Article

1 - TECHNOLOGIE NH3-H2O

2 - FROID INDUSTRIEL

3 - CLIMATISATION/CHAUFFAGE DOMESTIQUE

4 - AUTRES CYCLES

5 - MARCHÉ ET RÉGLEMENTATION

  • 5.1 - Marché
  • 5.2 - Sécurité et réglementation

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : BE9738 v1

Machines à absorption liquide - Systèmes ammoniac-eau. Technologie

Auteur(s) : Francis MEUNIER, Pierre Neveu

Date de publication : 10 mars 2022

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RÉSUMÉ

Cet article traite de la technologie des machines à absorption liquide ammoniac-eau dont les principales applications sont d’une part le froid industriel, à partir de vapeur surchauffée, d’eau chaude ou de gaz d’échappement, et d’autre part les pompes à chaleur domestiques utilisant le gaz naturel (ou du GPL) comme source d’énergie. Plusieurs modèles développés par les principaux constructeurs sont présentés et leurs performances énergétiques et environnementales sont analysées et comparées avec celles des technologies plus conventionnelles. Les systèmes à absorption-diffusion (réfrigérateur au gaz) et à absorption-compression (PAC Haute température) sont également présentés. La réglementation afférente à ces systèmes et leur marché sont finalement abordés.

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ABSTRACT

Absorption chillers and heat pumps- ammonia-water systems. Technology

This paper deals with ammonia-water liquid absorption technology. Main applications concern industrial refrigeration driven by superheated steam, hot water or exhaust gases and domestic heat pumps using natural gas (or LPG) as energy source. Existing units developed by the main manufacturers are presented. Their energy and environmental performances are analyzed and compare with those of more conventional technologies. The absorption-diffusion (gas refrigerator) and absorption-compression (high temperature heat pump) systems are also presented. Finally, the regulations and the market related to these systems are discussed.

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 des universités Université de Perpignan Via Domitia, France

INTRODUCTION

Les propriétés du mélange binaire ammoniac-eau NH3-H2O, présentées dans l’article [BE 9 736], permettent de concevoir des machines à absorption liquide qui sont décrites dans cet article. Ces machines à absorption se différencient des machines à absorption liquide H2O-LiBr sur plusieurs points (notamment le niveau de pression et le fait que la vapeur est un mélange) qui ont des conséquences importantes pour la conception des unités et la technologie utilisée.

Pour les applications industrielles avec production de froid à des températures négatives, le cycle à un étage est majoritairement utilisé conduisant à des valeurs de coefficient de performance COP dépendant de la température du froid produit mais inférieures à 0,5 pour des valeurs négatives. Ce cycle à un étage est également utilisé pour des unités de production d’eau glacée pour la climatisation à partir de l’énergie solaire. Ces unités présentent des COP allant de 0,47 pour du froid négatif à 0,7 pour des plafonds rafraîchissants.

Des cycles à 2 ou 3 étages sont mis en œuvre pour le froid industriel à plus basse température (allant jusqu’à – 50 °C voire – 60 °C) mais ils requièrent des températures de source chaude plus élevées pouvant atteindre 175 °C.

Le cycle GAX (Generator, Absorber, heat eXchanger) est utilisé pour les refroidisseurs de liquide pour la climatisation et pour les pompes à chaleur PAC au gaz naturel. Un COP de 0,7 est obtenu pour du froid positif à 7 °C et un COPchaud de 1,5 est obtenu pour une PAC air/eau (7/35 °C).

L’ammoniac étant un fluide toxique et légèrement inflammable, les unités contenant plus de 2,5 kg d’ammoniac sont soumises à des règles pour leur implantation dans des établissements recevant du public. Les pompes à chaleur PAC aérothermiques de puissance inférieure à 70 kW (contenant moins de 11 kg d’ammoniac) doivent être localisées à l’air libre alors que les PAC géothermiques peuvent être situées à l’intérieur dans un espace à accès autorisé uniquement. Les unités de froid industriel de plus forte puissance doivent respecter la norme NF EN 378 et être donc situées également dans des locaux à accès autorisé uniquement.

Les unités NH3-H2O de pompe à chaleur et de refroidisseur de liquide au gaz naturel (ou au GPL) sont fabriquées en moyenne série pour un marché limité comparé au marché des machines H2O-LiBr. Les unités de froid industriel, quant à elles, sont fabriquées à la demande suivant un cahier des charges spécifique.

De plus, des unités NH3-H2O de climatisation solaire ainsi que des unités utilisant un cycle à diffusion à faible COP mais ne comportant aucun composant mécanique et totalement silencieuses pour des applications en caravane, chambre d’hôtel, etc. sont proposées.

Avec la rénovation énergétique, ces systèmes NH3-H2O aspirent à se développer dans plusieurs directions :

  • les pompes à chaleur réversibles fonctionnant au gaz incorporant du biogaz ;

  • les unités de froid industriel valorisant la chaleur fatale à des températures supérieures à 130 °C (hauts fourneaux, éco-parcs industriels, cycles combinés, etc.).

Comme il est d’usage dans la profession, les titres et les pourcentages, indiqués dans cet article, sont sauf précision contraire massiques et relatifs à l’ammoniac.

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KEYWORDS

natural gas   |   chiller   |   heat pump   |   industrial refrigeration

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-be9738


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - COLIBRI -   Experts in absorption refrigeration.  -  https://colibris.home.xs4all.nl/pdf_documents/english_docu/absorption_refrigeration_en.pdf (consulté le 5 août 2021)

  • (2) - BL Thermodynamics -   Experience meets innovation. Ammonia absorption refrigeration.  -  https://bl-thermo.com/wp-content/uploads/2021/01/BL_Thermodynamics.pdf (consulté le 5 août 2021)

  • (3) -   Pink Chiller PC19  -  https://www.pink.co.at/inc.download.php?dlf=77 (consulté le 5 août 2021)

  • (4) - JAKOB (U.), SPIEGEL (K.), PINK (W.) -   Development and experimental investigation of a novel 10 kW ammonia/water absorption chiller – CHILLII® PSC – for air-conditioning and refrigeration systems.  -  9th International IEA Heat Pump Conference, Zürich, Switzerland, 20-22 mai 2008.

  • (5) - Le LOSTEC (B.), GALANIS (N.), MILLETTE (J.) -   Experimental study of an ammonia-water absorption chiller.  -  International Journal of Refrigeration, vol. 35, issue 8 (2012) https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.05.012

  • ...

NORMES

  • Systèmes frigorifiques et pompes à chaleur – Exigences de sécurité et d’environnement. Parties 1+A1, 2, 3+A1, 4+A1 - NF EN 378 - 2020

  • Climatiseurs, groupes refroidisseurs de liquide et pompes à chaleur pour le chauffage et le refroidissement des locaux et refroidisseurs industriels avec compresseur entraîné par moteur électrique. Parties 1 à 4 - NF EN 14511 - 2018

  • Appareils à sorption fonctionnant au gaz pour le chauffage et/ou le refroidissement de débit calorifique sur PCI inférieur ou égal à 70 kW. Parties 1 à 7 - NF EN 12309 - 2015

1 Réglementation

Règlement (UE) n° 813/2013 de la commission du 2 août 2013, Journal officiel de l’Union européenne, L 239/136, 6.9.2013.

Cahier des charges relatif à l’implantation d’unités de production thermodynamique reliées aux circuits de chauffage et/ou de production d’eau chaude sanitaire et/ou de climatisation d’immeubles collectifs d’habitation ou de maisons individuelles, décision ministérielle, CDC CNPG n° 001 version 05/2015.

HAUT DE PAGE

2 Brevets

H. Geppert, Process Of Producing Cold, US Patent 666.690, 27 nov. 1900

Von Platen et C.G. Munters, Refrigeration, US Patent 1,669,269, 8 mai 1928

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3 Annuaire

HAUT DE PAGE

3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

ago AG Energie + Anlagen, Am Goldenen Feld 23, D-95326 Kulmbach Tel : +49 9221 602-0, Fax : +49 9221 602-149 [email protected]...

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