Avez-vous déjà vécu une situation où un système de réfrigération ne parvenait plus à atteindre sa température précédente après avoir changé de réfrigérant, même si le compresseur restait le même ?
Ou avez-vous remarqué que deux compresseurs de même puissance ou cylindrée peuvent avoir des capacités de refroidissement différentes ?
Pourquoi cela se produit-il ?
La réponse est étroitement liée à la capacité de refroidissement, aux propriétés du réfrigérant et aux conditions de fonctionnement du compresseur. Pour comprendre ces différences, nous devons d'abord distinguer trois spécifications importantes du compresseur : la puissance, la cylindrée et la capacité de refroidissement.
Ces trois spécifications décrivent différentes caractéristiques d'un compresseur de réfrigération.
| Paramètre | Signification |
|---|---|
| Puissance (HP) | Indique la puissance nominale du moteur du compresseur |
| Cylindrée (m³/h) | Le volume théorique de vapeur de réfrigérant déplacé par le compresseur par heure |
| Capacité de refroidissement (kW) | La quantité de chaleur retirée par le système de réfrigération par unité de temps dans des conditions spécifiées |
Parmi ces trois paramètres, la capacité de refroidissement est l'indicateur le plus important pour évaluer si un compresseur peut répondre aux exigences de refroidissement d'un système de réfrigération.
La capacité de refroidissement dépend de la quantité de réfrigérant circulant dans le système et de la quantité de chaleur absorbée par chaque kilogramme de réfrigérant dans l'évaporateur.
Cela signifie que même lorsque la puissance et la cylindrée restent inchangées, la capacité de refroidissement peut varier en fonction du réfrigérant et des conditions de fonctionnement.
Plusieurs facteurs influencent directement la capacité de refroidissement d'un compresseur de réfrigération.
Température d'évaporation
Lorsque la température d'évaporation diminue, la pression d'aspiration et la densité de la vapeur de réfrigérant diminuent généralement. Cela réduit le débit massique de réfrigérant et, par conséquent, la capacité de refroidissement du compresseur.
Température de condensation
Une température de condensation plus élevée augmente le rapport de pression de compression. Cela réduit généralement la capacité de refroidissement tout en augmentant la puissance requise pour la compression.
Type de réfrigérant
Les différents réfrigérants ont des densités de vapeur et des propriétés thermodynamiques différentes. Par conséquent, le même compresseur peut fournir différentes capacités de refroidissement lorsqu'il fonctionne avec différents réfrigérants approuvés.
Conception et efficacité du compresseur
La conception interne, l'efficacité volumétrique, les pertes de soupape et les fuites internes affectent également le débit massique réel de réfrigérant. Par conséquent, les compresseurs ayant des valeurs de cylindrée similaires peuvent toujours avoir des capacités de refroidissement différentes.
Les exemples suivants illustrent comment les conditions de fonctionnement et le choix du réfrigérant affectent les performances du compresseur.
Prenons l'exemple du compresseur scroll Danfoss SZ090-4VI.
Selon les données de performance publiées par Danfoss, ce compresseur fournit les capacités de refroidissement suivantes avec le R407C à différentes températures de fonctionnement.
| Température d'évaporation | Température de condensation | Capacité de refroidissement |
|---|---|---|
| 0°C | 35°C | 19.30 kW |
| 0°C | 55°C | 15.00 kW |
| -5°C | 35°C | 15.60 kW |
Conditions : R407C, 50 Hz, surchauffe de gaz d'aspiration de 11,1 K et sous-refroidissement de liquide de 8,3 K.
Lorsque la température de condensation augmente de 35°C à 55°C, la capacité de refroidissement passe de 19,30 kW à 15,00 kW, soit une réduction d'environ 22%.
De même, lorsque la température d'évaporation diminue de 0°C à -5°C à une température de condensation constante de 35°C, la capacité de refroidissement diminue à 15,60 kW.
Le modèle de compresseur, le moteur et le réfrigérant n'ont pas changé. Seules les températures de fonctionnement sont différentes.
Cela explique pourquoi le même compresseur peut avoir des performances différentes dans des systèmes fonctionnant dans des conditions de température différentes.
Le changement de réfrigérant peut également modifier la capacité de refroidissement, même lorsque le compresseur et les températures de fonctionnement restent les mêmes.
Prenons l'exemple du compresseur scroll Copeland ZR72KCE-TFD-522.
Les données de performance publiées par Copeland fournissent les capacités de refroidissement suivantes pour ce modèle de compresseur avec différents réfrigérants :
| Modèle de compresseur | Réfrigérant | Capacité de refroidissement |
|---|---|---|
| ZR72KCE-TFD-522 | R22 | 17.60 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R407C | 14.75 kW |
| ZR72KCE-TFD-522 | R134a | 11.80 kW |
Conditions : température d'évaporation de 5°C, température de condensation de 50°C, surchauffe de gaz d'aspiration de 10 K, sous-refroidissement de liquide de 0 K et 50 Hz.
Dans ces conditions nominales identiques :
Le R407C fournit environ 16% de capacité de refroidissement en moins que le R22.
Le R134a fournit environ 33% de capacité de refroidissement en moins que le R22.
La différence provient des propriétés thermodynamiques des réfrigérants, qui affectent le débit massique de réfrigérant et la quantité de chaleur absorbée pendant l'évaporation.
Ces comparaisons aident à expliquer pourquoi un système de réfrigération peut ne plus atteindre ses performances de refroidissement précédentes après un changement de réfrigérant.
Cependant, un changement de réfrigérant doit également tenir compte des réfrigérants approuvés pour le compresseur, de la compatibilité du lubrifiant et de la configuration du système. Les comparaisons de performances publiées ne signifient pas que les réfrigérants peuvent être échangés directement dans un système existant.
Que ce soit pour remplacer un compresseur ou changer le réfrigérant dans un système existant, la capacité de refroidissement doit être évaluée dans les conditions de fonctionnement prévues.
Les facteurs suivants sont particulièrement importants :
Compatibilité du réfrigérant : Confirmez que le compresseur et son huile de lubrification conviennent au réfrigérant prévu.
Capacité de refroidissement requise : Comparez les performances du compresseur aux températures d'évaporation et de condensation réelles du système, plutôt que de vous fier uniquement à la puissance nominale.
Composants du système : Vérifiez si le détendeur, l'évaporateur et le condenseur conviennent au réfrigérant et à la capacité requise.
Conditions de fonctionnement : Vérifiez la charge de réfrigérant, la surchauffe, le sous-refroidissement, la fréquence de fonctionnement et d'autres paramètres pertinents du système.
Un réfrigérant avec une capacité de refroidissement plus faible dans les mêmes conditions peut nécessiter des modifications de la conception du système ou de la sélection du compresseur pour maintenir les performances d'origine.
Si un système de réfrigération ne parvient pas à atteindre sa température précédente après un changement de réfrigérant, la première étape consiste à vérifier si le nouveau réfrigérant fournit une capacité de refroidissement suffisante dans les conditions de fonctionnement réelles du système.
Si la capacité de refroidissement est insuffisante, un compresseur avec une capacité nominale appropriée ou des modifications appropriées du système peuvent être nécessaires.
Si la capacité de refroidissement attendue est adéquate, vérifiez la charge de réfrigérant, le détendeur, les échangeurs de chaleur et les pressions de fonctionnement pour identifier d'éventuels problèmes système.
La clé est de faire correspondre le réfrigérant, la capacité de refroidissement du compresseur et les conditions de fonctionnement du système plutôt que de se fier uniquement à la puissance ou à la cylindrée.
