Système HC/HFC-CO2 en cascade Régulation du système

Système HC/HFC-CO2 en cascade
Régulation du système
Application Guide
ADAP-KOOL® Refrigeration control systems
AKS 32 R
AKS 32R
GD/DGS
AKS 11
AKS 2050
AKS 11
GD/DGS
AKS 11
AKS 32R
FC 103
AKS 11
DCR
Pump
SGN
AKS 2050
AKS 11
EVR
ETS
DCR
FC 103
FC 103
AK-CC 450
AKS 11
AK-CC 550 A
AKS 11
AK-PC 783
Danfoss R64-2108.10
AKS 32R
AK-SC 355/
AK-SM 350/
AK-SM 720/
AK-SM 850/
AKA 245
AKS 11
EVRH
AKVH

2 Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013 Système HC/HFC-CO2 en cascade
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 signie que
le refroidissement peut s’eectuer directement
par CO2. La température intermédiaire peut
également être optimisée an 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 diérents 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.
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)
Plus l’échangeur de chaleur en cascade est
ecace, moins la diérence 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 diérence de température augmente sur le
condenseur en cascade, l’ecacité globale du
système de réfrigération diminue.
Description générale
Températures et pressions
dans les systèmes en cascade
• faible diérence 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’hydrouorocarbone (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 réchauement global (par rapport
au R404A).
Un système en cascade permet de combiner
les avantages du CO2 et des HFC. Les systèmes
en cascade représentent une alternative très inté-
ressante aux systèmes traditionnels de climati-
sation qui ne conviennent pas aux installations à
CO2 transcritiques. Un système en cascade ore
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 ecacité du système même sous les
climats chauds,
• faible quantité de réfrigérant requise pour un
niveau de température élevée,
EKC 31
3
AK-CC 550
AK-CC 450
AK-PC 740/780
Niveau de
pression
40 bar
Niveau de
pression
25 bar
Tous types de
réfrigérant

Système HC/HFC-CO2 en cascade Guide d’application RA8AB204 © Danfoss 08/2013 3
Températures et pressions
dans les systèmes en
cascade (suite)
Si un système CO2 présente une surchaue
élevée, des désurchaueurs 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
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 dénie
par l’ecacité et la pression nominale du système.
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.
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 surchaue du gaz haute température. Les
compresseurs basse température sont ensuite
démarrés sous l’eet 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.
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.
La désurchaue 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 ns de récupération de chaleur sans aucun
problème.
• La réduction de la contrainte thermique dans
l’échangeur de chaleur.
• Le gaz CO2 produit des ux de chaleur
très élevés, qui créent par conséquent des
conditions instables côté évaporation. Il est
donc préconisé de réduire la surchaue côté
CO2.

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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 dénie de deux façons: une référence
xe 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 diérentes, selon le choix du modèle
de couplage.
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.
Coordination basse
pression/haute pression
L’AK-PC 740/780 est également capable de coor-
donner 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
L’alimentation en huile des compresseurs peut
être gérée par le contrôleur AK-PC 783.