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RÉSUMÉ
Un fluide caloporteur assure le transport de la chaleur d'une source thermique à un puits thermique tout en respectant à la fois des contraintes techniques (pertes thermiques réduites, faible consommation d'énergie de transport du fluide), des contraintes de sécurité et de respect de l'environnement, des contraintes économiques (associées à la taille des auxiliaires de pompage, de compression ou de ventilation mais également à la taille des échangeurs de chaleur). La sélection de ce fluide pour un procédé thermique est le résultat d'un processus complexe d'évaluation de divers paramètres et critères.
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Christophe MARVILLET : Professeur du Cnam (Conservatoire national des Arts et métiers), - Directeur de l'IFFI (Institut français du froid industriel et du génie climatique), Paris, France - Note de l'éditeur : cet article est la version actualisée de l'article [BE 9 570].
INTRODUCTION
Les applications des fluides caloporteurs pour le chauffage dans les procédés industriels sont fort variées et impliquent une grande diversité de fluides de par le large domaine de températures rencontré dans ces procédés : gaz, métaux liquides, sels fondus, fluides organiques. Les applications des fluides frigoporteurs pour le refroidissement de procédés à température inférieure à l'ambiante sont celles du froid industriel, commercial et du conditionnement d'air. Bien que fonctionnant dans un domaine de températures notablement plus réduit (– 70/+ 20 °C), ces fluides sont également de natures variées de par la diversité des contraintes qu'il est nécessaire de prendre en compte pour leur choix : critères énergétiques et économiques, mais également critères de sécurité et d'impact environnementaux. Après avoir rappelé les principales catégories de fluides frigo- et caloporteurs et avoir illustré d'exemples d'applications cette présentation, nous indiquons de façon exhaustive les critères de choix des fluides calo- et frigoporteurs en insistant sur leur domaine d'utilisation, les contraintes d'exploitation des systèmes énergétiques et, bien entendu, les critères technico-économiques.
Cette étude sur les fluides caloporteurs et frigoporteurs se compose de trois articles :
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MOTS-CLÉS
fluide caloporteur réseau de chaleur et de froid thermique industrielle thermique Echangeur à plaques Echangeur de chaleur
VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2003 par Christophe MARVILLET
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Critères de choix des fluides caloporteurs et frigoporteurs
2.1 Critères liés au domaine d'utilisation du fluide
Le premier critère de choix d'un fluide calo- ou frigoporteur est basé sur le domaine de température d'utilisation, c'est-à-dire les valeurs minimale et maximale d'utilisation.
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La valeur minimale d'utilisation est la température de congélation. Elle représente évidemment une limite à ne pas dépasser. Dans de nombreux cas pratiques, on préfère utiliser le seuil de pompabilité, lorsque celui-ci est connu : c'est la température au-dessous de laquelle il est impossible d'utiliser une pompe centrifuge, ce qui correspond à une valeur limite de la viscosité dynamique de 300 mm2/s (soit 300 cSt).
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La valeur maximale d'utilisation est conditionnée par deux paramètres distincts :
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la pression maximale de fonctionnement du circuit contenant le fluide qui détermine la température de saturation maximale admissible. Un fluide présentant une basse pression de saturation permet d'éviter des constructions coûteuses et de limiter les contraintes réglementaires associées aux dispositifs sous pression. Les données qui sont généralement fournies par les fabricants de fluides sont la température de saturation à la pression atmosphérique et, parfois, la courbe de saturation pression-température ;
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le seuil de température de décomposition qui est un facteur essentiel pour certains fluides comme les fluides organiques dont la stabilité thermique est limitée. Cette connaissance est nécessaire pour limiter les risques d'encrassement des parois d'échangeur, augmenter la durée de vie du fluide et enfin limiter les risques d'incendie liés à la formation de produits plus volatils.
Le tableau 2 rassemble les données sur ces deux grandeurs pour un ensemble de fluides frigoporteurs et le tableau 3 pour les fluides caloporteurs.
Les fournisseurs des produits commerciaux cités dans ces tableaux sont répertoriés dans les tableaux 1 et 2 en annexe [Doc. BE 9 570v2].
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BIBLIOGRAPHIE
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
COOLPACK, logiciel de calcul de propriétés physiques de fluide et de calcul de cycles thermodynamiques https://www.ipu.dk/products/coolpack/
EES, solveur d'équations contenant une base de données fluides
ECHTHERM, logiciel développé par le GRETh pour le calcul d'échangeurs thermiques et intégrant une base de données fluides http://www.greth.fr/
PROPHY, base de données de fluides développée par la société Prosim http://www.prosim.net/fr/logiciels.php
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Règlement (UE) n° 517/2014 du parlement européen et du conseil du 16 avril 2014 relatif aux gaz à effet de serre fluorés et abrogeant le règlement (CE) n° 842/2006. Texte du 16 avril 2014, paru au Journal Officiel de l"Union Européenne le 20 mai 2014 https://aida.ineris.fr/consultation_document/30790
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