Système HC/HFC-CO2 en cascade Régulation du système

Application Guide
Système HC/HFC-CO2 en cascade
Régulation du système
Danfoss
R64-2108.10
ADAP-KOOL® Refrigeration control systems
FC 103
AK-PC 783
AKS 32R
AKS 11
FC 103
DCR
AKS 11 AKS 32R
AKS 11
ETS
AK-SC 355/
AK-SM 350/
AK-SM 720/
AK-SM 850/
AKA 245
EVR
GD/DGS
AKS 2050
AKS 11
AK-CC 450
AKS 2050
AKS 11
AKS 11
Pump
EVRH
SGN
FC 103
AK-CC 550 A
AKS 32 R
DCR
AKS 11
AKS 32R
GD/DGS
AKVH
AKS 11
Description générale
Températures et pressions
dans les systèmes en cascade
Un système en cascade permet de combiner
les avantages du CO2 et des HFC. Les systèmes
en cascade représentent une alternative très intéressante aux systèmes traditionnels de climatisation qui ne conviennent pas aux installations à
CO2 transcritiques. Un système en cascade offre
la possibilité de mettre en place des installations
à CO2 avec des pressions inférieures à 40 bars.
Le GWP est sensiblement réduit par rapport
à un système R134/404A traditionnel.
Les systèmes en cascade procurent un certain
nombre d’avantages :
• haute efficacité du système même sous les
climats chauds,
• faible quantité de réfrigérant requise pour un
niveau de température élevée,
La température intermédiaire dans un système
en cascade est sélectionnée en fonction de la
température requise pour les cas de hautes
température dans un entrepôt, ce qui signifie que
le refroidissement peut s’effectuer directement
par CO2. La température intermédiaire peut
également être optimisée afin d’obtenir le
meilleur rendement énergétique si le système est
utilisé uniquement à basse température.
Étant donné qu’un système en cascade
se compose en fait de deux systèmes de
réfrigération différents interfacés, mais isolés au
niveau de l’échangeur de chaleur en cascade,
la pression de service maximale de chaque
système peut varier. La pression de calcul du
CO2 s’appuie généralement sur la disponibilité
des composants et est égale à 40-45 bars (ce qui
correspond à +5 - +10 °C).
Pour empêcher la pression de dépasser les
mesures citées précédemment, les systèmes
d’immobilisation sont recommandés. Le réglage
des vannes de sûreté doit être le plus élevé
possible. La pression d’immobilisation peut être
obtenue en augmentant la pression de calcul à
80-90 bars.
• faible différence de température avec un
échangeur de chaleur en cascade et
• sur le côté haute pression, utilisation possible
de divers réfrigérants, par ex. HC/HFC
Si l’hydrofluorocarbone (HFC) doit être utilisé
à un niveau de température élevée, le R134a
constitue la meilleure option en raison de ses
propriétés thermodynamiques et de son faible
potentiel de réchauffement global (par rapport
au R404A).
EKC 313
Tous types de
réfrigérant
AK-CC 450
Par exemple :
Côté CO2
• Pression de service maximale du système
(température d’aspiration saturée) : 42 bars
(+5 °C)
• Réglages des soupapes : 42 bars (+5°C) (-10 %
pression de service max. PMS)
• Réglage des alarmes : 34 bars (-1 °C)
• Réglage de la pression de refoulement du CO2 :
35 bars (0°C)
Niveau de
pression
40 bar
AK-PC 740/780
Niveau de
pression
25 bar
AK-CC 550
Plus l’échangeur de chaleur en cascade est
efficace, moins la différence entre la température
de condensation du CO2 et la température
d’évaporation du réfrigérant sur le côté haute
température est importante. Étant donné que
la différence de température augmente sur le
condenseur en cascade, l’efficacité globale du
système de réfrigération diminue.
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Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013
Système HC/HFC-CO2 en cascade
Températures et pressions
dans les systèmes en
cascade (suite)
Si un système CO2 présente une surchauffe
élevée, des désurchauffeurs doivent alors être
employés pour réduire la charge sur le côté haute
température.
La pression intermédiaire optimale des systèmes
CO2 en cascade dépend d’un certain nombre
de paramètres (réfrigérant haute température,
modèle de charge, etc.). En général, 2 cas sont à
considérer :
1) Les systèmes avec charge à la température
moyenne.
Dans ce cas, la pression intermédiaire doit être
aussi élevée que possible pour réduire la charge
Séquence de
fonctionnement des
systèmes en cascade
Dans les systèmes en cascade, il est essentiel
qu’au moins un compresseur côté haute
température fonctionne avant le démarrage du
premier compresseur côté basse température.
Sinon, le compresseur côté basse température
peut être interrompu suite à une pression élevée.
Cette séquence s’applique également pour le
remplissage du système. Avant toute chose, le
circuit haute température doit être rempli avec
du réfrigérant, puis démarré. Une fois cette étape
réalisée, le CO2 peut être ajouté dans le système
basse température.
Injection dans un échangeur
de chaleur en cascade
Injecter du liquide dans un échangeur thermique
à plaques n’est pas évident. L’échangeur
thermique est souvent compact, par conséquent,
la constante de temps est très faible. Les
vannes AKV sont déconseillées pour cette
application.
En revanche, il est recommandé d’utiliser
des détendeurs (ETS ou CCM) pas à pas qui
fournissent un débit constant.
Système HC/HFC-CO2 en cascade
au niveau de température élevée. Les limites sont
par conséquent la température requise au niveau
intermédiaire et la pression nominale du système.
2) Les systèmes sans charge à la température
moyenne.
Dans ce cas, la température intermédiaire doit
se situer dans la plage comprise entre -10 et 0 °C
(en raison de la pression élevée du CO2 basse
température), où la limite inférieure est définie
par l’efficacité et la pression nominale du système.
Le détendeur haute température (ETS) de
l’échangeur de chaleur en cascade doit démarrer
en même temps que les compresseurs haute
température. Le détendeur contrôle ensuite
la surchauffe du gaz haute température. Les
compresseurs basse température sont ensuite
démarrés sous l’effet de l’augmentation de
pression de CO2 dans la conduite d’aspiration.
Les régulateurs de centrales Danfoss, tels que
l’AK-PC 783, est spécialement conçus avec des
fonctions de régulation intégrées, chargées de
coordonner ces opérations.
La désurchauffe du gaz CO2 entrant dans
l’échangeur de chaleur en cascade peut
également être recommandée pour trois raisons.
• Le gaz est souvent à 60 °C, la chaleur peut donc
être rejetée dans l’environnement ou utilisée à
des fins de récupération de chaleur sans aucun
problème.
• La réduction de la contrainte thermique dans
l’échangeur de chaleur.
• Le gaz CO2 produit des flux de chaleur
très élevés, qui créent par conséquent des
conditions instables côté évaporation. Il est
donc préconisé de réduire la surchauffe côté
CO2.
Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/20133
Danfoss
R64-2108.10
FC 103
AK-PC 783
AKS 32R
AKS 11
FC 103
DCR
AKS 11 AKS 32R
AKS 11
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AK-SC 355/
AK-SM 350/
AK-SM 720/
AK-SM 850/
AKA 245
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AKS 2050
AKS 11
AK-CC 450
AKS 2050
AKS 11
AKS 11
Pump
EVRH
SGN
FC 103
AK-CC 550 A
AKS 32 R
DCR
AKS 11
AKS 32R
GD/DGS
AKVH
AKS 11
Système HFC-CO2 en cascade
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Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013
Système HC/HFC-CO2 en cascade
Régulations du système en
cascade
La régulation des systèmes en cascade peut être
répartie comme suit :
• Régulation de la capacité du condenseur
• Régulation de la capacité du compresseur
• Régulation de l’injection en cascade
Régulation de la capacité du
condenseur
La régulation de la capacité du condenseur peut
être réalisée via la régulation par étape ou la
régulation de la vitesse des ventilateurs.
À titre de capteur de régulation du distributeur
de capacité, la pression du condenseur doit être
sélectionnée. La référence pour la régulation
peut être définie de deux façons : une référence
fixe ou une référence qui varie en fonction de
la température extérieure. La référence de la
pression de condensation est établie en °C.
Régulations de la puissance
du compresseur
Le régulateur de groupe AK-PC 783 gère la
pression d’aspiration basse température et
constitue un régulateur standard de centrales
dans un système de réfrigération. Le régulateur
peut contrôler de régulateur peut contrôler la
vitesse variable de deux compresseurs associés à
des compresseurs mono-étape de même tailles
ou de tailles différentes, selon le choix du modèle
de couplage.
Coordination basse
pression/haute pression
L’AK-PC 740/780 est également capable de coordonner le démarrage haute et basse température
pour assurer un fonctionnement en souplesse.
Ici, les compresseurs haute pression peuvent
démarrer selon deux modes :
- charge sur le circuit haute pression ;
- besoins du circuit basse pression.
Le circuit haute pression assure toujours le
démarrage du circuit basse pression uniquement
lorsqu’au moins un compresseur haute pression
est lancé. Il garantit également la conformité des
temporisateurs de sécurité et des compresseurs.
Gestion/ égalisation de
l’huile
Le système de gestion d’huile intégré couvre
la plupart des systèmes disponibles sur le
marché actuel. Il peut être utilisé aussi bien
avec le CO2 qu’avec tous les autres réfrigérants
conventionnels. De plus, il gère les signaux
d’entrée des éléments suivants :
• capteur de niveau du compresseur
• capteur de niveau du séparateur d’huile
• capteur de niveau du réservoir d’huile
• transmetteur de pression du réservoir d’huile
Système HC/HFC-CO2 en cascade
Une seule fonction de l’AK-PC 783 permet
d’utiliser la pression Pc côté CO2 basse
température comme capteur de contrôle de
la pression d’aspiration haute température.
Ceci garantit une régulation rapide et stable
de la pression de condensation côté CO2 basse
température.
L’alimentation en huile des compresseurs peut
être gérée par le contrôleur AK-PC 783.
Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/20135
Régulation de l’injection en
cascade
Dans les systèmes avec régulation en cascade
et CO2 comme réfrigérant sur le circuit basse
température, l’AK-PC 783 peut réguler l’injection
de liquide (au moyen d'un détendeur pas à pas
ETS) dans l’échangeur de chaleur en cascade
selon l’une des deux méthodes suivantes :
• optimisation de la surchauffe ;
• régulation de la pression de condensation dans
le circuit basse température tout en veillant à ce
que la surchauffe ne baisse pas trop.
Régulation du débit de
CO2 de l’évaporateur à
température moyenne
La température de l’air dans les vitrines ou zones
de présentation à température moyenne est
régulée en ouvrant/fermant une électrovanne/
vanne motorisée de l’alimentation en CO2 de
l’évaporateur. La régulation de température réelle
peut être obtenue de deux façons : soit une
régulation ON/OFF normale avec différentiel, soit
une régulation modulante (PWM), où la variation
de température est loin d’être aussi importante
que lors de la régulation on/off.
Dans un système avec plusieurs évaporateurs
alimentés par la même pompe CO2, la régulation
modulante de la température doit être sélectionnée, car elle fournit également un débit plus
constant de CO2 à la pompe CO2.
Régulation de l’injection
de l’évaporateur à basse
température
La régulation de l’injection des évaporateurs
de chambres froides et de vitrines basse
température s’effectue via un AK-CC 550A
utilisant les vannes d’injection à séquentielle
AKVH et des algorithmes logiciels adaptatifs
brevetés pour optimiser les performances et le
fonctionnement du système.
Régulation de la pression
Les régulateurs de CO2 Danfoss disposent d’un
plus grand nombre de fonctions de sécurité
liées à la pression, ce qui empêche les vannes de
sûreté de s’ouvrir et donc de perdre de la charge.
Période n63
Régulateur de groupe AK-PC 783
Une fonction de sécurité liée à la pression de
refoulement max. du compresseur réduit la
capacité du compresseur.
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Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013
Système HC/HFC-CO2 en cascade
AK-PC 783
Régulateur flexible pour le contrôle de la
capacité.
Le nombre d’E/S peut être étendu avec des
modules d’extension AK-XM.
AK-CC 450
Régulation totale du meuble frigorifique avec
une grande flexibilité pour s’adapter à tous les
types de meubles et d’entrepôts frigorifiques.
AK-CC 550A
Identique à l’AK-CC 450 +
• Max. 4 compresseurs sur LT (CO2)
• Max. 4 compresseurs sur MT (134a)
• Commande intégrale du condenseur en cascade
(vanne ETS)
• Max. 8 étages sur le condenseur MT
• Régulation de la vitesse variable du compresseur
principal pour LT et MT et des ventilateurs de
condenseurs
• Fonction intégrée de gestion d'huile
• Fonction de démarrage-demande pour la coordination entre les compresseurs haute et basse pression
• Fonction simple de récupération de chaleur
• Pour refroidissement avec saumure ou pompe CO2
• Pour utilisation avec un détendeur thermostatique
• Optimisation de l’énergie de l’ensemble du meuble
frigorifique
• Un seul régulateur pour plusieurs meubles frigorifiques
• Dégivrage naturel, électrique ou par gaz chauds
• Pour refroidissement avec détendeur électronique
• Régulation adaptative de la surchauffe
• Dégivrage adaptatif en fonction de la performance
de l’évaporateur
• Spécialement conçus pour applications CO2
AK-CC 550B
Identique à l’AK-CC 550A +
• Régulation de 2 sections dans 1 boîtier
AK-CC 750
Régulateur flexible de meubles frigorifiques
pour 4 évaporateurs maximum.
• Désormais disponible également pour ETS.
•
ETS
ETS est une série de détendeurs à commande
électrique (moteur pas-à-pas)
Système HC/HFC-CO2 en cascade
• Détendeurs à commande électrique pour l’injection précise de liquide dans des évaporateurs
• Totalement équilibrées, offrant une fonction bidirectionnelle ainsi qu’une fonction d’arrêt étanche
de l’électrovanne dans les deux sens de débit.
Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/20137
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Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013
ADAP-KOOL®
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