La récupération de chaleur sur groupes froids, victime de son succès ?

Selon le Cetiat, la consommation énergétique liée au froid industriel est estimée à 9 TWh par an en France. Seulement 20 % de cette consommation serait réalisée à l’aide de systèmes intégrant une récupération d’énergie. Le Cetiat estime que, sur des systèmes existants et du point de vue technique, deux solutions de récupération sont particulièrement rentables. Premièrement, au niveau de la désurchauffe, c’est-à-dire au refoulement du compresseur, là où le fluide atteint la température la plus élevée (137 °C pour l’ammoniac, 58 °C pour le R404A, etc.). Si la température est élevée, la quantité de chaleur récupérable est limitée, puisque seule la chaleur sensible sera exploitée. Deuxièmement, au niveau du condenseur où l’on bénéficie de la plus grande quantité de chaleur récupérable.

Un échangeur, un circulateur et un ballon de stockage

Les équipements nécessaires pour récupérer la chaleur sur le fluide avant le condenseur sont simples. Le Cetiat rappelle, qu’il suffit d’un échangeur fluide/eau et d’un circulateur si production de froid et besoins de chaleur sont étroitement corrélés dans le temps et en termes de quantités. Si ce n’est pas le cas, il faut ajouter un ballon de stockage intermédiaire qui se charge de gommer les différences entre besoins et production de chaleur. Du point de vue technique, selon la température du fluide et des besoins de chaleur, l’échangeur est à plaques pour un échange entre deux liquides, à plaques ou à tubes pour un échange gaz/gaz.
Le Cetiat, toujours lui, souligne que les échangeurs à plaques, très compacts, travaillent dans une gamme de température allant de - 30 °C à 200 °C et résistent à des pressions jusqu’à 25 bar. La conception en plaques brasées permet de traiter des effluents jusqu’à 400 °C et à des pressions jusqu’à 40 bar. Les échangeurs tubulaires, quant à eux, qu’il s’agisse d’échangeurs à tubes et calandre (un faisceau de tube maintenus dans une enveloppe par des tôles perforées) ou d’échangeurs à tubes ailetés noyés dans de plus gros tubes, peuvent atteindre facilement plusieurs MW de puissance et résistent à des pressions très élevées.

Une récupération de chaleur écartée du plan de relance

À l’automne 2020, la récupération de chaleur sur groupe froid a été écartée des mesures financées dans le cadre du plan de relance industrie, sous prétexte qu’elle bénéficiait du dispositif des CEE. Dans sa lettre d’information « Certificats d’économie d’énergie  » de janvier 2021, le Ministère de la transition écologique explique en effet que, dans le total des CEE délivrés entre le 1er janvier 2018 et le 31 décembre 2020, la fiche standardisée IND-UT-117 « Système de récupération de chaleur sur un groupe de production de froid » vient en 3e position et rassemble 10,63 % du total des CEE (classiques + précarité) délivrés, dépassée seulement par l’isolation de combles ou de toitures (BAR-EN-101, 20,08 %) et par l’isolation d’un plancher (BAR-EN-103, 13,43 %). La fiche la plus productive – BAR-EN-102 Isolation des murs – atteint seulement 7,65 % du total des CEE délivrés. La récupération de chaleur sur groupe froid atteint le troisième rang, alors même qu’elle ne bénéficie pas des bonifications précarité, ni des divers coups de pouce. Les deux autres fiches standardisées, qui codifient la récupération de chaleur sur groupe froid en agriculture (AGRI-TH-104) et en bâtiment (BAT-TH-139), n’apparaissent
pas parmi les 50 fiches produisant le plus de CEE.
Le gouvernement a annoncé la mise en chantier de la révision des 6 fiches standardisées qui rapportent le plus de CEE, avec publication des nouveaux barèmes au cours du premier semestre 2022.
Gageons que ce ne sera pas à la hausse.

Hellio
La récupération de chaleur sur groupes froids dans l’industrie, grâce à la fiche standardisée CEE IND-UT-117 constitue un gisement sur lequel se sont rués les agrégateurs de CEE, mandataires des obligés que sont les producteurs et distributeurs d’énergie.

Que faire avec la chaleur récupérée ?

Les deux emplois les plus simples pour la chaleur récupérée par une boucle d’eau chaude sont le chauffage des locaux et la production d’ECS. Gfi – le département froid industriel de la GFF – propose plusieurs configurations de récupération de chaleur sur des groupes froids au CO2, pour produire à la fois ECS et chauffage. L’idéal, naturellement, est la concomitance des besoins de chaleur et de froid. On le rencontre en industriel agro-alimentaire, dans les grandes surfaces de distribution alimentaires, dans les trop rares associations piscine/patinoire où la patinoire peut pratiquement chauffer le bassin de la piscine gratuitement, dans les bâtiments tertiaires dotés de restaurants d’entreprise d’une certaine envergure avec des chambres froides conséquentes, les centres commerciaux, … Les bâtiments de bureaux à exposition contrastée, nord/sud, par exemple, peuvent aussi s’équiper de pompes à chaleur sur boucles d’eau. Ce sont des Pac réversibles qui prennent ou restituent la chaleur à une boucle d’eau. La boucle est commune, mais le fonctionnement des Pac demeure parfaitement indépendant : à tout moment, selon les besoins, certaines peuvent être en demande de chaleur, tandis que d’autres se trouvent en production de froid. En mi-saison, la boucle s’auto-équilibre sans solliciter d’apport ou d’évacuation de chaleur extérieur. Le centre commercial Aéroville à Roissy-en-France, fonctionne de cette manière, ou fonctionnait, puisque pour l’heure, il est fermé pour cause de pandémie.

Incorporer la récupération de chaleur directement dans les groupes froids

Deux types de groupes thermodynamiques, les groupes « 4 tubes », parfois appelés aussi thermofrigopompes, et les machines à absorption produisent simultanément de la chaleur et du froid et incorporent la récupération de chaleur par défaut.
Ce qui leur confère des COP particulièrement élevés dans le cas où les deux sont simultanément valorisés.
Les industriels italiens ont longtemps été les principaux promoteurs des groupes quatre tubes, ainsi que les grands industriels américains, comme Carrier ou Trane. Aermec, par exemple, a pris soin d’obtenir un Titre V pour valoriser ses machines 4 tubes NRP.
Ces thermofrigopompes sont équipées d’échangeurs à plaques ou d’échangeurs tubulaires noyés. Le modèle NRP tubes 0500 version A à condenseur à air affiche, simultanément, une puissance froid de 103,3 kW et une puissance chaud récupérée de 132,2 kW. Prévu pour une installation extérieure, le groupe 4 tubes à condensation Aermec NRP 1504 propose une puissance frigorifique de 428,4 kW avec un rendement annuel ŋsc au sens de la Directive ecodesign de 157,1 %, une puissance chaud récupérée de 550,5 kW avec un rendement moyen annuel de 146 %.
Les machines à absorption, elles aussi, produisent simultanément chaleur et froid. Depuis 2002, le réseau de chauffage et de froid urbains Districlima de Barcelone est équipé de groupes à absorption Sanyo, devenu Panasonic depuis et désormais distribuées par Carrier. Ces groupes fournissent simultanément la base de la chaleur et de l’eau glacée distribuées par les réseaux urbains, avec une performance moyenne annuelle supérieure à 200 %.

Mitsubish Electric.
Légende Mitsubishi NX-Q-G06