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Article

1 - PRINCIPES DE FONCTIONNEMENT

2 - ASPECTS FONDAMENTAUX

3 - TECHNOLOGIE DES CYCLES H2O-LIBR

4 - MARCHÉ DES SYSTÈMES À ABSORPTION

5 - ANNEXE : CARACTÉRISTIQUES THERMODYNAMIQUES DES SOLUTIONS H2O-LIBR

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE9735 v2

Conclusion
Machines à absorption liquide - Systèmes eau-bromure de Lithium

Auteur(s) : Francis MEUNIER, Pierre NEVEU

Date de publication : 10 oct. 2020

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Sommaire

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RÉSUMÉ

Les machines à absorption liquide eau-bromure de Lithium représentent une gamme majeure de groupes refroidisseurs de liquide fournissant de l’eau glacée à 7 °C à partir d’une source chaude thermique (eau chaude, vapeur, gaz naturel ou fuel, etc.) et en rejetant de la chaleur à la température ambiante.

Plusieurs types d’unités fonctionnant avec des cycles thermodynamiques différents, dont le lecteur peut simuler les performances grâce à une feuille de calcul, sont proposés par les constructeurs.

Les COP de ces unités commencent à 0,7-0,8 pour les unités à simple effet alimentées avec de la chaleur à 95 °C, pour atteindre 1,3 pour des unités à double effet alimentées par de la chaleur à 175 °C et même culminer à 1,7-1,8 pour les cycles à triple effet utilisant de la chaleur à 200 °C.

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ABSTRACT

Absorption chillers - Water-Lithium bromide systems

Water-lithium bromide absorption chillers offer expert solutions of chillers powered by a variety of heat sources (e.g. hot water, steam, natural gas or fuel, etc.) providing 7 °C chilled water and rejecting heat at ambient temperature.

Manufacturers offer several types of units using different thermodynamic cycles and the reader has the possibility to simulate those cycles through a software supplied herein.

COP’s of those units start from 0.7-0.8 for simple effect units operated at 95 °C heat source but reach 1.3 for double effect units operated at 175 °C with a maximum at 1.7-1.8 for triple effect units operated at 200 °C.

Auteur(s)

  • Francis MEUNIER : Professeur émérite au Conservatoire national des arts et métiers - Directeur honoraire de l’IFFI (Institut Français du Froid Industriel), Paris, France

  • Pierre NEVEU : Professeur, Université de Perpignan

INTRODUCTION

Les machines à absorption liquide LiBr-eau dont il est question dans cet article sont des convertisseurs thermiques trithermes [BE 9 734].

La principale application de ces machines est la production d’eau glacée à 7 °C à partir d’une source chaude thermique (eau chaude, vapeur, gaz naturel ou fuel, etc.) et en rejetant de la chaleur à la température ambiante.

Les différents cycles utilisés par ces machines sont présentés et analysés à l’aide d’une feuille de calcul permettant de simuler les performances de ces cycles en fonction des conditions opératoires.

La technologie utilisée ainsi que les caractéristiques principales de ces unités sont alors discutées.

Plusieurs types d’unités fonctionnant avec des cycles thermodynamiques différents sont proposés par les constructeurs.

Les unités utilisant un cycle à simple effet présentent un COP (coefficient de performance) nominal compris entre 0,7 et 0,8 et sont alimentées par de l’eau chaude à environ 95 °C ou de la vapeur saturante à 100 kPa.

Les unités utilisant un cycle à double effet présentent un COP nominal plus élevé de l’ordre de 1,3 et peuvent être alimentées soit par chauffage direct avec brûleur intégré (le plus souvent au gaz naturel), soit par chauffage indirect à la vapeur (en général à 9 bar/175 °C) mais de nombreuses autres variantes existent (fuel léger, gaz liquéfié, gaz d’échappement de turbine à gaz, etc.). Ces unités consomment un peu d’électricité, pour actionner des pompes de circulation de liquide, dont la consommation représente moins de 1 % de la puissance frigorifique.

Les unités utilisant ces deux types de cycles sont fabriquées en grande série et représentent la très grande majorité du marché mondial des machines à absorption qui est important avec une croissance d’environ 4 %. En 2018, près de 13 000 GRL (groupes refroidisseurs de liquides) à absorption ont été vendus pour une valeur de près de 1 300 M$. Ce marché des GRL à absorption correspond à 12 % du marché total des GRL.

Ce marché correspond essentiellement à des unités de forte puissance frigorifique (supérieure à 200 kW et jusqu’à 5 MW). Les applications industrielles correspondent à 85 % du marché dont les unités à double effet représentent plus de 80 % avec un taux de croissance légèrement supérieur à celui des unités à simple effet et les unités à chauffage direct correspondent à près de 50 % du marché. Le coût par kW frigorifique de ces installations diminue avec la puissance.

À côté de ces unités, des unités utilisant un cycle à triple effet avec un COP plus élevé compris entre 1,7 et 1,8 et utilisant de la chaleur à 200 °C sont présentées dans l’article mais, pour l’instant, ces unités ne réussissent pas à supplanter les unités à double effet.

Enfin, des pompes à chaleur et des thermotransformateurs, présentés dans l’article, sont également proposés par plusieurs constructeurs sans rencontrer, pour l’instant un franc succès.

Principaux symboles

GRL Groupe Refroidisseur Liquide

COP Coefficient Of Performance

IPLV Integrated Part Load Value (valeur intégrée sous charge partielle)

PCS Pouvoir Calorifique Supérieur

PCI Pouvoir Calorifique Inférieur

AHRI Air-conditionning Heating and Refrigeration Institute

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KEYWORDS

thermodynamic cycles   |   chiller   |   heat pump   |   GRL

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-be9735


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6. Conclusion

Les machines à absorption eau-bromure de lithium ont atteint un haut niveau de fiabilité leur garantissant une durée de vie largement supérieure à 20 ans (certaines unités ont atteint 70 ans !). Leurs performances sont reproductibles sans se dégrader avec le temps avec des COP compris entre 0,7 et 0,8 pour les systèmes à simple effet, de l’ordre de 1,3 pour des systèmes à double effet et entre 1,7 et 1,8 pour des systèmes à triple effet.

Dans un contexte de préoccupations environnementales, les machines à absorption présentent plusieurs avantages notoires :

  • le potentiel de réchauffement global GWP de l’eau est nul ;

  • le niveau sonore ainsi que la nuisance des vibrations de ces unités sont faibles comparés aux GRL à compression mécanique de vapeur ;

  • les constructeurs proposent des unités multi-énergies produisant de l’eau glacée, de l’eau chaude sanitaire et éventuellement de l’électricité en couplage à des turbines (trigénération). Ces unités peuvent également fonctionner en mode chauffage ;

  • non seulement ces unités soulagent le réseau électrique dans les périodes de pics de consommation due à la climatisation mais, de plus, les unités de trigénération permettent de produire de l’électricité.

Le marché de ces unités est en expansion d’environ 4 % par an depuis de nombreuses années, il concerne essentiellement des unités de forte puissance frigorifique (de 200 kW à 5 MW, voire plus) et est à 85 % orienté vers les applications industrielles. Les systèmes à double effet représentent plus de 80 % du marché. Néanmoins, si les machines à absorption préservent bien leur part de marché qui représente 12 % du marché des GRL, elles éprouvent des difficultés à augmenter cette part de marché vis-à-vis des GRL à compression mécanique. Dans un contexte de transition énergétique due au dérèglement climatique et de réduction des pics de consommation électrique, les innovations vers des systèmes hybrides ou multi-énergies devraient permettre d’augmenter la part de marché de ces systèmes à absorption liquide H2O-LiBr.

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) -   Review on testing procedures and quality standards for thermally driven chillers task report 5.3.3.,  -  QAIST project http://www.qaist.org/

  • (2) - SOMERS (C.), MORTAZAVI (A.), HWANG (Y.), RADERMACHER (R.), RODGERS (P.), AL-HASHIMI (S.) -   Modeling water/lithium bromide absorption chillers in ASPEN Plus.  -  Applied Energy, vol. 88, issue 11, p. 4197-4205, ISSN 0306-2619 (2011) https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.05.018

  • (3) - ALEFELD (G.), RADERMACHER (R.) -   Heat conversion systems.  -  CRC Press, ISBN 978-0849389283 (1993).

  • (4) - HEROLD (K.E.), RADERMACHER (K.E.), KLEIN (S.A.) -   Absorption chillers and heat pumps.  -  2nd Edition, CRC Press, ISBN 978-1498714358 (2016).

  • (5) - XU (Z.Y.), WANG (R.Z.) -   Absorption refrigeration cycles : categorized based on the cycle construction.  -  International Journal of Refrigeration, vol. 62, p. 114-136, ISSN 0140-7007 (2016) https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.10.007

  • ...

1 Outils logiciels

CalculAbs, juin 2020 (version pour Windows 64, Linux), [Logiciel], Pierre Neveu https://perso.univ-perp.fr/neveu

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2 Événements

IEA Heat Pump Conference, tous les 3 ans https://heatpumpingtechnologies.org

ISHPC, International Absorption Heat Pump Conference, tous les 3 ans

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3 Normes et standards

AHRI Standard 560-2000 (2000), Absorption water chilling and water heating packages

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4 Annuaire

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