion de verre, four de refusion d’aluminium, four de réchauffage des aciers etc.). Ils sont souvent associés par paire et ont un fonctionnement en alternance : pendant que l’un fonctionne, l’autre à l’arrêt aspire les fumées pour chauffer et vice versa.
    Ils permettent de préchauffer le four jusqu’à 50°C en dessous de la température adéquate.
    Leur efficacité de récupération est entre 70% et 90% soit autant d’économie d’énergie pour le fonctionnement du four.
  • Les récupérateurs de chaleur sur les fumées
    Placés à la sortie du four, ils récupèrent la chaleur de l’intégralité des fumées sortant du four pour la réinjecter dans le four afin d’y préchauffer l’air comburant.
    Leur efficacité de récupération est entre 40% et 50% soit autant d’économie d’énergie pour le fonctionnement du four.
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4. Installation d’un système de récupération de chaleur sur une tour auto réfrigérante :

Placé en amont de la tour auto réfrigérante, le système de récupération de chaleur permet, selon les principes explicités précédemment, de récupérer la chaleur et de la réutiliser sur le process industriel.

Les intérêts/ avantages de la récupération de chaleur.
Grâce à la récupération de chaleur, votre entreprise peut donc :

1. Maîtriser sa consommation d’énergie et réaliser des économies d’énergies :

Sur le chauffage de l’eau : 50 à 90% d’économie d’énergie
Quasi autonomie du chauffage du ballon d’eau chaude
Peu besoin d’utiliser de l’électricité ou de gaz supplémentaire pour faire fonctionner le ballon d’eau chaude
Sur le préchauffage du four : 50 à 90% d’économie d’énergie
L’air comburant du four est préchauffé
Peu besoin d’utiliser d’énergie pour préchauffer.
Sur le chauffage ambiant : Peu d’utilisation de radiateurs/ systèmes centraux de chauffage
Réduction de l’utilisation d’électricité, gaz, fioul.

2. Réduire l’impact environnemental de son activité

  • Amélioration de la performance énergétique du site : diminution des rejets de gaz à effet de serre puisque la chaleur qui était auparavant rejetée est réutilisée
  • Amélioration du respect des normes environnementales en matière de rejet.
  • Moindre utilisation des énergies « fossiles » (gaz, électricité, fioul) pour chauffer l’eau ou les bâtiments que ce soit à usage courant ou dans le cadre de la production.
  • Amélioration de la performance énergétique de certains appareils (moindre utilisation de la chaudière pour chauffer l’eau dans la mesure où elle est déjà préchauffée) entraînant un allongement de la durée de vie de l’appareil.

3. Être plus compétitive

  • Moindres coûts de maintenance de certains appareils
  • Durée de vie des appareils (donc amortissement) allongée
  • Baisse des coûts de production grâce aux économies d’énergie générés.

Comment financer l’achat et l’installation d’un système de récupération de chaleur ?
Aujourd’hui, il est possible de faire financer une partie de l’installation d’un système de récupération de chaleur par les primes CEE, financées par les fournisseurs d’énergie (électricité, gaz, carburant), soumis à une obligation d’économies d’énergie.

Pour chaque opération décrite ci-dessous, une fiche définit les conditions d’éligibilité.

Secteur Où récupérer de la chaleur ? Fiche Qu’en faire ?
Agriculture Sur un groupe frigorifique AGRI-TH-104 (Pré)chauffer de l’eau/ de l’air
Sur la chaleur fatale issue d’un procédé industriel AGRI-TH-116 Chauffer une serre/ un bâtiment d’élevage
Industrie Sur un compresseur d’air IND-UT-103 Chauffer des locaux
Chauffer de l’eau chaude sanitaire
La réutiliser dans un procédé industriel
Sur une tour aéroréfrigérante/ tour de refroidissement IND-BA-112 La réutiliser sur le site industriel
Sur un groupe frigorifique IND-UT-117 (Pré)chauffer de l’eau/ de l’air
Sur un four industriel ou sur les fumées qui en sont issues IND-UT-118 Préchauffer l’air comburant du four
Tertiaire Sur un groupe frigorifique BAT-TH-139 (Pré)chauffer de l’eau/ de l’air

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