Le dioxyde de carbone (CO₂) est un fluide frigorigène naturel de plus en plus utilisé dans les systèmes de réfrigération. Il est écologique, avec un potentiel de réchauffement global (GWP) de 1 et un potentiel d’appauvrissement de la couche d’ozone (ODP) nul. Il existe deux manières principales d’utiliser le CO₂ dans les installations frigorifiques : en cycle subcritique et en cycle transcritique. Comprendre les différences entre ces deux modes de fonctionnement est essentiel pour choisir la solution la mieux adaptée à vos besoins et à votre installation frigorifique.
Cycle subcritique
Dans une installation en cycle subcritique, le CO₂ fonctionne à des pressions et températures inférieures à son point critique, qui est de 31 °C et 73,6 bars. Cela signifie que le CO₂ change d’état entre liquide et gaz, comme les autres réfrigérants traditionnels. Les systèmes subcritiques sont souvent utilisés en cascade avec un autre fluide frigorigène, comme l’ammoniac ou les HFC, pour condenser le CO₂. Ils sont particulièrement adaptés à la réfrigération basse et très basse température, par exemple pour les entrepôts frigorifiques ou les applications industrielles nécessitant des températures très basses.
Cycle transcritique
À l’inverse, dans une installation en cycle transcritique, le CO₂ fonctionne à des pressions et températures supérieures à son point critique. Dans ce cas, le CO₂ ne subit pas de condensation traditionnelle et reste dans un état dit “supercritique”, ni totalement liquide ni totalement gazeux. Ces systèmes utilisent un “gas cooler” au lieu d’un condenseur pour refroidir le CO₂. Les installations transcritiques sont adaptées à une large gamme d’applications, y compris la réfrigération à températures moyennes et basses, comme dans les supermarchés ou les plateformes logistiques.
Comparaison des deux systèmes
Voici un tableau comparatif des caractéristiques des cycles subcritique et transcritique :
| Caractéristique | Cycle subcritique | Cycle transcritique |
|---|---|---|
| Plage de température | Basse à très basse température | Moyenne à basse température |
| Pression de fonctionnement | Inférieure au point critique (≤ 73,6 bars) | Supérieure au point critique (> 73,6 bars) |
| Complexité du système | Nécessite souvent un second fluide en cascade | Système plus simple avec un seul fluide |
| Applications typiques | Entrepôts frigorifiques, industries nécessitant des températures très basses | Supermarchés, plateformes logistiques, réfrigération commerciale et industrielle |
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Avantages et inconvénients des systèmes subcritiques et transcritiques au CO₂
Les systèmes de réfrigération utilisant le CO₂ présentent des avantages et des inconvénients spécifiques, qu’ils fonctionnent en cycle subcritique ou transcritique.
| Critère | Cycle subcritique | Cycle transcritique |
|---|---|---|
| Efficacité énergétique | Efficacité élevée pour les applications à très basse température. | Efficacité variable selon les conditions ambiantes ; nécessite des optimisations pour maintenir des performances élevées. |
| Complexité du système | Nécessite souvent une configuration en cascade avec un autre fluide frigorigène, augmentant la complexité et les coûts d’installation. | Système plus simple utilisant uniquement le CO₂, mais requiert des équipements capables de supporter des pressions très élevées. |
| Pressions de fonctionnement | Pressions modérées, généralement inférieures à 73,6 bars. | Pressions très élevées, souvent supérieures à 90 bars, nécessitant des composants spécialement conçus pour ces conditions. |
| Applications typiques | Réfrigération basse et très basse température, comme les entrepôts frigorifiques et les processus industriels nécessitant des températures très basses. | Réfrigération à températures moyennes et basses, adaptée aux supermarchés, plateformes logistiques et autres installations commerciales. |
| Impact environnemental | Faible impact environnemental grâce à l’utilisation du CO₂, un fluide naturel avec un GWP de 1 et un ODP de 0. | Même avantage environnemental que le cycle subcritique, avec un faible impact sur le réchauffement climatique et aucun effet sur la couche d’ozone. |
| Coût | Peut être plus coûteux en raison de la complexité accrue et de la nécessité d’utiliser plusieurs fluides frigorigènes. | Coût initial potentiellement élevé en raison des exigences en matière d’équipement pour supporter des pressions élevées, mais peut offrir des économies à long terme grâce à une meilleure efficacité énergétique. |
En résumé, le choix entre un système subcritique et transcritique dépend de plusieurs facteurs, notamment les exigences spécifiques en matière de température, la complexité acceptable du système, les considérations budgétaires et les objectifs environnementaux.
Les systèmes subcritiques sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant des températures très basses, tandis que les systèmes transcritiques conviennent mieux aux applications commerciales à températures moyennes et basses.
Il est essentiel de consulter des experts en réfrigération pour déterminer la solution la plus appropriée à vos besoins spécifiques.
Conclusion
Le choix entre une installation en cycle subcritique ou transcritique dépend de vos besoins spécifiques en matière de réfrigération, des températures requises, de la complexité que vous êtes prêt à gérer et des considérations budgétaires. Il est recommandé de consulter des experts en réfrigération pour déterminer la solution la mieux adaptée à votre situation.
Pour une explication visuelle des différences entre les cycles subcritique et transcritique, vous pouvez consulter la vidéo suivante :
