On évalue son efficacité par le calcul du COP (coefficient de performance): rapport entre la puissance frigorifique produite et la puissance fournie au compresseur. Dans le cas d'une machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est électrique. Le COP d'une telle machine peut atteindre la valeur de 3, voire plus. Dans le cas d'une machine frigorifique à absorption, le COP réel tourne autour de 0. 7; celui d'une machine à adsorption varie entre 0. 5 et 0. 6. Quel est alors l'intérêt d'une telle machine? Un premier avantage réside dans l'absence de compresseur mécanique, donc de vibrations et de bruits. D'où le fait que ces machines demandent un entretien limité et présentent une grande longévité. Le second avantage vient de la possibilité de valoriser une énergie calorifique disponible et d'éviter ainsi la consommation électrique d'un compresseur. Quelles sources de chaleur? La machine à sorption "fait du froid avec du chaud"! Voici de quoi éveiller notre désir d'utiliser de la chaleur "gratuite"!
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Lorsque l'ensoleillement n'est pas suffisant pour fournir de l'eau à température adéquate, une autre source de chaleur (d'appoint ou de substitution) doit permettre le fonctionnement du système. Des solutions de stockage peuvent résoudre le problème à certaines périodes, mais il reste toujours un certain nombre d'heures de fonctionnement où la chaleur doit être produite par du gaz ou du fuel. Pendant ces heures, le rendement du système est faible comparé au système classique de la machine frigorifique à compression. L'intérêt de la machine frigorifique à absorption couplée avec des capteurs solaires doit donc être évalué sur base d'une moyenne annuelle, en tenant compte des heures d'ensoleillement exploitables. Cette évaluation dépend de nombreuses valeurs à estimer:
rendement de la chaudière,
rendement de la machine frigorifique à absorption,
proportion de la demande de froid qu'on peut produire avec l'énergie solaire (X) qui dépend du nombre d'heures d'ensoleillement exploitables,
rendement moyen de la production électrique en centrale,
COP de la machine frigorifique à compression.
L'effet frigorifique est quant à lui modélisé par un échangeur classique. Modèle Thermoptim d'un cycle à absorption Sur le synoptique de la figure ci-dessus, on reconnaît dans la partie centrale la machine à absorption, avec les trois sources avec lesquelles elle échange de la chaleur: en haut le circuit de refroidissement à moyenne température, en bas à gauche l'eau réfrigérée, et en bas à droite la vapeur à haute température. Dans ce synoptique on a comptabilisé comme énergie utile l'effet frigorifique et comme énergie payante l'énergie thermique fournie au désorbeur, ce qui conduit à un COP du cycle à absorption à simple effet égal à 0, 76. Exercices et activités personnelles A titre d'exercice vous pouvez modéliser le cycle présenté ci-dessus. Son
corrigé
succinct vous fournira les fichiers Thermoptim correspondants. Références ASHRAE, Fundamentals Handbook (SI), Thermodynamics and Refrigeration Cycles, 2001.
Machine Frigorifique À Absorption
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.
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. Lire l'article
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.
Machine À Absorption Перевести
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
KEYWORDS
thermodynamic cycles
|
chiller
heat pump
GRL
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BIBLIOGRAPHIE
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Review on testing procedures and quality standards for thermally driven chillers task report 5. 3. 3.,
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QAIST project
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Modeling water/lithium bromide absorption chillers in ASPEN Plus. Applied Energy, vol. 88, issue 11, p. 4197-4205, ISSN 0306-2619 (2011)
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ALEFELD (G. ) -
Heat conversion systems. CRC Press, ISBN 978-0849389283 (1993).
L'absorbeur travaille à la basse pression du cycle et à température intermédiaire entre les températures saturantes du frigorigène à basse et haute pression. En conséquence la solution riche doit être mise en pression par une pompe avant d'être dirigée vers le désorbeur. Désorbeur ou générateur La fonction principale du désorbeur, encore appelé générateur, est d'extraire le frigorigène de la solution riche pour produire de la vapeur de frigorigène à haute pression qui pourra être condensée dans le condenseur de l'appareil. Le schéma d'un désorbeur est donné figure ci-dessous. Schéma d'un désorbeur La solution riche entre en bas de l'appareil. Elle y est réchauffée grâce à un apport de chaleur à haute température qui la fait bouillir. Compte tenu de la différence de volatilité du frigorigène et du solvant, les bulles produites contiennent presque exclusivement du frigorigène. C'est totalement le cas pour le couple couples LiBr-H2O. Dans le cas du mélange NH3-H2O, un petit peu d'eau est aussi vaporisée, et on doit utiliser un deuxième appareil appelé rectifieur pour l'extraire afin que la vapeur d'ammoniac soit à peu près pure.
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